سیاره ای خارج از منظومه شمسی

تیمی از منجمان اروپایی ادعا می کند که نخستین عکس مستقیم از سیاره ای در خارج از منظومه شمسی را تهیه کرده است.
سیاره’ تازه (راست) در نزدیکی یک ستاره نسبتا جوان مشاهده می شود

به گفته اخترشناسان این “سیاره خارجی” در اطراف سیاره ای به نام “جی کیو لوپ” (GQ Lup)، که نوع جوانتر خورشید است، می گردد.
سایر پژوهشگران در گذشته ادعاهای مشابهی را مطرح کرده اند اما برخی دانشمندان به این ادعاها بدبین هستند و می گویند که این عکس ها تنها نشان دهنده اشیایی است که از نقطه نظر زمینی ها با ستاره مورد نظر در یک امتداد قرار گرفته است، نه اینکه دور آن بگردد.

اما تیم تحت سرپرستی رالف نوهاسر طی مقاله ای در نشریه “نجوم و اخترفیزیک” می گویند اطمینان زیادی دارند شیئی که در مجاورت “جی کیو لوپ” مشاهده کرده اند یک سیاره است.

“جی کیو لوپ” در فاصله ۴۰۰ سال نوری زمین، در ناحیه ای که ستارگان تازه در آن متولد می شوند، قرار دارد.

منجمان می گویند از سال ۱۹۹۹ تاکنون سرگرم رصد و بررسی این “سیاره” بوده اند.

تیم محققان برای مطالعات خود از عکس های رصدخانه جنوبی اروپایی موسوم به “وی ال تی” در شیلی، تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ ژاپنی سوبارو در هاوایی استفاده کرده اند.

جوان بودن این منظومه باعث شده است سیاره نسبتا داغ باشد. این مساله به تیم محققان کمک کرد سیاره را در نور خیره کننده ستاره ردیابی کنند.

این سیاره از ستاره مرکزی فاصله زیادی دارد که تقریبا ۱۰۰ برابر فاصله زمین از خورشید است. این مساله نیز به محققان کمک کرد بتوانند نور دو شیء را از یکدیگر تفکیک کنند.

منجمان طی یک دهه گذشته در حدود ۱۳۰ سیاره خارجی را ردیابی کرده اند، که وجود آنها نه به طور مستقیم، بلکه از “تکان هایی” که با اعمال جاذبه در ستاره مرکزی ایجاد می کنند استنباط شده است.

محدودیت های فنی و ضعف تکنولوژی، رویت سیارات خارجی به صورت مستقیم را بسیار دشوار می سازد.

اما انتظار می رود با پرتاب نسل بعدی تلسکوپ های فضایی در دهه آینده امکان مشاهده مستقیم آنها فراهم شود.

برخی از دانشمندان این مساله را که شیء مجاور “جی کیو لوپ” یک سیاره است زیر سوال برده اند.

پرفسور مارک مک کاگرین از دانشگاه اکستر در بریتانیا گفت او در مورد جرم این شیء، که به اقرار تیم محققان ممکن است تا ۴۲ برابر مشتری باشد، نگرانی هایی دارد.

وی گفت: “تقریبا کلیه مدل های نظری جرم این شیء را چیزی میان ۱۵ تا ۴۰ برابر مشتری رقم می زند. بنابراین احتمال غالب این است که یک کوتوله قهوه ای (یک ستاره سوخته) باشد نه یک سیاره.”

منجمان اروپایی درحالی خبر از تهیه عکس مستقیم از یک سیاره خارجی می دهند که در حدود دو هفته قبل دو تیم از ستاره شناسان گفتند برای نخستین بار نور اشیایی را در خارج از منظومه شمسی ردیابی کرده اند که به اعتقاد بسیاری متعلق به سیاراتی است که حول سایر ستارگان می گردند.

آن دستاورد جامعه علمی را شدیدا به هیجان آورده و در مطبوعات علمی انعکاس گسترده یافت.

مریخ

مریخ

مریخ چهارمین سیاره از سمت خورشید در منظومه شمسی است. این سیاره یکی از همسایه های نزدیک زمین در فضا می باشد. مانند بقیه اجرام موجود در منظومه شمسی عمر مریخ نیز در حدود ۶/۴ بیلیون سال تخمین زده می شود.

رومیان باستان به تقلید از یونانیان، نام خدای جنگ خود یعنی مارس را بر روی این سیاره گذاشتند. دلیل این نامگذاری رنگ سرخ تداعی کننده خون این سیاره است. سرخ بودن این سیاره به دلیل وجود مقادیر زیاد آهن در خاک آن می باشد.

دانشمندان این سیاره را از طریق تلسکوپ های مستقر در زمین و فضا مشاهده کرده اند. سفینه هایی نیز تلسکوپ و تجهیزاتی دیگر را با خود به این سیاره برده اند. سفینه های نخستین طوری طراحی شده بودند که با گذر از کنار مریخ به مشاهده آن بپردازند. بعدها، سفینه هایی در مداری به دور مریخ شروع به گردش نموده و یا حتی بر سطح آن فرود آمده اند اما تا کنون هیچ انسانی پای بر روی این سیاره نگذاشته است.

دانشمندان شواهدی را مبنی بر اینکه زمانی در سطح مریخ آب جریان داشته است، پیدا نموده اند. شواهدی شامل کانال ها، دره ها و آبگذرها بر سطح مریخ. اگر این بیان از شواهد درست باشد، این امکان وجود دارد که همچنان در لایه های زیرین این سیاره آب مایع یافت شود. ضمنا یک سفینه مقادیر زیادی از یخ را در سنگهای زیرین مریخ که بیشتر نزدیک قطب جنوب این سیاره می باشند کشف کرده است.

به علاوه، یک گروه از دانشمندان ادعا کرده اند که مدرکی پیدا نموده اند که نشان می دهد زمانی در مریخ موجودات زنده اقامت داشته اند. این مدرک شامل مواد موجود در سنگ های آسمانی پیدا شده در زمین می باشد. اما تشریح این گروه از این سنگ آسمانی هنوز نتوانسته است که بقیه دانشمندان را متقاعد کند.
سطح مریخ نشانه ها و خصوصیات برجسته ای از قبیل یک تنگه بسیار عمیق تر و بلند تر از تنگه های موجود در زمین و کوه هایی بسیار مرتفع تر از اورست دارد.

بر فراز سطح این سیاره اتمسفری وجود دارد که ۱۰۰ مرتبه از اتمسفر زمین رقیق تر است. با این حال این اتمسفر به اندازه ای تراکم دارد که بتواند یک سیستم آب و هوایی شامل ابرها و بادها را ایجاد نماید. طوفانهایی مهیب همراه با گرد و خاک گاهی همه سطح این سیاره سرخ را در بر می گیرند.
مریخ از زمین بسیار سرد تر است. دمای آن از ۱۲۵- درجه سانتیگراد در نزدیک قطبها در فصل زمستان تا ۲۰ درجه سانتیگراد در میان روز و نزدیک استوا متغیر است. میانگین دمای مریخ حدود ۶۰- درجه سانتیگراد می باشد.

