كيف تم اكتشاف القمر في علم الفلك؟

خلال مهمات أبولو الأمريكية تم جمع إجمالي وزن 381.7 كجم (841.5 رطل) من المواد القمرية، و300 جرام إضافية (0.66 رطل) أعيدت بواسطة مركبات لونا السوفيتية بدون طيار، وتم توزيع حوالي 15 بالمائة من عينات أبولو للتحليل مع تخزين الباقي في مركز جونسون للفضاء التابع لناسا وهيوستن وتكساس، لقد أحدثت فرصة استخدام مجموعة واسعة من التقنيات المختبرية في هذه العينات القمرية ثورة في علم الكواكب، ومكنت نتائج التحليلات الباحثين من تحديد تكوين وعمر سطح القمر.

جعلت الملاحظات الزلزالية من الممكن استكشاف الجزء الداخلي من القمر، بالإضافة إلى ذلك سمحت العواكس العكسية التي تركها رواد فضاء أبولو على سطح القمر بإرسال أشعة الليزر عالية الطاقة من الأرض إلى القمر والعودة، مما يسمح للعلماء بمراقبة المسافة بين الأرض والقمر بدقة تصل إلى بضعة سانتي مترات، أظهرت هذه التجربة التي قدمت البيانات المستخدمة في حسابات ديناميات نظام الأرض والقمر أن الفصل بين الجسمين يتزايد بمقدار 4.4 سم (1.7 بوصة) كل عام.

كيف تمت دراسات الكواكب في علم الفلك؟

يعتبر الزئبق حاراً جداً بحيث لا يحافظ على الغلاف الجوي، ولكن مظهر الزهرة الأبيض اللامع ناتج عن كونه محاطاً بالكامل بسحب كثيفة من ثاني أكسيد الكربون لا يمكن اختراقها في الأطوال الموجية المرئية، وتحت الغيوم العليا كوكب الزهرة له جو معاد يحتوي على سحب من قطرات حامض الكبريتيك.

يحمي الغطاء السحابي سطح الكوكب من أشعة الشمس المباشرة، ولكن الطاقة التي يتم ترشيحها من خلال تسخين السطح، والذي يشع بعد ذلك عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء، تحاصر السحب الكثيفة الأشعة تحت الحمراء ذات الطول الموجي الطويل بحيث يحافظ تأثير الاحتباس الحراري الفعال على درجة حرارة السطح بالقرب من 465 درجة مئوية (870 درجة فهرنهايت أي 740 كلفن).

تم استخدام الرادار الذي يمكنه اختراق غيوم كوكب الزهرة السميكة لرسم خريطة لسطح الكوكب، وبالمقابل فإن الغلاف الجوي للمريخ رقيق للغاية ويتكون في الغالب من ثاني أكسيد الكربون (95%) مع القليل جداً من بخار الماء، ويبلغ ضغط سطح الكوكب حوالي 0.006 من ضغط سطح الأرض، كما تحتوي الكواكب الخارجية على أغلفة جوية تتكون بشكل كبير من الغازات الخفيفة وخاصة الهيدروجين والهيليوم.

يدور كل كوكب على محوره وتدور جميعها تقريباً في نفس الاتجاه أي عكس اتجاه عقارب الساعة، كما يُرى من أعلى مسير الشمس، والاستثناءان هما كوكب الزهرة الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة أسفل غطائه السحابي وأورانوس الذي له محور دوران تقريباً في مستوى مسير الشمس.

تحتوي بعض الكواكب على مجالات مغناطيسية، ويمتد مجال الأرض إلى الخارج حتى تضطربه الرياح الشمسية (تدفق خارجي للبروتونات والإلكترونات من الشمس) والتي تحمل معها حقلاً مغناطيسياً، ومن خلال عمليات لم يتم فهمها بالكامل بعد وتملأ الجسيمات من الرياح الشمسية والأشعة الكونية المجرية (جسيمات عالية السرعة من خارج النظام الشمسي) منطقتين على شكل كعكة دائرية تسمى أحزمة فان ألين الإشعاعية.

