الفيزياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
33النجوم وسماء الليل
بعيدًا عن مصابيح المدينة، في ليلة صافية بلا قمر، تكون السماء مزدحمة: آلاف الشرارات، خافتة وعنيفة، بيضاء وبرتقالية. بها اهتدى البحّارة، وعلى مواقيتها زرع الفلّاحون، وبالعجب منها بدأ كل علم. فما هي — ولماذا تدور فوق رؤوسنا في نظام بديع ونحن نيام؟
33.1 ما النجم
مثال 33.1 (شموس لا تُحصى)
كل نجم شمس: كرة هائلة من مادة متوهّجة الحرارة، تصبّ ضوءها الخاص — وكثير منها أجبر من شمسنا. وهي لا تبدو شرارات متواضعة إلا لسبب واحد: البعد. فالشمس نجمنا المجاور؛ وأما البقية فمن البعد بحيث ينفق الضوء نفسه، ذلك العدّاء البطل الذي يعبر الغرفة في لا شيء من الزمن، سنوات في الطريق من أقربها. فسماء الليل حشد من الشموس، صغّرها البعد حتى صارت بريقًا.
مثال 33.2 (ألوان النجوم)
انظر بعناية تجد الشرارات ليست كلها بيضاء: فبعضها يشتعل برتقاليًّا محمرًّا، وبعضها أصفر مثل شمسنا، وبعضها أزرق مبيضّ. واللون رسالة عن الحرارة — وهو يجري عكس صنابير الماء وعُلَب الطلاء: فالنجوم البرتقالية أبرد الأسرة، والزرقاء المبيضّة أسخنها، أسخن من الشمس بكثير. وجمرة متوهّجة ونصل فولاذ محمًّى حتى البياض يحكيان القصة نفسها هنا على الأرض: فالأسخن يتوهّج أكثر بياضًا.
ملاحظة 33.3 (أين تذهب النجوم في النهار)
النجوم لا تغادر أبدًا. فهي تشرق فوقك عند الظهر كما تشرق في منتصف الليل — لكن سماء النهار مغمورة بضوء شمس يبعثره الهواء، وهجٍ أزرق أسطع بكثير من أي شرارة. والشمعة غير مرئية إلى جانب نار كبيرة. فإذا غربت الشمس ونزح الوهج عاد حشد السماء الدائم ظاهرًا من جديد.
33.2 خرائط من نجوم
تعريف 33.4 (الكوكبة)
الكوكبة نمط مسمّى من النجوم الساطعة — صيّاد، أو بجعة، أو دبّ كبير — ابتكره مراقبو السماء قديمًا خريطةً ومعينًا على الحفظ. ونجوم الكوكبة ليست جارات حقًّا؛ إنما تصطفّ كما تُرى من الأرض لا غير. لكن الأنماط ثابتة: فقد تعلّم جدّاك الأشكال نفسها بعينها.
طريقة 33.5 (كيف تجد النجم القطبي)
تقدّم السماء بوصلة مجّانية:
- جِد الدبّ الأكبر — سبعة نجوم ساطعة، على شكل مغرفة بمقبض طويل، يسهل التقاطها طوال السنة؛
- وخذ النجمين عند الحافة الأمامية من المغرفة — وهما الدليلان؛
- ومُدّ الخطّ من أحدهما إلى الآخر، ماضيًا عبر السماء، نحو خمسة أمثال المسافة بينهما؛
- فالنجم المتواضع الذي تحطّ عنده هو النجم القطبي — أنزِل منه خيط شاقول إلى الأفق، فهناك الشمال.
وتحقّق منه ببوصلتك: تجد الإبرة والنجم متّفقين. وقد راهن البحّارة بأرواحهم على ذلك الاتّفاق قرونًا.
33.3 السماء الدائرة
قضية 33.6 (السماء تدور حول النجم القطبي)
خلال الليل يدور حشد النجوم كله على مهل عبر السماء في دوائر عظيمة — كلها حول نقطة واحدة تكاد لا تتحرّك: النجم القطبي. ولا شيء هناك في الأعلى يتحرّك بهذا النظام حقًّا؛ إنما هي أرضنا تدور، كما تدير الشمس عبر سماء النهار. والنجم القطبي بالكاد يتزحزح لأنه يصادف أن يقف فوق محور دوران الأرض تمامًا تقريبًا — وهو الاتجاه الوحيد الذي يتركه الدوران في سلام.
مثال 33.7 (مدينتنا من النجوم)
في أشدّ الليالي ظلمة يتقوّس شريط لبني خافت عبر السماء كلها: درب التبّانة. ويحلّ المنظار المقرّب اللبنَ إلى حقيقته: نجوم لا تُحصى، أخفت وأشدّ ازدحامًا من أن تفصلها العين. إنها مدينتنا من النجوم مرئيةً من الداخل — جزيرة مسطّحة دوّارة من الشموس أكثر من حبّات الرمل على شاطئ، وشمسنا تسكن في ضاحية هادئة منها. وكل نجم تراه بعينك جار من هذه المدينة الواحدة.