مریخ با زمین تفاوت های زیادی دارد و این تفاوت ها بیشتر از فاصله دور مریخ از خورشید و کوچکتر بودن آن نسبت به زمین ناشی می شود. میانگین فاصله مریخ از خورشید حدود ۲۲۷.۹۲۰.۰۰۰ کیلومتر می باشد این فاصله تقریبا ۵/۱ برابر فاصله زمین تا خورشید است. میانگین شعاع مریخ ۳.۳۹۰ کیلومتر یعنی تقریبا نصف شعاع کره زمین می باشد.

مشخصات مریخ
مدار و گردش

مانند دیگر سیارات منظومه شمسی مدار مریخ نیز به شکل بیضی می باشد. اما کشیدگی بیضی مدار مریخ از همه سیارات بیشتر است. فاصله مریخ تا خورشید در کمترین حالت ۲۰۶.۶۲۰.۰۰۰ کیلومتر و در بیشترین حالت ۲۴۹.۲۳۰.۰۰۰ کیلومتر می باشد. مریخ در هر ۶۸۷ روز زمینی یک دور کامل به دور خورشید گردش می کند. این مدت زمان یکسال در مریخ است.

فاصله مریخ تا زمین به موقعیت هر دو سیاره در مدار خود بستگی دارد. کمترین فاصله بین این دو سیاره همسایه از یکدیگر ۵۴.۵۰۰.۰۰۰ کیلومتر و بیشترین فاصله آنها از هم ۴۰۱.۳۰۰.۰۰۰ کیلومتر میباشد.
مانند زمین، مریخ نیز حول محور طولی از غرب به شرق د رحرکت است. روز خورشیدی مریخ ۲۴ ساعت و ۳۹ دقیقه و ۳۵ ثانیه طول می کشد. این مدت زمانیست که مریخ یک دور کامل حول محور خود نسبت به خورشید طی می کند.

محور طولی مریخ نسبت به صفحه مداری آن عمود نیست بلکه زاویه ای تقریبا برابر ۱۹/۲۵ درجه دارد. انحراف این سیاره باعث می شود که در زمانهای مختلف، تابش نور خورشید به قسمتهای مشخص، متغیر باشد. در نتیجه در مریخ نیز مانند زمین شاهد تغییر فصل می باشیم.

جرم و چگالی

جرم مریخ معادل ۱۰۲۰*۴۲/۶ تن می باشد این عدد را می توان به صورت ۶۴۲ همراه با ۱۸ صفر مقابل آن نوشت. جرم زمین حدودا ۱۰ برابر جرم مریخ است. چگالی مریخ ۹۳۳/۳ گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد که این رقم تقریبا معادل ۷۰ درصد چگالی زمین می شود.

نیروی گرانش

از آنجائیکه مریخ بسیار کوچکتر و کم جرم تر از زمین است لذا نیروی گرانش آن نیز از زمین ضعیف تر و تنها ۳۸ درصد گرانش زمین می باشد. بنابراین اگر شخصی در سطح مریخ بایستد تصور می کند که ۶۲ درصد از وزن خود را از دست داده است. همینطور اگر سنگی در مریخ رها شود بسیار کندتر از زمین به سطح سیاره می رسد.

خصوصیات فیزیکی مریخ

دانشمندان هنوز مطالب زیادی در مورد درون مریخ نمی دانند. یک روش خوب برای شناسایی درون این سیاره کار گذاشتن تجهیزات لرزه سنج در سطح مریخ است. این تجهیزات کوچکترین حرکات و تکان های سطح و درون سیاره را ثبت کرده و به این شکل به دانشمندان برای تشخیص آنچه که درون مریخ است کمک می کند. محققان اخیرا از این روش برای مطالعه درون زمین نیز استفاده کرده اند.
دانشمندان چهار منبع اصلی اطلاعاتی برای مطالعه درون سیاره سرخ دارند: ۱) محاسبات شامل جرم، چگالی، گرانش و ویژگی های گردش مریخ. ۲) دانش ما از دیگر سیارات. ۳) آنالیز سنگ های آسمانی پیدا شده در زمین که از مریخ آمده اند. ۴) اطلاعات جمع آوری شده توسط ماهواره هایی که دور مریخ در گردشند. آنها فکر می کنند که احتمالا مریخ نیز مانند زمین دارای سه لایه است: ۱) پوسته سنگی ۲) جبه ای متشکل از سنگهای متراکم تر که در زیر پوسته قرار گرفته است ۳) هسته ای که بیشتر از آهن تشکیل شده است.

پوسته

دانشمندان بر این گمانند که میانگین ضخامت پوسته مریخ در حدود ۵۰ کیلومتر می باشد. از آنجا که ارتفاعات بیشتر در نیمکره جنوبی قرار گرفته اند در نتیجه میتوان گفت که ضخامت پوسته نیمکره شمالی کمتر است.
بیشتر پوسته احتمالا از سنگهای آتشفشانی به نام بازالت تشکیل شده است. بازالت علاوه بر مریخ در سطح زمین و ماه نیز وجود دارد. بعضی دیگر از سنگهای سطح مریخ، به ویژه در نیمکره شمالی، آندزیت (Andesite) نام دارند. آندزیت نیز نوعی سنگ آتشفشانی است که در زمین نیز یافت شده است. مقدار سیلیکای موجود در این سنگ نسبت به بازالت بیشتر است. سیلیکا ترکیبی از سیلیکون و اکسیژن می باشد.

جبه

جبه مریخ نیز احتمالا شبیه به ترکیب های جبه زمین است. بیشتر جبه زمین متشکل از سنگی به نام پرایدوتیت (peridotite) است. این سنگ عموما از سیلیکون، اکسیژن، آهن و منیزیوم تشکیل شده. فراوان ترین ماده معدنی در پرایدوتیت الیوین (olivine) می باشد.
منبع اصلی گرمای درون مریخ باید شبیه به زمین باشد یعنی فعل و انفعالات هسته ای اتمهایی مانند اورانیوم، پتاسیوم و تریوم. در حین این فعل و انفعالات، میانگین دمای جبه مریخ می تواند حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد باشد.

هسته

مریخ احتمالا دارای هسته ای با ترکیبات آهن، نیکل و سولفور است. چگالی مریخ به نوعی مبین اندازه هسته آن می باشد. چگالی این سیاره از زمین بسیار کمتر است. در نتیجه، شعاع هسته آن نیز نسبت به شعاع هسته زمین کوچکتر است. شعاع هسته مریخ احتمالا بین ۱۵۰۰ و ۲۰۰۰ کیلومتر می باشد.
برخلاف زمین که هسته آن عمدتا مایع و مذاب است، هسته مریخ احتمالا به صورت جامد می باشد چرا که مریخ میدان مغناطیسی چشمگیری ندارد. میدان مغناطیسی تاثیری است که یک جسم مغناطیسی در اطراف و پیرامون خود ایجاد می نماید. حرکت یک سیاره با هسته مذاب منجر به شکل گیری میدان مغناطیسی در اطراف سیاره می گردد.

اطلاعات به دست آمده توسط پیمایشگر سراسری (Global Surveyor) نشان می دهند که برخی از قدیمی ترین سنگهای موجود در سیاره مریخ در شرایطی شکل گرفته اند که میدان مغناطیسی شدیدی در محیط وجود داشته است. بنابراین، در گذشته دور، مریخ می توانسته است که دارای درونی داغ تر و هسته مذاب باشد.

