کسوف جزئی

ساعتی پیش از آغاز گرفتگی کامل ، ماه شروع به پوشاندن بخشی از خورشید می‌کند. در این مرحله گرفتگی صرفاً حالت جزئی دارد. در نواحی وسیعی در هر دو سوی مسیر گرفتگی ، تنها گرفتگی جزئی قابل روئیت است. در بر خی گرفتگیها فقط نیم سایه با زمین در تماس است و تمام سایه از افراز قطب‌ها می‌گذرد. طبعا این نوع خورشید گرفتگی در قطب‌ها صورت می‌گیرد.

کسوف کلی

در خورشیدگرفتگی کلی (کسوف کامل) زمین، ماه و خورشید در یک راستا قرار میگیرند، در این حالت کل قرص خورشید در پشت ماه پنهان می‌شود. سایه ماه فقط چند کیلومتر از سطح زمین را در بر می‌گیرد و به موازات حرکت ماه در مدار خود ، یک مسیر طولانی منحنی شکل در روی زمین می‌پیماید. تنها کسانی می‌توانند گرفتگی خورشید را ببینند که در جایی از این مسیر باریک و طولانی واقع باشند.

در هر نقطه ، مدت گرفتگی کامل ، بیشتر از دو تا پنج دقیقه طول نمی‌کشد. هر چه گرفتگی کامل نزدیکتر می‌شود، آسمان تاریکتر می‌شود و ستارگان بیشتری پدیدار می‌شوند. هنگامی که قرص خورشید کاملاً پوشانده می‌شود، هاله سفید رنگ درخشانی در اطراف ماه می‌درخشد. این همان تاج است که بصورت هاله‌ای از گازهای رقیق و داغ از خورشید جریان دارند. در کنار قرص سیاه ماه ، حلقه باریک و سرخ رنگی از گازهای خورشید به چشم می‌خورد که فام سپهر نام دارد.

کسوف

خورشیدگرفتگی یا کُسوف (نام قدیمی‌تر خورگیر^{[نیازمند منبع]}) وقتی رخ می‌دهد که سایه ماه بر بخشی از زمین بیافتد و در نتیجه از دید قسمت‌هایی از کرهٔ زمین، قرص ماه روی قسمتی از قرص خورشید را بپوشاند. این پدیده هنگامی رخ می‌دهد که زمین و ماه و خورشید به ترتیب در یک خط راست یا تقریباً در یک خط راست قرار بگیرند و این شرایط تنها در زمان ماه نو ممکن است برقرار گردد. گرفتگی کامل خورشید را باید یکی از منظره‌های بسیار زیبا و در عین حال ترسناک طبیعت دانست.

هندسهٔ مداری خورشیدگرفتگی

زمین در گردش به دور خورشید و ماه در گردش به دور زمین در مدارهای بیضی‌شکل اما نزدیک به دایره حرکت می‌کنند. شعاع مدار گردش زمین به دور خورشید (تقریباً ۱۵۰ میلیون کیلومتر) حدود ۴۰۰ برابر بزرگتر از شعاع مدار گردش ماه به دور زمین (تقریباً ۳۸۰ هزار کیلومتر) است و این در حالی است که اندازهٔ واقعی خورشید نیز حدود ۴۰۰ برابر بزرگتر از اندازهٔ واقعی ماه است. این وضعیت باعث شده‌است که اندازهٔ ظاهری ماه و خورشید از دید اهالی کرهٔ زمین تقریباً یکسان باشد.

بیضی بودن مدارها، باعث می‌شود که فاصلهٔ زمین تا خورشید در طول زمان تا حد ۱٫۶ ٪ کم یا زیاد شود و فاصلهٔ ماه تا زمین در طول زمان تا حد ۵٫۴ ٪ کم یا زیاد شود. این مطلب موجب شده‌است که در زمان‌های مختلف، اندازهٔ ظاهری ماه و خورشید کمی تغییر کند و در نتیجه ماه گاهی کوچکتر، گاهی هم‌اندازه و گاهی اندکی بزرگتر از خورشید دیده شود. از سطح کرهٔ زمین، اندازهٔ ظاهری ماه از ۲۹٫۳ تا ۳۴٫۱ دقیقهٔ قوس و اندازهٔ ظاهری خورشید از ۳۱٫۶ تا ۳۲٫۷ دقیقهٔ قوس در تغییر می‌باشند.

صفحهٔ مداری گردش ماه به دور زمین، نسبت به صفحهٔ مداری گردش زمین به دور خورشید °۵٫۱۴۵ زاویه دارد. این مطلب باعث می‌شود که در زمان ماه نو، در اغلب موارد ماه با خط واصل بین زمین و خورشید فاصله داشته باشد و تنها در بعضی از دفعاتِ ماه نو این سه جرم آسمانی تقریباً در یک خط راست قرار بگیرند.

ویژگی‌های مداری ذکر شده در بالا، موجب شده‌است که پدیدهٔ خورشیدگرفتگی در کرهٔ زمین از ویژگی‌های منحصر به فردی در بین سیارات منظومهٔ خورشیدی برخوردار باشد و پیچیدگی‌ها و زیبایی‌های خاصی به شرح زیر در آن دیده شود:

دفعات خورشیدگرفتگی

حدود ۳۰ روز طول می‌کشد تا ماه یک گردش کامل به دور زمین انجام دهد و در هر بار گردش، یک بار ماه نو رخ خواهد داد.

