الحركة الشمسية وأثرها على النجوم والمجرات

ما هي الحركة الشمسية؟

تُعرَّف الحركة الشمسية بأنها الحركة المحسوبة للشمس فيما يتعلق بإطار مرجعي محدد، من الناحية العملية توفر حسابات الحركة الشمسية معلومات ليس فقط عن حركة الشمس فيما يتعلق بجيرانها في المجرة، ولكن أيضاً عن الخصائص الحركية لأنواع مختلفة من النجوم داخل النظام، يمكن استخدام هذه الخصائص بدورها لاستنتاج معلومات عن التاريخ الديناميكي للمجرة ومكوناتها النجمية.

إن حلول الحركة الشمسية التي تتضمن العديد من النجوم من فئة معينة هي المصدر الرئيسي للمعلومات حول أنماط الحركة لتلك الفئة، علاوة على ذلك يحصل علماء الفلك على معلومات عن الحركات واسعة النطاق للمجرات في جوار المجرة من حلول الحركة الشمسية؛ لأنه من الضروري معرفة الحركة الفضائية للشمس فيما يتعلق بمركز المجرة (حركتها المدارية) قبل ذلك ويمكن حساب السرعات حينها.

يمكن حساب حركة الشمس بالرجوع إلى أي من عناصر الحركة النجمية الثلاثة، وفيما يلي ذكر هذه العناصر:

• السرعات الشعاعية للنجوم.

• الحركات المناسبة للنجوم.

• الحركات الفضائية للنجوم.

حسابات الحركة الشمسية من السرعات الشعاعية:

بالنسبة للأجسام خارج الجوار المباشر للشمس من الضروري في البداية اختيار معيار للراحة (الإطار المرجعي) يتم من خلاله حساب الحركة الشمسية، يتم ذلك عادةً عن طريق اختيار نوع معين من النجوم أو جزء من الفضاء، لحل الحركة الشمسية تم عمل افتراضين، وهذين الافتراضين هما:

• الافتراض الأول هو أن النجوم التي تشكل معيار السكون موزعة بشكل متماثل فوق السماء.

• الافتراض الثاني هو أن الحركات الغريبة (حركات النجوم الفردية فيما يتعلق بمعيار السكون هذا) يتم توزيعها عشوائياً.

عند النظر في الهندسة الجيولوجية فإن هذا يوفر حلاً رياضياً لحركة الشمس من خلال متوسط ​​إطار الراحة للنجوم قيد الدراسة في الأدبيات الفلكية، حيث يتم نشر حلول الحركة الشمسية غالباً ما يتم استخدام مصطلح (K)، وهو مصطلح يضاف إلى المعادلات لتفسير الأخطاء المنهجية أو حركات تيار النجوم أو تمدد أو تقلص النجوم الأعضاء للإطار المرجعي.

اقترحت التحديدات الحديثة للحركة الشمسية من السرعات الشعاعية عالية التشتت أن معظم شروط (K) السابقة (التي كان متوسطها بضعة كيلومترات في الثانية) كانت نتيجة لأخطاء منهجية في الأطياف النجمية ناتجة عن مزيج من الخطوط الطيفية، بالطبع المصطلح (K) الذي ينشأ عندما يتم حساب حل للحركات الشمسية للمجرات ينتج عن توسع نظام المجرات ويكون كبيراً جداً إذا تم تضمين المجرات على مسافات كبيرة من مجرة ​​درب التبانة.

أشهر طرق حساب الحركات النجمية:

• حسابات الحركة الشمسية من الحركات الصحيحة: يمكن تنفيذ حلول للحركة الشمسية على أساس الحركات المناسبة للنجوم في كتالوجات الحركة المناسبة، حتى في حالة عدم معرفة المسافات وعدم إعطاء السرعات الشعاعية، من الضروري النظر في مجموعات النجوم ذات التشتت المحدود في المسافة من أجل الحصول على إطار مرجعي محدد جيداً وموحد مكانياً بشكل معقول، يمكن تحقيق ذلك عن طريق الحد من اختيار النجوم وفقاً لأحجامها الظاهرة.

إن هذا الإجراء تم دراسته لكن تم استخدام مكونات الحركة المناسبة بدلاً من السرعات الشعاعية، يدخل متوسط ​​مسافة نجوم الإطار المرجعي في حل هذه المعادلات ويرتبط بالمصطلح الذي يشار إليه غالباً باسم المنظر العلماني، يُعرّف المنظر العلماني بأنه (0.24h / r)، حيث (h) هي الحركة الشمسية في الوحدات الفلكية في السنة و(r) هي متوسط ​​المسافة لحل الحركة الشمسية.

• حسابات الحركة الشمسية من الحركات الفضائية: بالنسبة للنجوم القريبة التي تمت ملاحظتها جيداً، من الممكن تحديد حركات الفضاء الكاملة واستخدامها لحساب الحركة الشمسية، لإيجاد الحركة الشمسية يحسب المرء مكونات السرعة لكل نجم في العينة ومتوسطات كل ذلك، يجب أن يكون لدى المرء ست كميات لحساب الحركة الشمسية من الحركات الفضائية وهي:

1. (α) الصعود الأيمن للنجم.

2. (δ) انحراف النجم.

3. (μα) الحركة المناسبة في الصعود الأيمن.