خصوصیات سطح مریخ

سطح مریخ دارای ویژگی های متعددی است که اغلب آنها در زمین نیز وجود دارند نظیر دشتها، دره ها، آتشفشانها، آبگذرها و یخ های قطبی. البته چاله هایی نیز در مریخ وجود دارند که در اثر برخورد سنگهای آسمانی با این سیاره به وجود آمده اند. این چاله ها به ندرت بر روی زمین دیده می شوند. گردی متمایل به رنگ قرمز تقریبا همه سطح این سیاره را فرا گرفته است.

دشتها

بسیاری از نواحی مریخ به صورت دشت می باشد. بیشتر این مناطق در نیمکره شمالی قرار گرفته اند. در قسمتهای شمالی نیمکره شمالی، مسطح ترین و صاف ترین مناطق منظومه شمسی قرار گرفته اند. صاف بودن این مناطق به احتمال قوی به این دلیل است که رسوبات به وجود آورنده آنها بوده اند. دلایل فراوانی وجود دارد که زمانی در سطح مریخ آب جاری بوده است. وجود آب مسبب تشکیل و جمع شدن رسوبات بوده است.

دره ها

در امتداد استوا نمادی چشمگیر در این سیاره قرار گرفته است. یک مجموعه بزرگ از دره ها به نام دره های مریخی. سفینه فضایی مارینر ۹ در سال ۱۹۷۱ این پدیده را در سطح مریخ کشف نمود. دره از شرق به غرب کشیده شده و طول آن حدود ۴۰۰۰ کیلومتر یعنی به اندازه عرض استرالیا و یا به اندازه فاصله بین فیلادلفیا تا سندیگو است.
دانشمندان بر این باورند که این سیستم بر اثر شکاف خوردن قسمتی از پوسته ایجاد شده است. دره های منحصر به فرد در مجموعه دره های مریخی عرضی به بزرگی ۱۰۰ کیلومتر دارند. دره ها در قسمت مرکزی، جاییکه ۶۰۰ کیلومتر عرض دارد به یکدیگر وصل می شوند. عمق دره ها در برخی نقاط به ۸ تا ۱۰ کیلومتر می رسد.
کانال های بزرگی در انتهای شرقی دره ها به چشم می خورند و همچنین در برخی نقاط، دره ها لایه های رسوبی دارند. وجود این کانالها و رسوبات حاکی از این است که زمانی قسمتهایی از این دره ها پر از آب بوده است.

آتشفشانها

مریخ بزرگترین کوه های آتشفشانی موجود در منظومه شمسی را در خود جای داده است. بلندترین آنها الیمپوس(Olympus)، ارتفاعی معادل ۲۷ کیلومتر و قطری به اندازه ۶۰۰ کیلومتر دارد که با دشتهای مسطح احاطه شده است. سه آتشفشان بزرگ دیگر مریخ آرسیا (Arsia)، آسکرئوس (Ascraeus) و پاونیز (Pavonis) نام دارند و در منطقه مرتفعی به نام تارسیس (Tharsis) قرار گرفته اند.
همه این آتشفشانها، مانند آتشفشانهای هاوایی، دارای شیبی هستند که به تدریج زیادتر می شود. مریخ همچنین انواع زیاد دیگری از آتشفشانها را دارا می باشد. از تپه های مخروطی کوچک تا دشتهای پوشیده شده با مواد مذاب منجمد شده. دانشمندان نمی دانند که آخرین فوران آتشفشانی چه زمانی در مریخ به وقوع پیوسته است اما فورانهای جزئی ممکن است همچنان در این سیاره به وقوع بپیوندد.

چاله ها و حوزه های برخوردی

بسیاری از سنگ های آسمانی که در طول تاریخ سیاره مریخ با آن برخورد کرده اند منجر به ایجاد چاله هایی در سطح این سیاره شده اند. این چاله های برخوردی به دو دلیل در زمین بسیار اندک می باشند:۱) چاله هایی که قبلا ایجاد شده اند در اثر فرسایش از بین رفته اند. ۲) اتمسفر متراکم زمین مانع برخورد سنگها و در نتیجه تشکیل چاله ها می گردد.

چاله های موجود در سطح مریخ بسیار شبیه به چاله های موجود در ماه، عطارد و دیگر اجرام منظومه شمسی است. چاله ها عمیق و کاسه ای شکلند. چاله های بزرگتر می توانند دارای قله های مرکزی باشند که در اثر ارتجاع پوسته پس از برخورد به وجود می آیند.
در مریخ، شمار چاله ها از جایی به جای دیگر به شدت متغیر است. سطح مریخ در نیمکره جنوبی بسیار قدیمی و در نتیجه دارای چاله های بسیار زیادی است. بقیه جاها به ویژه در نیمکره شمالی جوانتر و دارای تعداد کمتری چاله می باشد.

برخی از کوه های آتشفشانی نیز دارای چاله هایی می باشند و این امر نشان دهنده این است که زمان زیادی از فوران آنها نگذشته است. مواد مذاب آتشفشانها می تواند همه چاله های موجود را بپوشاند. پس زمان زیادی از آخرین فوران ها نگذشته است چون در غیر اینصورت تعداد چاله ها بر روی کوه های آتشفشانی بیشتر بود.
در اطراف برخی از چاله ها رسوبات غیر معمولی به چشم می خورد. این رسوبات موادی می باشند که به هنگام برخورد سنگ آسمانی از چاله تشکیل شده به بیرون پرتاب شده اند. این شکل از رسوبات می تواند مبین این باشد که سنگ آسمانی به هنگام برخورد با آب و یا یخ در زیر زمین مواجه شده است.

مریخ تعدادی چاله بسیار بزرگ دارد. بزرگترین این چاله ها پلانیتیا (Planitia) به معنای دشت یا حوزه پائین نام گرفته است. این چاله در نیمکره جنوبی قرار دارد و قطر آن ۲۳۰۰ کیلومتر می باشد. کف این چاله ۹ کیلومتر پائین تر از سطح است.
کانالها، دره ها و آبگذرهایی که در نتیجه سایش و فرسایش آب به وجود می آیند در بسیاری از مناطق مریخ به چشم می خورند. از مهمترین این شواهد می توان به “کانال های طغیان” اشاره نمود. این کانالها می توانند عرضی معادل ۱۰۰ کیلومتر و طولی به اندازه ۲۰۰۰ کیلومتر داشته باشند. گمان می رود که این کانالها در پی سیلهایی مهیب شکل گرفته باشند. در بسیاری موارد به نظر می رسد که آب به طور ناگهانی در این مناطق از زیر زمین فوران کرده است.