اگر صفحهٔ مداری گردش ماه به دور زمین همان صفحهٔ مداری گردش زمین به دور خورشید می‌بود، در هر ماه یک بار خورشید گرفتگی رخ می‌داد. اما وجود انحراف زاویه‌ای بین این دو صفحه، باعث می‌شود که در بسیاری از ماه‌ها، ماه از بالا یا پایین قرص خورشید بگذرد.

بنا بر این تنها دو یا سه بار در هر سال، ماه در هنگام عبور از فاصلهٔ میان زمین و خورشید به اندازهٔ کافی به خط واصل بین زمین و خورشید نزدیک می‌شود و در این هنگام گرفت خورشید رخ می‌دهد.

انواع خورشیدگرفتگی

• خورشیدگرفتگی حلقوی

این نوع از خورشیدگرفتگی، هنگامی رخ می‌دهد که از سطح زمین اندازهٔ ظاهری ماه کوچکتر از اندازهٔ ظاهری خورشید دیده شود. در این وضعیت، در مکان‌هایی از کرهٔ زمین که به خط واصل مرکز خورشید و مرکز کرهٔ ماه خیلی نزدیک هستند، تنها حلقهٔ پرنوری از خورشید دیده می‌شود و درون حلقه (که روی تاریک ماه است) کاملا تاریک دیده می‌شود.

خورشیدگرفتگی کلی - ۱۹۹۹ میلادی

• خورشیدگرفتگی کلی

این نوع از خورشیدگرفتگی، هنگامی رخ می‌دهد که از سطح زمین اندازهٔ ظاهری ماه اندکی بزرگتر از اندازهٔ ظاهری خورشید دیده شود. در این وضعیت، در مکان‌هایی از کرهٔ زمین که به خط واصل مرکز خورشید و مرکز کرهٔ ماه خیلی نزدیک هستند، تمام سطح خورشید توسط روی تاریک ماه پوشانده می‌شود.

در این نوع خورشیدگرفتگی امکان رؤیت جو خورشید وجود دارد که زیبایی این پدیده عمدتا به همین موضوع برمی‌گردد. معمولاً هر ۱٫۵ سال یک بار خورشید گرفتگی کلی روی می‌دهد، اما هر انسان در طول عمرش شاید یک بار شانس تماشای این پدیده را داشته باشد.

• خورشیدگرفتگی جزئی

هرگاه خورشیدگرفتگی اتفاق می‌افتد، در مکان‌هایی از سطح کرهٔ زمین که از خط واصل مرکز خورشید و مرکز کرهٔ ماه دور هستند، امکان رؤیت گرفت کلی یا گرفت حلقوی وجود ندارد. در چنین نقاطی - که شامل مساحت بیشتری از زمین می‌شود - دو قرص خورشید و ماه هم‌مرکز دیده نمی‌شوند و در نتیجه روی تاریک ماه، تنها قسمتی از قرص خورشید را می‌پوشاند که به این حالت گرفت جزئی گفته می‌شود.

• خورشیدگرفتگی مرکب

در بعضی از خورشیدگرفتگی‌ها، از سطح زمین اندازهٔ ظاهری ماه و خورشید خیلی به یکدیگر نزدیک است. در این وضعیت که خیلی به ندرت رخ می‌دهد، ممکن است در نقاطی از سطح زمین خورشیدگرفتگی کلی و در نقاط دیگری خورشیدگرفتگی حلقوی دیده شود که به این حالت خورشیدگرفتگی مرکب اطلاق می‌گردد. در این حالت نیز در دیگر نقاط سطح زمین، خورشیدگرفتگی جزئی دیده خواهد شد.

ارتباط نوع خورشیدگرفتگی با سایهٔ ماه

A کسوف کلی در قسمت سایه
B کسوف حلقوی در پشت سایه (ضد سایه)
C کسوف جزئی در قسمت نیم‌سایه

برای هر جسم کروی تاریک مانند ماه که در نزدیکی جسم کروی نورانی مانند خورشید قرار بگیرد، سایه‌ای تشکیل می‌شود که می‌توان در آن قسمت‌های زیر را تشخیص داد:

• سایه که جسم نورانی در آن دیده نمی‌شود و کاملا تاریک است.
• نیم‌سایه که تنها یک سمت از جسم نورانی در آن دیده می‌شود، در قسمت بیرونی سایه قرار دارد و نیمه‌تاریک است.
• ضد سایه که قسمت‌های میانی جسم نورانی در آن دیده نمی‌شود، در قسمت عقب سایه قرار دارد و نیمه‌تاریک است.

