سحابی چیست و چگونه بوجود می آید؟ — به زبان ساده

در این مطلب در مورد سحابی و ویژگی‌ آن صحبت می‌کنیم. در حقیقت سحابی ابر عظیمی از غبار و گاز است که فضای بین ستارگان را اشغال کرده و به عنوان مهد برای ستاره‌های جدید عمل می‌کند. ریشه این کلمه از کلمه لاتین آمده است که به معنی مه، بخار، دود و بازدم است. در ادامه این مطلب ویژگی‌های سحابی را بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهیم. خواندن این مطلب را به علاقه مندان به نجوم و ستاره شناسی به شدت پیشنهاد می‌کنیم.

سحابی چیست؟

سحابی‌ها واقعاً شگفت انگیز هستند، لغت سحابی از کلمه لاتین ابر گرفته شده است و به ابرهای عظیم گرد و غبار، هیدروژن، گاز هلیوم و پلاسما اشاره دارد. به سحابی اغلب مهد کودک‌های ستاره‌ای، یعنی محل تولد ستاره‌ها نیز گفته می‌شود و برای قرن‌ها، کهکشان‌های دور اغلب با این ابرهای عظیم اشتباه گرفته می‌شدند.

فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی در فرادرس

کلیک کنید

با این حال چنین توصیفاتی به سختی سطح سحابی‌ها و اهمیت آن‌ها را توصیف می‌کند. در حقیقت بین روند شکل گیری سحابی‌ها، نقش آن‌ها در شکل گیری ستاره‌ای و سیاره‌ای و تنوع آن‌ها، سحابی‌ها سوالات و کشف‌های بی پایان را برای بشریت فراهم کرده‌اند.

مدتی است که دانشمندان و ستاره شناسان متوجه شده‌اند که فضا در واقع یک خلاء کامل نیست. در واقع فضا از ذرات گاز و گرد و غبار تشکیل شده است که در مجموع به عنوان فضای میان ستاره‌ای (ISM) شناخته می‌شوند. تقریباً $$99\%$$ فضای میان ستاره‌ای از گاز تشکیل شده است، در حالی که حدود $$75\%$$ از جرم آن به شکل هیدروژن و $$25\%$$ باقی مانده به صورت هلیوم است.

گاز بین ستاره‌ای تا حدی از اتم‌ها و مولکول‌های خنثی و همچنین ذرات باردار مانند یون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده است. این گاز بسیار رقیق و با چگالی متوسط ​​حدود 1 اتم در سانتی متر مکعب است. در مقابل، چگالی جو زمین تقریباً 30 کوئینتیلیون مولکول در سانتی متر مکعب ($$3 \times 10^{19} \text{ per }cm^3$$) در سطح دریا است.

با وجود اینکه گاز بین ستاره‌ای بسیار پراکنده است، مقدار ماده در فواصل وسیع بین ستارگان جمع می‌شود و سرانجام با جاذبه کافی بین ابرها، این ماده می‌تواند با هم ادغام شده و به شکل ستاره‌ها و منظومه‌های سیاره‌ای درآید.

• مطالب پیشنهادی برای مطالعه:
  • تلسکوپ جیمز وب چیست؟
  • همه عکس‌ های تلسکوپ جیمز وب

چه کسی سحابی را کشف کرد؟

مانند بسیاری از چیزهای دیگر در آسمان، بسیاری از مردم می‌توانند عنوان کاشف سحابی‌ها را به دست آورند. اولین مورد از ذکر نام سحابی در تاریخ ممکن است در سال 964 توسط عبدالرحمان صوفی، ستاره شناس ایرانی باشد که درباره کهکشان آندرومدا نوشت و در این بررسی متوجه یک ابر کوچک شد. منجمان اولیه عرب و چین همچنین متوجه ایجاد سحابی خرچنگ در نتیجه یک ابرنواختر در 1054 شدند.

فیلم آموزش مقدماتی کیهان شناسی و نجوم در فرادرس

کلیک کنید

تنها در قرن 17 و پیشرفت‌های ابزار نجومی و رصدی بود که سحابی‌های بیشتر مشاهده شدند. در سال 1610، نیکولاس کلود فابری پیرسک سحابی جبار را کشف کرد که این سحابی در سال 1618 توسط یوهان باپتیست سیسات مشاهده شد. با این حال اولین مشاهدات دقیق در انتظار دانشمند معروف کریستیان هویگنس در 1659 بود. همچنین هویگنز اولین کسی بود که یک فرمول استاندارد برای نیروی گریز از مرکز ارائه کرد، که در سال 1659 منتشر شد و بدین صورت این سال یعنی 1659 سال بزرگی برای هویگنس بود.