در نواحی دیگری از مریخ پدیده های بسیار کوچکتری به نام شبکه های دره ای وجود دارند. این شبکه ها بسیار شبیه به سیستم های رودخانه ای در روی زمین می باشند. شبکه های دره ای مریخ عرضی برابر چندین کیلومتر و طولی برابر چند صد کیلومتر دارند. این شبکه ها به نوعی پدیده هایی باستانی در مریخ به حساب می آیند. وجود آنها می تواند بیانگر این باشد که روزگاری هوا در مریخ به قدری گرم بوده که امکان وجود آب به شکل مایع وجود داشته است.
آبگذرها از شبکه های دره ای نیز کوچکترند. آنها اغلب در ارتفاعات قرار دارند. احتمالا وجود آنها بر اثر تراوشات آب از زیر زمین به سطح، ظرف چند میلیون سال پیش می باشد.

رسوبات قطبی

جالب ترین پدیده در مناطق قطبی مریخ، توده های ضخیمی از لایه های رسوبی مواد می باشد. دانشمندان بر این باورند که این لایه ها با ترکیبی از یخ آب و ذرات خاک تشکیل شده اند. این رسوبات تا ارتفاع ۸۰ درجه از هر دوقطب گسترش یافته اند.
احتمالا اتمسفر در طی مدتهای طولانی منجر به رسوب لایه هایی گردیده است. این لایه ها ممکن است مدارکی برای فعالیتها و تغییرات فصلی آب و هوا در طی گذشت زمانهای بسیار طولانی باشد. یکی از احتمالات تغییر آب و هوا در مریخ تغییر زاویه محور طولی این سیاره می باشد. این تغییرات منجر به تغییر مقدار تابش نور خورشید به قسمتهای مختلف سیاره و در نتیجه تغییرات کلی آب و هوا در مریخ می گردد. مقدار رسوباتی که اتمسفر ایجاد می کند با تغییرات گذشته در آب و هوا ارتباط مستقیم دارد.

در بالای لایه های رسوبی موجود در هر دو نیمکره کلاهک یخ آب وجود دارد که در تمام سال به شکل یخ باقی می مانند. این لایه ها و کلاهک روی آنها چندین کیلومتر ضخامت دارد.
در فصل زمستان کلاهک های فصلی که از لایه های یخ زده تشکیل می شوند نیز ظاهر می گردند. این کلاهک ها به خوبی توسط تلسکوپ های مستقر بر روی زمین قابل رویت می باشند. کلاهک های فصلی شامل دی اکسید کربن منجمد یا یخ خشک که از دی اکسید کربن موجود در اتمسفر به وجود می آید، می باشد. در سردترین روزهای زمستان این لایه ها تا ارتفاع ۴۵ درجه به سمت استوا گسترش می یابند.

اتمسفر

اکسیژن موجود در اتمسفر مریخ در قیاس با زمین بسیار اندک است. این گاز تنها ۱۳/۰ درصد از کل اتمسفر مریخ را تشکیل می دهد در حالیکه ۲۱ درصد از جو زمین ما از اکسیژن تشکیل شده است. دی اکسید کربن ۳/۹۵ درصد از اتمسفر این سیاره را شامل می شود. بقیه گازها عبارتند از نیتروژن، ۷/۲ درصد، آرگون، ۶/۱ درصد، مونوکسید کربن، ۰۷/۰ درصد و بخار آب، ۰۳/۰ درصد.

فشار

در سطح مریخ، فشار جو عمدتا حدود تنها ۷/۰ کیلوپاسکال یعنی تقریبا ۷/۰ درصد فشار جوی سطح زمین می باشد. با تغییر فصل در مریخ این مقدار بین ۲۰ تا ۳۰ درصد دستخوش تغییر می گردد.
در هر زمستان تغلیظ گاز دی اکسید کربن در قطبها منجر به کاخش میزان این گاز در اتمسفر می گردد. در نتیجه فشار هوا به شکل قابل ملاحظه ای کم می شود. متضاد این فرایند در فصل تابستان صورت می گیرد. علاوه بر تغییرات فصلی، در طی روز نیز بنا به تغییر شرایط آب و هوا فشار اتمسفر نیز تغییر می کند. این پدیده در سیاره زمین نیز رخ می دهد.

دما

سردترین قسمتهای مریخ در ارتفاعات ۶۵ تا ۱۲۵ کیلومتری آن می باشد. در این ارتفاعات دمای هوا ۱۳۰- درجه سانتیگراد است. با کم شدن ارتفاع نسبت به سطح، دما افزایش یافته و در طی روز به ۳۰- تا ۴۰- درجه سانتیگراد می رسد.
دمای اتمسفر مریخ در زمانهایی که با مقدار زیادی گرد و خاک آمیخته شده است، می تواند گرمتر از مواقع عادی باشد. گرد و خاک نور خورشید را جذب کرده و بیشتر آنرا به گازهای موجود در اتمسفر منتقل می نماید.

ابرها

در جو مریخ، ابرهایی ساخته شده از ذرات یخ زده دی اکسید کربن در ارتفاعات بالا شکل می گیرند. به علاوه تشکیل ابر و مه با ذرات یخ آب بسیار رایج است. بیشترین زمانی که مه در هوا وجود دارد اوایل صبح می باشد. در آن زمان هوا در سردترین حالت خود است درنتیجه بخار آب غلیظ می گردد.

باد

اتمسفر مریخ، مانند زمین، یک چرخه عمومی و الگوی بادی که همه سیاره را در می نوردد، دارد. دانشمندان با مشاهده حرکات باد و تغییرات آن به مطالعه الگوی وزش آن پرداخته اند.
چرخه عمومی وزش باد در مریخ با دلیلی مشابه فرایند تشکیل باد در سیاره زمین شکل می گیرد. خورشید ارتفاعات پائین تر اتمسفر را بیش از ارتفاعات بالای آن گرم می کند. هوای گرم به بالا می رود، و هوای سرد به پایین آمده و جای هوای گرم را می گیرد. این روند ادامه پیدا کرده و منجر به تشکیل باد می شود.

در مریخ، تغلیظ و تبخیر گاز دی اکسید کربن در قطبها تاثیر بسزایی در چرخه کلی دارد. با شروع زمستان، دی اکسید کربن موجود در جو در دو قطب متمرکز و غلیظ می شود. در نتیجه دی اکسید کربن بیشتری به سمت قطبها برای پر شدن جای خالی این گاز جریان می یابد. وقتی بهار از راه می رسد، دی اکسید کربن یخ زده بخار می شود و در نتیجه این گاز به سمتی دور از قطبها جریان پیدا می کند.

بادهایی که در سطح مریخ می وزند عمدتا آرامند و سرعتی در حدود ۱۰ کیلومتر در ساعت دارند. دانشمندان تندبادهایی با سرعت ۹۰ کیلومتر در ساعت را نیز مشاهده کرده اند. با اینحال نیروی این تندبادها بسیار کمتر از تندبادهای مشابه از لحاظ سرعت در زمین می باشد. چرا که چگالی و تراکم اتمسفر مریخ از اتمسفر زمین بسیار کمتر است.

طوفان خاک

یکی از بارزترین جلوه های آب و هوایی در مریخ وزش بادهای همراه با گرد و خاک است. گردبادهای کوچک می توانند برای مدت کوتاهی خاک را از سطح سیاره بالا ببرند. این بادهای کوچک شبیه به گردبادهای زمینی هستند.