اگر وضعیت مداری ماه در هنگام ماه نو به گونه‌ای باشد که هیچ کدام از سه قسمت سایه ماه با سطح زمین تلاقی نکند، خورشیدگرفتگی اتفاق نخواهد افتاد. در غیر این صورت، یکی از حالت‌های زیر رخ خواهد داد:

1. اگر فاصله ماه و زمین در هنگام ماه نو به میزانی (کم) باشد که بخش سایه ماه با سطح زمین تلاقی پیدا کند، در آن قسمت از زمین خورشیدگرفتگی کلی قابل رؤیت خواهد بود. (قسمت A در شکل مقابل)
2. اگر فاصله ماه و زمین در هنگام ماه نو به میزانی (زیاد) بامسیر خورشیدگرفتگی
   

   
   

   

   در خلال گرفت، بر اثر حرکت ماه و چرخش زمین، سایه ماه زمین را از غرب به شرق طی می‌کند، که به این سیر حرکتی سیر گرفتگی کلی می‌گویند. هر کسی که در این مسیر باشد خورشید را در حالت گرفت کلی خواهد دید، این مسیر در بیشترین حالت به ۳۲۰ کیلومتر می‌رسد و حدود نیم درصد سطح زمین را می‌پوشاند.شد که بخش سایه ماه با سطح زمین تلاقی پیدا نکند، در آن صورت ضد سایه با سطح زمین برخورد می‌کند و در چنین قسمت‌هایی از زمین خورشیدگرفتگی حلقوی قابل رؤیت خواهد بود. (قسمت B در شکل مقابل)

3. ممکن است در حالت‌های خاص بعضی نقاط زمین از بخش سایه و بعضی نقاط دیگر از بخش ضد سایه عبور کنند، که در این وضعیت خورشیدگرفتگی مرکب (در بعضی نقاط کلی و در بعضی نقاط حلقوی) خواهد بود. خورشیدگرفتگی فروردین‌ماه ۱۳۸۴ (آوریل ۲۰۰۵) در آمریکای جنوبی از این دسته بوده‌است.
4. در هر سه حالت فوق، قسمت‌های زیادی از سطح زمین از قسمت نیم‌سایه عبور خواهند کرد و در این نقاط خورشیدگرفتگی جزئی رؤیت می‌شود. (قسمت C در شکل مقابل)
5. ممکن است در شرایطی تنها نیم‌سایه با سطح زمین برخورد نماید. در این حالت بعضی نقاط سطح زمین خورشیدگرفتگی جزئی را تجربه خواهد کرد بدون اینکه در جایی خورشیدگرفتگی کلی یا حلقوی رخ داده باشد. خورشیدگرفتگی انتهای اسفندماه ۱۳۸۵ (مارس ۲۰۰۷) و خورشیدگرفتگی شهریورماه ۱۳۸۶ (سپتامبر ۲۰۰۷) از این دسته بوده‌ا

خورشیدگرفتگی در زمین و دیگر سیارات

اندازهٔ ظاهری ماه و خورشید از دید اهالی کرهٔ زمین تقریباً یکسان و به دلیل بیضوی بودن مدارها تا حدودی دارای نوسان می‌باشند. این مطلب موجب شده‌است که پدیدهٔ خورشیدگرفتگی در کرهٔ زمین از ویژگی‌های منحصر به فردی در بین سیارات منظومهٔ خورشیدی برخوردار باشد و پیچیدگی‌ها و زیبایی‌های خاصی در آن دیده شود.

در دیگر سیارات منظومهٔ خورشیدی هم پدیدهٔ خورشیدگرفتگی روی می‌دهد، اما زیبایی‌های مربوط به خورشیدگرفتگی در کرهٔ زمین در دیگر سیاره‌ها دیده نمی‌شود. در سیاره مشتری، به دلیل تعدد قمرها، خورشیدگرفتگی‌های متعددی رخ می‌دهد. در پلوتو نیز خورشیدگرفتگی وجود دارد، اما این پدیده به صورت دوره‌ای و در فواصل بیش از ۱۰۰ سال رخ می‌دهد.

خورشیدگرفتگی در طول تاریخ

خورشید گرفتگی ۱۵۷۱ اروپا

در طول تاریخ این پدیده همواره مورد توجه اقوام و ملل مختلف بوده‌است. اغلب تمدنهای کهن خورشید گرفتگی را پدیده‌ای شوم می‌پنداشتند و درباره آن اعتقادات خرافی داشتند. چینی‌ها عقیده داشتند که هنگام خورشید گرفتگی اژدهایی خورشید را می‌بلعد. در بسیاری از فرهنگها خورشید گرفتگی بلایی آسمانی پنداشته می‌شده‌است. مردم هند در خلال گرفتگی خود را تا گردن در آب فرو می‌کردند و اعتقاد داشتند که با این کار به خورشید و ماه کمک می‌کنند تا در برابر اژدها از خود دفاع کنند. مردم در زمان‌های قدیم از گرفتگی خورشید می‌ترسیدند. آنها علت گرفتگی را نمی‌دانستند و خیال می‌کردند که ممکن است خورشید برای همیشه ناپدید شود.

اهمیت علمی خورشیدگرفتگی

مردم در زمان‌های قدیم از گرفتگی خورشید می‌ترسیدند، چرا که اولاً علت گرفتگی را نمی‌دانستند و خیال می‌کردند که ممکن است خورشید برای همیشه ناپدید شود و دوماً به طور معمول این پدیده را به مسائل ماوراء طبیعی و خدایان ارتباط می‌دادند و ناپدید شدن خورشید را ناشی از خشم خدایان می‌پنداشتند.

اما امروزه جنبه علمی این پدیده به خوبی شناخته شده‌است و به همین خاطر به غیر از تماشای زیبایی ظاهری آن، استفاده‌های علمی هم از این پدیده صورت می‌پذیرد.

در زمان خورشیدگرفتگی و به خصوص در خورشیدگرفتگی کلی، امکان انجام بررسی‌های علمی خاصی روی بعضی از مسائل علمی فراهم می‌گردد که در مواقع دیگر عملاً غیر ممکن است و همین مطلب ارزش علمی این پدیده را بالا می‌برد.