يمتد الحزام الداخلي من حوالي 1،000 إلى 5،000 كيلو متر (600 إلى 3،000 ميل) فوق سطح الأرض، ويمتد الحزام الخارجي من حوالي 15،000 إلى 25،000 كيلو متر (9،300 إلى 15،500 ميل)، في هذه الأحزمة تدور الجسيمات المحاصرة بشكل حلزوني على طول المسارات التي تأخذها حول الأرض أثناء ارتدادها ذهاباً وإياباً بين نصفي الكرة الشمالي والجنوبي، مع التحكم في مداراتها بواسطة المجال المغناطيسي للأرض.

وخلال فترات النشاط الشمسي المتزايد تتعرض هذه المناطق من الجسيمات المحاصرة للاضطراب، وتتحرك بعض الجسيمات إلى أسفل الغلاف الجوي للأرض، حيث تصطدم بالذرات والجزيئات لتنتج الشفق القطبي.

كوكب المشتري لديه مجال مغناطيسي أقوى بكثير من الأرض والعديد من الإلكترونات المحاصرة، والتي يمكن اكتشاف إشعاعها السنكروتروني (الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الجسيمات المشحونة عالية السرعة التي تضطر للتحرك في مسارات منحنية كما هو الحال تحت تأثير المجال المغناطيسي) من الأرض، والانفجارات من انبعاثات الراديو المتزايدة مرتبطة بموقع آيو وهو أعمق أقمار جاليليو الأربعة لكوكب المشتري.

ويحتوي زحل على مجال مغناطيسي أضعف بكثير من مجال المشتري، ولكنه يحتوي أيضاً على منطقة من الجسيمات المحاصرة، كما يمتلك الزئبق مجالاً مغناطيسياً ضعيفاً تبلغ قوته حوالي 1% فقط من مجال الأرض ولا يظهر أي دليل على وجود جسيمات محاصرة، أما أورانوس ونبتون لهما حقول أقل من عُشر قوة كوكب زحل وتبدو أكثر تعقيداً من الحقول الموجودة على الأرض، ولم يتم اكتشاف أي حقل حول كوكب الزهرة أو المريخ.

دراسات الهيئات الكوكبية الأصغر:

يُعرف أكثر من 500000 كويكب بمدارات راسخة ويتم اكتشاف آلاف الأجسام الإضافية كل عام، وشوهد مئات الآلاف من الأشخاص الآخرين، لكن لم يتم تحديد مداراتهم بشكل جيد، تشير التقديرات إلى وجود عدة ملايين من الكويكبات لكن معظمها صغير وتقدر كتلتها المجمعة بأقل من ألف من كتلة الأرض.

إن معظم الكويكبات لها مدارات قريبة من مسير الشمس وتتحرك في حزام الكويكبات بين 2.3 و3.3 (وحدة فلكية) من الشمس، ونظراً لأن بعض الكويكبات تسافر في مدارات يمكن أن تقربها من الأرض فهناك احتمال لحدوث تصادم قد يكون له نتائج مدمرة.

تعتبر المذنبات قادمة من خزان ضخم يسمى سحابة أورت التي تدور حول الشمس على مسافات تتراوح بين 20000 و50.000 وحدة فلكية أو أكثر وتحتوي على تريليونات الأجسام الجليدية (نوى مذنبات كامنة) مع إمكانية أن تصبح مذنبات نشطة، تم رصد العديد من المذنبات على مر القرون، حيث يقوم معظمهم بتمرير واحد فقط عبر النظام الشمسي الداخلي لكن البعض ينحرف عن طريق المشتري أو زحل في مدارات تسمح لهم بالعودة في أوقات يمكن التنبؤ بها.