طوفانهای شدید خاک زمانی آغاز می شوند که باد گرد و خاک را با خود تا اتمسفر بالا ببرد. در این هنگام هوای پیرامون ذرات خاک به دلیل جذب نور خورشید گرم می شود. هنگامیکه هوای گرم به بالا می رود، باد شدیدتر می شود و گرد و خاک بیشتری را نیز با خود به بالا می برد. در نتیجه طوفان شدید و شدیدتر می شود.
در مقیاسهای شدیدتر، طوفان خاک می تواند منطقه ای بیش از ۳۲۰ کیلومتر و یا حتی تا چندین هزار کیلومتر را در بر گیرد. طوفانهای بزرگتر می توانند همه سطح سیاره را در فرا بگیرند. چنین طوفانهایی غیر معمول هستند اما می توانند تا ماهها ادامه داشته باشند.

قمر ها

مریخ دو قمر کوچک به نامهای فوبوس (Phobos) و دیموس (Deimos) دارد. ستاره شناس آمریکایی آزف هال (Asaph Hall) در سال ۱۸۷۷ این دوقمر را کشف نمود و نامهای پسران آرس (Ares ،خدای جنگ یونانیان) را بر آنها نهاد. هر دوی این قمر ها دارای شکلی غیر متعارف و غیر هندسی می باشند. بزرگترین قطر فوبوس ۲۷ کیلومتر و بزرگترین قطر دیموس ۱۵ کیلومتر می است.

هر دو قمر دارای چاله های فراوانی می باشند که در اثر برخورد سنگهای آسمانی با آنها تشکیل شده اند. سطح قمر فوبوس دارای شیارهای پیچیده ایست. این شیارها احتمالا ترکهایی هستند که پس از برخورد بزرگترین سنگ آسمانی با این قمر به وجود آمده اند.
دانشمندان هنوز نمی دانند که این دو قمر در کجا تشکیل شده اند. دو احتمال وجود دارد. یا هر دوی آنها همزمان با تشکیل خود سیاره به وجود آمده اند. یا این دو قمر در حقیقت سنگ های آسمانی سرگردانی بوده اند که در میدان گرانش مریخ گیر افتاده اند. رنگ فوبوس و دیموس خاکستری تیره و تقریبا همرنگ بقیه سنگهای آسمانی می باشد.

تکامل مریخ

دانشمندان دانشی کلی در مورد تکامل این سیاره از ۶/۴ بیلیون سال پیش تا کنون دارند. این دانش با مطالعه چاله ها و دیگر پدیده ها و مشخصات سطح این سیاره به دست آمده است. پدیده هایی که در دوران مختلف تکامل به وجود آمده اند همچنان در سطح این سیاره موجودند. محققین یک سناریوی تکامل برای این سیاره تهیه نموده اند که در برگیرنده ابعاد، شکل و مکان پدیده های سطح آن می باشد.
دانشمندان نسبت دوره های زمانی مناطق موجود در سطح را با توجه به چاله های برخوردی مشاهده شده، دسته بندی کرده اند. هر چه در یک منطقه تعداد چاله بیشتر باشد، عمر آن منطقه نیز بیشتر است.
با اینحال دانشمندان هنوز نمی توانند تشخیص دهند که هر یک از دوره های تکامل دقیقا چه زمانی رخ داده اند. برای این کار آنها به دانستن سن سنگهای موجود در سطح مریخ، که در دوره های مختلف تشکیل شده اند، نیاز دارند. آنها باید این سنگها را در آزمایشگاه های پیشرفته آنالیز نمایند ولی متاسفانه تا کنون هیچ سنگی از مریخ توسط سفینه ها به زمین آورده نشده است.
دانشمندان طول عمر مریخ را به سه دوره زمانی تقسیم کرده اند. ۱) نواکیان (Noachian). ۲) هسپرین (Hesperian). ۳) آمازونین (Amazonian). هر دوره با نام منطقه ای که در همان دوره تشکیل شده ، نام گرفته است.

دوره نواکیان بر اساس منطقه نواکیس (Noachis) که منطقه ای مرتفع در نیمکره جنوبی است نام گرفته. در طول دوره نواکیان، تعداد بیشماری اجرام سنگی در ابعاد مختلف با مریخ برخورد کرده اند. برخورد این اجرام چاله هایی در ابعاد گوناگون در منطقه ایجاد کرده است. در این دوره همچنین چندین آتشفشان عظیم فعال بوده اند.
به علاوه در این دوره فرسایش سطح توسط آب منجر به شکل گیری شبکه های دره ای در مریخ شده است. وجود این شبکه بیان گر این است که دمای مریخ در دوره نواکیان بسیار گرمتر از دمای کنونی سیاره بوده است.

دوره هسپرین

بمباران های شدید دوره نواکیان تدریجا به پایان رسید و دوره هسپرین آغاز شد. این دوره بنا به منطقه هسپریا پلانیوم (Hesperia Planum) اینچنین نامگذاری شده است. دشتی مرتفع در عرضهای پائین جغرافیایی نیمکره جنوبی.
در طی دوره هسپرین فعالیتهای آتشفشانی ادامه داشته اند و مواد مذاب بیشتر چاله های به وجود آمده در دوره نواکیان را پوشاندند. اغلب بزرگترین کانالهای موجود در سیاره مربوط به دوره هسپرین می باشند.

دوره آمازونین همراه با تشکیل چاله های کوچک است و تا به امروز ادامه یافته است. نام این دوره بر اساس نام منطقه آمازونیس پلانیتیا(Amazonis Planitia)، که دشت کم ارتفاعی در عرضهای پائین جغرافیایی نیمکره شمالی است گرفته شده.
فعالیتهای آتشفشانی در این دوره نیز ادامه داشته اند و برخی از بزرگترین آتشفشانها مربوط به این دوره هستند. جوانترین عناصر موجود در مریخ، شامل رسوبات یخ در قطبها نیز به این دوره تعلق دارند.

امکان وجود حیات

احتمالا روزگاری در مریخ حیات وجود داشته است. حتی ممکن است موجودات زنده هنوز در این سیاره دوام آورده و وجود داشته باشند. مریخ تقریبا به طور قطعی سه عامل اصلی را که دانشمندان برای وجود حیات ضروری می دانند دارا می باشد: ۱) عناصر شیمیایی مانند کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن ۲) منبع انرژی ۳) آب مایع.
عناصر شیمیایی در طول تاریخ این سیاره همیشه در آن وجود داشته اند. نور خورشید نیز منبع انرژی به حساب می آید. علاوه بر نور خورشید گرمای درون سیاره نیز نوعی منبع انرژی ثانوی است. در زمین، گرمای درونی سیاره ما، زندگی گونه های زیستی اعماق دریا و شکاف پوسته ها را تضمین می کند.

آب مایع به شکلی واضح مسبب به وجود آمدن پدیده های سطح مریخ از جمله کانالهای بزرگ، دره های کوچک و آبگذرهای جوان آن است. به علاوه مقادیر زیادی یخ آب در نزدیک قطب جنوب و احتمالا قطب شمال آن وجود دارد. بنابراین آشکار است که زمانی آب مایع در این سیاره جاری بوده است. احتمالا امروزه در زیر لایه های رویی این سیاره آب مایع هنوز یافت می شود.