مدتها پیش از آنکه گرفتگی رخ دهد. برنامه ریزی دقیقی صورت می‌گیرد، تا چندین هیئت در مسیر گرفت مستقر شوند. اخترشناسان تلاش می‌کنند تا محلهایی را انتخاب کنند که در مدت کوتاهی ، گرفتگی ابری نباشد. طی چند دقیقه قابل استفاده ، دوربینها و دستگاهها ، هم‌زمان به عکسبرداری و آزمایشهای مختلف مشغول می‌شوند. حتی برخی از گروههای پژوهشگر در حالی که دستگاهها را در هواپیما جای می‌دهند، مطالعات خود را هنگام پرواز انجام می‌دهند. آنها با این روش می‌توانند از مزاحمت ابرها به دور باشند و نیز با پرواز هواپیما ، مسیر سایه ماه را دنبال کنند. از اینرو به مدت مشاهده گرفتگی چندین دقیقه افزوده می‌شود.

وقتی ماه قرص خورشید را می‌پوشاند لایه‌های خارجی جو خورشید را می‌توان رصد کرد. با پدیدار شدن ستاره‌ها می‌توان انحنای فضا-زمان را اندازه گیری کرد با محاسبه زمان تماس اول ماه با خورشید می‌توان به جزئیاتی در حرکت مداری ماه و زمین پی‌برد. می‌توان ستارگان دنباله‌داری را که در حضیض هستند بررسی کرد و ... . در قرن اخیر مهم‌ترین سنجشهای خورشید گرفتگی اندازه گیری مکان ستاره‌های قابل روئیت در اطراف خورشید و تأیید تجربی نسبیت عام انیشتین است. نسبیت عام پایه کهکشان شناسی نوین است. امروزه گرفتگی کامل ، برای اخترشناسان فرصت گرانبهایی است تا بخش‌های کم نورتر تاج خورشید و نیز لایه فام سپهر را مطالعه کنند.

سیاه‌چاله

سیاه‌چاله

نگاره شبیه‌سازی‌شده از یک سیاه‌چاله در برابر ابر ماژلانی.

کلاس‌ درس برخطی مربوط به موضوع این مقاله در کلاس‌های درس اینترنتی در بخش فیزیک موجود است.

بنابر نظریه نسبیت عام سیاه‌چاله‌ ناحیه‌ای از فضا است که میدان گرانشی فوق العاده بالایی دارد بطوریکه هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند از میدان گرانشی آن بگریزد. در سیاهچاله ناحیه‌ای به نام افق رویداد وجود دارد که هیچ چیزی بعد از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد و یا به عبارت دیگر بلعیده می‌شود.این یکی از اسرار سیاهچاله هاست که دانشمندان روی چگونگی آن به پژوهش می‌پردازند. «سیاه» نامیده می‌شود چون همه نوری که به داخل آن راه می‌یابد را به دام می‌اندازد دقیقا مانند مفهوم جسم سیاه در ترمودینامیک. یک سیاهچاله برخلاف درون نامرئی اش می‌تواند حضور خود را از راه کنش و واکنش با محیط پیرامون نشان دهد. ما از طریق دیدن حلقهٔ تجمعی و یا یک گروه از ستاره‌ها که به دور یک ناحیه تاریک و خالی در حال گردش اند می‌توانیم به حضورشان پی ببریم.

مقدمه

یک سیاهچاله اغلب شی‌ای تعریف می‌شود که سرعت گریز آن حتی از سرعت نور بیشتر است. سرعت گریزحداقل سرعت ممکن برای یک جسم می‌باشد تا بتواند از میدان گرانشی جسمی دیگر فرار کند. برای درک بهتر موضوع تصور کنید روی سطح یک سیاره ایستاده‌اید و سنگی را مستقیما به بالاپرتاب می‌کنید.. فرض کنیدکه سنگ را با قدرت زیادی پرتاب نکرده باشید سنگ برای مدتی بالا خواهد رفت اما در نهایت به خاطر گرانش سیاره پایین خواهد افتاد. اگر سنگ را به اندازه کافی محکم پرتاب کنید سنگ ممکن است از گرانش سیاره بگریزد در این حالت سنگ برای همیشه به بالا رفتن ادامه خواد داد.سرعتی که نیاز است با آن سنگ را پرتاب کنید تا از گرانش سیاره بگریزد سرعت گریز نامیده می‌شود. سرعت گریز برای کره زمین تقریبا برابر ۱۱ کیلومتر بر ثانیه می‌باشد و برای خورشید ۶۶۰ کیلومتر بر ثانیه‌است. بدین ترتیب هر چه جرم افزایش می‌یابد و یا شعاع کاهش می‌یابد و به طور کلی هرچه جسم چگال تر باشد سرعت گریز نیز افزایش می‌یابد. می‌توان حدس زد که سرعت گریز برای یک سیاهچاله با جرمی حدود چند میلیون برابر خورشید چقدر است.! مطمئنا سرعت گریز سیاهچاله‌ها بیشتر از سرعت نور می‌باشد در نتیجه هیچ چیز نمی‌تواند از آن فرار کند.در نظریه نسبیت عام تمام جرم یک سیاهچاله درتکینگی متمرکز می‌شود که می‌تواند یک نقطه یا یک حلقه یا یک کره باشد. در اطراف تکینگی کره فرضی به نام افق رویداد وجود دارد که «نقطه بدون بازگشت» را مشخص می‌کند. مرزی که هرچیزی که از آن عبور کند به ناچار به سمت تکینگی هدایت می‌شود. فاصله بین تکینگی تا افق رویداد اندازه یک سیاهچاله را معین می‌کند.