حدود 50 سال بعد، ادموند هالی در مورد شش سحابی مختلف نوشت و به موجب این کار، دنباله داری به نام او معرفی شد. در حقیقت او دانشمندی بسیار ماهر بود که به عنوان دومین ستاره شناس سلطنتی در بریتانیا خدمت می‌کرد.

با این حال نام‌های مشهور در نجوم طی سال‌ها به سحابی‌ها هجوم آورده‌اند. ادوین هابل به طبقه بندی سحابی‌ها بر اساس طیف‌های نوری که تولید می‌کنند کمک کرد، همچنین او کشف کرد که تقریباً همه سحابی‌ها با ستارگان در ارتباط هستند و با نور ستارگان روشن می‌شوند.

تشکیل سحابی چگونه است؟

در اصل هنگامی که بخش‌هایی از محیط بین ستاره‌ای دچار فروپاشی گرانشی می‌شوند، یک سحابی شکل می‌گیرد. جاذبه گرانشی متقابل باعث می‌شود که ماده به هم چسبیده و نواحی با چگالی بیشتر و بیشتر را تشکیل دهد. از این رو ستارگان در مرکز مواد در حال فروپاشی شکل می‌گیرند، که اشعه ماوراء بنفش یونیزه کننده باعث می‌شود گازهای اطراف در طول موج‌های نوری قابل مشاهده باشند.

اندازه اکثر سحابی‌ها وسیع است و قطر آن‌ها تا صدها سال نوری می‌رسد. اگر چه سحابی‌ها چگالی بیشتری نسبت به فضای اطراف آن‌ها دارند، اما بیشتر سحابی‌ها نسبت به هرگونه خلاء ایجاد شده در محیط خاکی چگالی کمتری دارند. در حقیقت، یک ابر سحابی که از نظر اندازه شبیه به زمین است، به اندازه‌ای دارای ماده است که جرم آن تنها چند کیلوگرم است.

طبقه بندی سحابی چگونه است؟

اجرام ستاره‌ای که می‌توان آنها را سحابی نامید در چهار گروه اصلی وجود دارند. بیشتر آن‌ها در دسته سحابی‌های پراکنده قرار می‌گیرند، به این معنی که آن‌ها هیچ مرز مشخصی ندارند. این سحابی‌ها را می‌توان بر اساس رفتار آن‌ها با نور مرئی به دو دسته دیگر تقسیم کرد: سحابی‌های تابشی و سحابی‌های بازتابی.

فیلم آموزش رصد آسمان و نجوم رصدی در فرادرس

کلیک کنید

سحابی‌های گسیل کننده آن‌هایی هستند که از خط طیفی گازهای یونیزه تابش ساطع می‌کنند و اغلب به دلیل اینکه از هیدروژن یونیزه تشکیل شده‌اند، مناطق HII نامیده می‌شوند. در مقابل، سحابی‌های انعکاسی مقدار قابل توجهی از نور مرئی را از خود ساطع نمی‌کنند، اما همچنان درخشان هستند زیرا نور ستارگان مجاور را منعکس می‌کنند.

تصویر 1: چهار نوع متفاوت سحابی سیاره‌ایهمچنین سحابی‌هایی به نام سحابی‌های تاریک، معروف هستند که شامل ابرهای ماتی هستند که تابش قابل مشاهده‌ای از خود منتشر نمی‌کنند و توسط ستارگان روشن نمی‌شوند و همچنین نور اجسام درخشان پشت آن‌ها مسدود می‌شود. همانند سحابی‌های انتشار و بازتاب، سحابی‌های تاریک منابع انتشار نور مادون قرمز هستند که عمدتاً به دلیل وجود گرد و غبار در این سحابی‌ها است.