ملاحظة 33.8 (واصِل النظر إلى الأعلى)
علم الفلك أقدم العلوم، وهو الوحيد الذي يفتح مختبره مجّانًا كل ليلة صافية. بطّانية، وموضع مظلم بعيد عن مصابيح الشوارع، وصبر حتى تستيقظ العينان على الظلمة — تلك قائمة العُدّة كلها. والدبّ الأكبر والنجم القطبي وكوكب أو كوكبان ودرب التبّانة رحلة أولى جميلة؛ أما قوانين ضوء النجوم الأعمق فستجدك مستعدًّا جيدًا، بعد سنوات، قرب نهاية هذا المنهاج.
33.4 تمارين
تمرين 33.1 ★
ما النجم؟ ولماذا تبدو النجوم شرارات دقيقة مع أن كثيرًا منها يفوق شمسنا سطوعًا؟
تمرين 33.2 ★
أالنجوم ما زالت في السماء عند الظهر؟ ولماذا لا نستطيع رؤيتها؟
تمرين 33.3 ★
نجم برتقالي ونجم أزرق مبيضّ يشرقان جنبًا إلى جنب. فأيّهما أسخن؟ وأيّ توهّج يومي يحكي قصة الألوان نفسها؟
حل
حل التمرين 33.3.
الأزرق المبيضّ — فألوان النجوم تجري من البرتقالي (الأبرد) إلى الأصفر إلى الأزرق المبيضّ (الأسخن). وجمرة متوهّجة برتقالية في مواجهة فولاذ محمًّى حتى البياض تحكي القصة نفسها.
تمرين 33.4 ★
ما الكوكبة؟ وهل نجومها قريبة بعضها من بعض حقًّا؟
حل
حل التمرين 33.4.
نمط مسمّى من النجوم الساطعة، ابتُكر خريطةً للسماء ومعينًا على الحفظ. ونجومه ليست جارات حقيقية — إنما يصادف أن تصطفّ كما تُرى من الأرض.
تمرين 33.5 ★
صِف خطوة خطوة كيف تجد النجم القطبي من الدبّ الأكبر.
حل
حل التمرين 33.5.
جِد الدبّ الأكبر؛ وخذ النجمين الدليلين عند الحافة الأمامية من مغرفته؛ ومُدّ خطّهما نحو خمسة أمثال المسافة عبر السماء؛ فالنجم الذي تبلغه هو النجم القطبي، وتحته على الأفق يقع الشمال.
تمرين 33.6 ★
ما الذي يميّز موضع النجم القطبي في السماء الدائرة، وأيّ جهاز يومي يحلّ محلّه؟
حل
حل التمرين 33.6.
يقف فوق محور دوران الأرض تمامًا تقريبًا، فيتركه دوران السماء شبه ساكن — علامة ثابتة للشمال تحلّ محلّ البوصلة.
تمرين 33.7 ★
تدور النجوم عبر الليل في دوائر مرتّبة. فما الذي يدور حقًّا؟ وما الذي يستعرضه الدوران نفسه عبر سماء النهار؟
حل
حل التمرين 33.7.
الأرض هي التي تدور، وتحملنا معها دورة في اليوم. والدوران نفسه يستعرض الشمس عبر سماء النهار — دوران واحد واستعراضان.
تمرين 33.8 ★
مِمّ يتبيّن أن الشريط اللبني في أشدّ السماوات ظلمة مؤلَّف، حين يُنظر إليه بمنظار مقرّب؟ وما هو حقًّا؟
حل
حل التمرين 33.8.
نجوم خافتة لا تُحصى، أشدّ ازدحامًا من أن تفصلها العين: هي درب التبّانة — مدينتنا المسطّحة من النجوم، مرئيةً من حرفها من الداخل.
تمرين 33.9 ★★
آلة تصوير تُركت طوال الليل مصوَّبة نحو النجم القطبي تسجّل دوائر؛ وإذا صُوّبت نحو الأفق الشرقي بدل ذلك سجّلت خطوطًا مائلة صاعدة. اشرح الصورتين بأرض واحدة دائرة.
حل
حل التمرين 33.9.
الأرض الدائرة تدير السماء كلها حول المحور المارّ بالنجم القطبي. فقرب تلك النقطة الساكنة تركب النجوم دوائر صغيرة — فتسجّل آلة التصوير حلقات. وأما نحو الشرق فيحمل الدورانُ النجومَ صاعدة فوق الأفق على مسارات مائلة — فتسجّل آلة التصوير خطوطًا صاعدة. دوران واحد ومنظران له.
تمرين 33.10 ★★
بحّارة غريقة في ليلة صافية ليس معها بوصلة ولا هاتف — ولا عجلة. اشرح كيف تسلّمها السماء اتجاهًا و— بشيء من الصبر — ساعةً. (فكرتان من الفصل، وسماء دائرة واحدة.)
حل
حل التمرين 33.10.
أما الاتجاه: فدليلا الدبّ الأكبر يعطيانها النجم القطبي، ومعه الشمال — بلا إبرة. وأما الساعة: فالدبّ الأكبر نفسه يدور حول النجم القطبي مثل عقرب ساعة عظيمة، دورة كاملة في اليوم؛ ومراقبة ما قطعه من الدوران تخبرها كيف يمضي الليل.
تمرين 33.11 ★★
ضوء نجم بعيد ينفق سنوات في الطريق إلى عينك. فحين تنظر إلى ذلك النجم الليلة، أتراه كما هو الآن؟ وإلى ماذا تنظر حقًّا — ولماذا يجعل هذا كل مقراب ضربًا من آلات الزمن؟