از نظر دانشمندان به طور کلی به دو دسته سیاهچاله‌های چرخشی و غیرچرخشی تقسیم می‌شوند. اما دسته بندی معمول بر اساس جرم آنان می‌باشد. وقتی سیاهچاله‌ها براساس فروپاشی گرانشی یک ستاره شکل می‌گیرند سیاهچاله‌های ستاره وار نامیده می‌شوند.سیاهچاله‌هایی که در مرکز کهکشان‌ها یافت شده‌اند جرمی چند میلیون برابر جرم خورشید دارند و در نتیجه سیاهچاله‌های پرجرم نامیده می‌شوند.دانشمندان معتقدند بین این دو اندازه سیاهچاله‌هایی با جرم چندین هزار برابر جرم خورشید نیز وجود دارند که سیاهچاله‌های جرم متوسط نامیده می‌شوند و اما میکرو سیاهچاله‌ها که دانشمندان معتقدند در زمان انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند و همچنین امکان ساخت چنین سیاهچاله‌هایی در دستگاههای شتاب دهنده ذرات روی زمین وجود دارد.با این وجود تا کنون هیچ میکروسیاهچاله‌ای از سوی دانشمندان شناسایی نشده‌است.

[ویرایش] تاریخچه

نگاره‌ای تخیلی از صفحه تجمع پلاسمای داغ بر گِرد یک سیاهچاله (برگرفته از ناسا).

مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزدابتدا از سوی زمین شناسی به نام جان میچل درسال ۱۷۸۳ مطرح شد که آن را در مقاله‌ای که به هنری کوندیش فرستاد و از سوی انجمن سلطنتی به چاپ رسید عنوان کرد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت گریز شناخته شده بودند. طبق محاسبات میچل جسمی با شعاعی ۵۰۰ برابر شعاع خورشید و چگالی مشابه در سطح خود سرعت گریزی بیش از سرعت نور خواهد داشت و بنابر این غیر قابل مشاهده خواهد بود. به بیان او: " اگر شعاع کره‌ای با چگالی مشابه خورشید قرار باشد که ۵۰۰ بار از آن بزرگ تر

    باشد جسمی که از ارتفاع بینهایت به سمت آن سقوط می‌کند در سطح آن سرعتی بیش 
    ازسرعت نور به دست می‌آورد و اگر فرض کنیم نور با نیروی مشابهی به سمت ستاره 
    کشیده شود آنگاه تمام نوری که از چنین جسمی ساطع می‌شود به ناچار به وسیله
    گرانش آن به سمت خود ستاره بازمی گردد."

در سال ۱۷۹۶ پیر سیمون لاپلاس ریاضی دان فرانسوی نظریه مشابهی را در ویرایش اول و دوم کتاب خود به نام آشکارسازی نظام جهان مطرح کرد. این مطالب در ویرایش‌های بعدی کتاب حذف شد. این نظریه در قرن نوزدهم توجه چندانی را به خود جلب نکرد زیرا فیزیک دانان براین باور بودند که نور به صورت موج و فاقد جرم است و بنابراین تحت تاثیر گرانش قرار نمی‌گیرد. درسال ۱۹۱۵ آلبرت اینشتین که قبلا نشان داده بود که گرانش نور را تحت تاثیر قرار می‌دهد نظریه گرانش خود به نام نسبیت عام را مطرح کرد.چند ماه بعد کارل شوارتسشیلد راه حلی برای میدان گرانشی یک جرم نقطه‌ای و یک جرم کروی ارائه داد که نشان می‌داد سیاهچاله‌ها می‌توانند به صورت تثوری وجود داشته باشند. شعاع شوارتسشیلد امروزه به عنوان شعاع افق رویداد یک سیاهچاله غیرچرخشی شناخته می‌شود. در سال ۱۹۳۰ سابراهمانیان چاندراسخاراختر فیزیک دان هندی ادعا کرد که یک جسم غیر تابنده با جرمی معادل ۴۱/۱ برابر جرم خورشید به این دلیل که تا آن زمان چیزی که بتواند جلوی فروپاشی آن را بگیرد شناخته نشده بودفرو می‌پاشد. رابرت اوپنهایمر پیش بینی کرد که ستارگان پرجرم ممکن است فروپاشی گرانشی تاثیرگذاری را تجربه کنند.اصولا سیاهچاله‌ها می‌توانند در طبیعت شکل بگیرند. از دید یک ناظر خارجی فروپاشی به سرعت در حال کند شدن است و در نزدیکی شعاع شوارتسشیلد انتقال به قرمز بسیار زیادی پیدا می‌کند به همین علت چنین اجسامی تا مدت‌ها «ستارگان منجمد» نامیده می‌شدند.در سال۱۹۶۷ پیشرفت‌های نظری و تجربی علاقهٔ اخترفیزیک‌دانان را به سیاهچاله‌ها برانگیخت. استیفن هاوکینگ ثابت کرد سیاهچاله‌ها یک خصوصیت عمومی در نظریه گرانشی اینشتین هستند و با فروپاشی برخی اجسام به ناچار سیاهچاله به وجود می‌آید. جامعهٔ ستاره شناسی با کشف تپ اخترها علاقه دوباره‌ای به سیاهچاله‌ها پیدا کرد. پس از مدتی اصطلاح سیاهچاله (حفره سیاه) از سوی فیزیک دانی به نام جان ویلرمطرح شد. او نخستین بار در سخنرانی عمومی خود با عنوان جهان ما شناخته‌ها و ناشناخته‌ها در دسامبر سال ۱۹۶۷ از این نام استفاده کرد.برای تشخیص سیاهچاله‌های نسبیت عام از دیگر اجرام نیوتنی که از سوی لاپلاس و میچل مطرح شده بودند غالبا آن اجرام را ستارگان تاریک می‌نامند.