برخی از سحابی‌ها در نتیجه انفجارهای ابرنواختر شکل می‌گیرند و از این رو به عنوان سحابی باقی مانده از ابرنواختر طبقه بندی می‌شوند. در این حالت، ستاره‌های با طول عمر کوتاه دچار انفجار در هسته خود می‌شوند و لایه‌های خارجی خود را منفجر می‌کنند. این انفجار یک بقایا به شکل یک جسم فشرده یعنی یک ستاره نوترونی و ابری از گاز و گرد و غبار را که در اثر انرژی انفجار یونیزه می‌شود، به جا می‌گذارد.

سحابی‌های دیگر ممکن است به صورت سحابی‌های سیاره‌ای شکل بگیرند که شامل ورود یک ستاره با جرم کم به آخرین مرحله حیات می‌شود. در این سناریو، ستارگان وارد فاز غول سرخ خود می‌شوند و به آرامی لایه‌های بیرونی خود را به دلیل چشمک زدن هلیوم در فضای داخلی خود از دست می‌دهند. هنگامی که ستاره مواد کافی را از دست می‌دهد، دمای آن افزایش می‌یابد و اشعه ماوراء بنفش ساطع شده، مواد اطراف خود را که پرتاب کرده است یونیزه می‌کند.

این کلاس همچنین شامل زیر کلاس معروف به سحابی‌های پیش سیاره ای (PPN) است که در مورد اجرام نجومی که یک دوره کوتاه مدت از تکامل یک ستاره را تجربه می‌کنند، کاربرد دارد. این مرحله یک مرحله سریع است که بین شاخه غول مجانک دیررس (LAGB) و مرحله سحابی سیاره‌ای (PN) زیر رخ می‌دهد.

در مرحله فاز شاخه غول مجانب (AGB)، ستاره دچار از دست دادن جرم می‌شود و پوسته‌ای دور ستاره‌ای از گاز هیدروژن ساطع می‌کند. هنگامی که این مرحله به پایان می‌رسد ستاره وارد مرحله PPN می‌شود، جایی که توسط یک ستاره مرکزی انرژی می‌گیرد و باعث می‌شود که اشعه مادون قرمز قوی از خود ساطع کرده و به سحابی بازتابی تبدیل شود. فاز PPN تا زمانی که ستاره مرکزی به دمای 30،000 کلوین برسد ادامه می‌یابد و پس از آن به اندازه کافی گرم است تا گاز محیط را یونیزه کند.

تاریخچه مشاهده سحابی

بسیاری از اجرام سحابی در آسمان شب توسط ستاره شناسان در دوران باستان کلاسیک و قرون وسطی مورد توجه قرار گرفتند. اولین مشاهدات ثبت شده در سال 150 میلادی انجام شد، هنگامی که بطلمیوس به حضور پنج ستاره در آلماگاست اشاره کرد که در کتابش مبهم به نظر می‌رسید. وی همچنین به ناحیه‌ای از درخشندگی بین صورت فلکی اورسا بزرگ و شیر اشاره کرد که با هیچ ستاره قابل مشاهده‌ای مرتبط نبود.

فیلم آموزش مبانی گرانش یا Gravitation در فرادرس

کلیک کنید

عبدالرحمن صوفی، ستاره شناس ایرانی در کتاب ستاره‌های ثابت خود که در سال 964 میلادی نوشته شده است، اولین مشاهدات خود را از یک سحابی واقعی انجام داد. بر اساس مشاهدات صوفی، ابر کوچکی در قسمتی از آسمان شب نمایان بود که در آن کهکشان آندرومدا در حال حاضر شناخته شده است. او همچنین اشیاء سحابی دیگری مانند Omicron Velorum و Brocchi’s Cluster را فهرست بندی کرد.

در 4 ژوئیه 1054، ابرنواختری که سحابی خرچنگ را ایجاد کرد (SN 1054) برای منجمان روی زمین قابل مشاهده بود و مشاهدات ثبت شده توسط ستاره شناسان عرب و چینی شناسایی شد. در حالی که شواهد و داستان‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهد تمدن‌های دیگر به ابرنواختر نگاه کرده‌اند و آن را کشف کرده‌اند اما هیچ شواهدی مبنی بر کشف ثبت نشده است.

در قرن 17، پیشرفت در تلسکوپ‌ها منجر به اولین مشاهدات تایید شده از سحابی شد. این موضوع در سال 1610 آغاز شد، زمانی که ستاره شناس فرانسوی «نیکولا کلود فابری د پیرسک» (Nicolas-Claude Fabri de Peiresc) اولین رصد ثبت شده از سحابی شکارچی را انجام داد. در سال 1618، «یوهان باپتیست سیسات» (Johann Baptist Cysat) ستاره شناس سوئیسی نیز یک سحابی را مشاهده کرد و تا سال 1659، کریستیان هویگنز اولین مطالعه دقیق آن را انجام داد.