در سال ۱۹۹۶، گروهی به سرپرستی دیوید مک کی (David S. McKay)، زمین شناس مرکز فضایی جانسون ناسا در هوستون، اعلام نمودند که مدرکی از وجود جانوران میکروسکوپی در مریخ پیدا کرده اند. آنها این مدرک را در درون یک قطعه سنگ آسمانی که خود را به زمین رسانده بود، کشف کردند. این قطعه سنگ به احتمال زیاد در اثر برخورد سنگی بزرگتر با مریخ از سطح این سیاره کنده شده و پس از میلیونها سال سفر در فضا سرانجام وارد جو زمین شده است.

این مدرک شامل مولکولهای بنیانی پیچیده، ذراتی از نوعی ماده معدنی به نام مگنتیت (magnetite) که درون برخی از انواع باکتریها تشکیل می شود و سازه های بسیار ریزی که فسیلهای میکروسکوپی هستند می باشد. استنتاج دانشمندان جدال آمیز است اما در هر صورت تا کنون برای اثبات وجود حیات در مریخ هیچ توافق علمی جامعی پیدا نشده است.

ماه

 

ماه تنها قمر طبیعی زمین و تنها جرم آسمانیست که انسان بر روی آن حضور داشته است. ماه روشن ترین جرم در آسمان شب است اما نوری از خود تولید نمی کند در عوض نور خورشید را منعکس می کند. مانند زمین و دیگر اعضای منظومه شمسی، عمر ماه حدود ۶/۴ بیلیون سال می باشد.

ماه از زمین بسیار کوچکتر است. میانگین شعاع ماه ۴/۱۷۳۷ کیلومتر ، حدود ۲۷ درصد شعاع زمین می باشد.
جرم آن نیز از جرم زمین بسیار کمتر است. جرم زمین ۸۱ برابر جرم ماه می باشد. چگالی ماه حدود ۳۴/۳ گرم در هر سانتیمتر مکعب، تقریبا ۶۰ درصد چگالی زمین است.

از آنجائیکه جرم ماه از جرم زمین کمتر است، نیروی گرانش در سطح آن نیز کمتر از زمین و حدود یک ششم آن می باشد. بدین ترتیب شخصی که بر روی ماه ایستاده احساس می کند که پنج ششم از وزن خود را از دست داده است. همینطور اگر سنگی را در سطح ماه رها کنیم بسیار آهسته تر از سنگی که در زمین رها شده، به سطح ماه می رسد.

علیرغم نیروی گرانش نسبتا ضعیف ماه، فاصله آن تا زمین به قدری کم است که باعث ایجاد جذر و مد در آبهای زمین می گردد.
میانگین فاصله مرکز ماه تا مرکز زمین ۳۸۴.۴۶۷ کیلومتر است. این فاصله در حال افزایش است البته باسرعتی بسیار اندک. ماه در هر سال ۸/۳ سانتیمتر از زمین دورتر می شود.

دمای سطح ماه در ناحیه استوایی آن از بسیار سرد یعنی ۱۷۳- درجه سانتیگراد در شب تا بسیار گرم یعنی ۱۲۷+ درجه سانتیگراد در طی روز، متغیر است. در چاله های عمیق نزدیک قطبهای ماه، دما همیشه حدود ۲۴۰- درجه سانتیگراد است.

در ماه هیچ گونه از حیات وجود ندارد. در مقایسه با زمین، این قمر تغییرات اندکی در طی بیلیونها سال داشته است. در ماه، آسمان حتی در طی روز سیاه است و ستارگان همیشه دیده می شوند.
وقتی از زمین با چشم غیر مسلح به ماه نگاه می کنیم، می توانیم مناطق تیره و روشنی بر روی سطح ماه ببینیم. مناطق روشن ارتفاعات ناهمواری هستند که به واسطه برخوردهای اجرام آسمانی با ماه به وجود آمده اند. به این مناطق تری (terrae) می گویند.

کلمه تری یک کلمه یونانی به معنی زمینها می باشد. مناطق مرتفع، پوسته اصلی ماه می باشند که به دلیل برخورد انواع اجرام آسمانی قطعه قطعه شده اند. قطر چاله های زیادی در منطقه تری متجاوز از ۴۰ کیلومتر می باشد. بزرگترین آنها حوزه ایتکن (Aitken) قطب جنوب با قطر ۲۵۰۰ کیلومتر است.

مناطق تیره با نام ماریا (maria) شناخته می شوند. ماریا واژه ای یونانی به معنی دریا می باشد. این نام به جهت هموار بودن مناطق تیره و شباهت آنها به بسترهای وسیع آب به این مناطق اطلاق می گردد. این مناطق با لایه ای از مواد مذاب که بیلیونها سال پیش از آتشفشانهای فعال فوران کرده و اکنون منجمد شده اند، پوشیده شده است. از آن زمان، برخورد اجرام آسمانی چاله هایی را در نواحی ماریا ایجاد کرده اند.

ماه جو قابل ملاحظه ای ندارد اما مقدار اندکی گاز در سطح آن وجود دارد. مردم اغلب این گازها را اتمسفر ماه می دانند. این اتمسفر می تواند اگزوسفر (exosphere) یا “جو خارجی” نیز نامیده شود. اگزوسفر به ذرات بسیار کم چگالی گفته می شود که پیرامون یک جسم بدون هوا را احاطه کرده است. عطارد و برخی از اجرام منظومه شمسی نیز دارای اگزوسفر می باشند.

در سال ۱۹۵۹، دانشمندان کاوش کردن در ماه را به کمک سفینه روبوتیک آغاز کردند. در آن سال، اتحاد جماهیر شوروی سفینه لونا ۳ (Luna ۳) را به قسمتی از ماه که دیده نمی شود فرستاد و این سفینه نخستین عکسها را از سمت پنهان ماه تهیه نمود. کلمه لونا در لاتین به معنی ماه می باشد.

در تاریخ ۲۰ جولای ۱۹۶۹، ماه نشین آپولو ۱۱ ایالات متحده در ماه فرود آمد. فضانورد نیل آرمسترانگ (Neil A. Armstrong) نخستین انسانی بود که بر روی ماه رد پا گذاشت.
در سالهای ۱۹۹۰، دو سفینه کاوشگر روبوتیک امریکایی، کلمنتاین (Clementine) و لونار پراسپکتور (Lunar Prospector)، شواهدی مبنی بر وجود آب یخ زده در دو قطب ماه را به دست آوردند. این یخها توسط سنگهای آسمانی، ۲ تا ۳ بیلیون سال پیش به سطح ماه آورده شده اند. این یخها در مناطق همیشه سایه ماه باقی ماندند چرا که دما در این مناطق ۲۴۰- درجه سانتیگراد می باشد.