[ویرایش] ویژگی‌ها

نظریه «بدون مو»ی جان ویلر بیان می‌دارد تنها سه ویژگی سیاهچاله‌ها قابل تشخیص هستند که عبارتند از : جرم و بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه‌ای. این ویژگی‌ها خاص هستند چون از بیرون سیاهچاله قابل تشخیص اند.آن چه بین دانشمندان متداول است دسته بندی سیاهچاله هابر اساس جرم آنان می‌باشد.

[ویرایش] طبقه بندی بر اساس جرم

[ویرایش] سیاهچاله‌های پرجرم

جرمی بین چندصدهزار تا چند میلیون برابر جرم خورشید دارند و پیش بینی می‌شود که در مرکز همه کهکشان‌ها از جمله کهشکان راه شیری وجود داشته باشند. بزرگترین سیاهچاله پرجرم شناخته شده در محل OJ ۲۸۷ قرار دارد و جرمی معادل ۱۸ میلیارد برابر جرم خورشید دارد.

[ویرایش] سیاهچاله‌های جرم متوسط

این سیاهچاله‌ها جرمی هزاران برابر جرم خورشید دارند و گمان می‌رود که این سیاهچاله‌ها نیروی منابع پرتو ایکس را در فضا تامین می‌کنند. هیچ راه مستقیمی برای شکل گیری آنان شناخته نشده‌است اما محتمل است این نوع از برخورد سیاهچاله‌های با جرم کمتر شکل می‌گیرد.

[ویرایش] سیاهچاله‌های ستاره‌وار

این سیاهچاله‌ها جرمی بین سه تا پانزده برابر جرم خورشید دارند و از دو طریق تشکیل می‌شوند. یکی فروپاشی گرانشی ستاره‌های منفرد و دیگری برخورد ستاره‌های دودویی نوترونی.

[ویرایش] ریزسیاهچاله‌ها

جرم این سیاهچاله‌ها به اندازه‌ای است که در آنها اثرات مکانیک کوانتومی اهمیت زیادی پیدا می‌کند. به طور کلی سیاهچاله‌هایی که جرمی کمتر از جرم خورشید دارند ریزسیاهچاله نامیده می‌شوند.

[ویرایش] افق رویداد

محدوده‌ای از سیاهچاله‌است که هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند به خارج از آن بگریزد. افق رویداد یک سطح جامد نیست و مانع ورود ماده یا تابشی که به سمت ناحیه داخل آن در حرکت است نمی‌شود. در واقع افق رویداد یک ویژگی تعریف شده سیاهچاله‌است که حدود سیاهچاله را مشخص می‌کند.علت سیاه بودن افق رویداد هم این است که هیچ پرتوی نور یا تابش دیگری نمی‌تواند از آن بگریزد. از این رو افق رویداد هر آنچه را که درون آن اتفاق می‌افتد از دید دیگران پنهان نگه می‌دارد. در حال حاضر بهترین نظریه‌ای که می‌توان با استفاده از آن اتفاقات درون افق رویداد را پیش بینی کرد نظریه نسبیت عام اینشتین است.

[ویرایش] تکینگی

براساس نسبیت عام جرم یک سیاهچاله به طور کامل در داخل ناحیه‌ای با حجم صفر فشرده شده‌است. این ادعا بدین معناست که چگالی و گرانش این نقطه بی نهایت است.علاوه بر این خمیدگی فضا-زمان در این نقطه بی نهایت خواهد بود. این مقادیر بی نهایت باعث می‌شوند که بیشتر معادلات فیزیکی از جمله معادلات نسبیت کارایی خود را در مرکز سیاهچاله از دست بدهند. از اینرو فیزیک دانان این ناحیه بی نهایت چگال با حجم صفر در مرکز سیاهچاله را تکینگی می‌نامند.

تکینگی در یک سیاهچاله غیرباردار غیرچرخشی یک نقطه‌است به عبارت دیگر ناحیه‌ای است که طول عرض و ارتفاع آن صفر است.امادر مورد این تعریف تردیدهایی وجود دارد.براساس مکانیک کوانتومی هیچ جسمی نمی‌تواند دارای اندازه صفر باشد.بنابر تعریف مکانیک کوانتومی مرکز یک سیاهچاله تکینگی نیست بلکه ناحیه‌ای است که در آن مقادیر زیادی ماده در کوچک ترین حجم ممکن فشرده شده‌است.

[ویرایش] فوتون کره

فوتون کره یک سیاهچاله غیرچرخشی محدوده‌ای است کروی با ضخامت صفر و فوتون‌هایی که در طول مسیر مماس بر این کره حرکت می‌کنند در مداری دایره‌ای گرد آن به دام می‌افتند. در سیاهچاله‌های غیرچرخشی شعاع فوتون کره یک و نیم برابر شعاع افق رویداد است.