مذنب هالي هو أشهر هذه المذنبات الدورية، ومن المتوقع عودته التالية إلى النظام الشمسي الداخلي في عام 2061، ويُعتقد أن العديد من المذنبات قصيرة المدى تأتي من حزام كويبر وهي منطقة تقع بشكل أساسي بين 30 وحدة فلكية و50 وحدة فلكية من الشمس (خارج مدار نبتون ولكنها تتضمن جزءاً من بلوتو)، وربما تضم ​​مئات الملايين من نوى المذنب، وقد تم تحديد عدد قليل جداً من كتل المذنبات بشكل جيد، ولكن من المحتمل أن يكون معظمها أقل من 1018 جرام أي جزء من المليار من كتلة الأرض.

منذ تسعينيات القرن الماضي تم رصد أكثر من ألف نواة مذنبة في حزام كويبر باستخدام التلسكوبات الكبيرة، هناك عدد قليل منها يقارب نصف حجم بلوتو وبلوتو هو أكبر جسم في حزام كويبر، لطالما تسببت الخصائص المدارية والفيزيائية لبلوتو في اعتباره شذوذاً بين الكواكب، ومع ذلك بعد اكتشاف العديد من الأجسام الشبيهة ببلوتو خارج نبتون لم يعد بلوتو فريداً في (جواره) بل أصبح عضواً عملاقاً من السكان المحليين.

نتيجة لذلك في عام 2006 اختار علماء الفلك في الجمعية العامة للاتحاد الفلكي الدولي إنشاء فئة جديدة من الكواكب القزمة للأجسام التي تحمل هذه المؤهلات، وتم منح هذا التمييز بلوتو وإيريس وسيريس، وهذا الأخير هو أكبر عضو في حزام الكويكبات، كما تم تصنيف جسمين آخرين في حزام كويبر وهما (Makemake وHaumea) على أنهما كواكب قزمة.

كما تتواجد النيازك وهي كتل من الصخور أو المواد المعدنية يعتقد أنها في الغالب شظايا من الكويكبات، تختلف النيازك من صخور صغيرة إلى صخور تزن طناً أو أكثر، وعدد قليل نسبياً له مدارات تجلبها إلى الغلاف الجوي للأرض ونزولاً إلى السطح كنيازك، من المحتمل أن تكون معظم النيازك التي تم جمعها على الأرض من الكويكبات، وتم التعرف على عدد قليل على أنها من القمر أو المريخ أو الكويكب فيستا.

يتم تصنيف النيازك إلى ثلاث مجموعات عريضة وهي: نيازك صخرية (كوندريت وأكوندريت حوالي 94 بالمائة) ونيازك الحديد (5 بالمائة) ونيازك الحديد الصخري (1 بالمائة)، وتسخن معظم النيازك التي تدخل الغلاف الجوي بدرجة كافية لتتوهج وتظهر على شكل نيازك وتتبخر الغالبية العظمى منها تماماً أو تتفكك قبل وصولها إلى السطح، وتحدث العديد من الشهب وربما معظمها في زخات المطر، وتتبع المدارات التي تبدو متطابقة مع تلك الخاصة بمذنبات معينة مما يشير إلى أصل مذنب.

على سبيل المثال في شهر مايو من كل عام عندما تعبر الأرض مدار مذنب هالي يحدث زخة نيزك إيتا أكواريد، ويمكن الكشف عن النيازك الدقيقة (بالإضافة إلى جزيئات الغبار بين الكواكب)، وهي أصغر الجسيمات النيزكية من الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض أو يتم جمعها بواسطة طائرات مجهزة خصيصاً تحلق في الستراتوسفير وإعادتها للفحص المعملي.

ومنذ أواخر الستينيات من القرن الماضي تم العثور على العديد من النيازك في القطب الجنوبي على سطح التدفقات الجليدية العالقة، كما تحتوي بعض النيازك على بلورات مجهرية تتميز بنسب نظيرية فريدة ويبدو أنها حبيبات غبار تشكلت في أجواء النجوم المختلفة.