شهاب سنگ

 

شهاب

معرفی یک شهاب:
وقتی یک شهاب آسمانی-ریزه های بین سیاره ای-به جو زمین وارد می شود خطی از نور در آسمان تولید میکند که شهاب نام دارد. شهاب ها اندازه شان از ذرات غبار تا اجرامی به اندازه ی سیارکهای کوچک متغیر است . شهاب هایی با این اندازه شکافهای بزرگی روی زمین از جمله حفره ی برنجرو ی آریزونا بجای گذارده اند . وقتی یک شهاب به جو زمین بر خورد می کند در اثر سرعت زیاد آن اصطکاک هوا به گرما تبدیل می شود.شهابهایی که به سرعت گرم می شوند نور سفید نشر می کنند و به چشم مرئی می شوند.شهاب های کوچک در چند ثانیه کاملا”می سوزند ولی آنهایی که چندین کیلوگرم یا بیشتر وزن دارند ، قادرند تا کاهش سرعت در رسیدن به زمین دوام بیاورند . قسمت بزرگ جرم این شهاب ها در طی سقوط بخار می شود .

سرعت شهاب :
شهاب ها با سرعت ها یی در محدوده ی ۱۲ تا ۷۲ km/s به جو زمین برخورد می کنند . شهاب ها به منظومه ی شمسی تعلق دارند به طوری که سرعت آنها در مدار زمین نمی تواند از ۴۲ km/s که سرعت فرار منظومه است ، تجاوز نماید . قبل از نیمه شب ، فقط آن شهاب هایی که سریع تر از زمین حرکت می کنند (۳۰km/s ) می توانند از پشت به آن برسند . سرعت نسبی سریع ترین این گونه شهاب ها ۱۲km/s است .
پس از نیمه شب همه ی شهاب ها به جز آنهایی که از زمین در امتداد مدارشان سریعتر حرکت می کنند دیده خواهند شد . در این صورت ، سرعت ها با هم جمع می شوند و یک سرعت نسبی ماکزیمم ۷۲km/s می دهند . چون مسیر یک شهاب ثبت مختصری از تلاش جسم را فراهم می آورد ، ستاره شناسان قادر بوده اند که مدار و مشخصه های کلی فیزیکی شهاب ها را تعیین کنند . اکثر شهاب ها ذرات شکننده ای هستند که به هنگام تماس با هوا به سرعت خرد می شوند . یک قطعه از ماده شهاب به حجم ۱m در اثر وزن خودش خرد خواهد شد . زیرا از خاکستر یک سیگار قوی تر نیست . چیزی که شهاب ها ذر آن مشترکند این است که بعد از ادامه دادن یک مسیر آتشین در جو ، حرکت آنها در فضا با برخورد به زمین به آخر می رسد .

منشا شهاب ها :
منبع این ماده ی کم چگال ستاره های دنباله دار است . در خلا عبور موفقیت آمیز ستاره ی دنباله دار از نزدیک خورشید ، سبب کاهش پیوسته مواد یخی از هسته ی ستاره ی دنباله دار می شود . گردوغبار و ذرات جامد پاشیده شده در یخ ورقه ورقه شده و در یک صف در اطراف ستاره ی دنباله دار پخش می شوند . این قطعه کوچک جامد بسیار شکننده است و چگالی کمی دارد . ستاره ی دنباله دار هر چه مسن تر و تعداد دفعات عبورش از نزدیکی خورشید بیشتر باشد ، کاهش بیشتری در کل مواد یخی و آزاد شدن مواد شهاب آسمانی وجود دارد .
حدود ۹۹ درصد از کل شهاب ها از ستاره ی دنباله دار سرچشمه گرفته اند . احتمالا باقیمانده ها به سیارکها مربوطند .

انواع شهاب ها :
شهاب ها را می توان بر حسب مدارشان به دور خورشید طبقه بندی کرد . شهاب های تکی : همان طور که از نامشان پیداست از جهات مشخصی نمی آیند . گروه دیگر شهاب ها آنهایند که با رگبارهای شهابی متغیر همراه هستند . این گروه به صورت نهر هایی از ذرات که در فضا گسترده می شوند و زمین در مدارش از میان آنها می گذرد قرار دارند . عقیده بر این است که این جریان های شهابی باقی مانده ی دنباله دارهایی هستند که متلاشی شده و دیگر دیده نمی شوند . یخ موجود در دنباله دارها تبخیر شده و ذرات جامد را رها کرده است . وقتی که زمین به یک چنین نهری وارد می شود ، نمایش تماشایی از شهاب ها در آسمان پدیدار می شود . هر رگبار نقطه ی تشعشعی ویزه ی خود را دارد و آن نقطه ای است در آسمان که به نظر می رسد شهاب های متغیر از آن جدا می شوند .این یک اثر منظر است . شهاب های نهر در مسیر های موازی حرکت می کنند . اما به همان دلیل که به نظر می رسد خطوط موازی راه آهن در افق به هم می رسند ، ولی هر چه به چشم ناظر نزدیک تر می شوند بیشتر از هم جدا می شوند ، آنها هم به نظر می رسند که از هم دور میشوند . جهت نهر شهاب ها در هنگام تلاقی با مدار زمین جهت نقطه ی تشعشعی را مشخص می کند .

دیدن شهاب ها :
اگر ناظری به اندازه ی کافی تا دیر وقت بیدار بماند ، در خواهد یافت که بسامد شهاب ها در ساعات صبح بزرگتر از ساعات نیمه شب است . سرعت متوسط شهاب ها در مجاورت زمین ۴۱.۶km/s است . در خلال ساعات عصر ، ما نسبت به جهت حرکت زمین در مدارش به طرف رونده ی زمین سواریم و فقط آن شهاب هایی که در جهت مدار زمین حرکت می کنند می توانند از زمین سبقت بگیرند ، دیده خواهند شد .
در صبح به طرف آینده ی زمین سواریم و شهاب ها از تمام جهاتی که ما می توانیم ببینیم می آیند ، علا.ه بر آن می توان دید که شهاب های دیده شده در ساعات صبح دارای سرعت های بالاتری هستند ، چون سرعت آنها در موقعی که به زمین نزدیک می شوند با سرعت زمین در مدارش جمع می شوند . به دلیل این سرعت ، دمای تولید شده بسیار بالاست . در نتیجه نور شهاب های دیده شده در صبح به طور قابل توجهی آبی تر از نور شهاب های عصر است . در یک شب صاف بدون مهتاب طی یک رگبار کامل ، معمولا دیدن ۶۰ شهاب در هر ساعت میسر است . لیکن در فرصت های نادر ، زمین از میان یک دسته از شهاب های فوق العاده متراکم می گذرد . برای مثال طی ساعت های اولیه ی بامداد ۱۷ نوامبر ۱۹۶۶ ، بیشتر از ۲۰۰۰ شهاب در سر تاسر غرب ایالات متحده دیده شده است .

چرا شهاب ها به رنگهای مختلفی دیده میشوند ؟
شهاب ها به رنگ های زرد ، آبی ، قرمز و سفید دیده میشود . دلیل این است که هنگامی که شهابواره ها با سرعتی ۱۰ تا ۷۵ km/s وارد جو زمین میشوند بر اثر اصطکاک با جو به شدت داغ می شوند . دمای آنها به بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسد . این دمای بسیار زیاد باعث تحریک گازهای اطراف شهاب می شود . گازهای مختلف موجود در جو بر اثر این دمای زیاد داغ می شوند و می سوزند و به رنگهای مختلفی دیده می شوند . مثلا” رنگ سبز بیشتر شهاب ها از مولکول های اکسیژن جو گسیل می شوند . نیتروژن رنگ آبی تولید می کند و سدیم رنگ زرد را . عموما” شهاب هایی با سرعت بالا به رنگ سفید دیده می شوند ، چون تمام این رنگ ها با هم مخلوط می شوند . ولی وقتی که سرعت شهاب ها کم می شود به رنگ قرمز در می آیند .