[ویرایش] آرگوسفر

هر جسم فوق چگال و بزرگ در حال چرخش اثری ایجاد می‌کند که به «کشش چارچوب» معروف است. کشش چارچوب باعث می‌شود که فضا- زمان اطراف جسم در راستای چرخش آن کشیده شود. آرگوسفر یکی از ویژگی‌های سیاهچاله‌های چرخشی است این کره با این نواحی هم مرز است:

از بیرون با سطح کروی شکل پهنی که در قطب‌هایش بر افق رویداد منطبق است و به طرز قابل توجهی در ناحیه استوایی خود پهن تر است. این محدوده را معمولا «ارگوسرفس» یا سطح کار می‌نامند.

از درون با افق رویداد بیرونی.

[ویرایش] روش‌های شناسایی سیاهچاله‌ها

در بعد تئوری هیچ چیز نمی‌تواند از درون افق رویداد یک سیاهچاله به بیرون آن راه یابد.با این وجود سیاهچاله‌ها را می‌توان با مشاهده پدیده‌های نزدیک آنها یا حلقهٔ تجمعی وعدسی گرانشی وفوران‌های کهکشانی.

[ویرایش] حلقه‌های تجمعی و فوران‌های پر انرژی

حلقهٔ تجمعی بسیار داغ و چرخان پیرامون سیاهچاله که متشکل از مواد در حال سقوط به درون سیاهچاله‌است آشکارترین نشانه برای شناسایی سیاهچاله‌ها است. غلظت داخلی حلقه باعث می‌شود حلقه داغ شده و مقادیر زیادی پرتوی ایکس و تابش فرابنفش از خود ساطع کند. با این همه حلقه‌های تجمعی و فوران‌های پرانرژی تنها به سیاهچاله هااختصاص ندارند بلکه در اطراف اجسام دیگری از قبیل ستارگان نوترونی نیز یافت می‌شوند.

[ویرایش] عدسی گرانشی

جزو آن پدیده‌هایی است که پیدایش آن می‌تواند دلایل دیگری به جز وجود سیاهچاله‌ها داشته باشد. یک عدسی گرانشی می‌تواند با خمیده کردن پرتوهای نور که در عدم حضور آن هرکدام به سویی می‌رفتند به سمت تلسکوپ‌های ما تصاویر چندگانه‌ای از اجرام بسیار دور به ارمغان آورد.

[ویرایش] آشکارسازی سیاهچاله‌ها

یکی از راههای کشف سیاهچاله‌ها استفاده از امواج گرانشی است که هنگام فروپاشی گسیل می‌دارند. هر جرم اختری از حیث شکل نامتقارن تششع ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. جوزف وبر از دانشگاه مریلند، پیش کسوت رشته تشعشع گرانشی، رویدادهای زیادی را کشف کرده‌است که حاکی از ویرانی وسیع ماده در جهان، از راه فروپاشی گرانشی است. کارافزار او عبارت است از آنتن‌های آلومینیومی، ابزاری که به‌وسیله سیمهایی در داخل اتاقهای حفاظ داری آویزانند. این کار افزار او قادر به کشف سیاهچاله‌ است، اما متاسفانه این کار را نمی‌تواند به دقت انجام دهد.

[ویرایش] تبدیل ستارگان بزرگ به سیاه‌چاله‌ها

ابتدا برای فهم بهتر سیاهچاله‌ها بد نیست این را بدانید سیاهچاله‌ها به قدری متراکمند که اگر کل کرهٔ زمین قطرش به ۰/۹ سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل می‌گردد.

بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱٫۴ برابر خورشید است چه می‌آید؟ حتی نیروی قوی نیز نمی‌تواند سرعت فرو پاشی درونی آن را متوقف سازد. و این ستاره کاملاً فرو می‌پاشد و از مرحله ستاره نوترونی فراتر رفته و حتی به یک شی کوچک‌تر و چگال تر یعنی سیاهچاله‌ تبدیل می‌شود.اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کرد ان به یک سیاه چاله تبدیل می‌شود شعاع شوارتز شیلد زمانی ایجاد می‌شود که سرعت گریزه از جاذبه به سرعت نور برسد

فروپاشی کامل به معنای آن نیست که سیاهچاله‌ از روی صفحه جهان محو می‌شود. همان طور که به‌وسیله اینشتین توصیف شده‌است ساختار فضا- زمان فرو پاشی بی پایان را منتفی می‌کند و به جای آن یک انحنای غیر مادی، نامرئی و واقعی فضا را به وجود می‌آورد. یک سیاهچاله‌ را می‌توان به مرد نامرئی سنگین وزنی تشبیه کرد که روی یک نیمکت نشسته‌است. او دیده نمی‌شود ولی وزن او در نیمکت فرورفتگی ایجاد می‌کند.