4. (μδ) الحركة المناسبة في الانحراف.

5. (ρ) السرعة الشعاعية مخفضة للشمس.

6. (r) مسافة النجم.

تعطي حلول الحركة الشمسية قيماً لحركة الشمس من حيث مكونات السرعة، والتي يتم تقليلها عادةً إلى سرعة واتجاه واحد، الاتجاه الذي تتحرك فيه الشمس على ما يبدو فيما يتعلق بالإطار المرجعي يسمى قمة الحركة الشمسية، بالإضافة إلى ذلك فإن حساب الحركة الشمسية يوفر تشتتاً في السرعة، مثل هذا التشتت مثير للاهتمام من حيث الجوهر مثل الحركات الشمسية نفسها؛ لأن التشتت هو مؤشر على سلامة اختيار النجوم المستخدمة كإطار مرجعي وتوحيد الخصائص الحركية.

لقد وجد على سبيل المثال أن التشتت صغير جداً لأنواع معينة من النجوم (على سبيل المثال النجوم من النوع (A)، والتي يبدو أن جميعها لها مدارات شبه دائرية تقريباً في المجرة) وهي كبيرة جداً لبعض الأنواع الأخرى من الأجسام (على سبيل المثال متغيرات (RR Lyrae) التي تظهر تشتتاً تقريباً 100 كم لكل ثانية بسبب التباين الواسع في أشكال وتوجهات مدارات هذه النجوم).

ما هي حلول الحركة الشمسية؟

إن حركة الشمس فيما يتعلق بأقرب النجوم المشتركة لها أهمية أساسية، إذا تم استخدام النجوم في حدود 80 سنة ضوئية من الشمس حصرياً، فغالباً ما تسمى النتيجة بالحركة الشمسية القياسية، هذا المتوسط المأخوذ لجميع أنواع النجوم يؤدي إلى سرعة Vȯ = 19.5 كم لكل ثانية، تعتمد القيم الدقيقة على اختيار البيانات وطريقة الحل، تشير هذه القيم إلى أن حركة الشمس فيما يتعلق بجيرانها معتدلة ولكنها بالتأكيد ليست صفراً، الفرق في السرعة أكبر من تشتت سرعة النجوم الشائعة من الأنواع الطيفية السابقة، ولكنه مشابه جداً في القيمة لتشتت النجوم من النوع الطيفي المشابه للشمس.

تبلغ السرعة الشمسية لنجوم (G5) على سبيل المثال 10 كم لكل ثانية والتشتت 21 كم لكل ثانية، وبالتالي يمكن اعتبار حركة الشمس نموذجية إلى حد ما لفئتها في جوارها، إن الحركة الغريبة للشمس ناتجة عن عمرها الكبير نسبياً ومدارها غير الدائري إلى حد ما، من الصحيح عموماً أن النجوم ذات الأنواع الطيفية اللاحقة تُظهر تشتتاً أكبر وقيماً أكبر للحركة الشمسية، ويتم تفسير هذه الخاصية على أنها نتيجة مزيج من الخصائص المدارية للأنواع الطيفية اللاحقة مع تزايد أعداد النجوم التي تمتلك مدارات بيضاوية للغاية.

استخدم بعض علماء الفلك مصطلح الحركة الشمسية الأساسية لتعريف حركة الشمس بالنسبة إلى النجوم التي تتحرك في جوارها في مدارات دائرية تماماً حول مركز المجرة، تختلف الحركة الشمسية الأساسية عن الحركة الشمسية القياسية؛ بسبب الحركة غير الدائرية للشمس وبسبب تلوث السكان المحليين للنجوم من خلال وجود نجوم أقدم في مدارات غير دائرية ضمن حدود الإطار المرجعي، القيمة الأكثر شيوعاً للحركة الشمسية الأساسية هي سرعة 16.5 كم لكل ثانية.

عندما يتم تحديد حلول الحركة الشمسية وفقاً للفئة الطيفية للنجوم يكون هناك ارتباط بين النتيجة والطبقة الطيفية، ترتبط قمة الحركة الشمسية وسرعة الحركة الشمسية وتشتتها جميعها بالنوع الطيفي، بشكل عام (باستثناء النجوم من النوع المبكر جداً) تزداد سرعة الحركة الشمسية مع انخفاض درجة حرارة النجوم، حيث تتراوح من 16 كم لكل ثانية للنجوم المتأخرة من النوع (B) وأوائل النوع (A) إلى 24 كم لكل ثانية في وقت متأخر.

لكن النجوم من النوع (K) والأوائل من النوع (M) يزداد التشتت فيها بالمثل من قيمة قريبة من 10 كم لكل ثانية إلى قيمة 22 كم لكل ثانية، ويرجع السبب في ذلك إلى التاريخ الديناميكي للمجرة ومتوسط ​​العمر ومزيج الأعمار للنجوم من الأنواع الطيفية المختلفة، من الواضح تماماً على سبيل المثال أن النجوم من النوع الطيفي المبكر كلها شابة، في حين أن النجوم من النوع الطيفي المتأخر هي مزيج من الصغار والكبار، يرتبط بهذا حقيقة أن قمة الحركة الشمسية تُظهر اتجاهاً لانخفاض خط العرض وزيادة خط الطول مع الأنواع الطيفية اللاحقة.