در قرن 18، تعداد سحابی‌های مشاهده شده شروع به افزایش کرد و ستاره شناسان شروع به تهیه فهرست کردند. در سال 1715، ادموند هالی فهرستی از شش سحابی یعنی M11، M13، M22، M31، M42 و خوشه کروی Omega Centauri (NGC 5139) را در مطلب شرح چند سحابی یا نقاط شفاف مانند ابرها که اخیراً در میان ستاره‌های ثابت با کمک تلسکوپ کشف شده‌اند منتشر کرد

در سال 1746، منجم فرانسوی «ژان فیلیپ دو شسو» ( Jean-Philippe de Cheseaux) لیستی از 20 سحابی تهیه کرد که شامل 8 سحابی بود که قبلاً شناخته نشده بودند. بین سال‌های 1751 تا 1753، «نیکلاس لوئیس دو لاکای» (Nicolas Louis de Lacaille) 42 سحابی از Cape of Good Hope را فهرست بندی کرد که اکثر آن‌ها قبلاً ناشناخته بودند. در سال 1781 «چارلز مسیه» (Charles Messier) فهرست 103 سحابی که امروزه به آن‌ها اجرام مسیه می‌گویند را تدوین کرد اگرچه امروزه مشخص شده که برخی از آن‌ها کهکشان‌ها و دنباله دارها بودند.

به لطف تلاش‌های ویلیام هرشل و خواهرش کارولین، تعداد سحابی‌های مشاهده شده و فهرست بندی شده بسیار افزایش یافت. در سال 1786، این دو فهرست هزار سحابی جدید و خوشه‌ ستاره‌ای را منتشر کردند که در سال 1786 و 1802 فهرست دوم و سوم به دنبال آن‌ها منتشر شد. در آن زمان، هرشل معتقد بود که این سحابی‌ها فقط خوشه‌های حل نشده از ستارگان هستند، اعتقادی که او در سال 1790 هنگامی که سحابی واقعی را در اطراف یک ستاره دور مشاهده کرد، اصلاح نمود.

در سال 1864، ستاره شناس انگلیسی ویلیام هاگینز شروع به تفکیک سحابی‌ها بر اساس طیف آن‌ها کرد. تقریباً یک سوم آن‌ها دارای طیف گسیل یک گاز (یعنی سحابی‌های گسیلی) بودند در حالی که بقیه طیف پیوسته‌ای نشان دادند که با جرم ستارگان (یعنی سحابی‌های سیاره‌ای) سازگار بود.

در سال 1912، وستو اسلیفر ستاره شناس آمریکایی، زیرمجموعه سحابی‌های انعکاسی را پس از مشاهده چگونگی مطابقت سحابی اطراف یک ستاره با طیف خوشه باز پروین، اضافه کرد. در سال 1922 و به عنوان بخشی از یک برنامه به نام مناظره بزرگ که در مورد ماهیت سحابی‌های مارپیچی و اندازه جهان بود، مشخص شد که بسیاری از سحابی‌های مشاهده شده قبلی در واقع کهکشان‌های مارپیچی دور بودند.

در همان سال، ادوین هابل اعلام کرد که تقریباً همه سحابی‌ها با ستارگان در ارتباط هستند و نور آنها از نور ستاره‌ها می‌آید. از آن زمان تعداد سحابی‌های واقعی (برخلاف خوشه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌های دور) به میزان قابل توجهی افزایش یافته است و طبقه بندی آن‌ها به لطف پیشرفت در تجهیزات رصدی و طیف سنجی اصلاح شده است.

به طور خلاصه می‌توان گفت سحابی‌ها نه تنها نقطه شروع تکامل ستارگان هستند، بلکه می توانند نقطه پایان آن‌ها نیز باشند و بین تمام منظومه‌های ستاره‌ای که کهکشان ما و جهان ما را پر کرده‌اند، ابرها و توده‌های مه آلود مطمئناً پیدا می‌شوند که تنها منتظر تولد نسل خالص ستاره‌ها هستند!