سیاهچاله‌ برای فیزیکدانان نظری چیز تازه‌ای نیست. در سال ۱۹۳۹ج. اوپنهایمرو هارتلند و اس. اشنایدر برای نخستین بار سیاهچاله‌ها را به عنوان نتیجه‌ای از نسبیت عمومی پیشنهاد کردند ولی در آن زمان برای تشخیص آنها هیچ راه معلومی وجود نداشت. اما با پیشترفت اخیر اخترشناسی رادیویی و کشف علائم رادیویی توضیح ناپذیر از اعماق فضا، سیاهچاله‌ها به صورت موضوع بسیار مهم اخترشناسی درآمده‌اند. دانشمندان معتقدند که این اشیای نظری پدیده‌های با انرژی فوق العاده چون اختر نماها و تپ اخترها می‌توانند نقشی داشته باشند. سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی تنها اشیای شناخته شده در فیزیک هستند که برای انجام مشاهده‌های اخترشناختی روی چنان فرستنده‌های بسیار نیرومند تشعشع، به اندازه کافی فشرده و پر جرمند.

[ویرایش] تعداد سیاهچاله‌ها در جهان

به عقیده‌ای.جی.دابلیو. کامرون از دانشگاه یشیوا ممکن است جهان پر از سیاهچاله‌ باشد. نظریه کیهان‌شناسی پیش بینی می‌کند که جهان شامل مقدار مشخصی ماده‌است. اما اخترشناسان از مشاهده‌هایشان استنباط کرده‌اند که تقریباً ماده به اندازه کافی وجود ندارد تا این پیش بینی‌ها را عملی سازد. ماده مشاهده شده به اندازه قابل ملاحظه‌ای کمتر از ماده پیش بینی شده‌است. دکتر کامرون بر آن است که ماده گمشده ممکن است به وسیله شمار زیادی سیاهچاله‌ بلعیده شده باشد.

تاریخ شیمیایی جهان نشان می‌دهد که نخستین ستارگانی که تشکیل شده‌اند بسیار بزرگ بوده‌اند و انتظار می‌رود به سیاهچاله‌ها تبدیل شوند. با قطعیت نمی‌توان گفت که همه ستارگان ناگزیر به سیاهچاله‌ها مبدل می‌شوند. دانشمندان نشان داده‌اند که ستارگان نامتقارن ستارگانی که تقارن کروی تقریباً کامل ندارند به این سرنوشت دچار می‌شوند. اما به عقیده وای. ب. زلدوویچ فیزیکدانان شوروی و گروه انگلیسی استیون هاوکینگ، راجر بن روز و روبرت چراک، عدم تقارن شکلی کوچک، یک ستاره بزرگ را نجات نخواهند داد.

[ویرایش] جهان حفره‌ها

سیاهچاله، این اجرام نادر و عجیب، را می‌توان نتیجه تفکرات جوان باهوش آلمانی که در سال ۱۹۱۹ در دفتر ثبت اختراعات سوئیس مشغول به کار بود دانست. آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۹ تئوری نسبیت عام خود را که انقلابی عظیم در فیزیک نوین بود را ارائه کرد. آلبرت اینشتین پی برده بود که جهان اساساً در مکانهای متفاوت نسبت به قوانین نیوتن قابل توضیح نیست. او گفت که سه بعد از فضا نمی‌توانند به صورت مجزا از بعد چهارم یعنی زمان باشند. او گفت که اینها باهم پیوسته هستند و آنها فضا - زمان نامید. این ساختار همانند یک ساختار نامرئی است که در واقع وجود دارد. او گفت که فضا نمی‌تواند مطلق باشد، بلکه پیوسته‌است. این بافت فضا زمانی می‌تواند خمیده شود و یا اینکه پیچ و تاب پیدا کند.

این بافت که می‌تواند جالب باشد فقط در صورتی می‌تواند مسطح و صاف باشد که هیچ چیز در روی آن وجود نداشته باشد. اگر جسمی جرم دار در روی آن وجود داشته باشد گرانش نیز وجود دارد و هر جا که گرانش وجود داشته باشد این بافت فضا - زمان خمیده می‌شود. این خمیدگی این بافت برای اجرام حکم می‌کند که چگونه حرکت کنند، در واقع می‌گوید که گرداگرد این فضا - زمان خمیده به سیر و سفر بپردازند. گرانش در تئوری نسبیت عام اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. اگر بخواهیم کمی ساده‌تر توضیح دهیم همین خمیدگی عامل ایجاد گرانش است.

انیشتین برای تصور این واقعیت فرض کرد که کاغذی دارد و آن کاغذ را ساختار فضا - زمان فرض کرد. او جسمی سنگین را در روی آن کاغذ قرار داد (آن جسم را خورشید در نظر گرفت) و دید که در ساختار کاغذ خمیدگی و فرورفتگی ایجاد شده‌است. او گفت که این فضا زمان خمیده گرانشی تولید می‌کند که هر چه این خمیدگی بیشتر باشد گرانش نیز قوی‌تر خواهد بود. سرانجام در جهان اجرامی وجود دارند که این خمیدگی را به نهایت خود می‌رسانند و تمام مسیرها را بسوی خود خم می‌کنند و این اجرام حقیقتاً سیاهچاله‌های کیهانی هستند.

تشکیل و تکامل منظومه شمسی

تشکیل و تکامل منظومه شمسی

تصویر خیالی از منظومه شمسی

تشکیل و تکامل سامانه خورشیدی از ۴٫۶ میلیارد سال پیش آغاز شد که یک ابر ملوکولی از

طریق جاذبه به داخل رمبش کرد. که در مرکز آن خورشید تشکیل شد و در کنار آن دیسک ابر تشکیل شد که بعدا به سیارات،ماه‌ها سیارات کوتوله