طرز کار راکت فضایی

 

مقدمه:
یکی از عجیب ترین کشفیات انسان دسترسی به فضا است که پیچیدگی و مشکلات خاص خود را دارد. راه یابی به فضا پیچیده است، چرا که باید با بسیاری از مشکلات روبرو شد. مثلا:
- وجود خلا در فضا
- مشکلات گرما و حرارت
- مشکل ورود مجدد به زمین
- مکانیک مدارها
- ذرات و باقی مانده های فضا
- تابش های کیهانی و خورشیدی
- طراحی امکانات برای ثابت نگه داشتن اشیا در بی وزنی

ولی بزرگترین مشکل ایجاد انرژی لازم برای بالا بردن فضاپیما از زمین است که برای درک این موضوع باید به بررسی طرز کار موتورهای موشک پرداخت.

در یک دیدگاه ساده، می توان موتورهای موشک را به آسانی و با هزینه ای نسبتا کم طراحی کرد و حتی آن را به پرواز درآورد اما اگر بخواهیم مسئله را در سطح کلان بررسی کنیم با مشکلات و پیچیدگی های بسیاری مواجه هستیم و این موتورهای موشک (و به خصوص سیستم سوخت آن ها) آنقدر پیچیده است که تا به حال تنها سه کشور توانسته اند با استفاده از این فناوری انسان را در مدار زمین قرار دهند.

در این مقاله ما موتورهای موشک های فضایی را مورد بررسی قرار می دهیم تا با طرز کار و پیچیدگی های آن ها آشنا شویم.

نکات پایه ای:

عموما وقتی کسی درباره موتورها فکر می کند، خود به خود مطالبی درباره چرخش برایش تداعی می شود.برای مثال حرکت متناوب پیستون در موتور بنزینی که انرژی چرخشی برای به حرکت در آوردن چرخ ها را تولید می کند. و یا موتور الکتریکی که با تولید میدان الکتریکی که با تولید میدان مغناطیسی نیروی چرخشی برای پنکه یا سی دی رام تولید می کنند. موتور بخار هم به طور مشابه کار می کنند.

ولی موتور موشک از لحاظ ساختار متفاوت است. موتور موشک ها موتورهای واکنشی هستند.اساس کار موتور موشک برپایه ی قانون معروف نیوتون است که می گوید: “برای هر کنش واکنشی وجود دارد به مقدار مساوی ولی درجهت مخالف آن”. موتور موشک نیز جرم را در یک جهت پرتاب می کند و از واکنش آن در جهت مخالف سود می برد.

البته تصور این اصل (پرتاب جرم و سود بردن از واکنش) ممکن است در ابتدا کمی عجیب به نظر بیاید، چرا که در عمل بسیار متفاوت می نمایاند. انفجار، صدا و فشار چیزهایی است که در ظاهر باعث حرکت موشک می شود و نه “پرتاب جرم”.

بگذارید تا با بیان چند مثال تصویری بهتر از واقعیت را روشن کنم:

● اگر تا به حال با اسلحه ی(به خصوص سایز بزرگ آن) shotgun شلیک کرده باشید، متوجه می شوید که ضربه ی بسیار قوی ای، با نیروی بسیار زیاد به شانه شما وارد می کند.

یک اسلحه مقدار ۱ انس فلز را به یک جهت و با سرعت ۷۰۰ مایل در ساعت شلیک می کند و در واکنش شما را به عقب حرکت می دهد.

● اگر تا به حال شیر آتش نشانی را دیده باشید، متوجه می شوید که برای نگه داشتن آن باید نیروی بسیار زیادی را صرف کنید (اگر دقت کرده باشید گاهی ۲ یا ۳ آتش نشان یک شیر را نگه می دارند) که در این جا شیر آتش نشانی مثل موتور موشک عمل می کند.

شیر آتش نشانی، آب را در یک جهت پرتاب میکند و آتش نشان ها از نیرو و وزن خود استفاده می کنند تا در برابر واکنش آن مقاومت کنند. اگر آن ها اجازه بدهند تا شیر رها شود، شیر به این طرف و آن طرف پرتاب می شود.

حال اگر آتش نشان ها روی یک اسکیت برد ایستاده باشند شیر آتش فشانی آن ها را با سرعت زیادی به عقب می راند.

● اگر یک بادکنک را باد کنید و آن را رها کنید، بادکنک به پرواز در می آید، تا وقتی که هوای داخل آن به طور کامل خالی شود. پس می توان گفت که شما یکم موتور موشک ساخته اید. در این جا چیزی که به بیرون پرتاب می شود مولکول های هوای درون بادکنک هستند.

بسیاری از مردم فکر می کنند که مولکول های هوا اهمیتی ندارند، در حالی که اینطور نیست. هنگامی که شما به آن ها اجازه می دهید تا از دریچه بادکنک به بیرون پرتاب شوند، بر اثر واکنش به وجود آمده بادکنک به جهت مخالف پرتاب می شود.

در ادامه برای درک بهتر موضوع، به مثالی دقیق تر اشاره می کنم:

● سناریوی توپ بیسبال در فضا:

شرایط زیر را تصور کنید،

مثلا شما لباس فضانوردان را پوشیده اید و در فضا در کنار فضاپیما معلق مانده اید و چندین توپ بیسبال در دست دارید. حال اگر شما توپ بیسبال را پرتاب کنید، واکنش آن بدن شما را به جهت مخالف توپ حرکت می دهد.

سرعت شما پس از پرتاب توپ به وزن توپ و شتاب وارده بستگی دارد. همانطور که می دانیم حاصلضرب جرم در شتاب برابر نیرو است، یعنی:

F=m.a

همچنین میدانیم که هر نیرویی که شما به توپ وارد کنید، توپ نیز نیرویی مساوی ولی در جهت مخالف به بدن شما وارد میکند که همان واکنش است. پس می توان گفت:

m.a=m.a

حال فرض می کنیم که توپ بیسبال ۱ کیلو گرم وزن داشته باشد و وزن شما و لباس فضایی هم ۱۰۰ کیلوگرم باشد. پس با این حساب اگر شما توپ بیسبال را با سرعت ۲۱ متر در ساعت پرتاب کنید. یعنی شما با دست خود به یک توپ بیسبال ۱ کیلو گرمی، شتابی وارد کرده اید که سرعت ۲۱ متر در ساعت گرفته است. واکنش آن روی بدن شما تاثیر می گذارد، ولی وزن بدن شما ۱۰۰ برابر توپ بیسبال است. پس بدن شما با ۱۰۰/۱ سرعت توپ بیسبال (یا ۰.۲۱ متر بر ساعت) به عقب حرکت می کند.

حال اگر شما می خواهید از توپ بیسبال خود قدرت بیش تری بگیرید، شما دو انتخاب دارید: افزایش جرم یا افزایش شتاب وارده

شما می توانید یا یک توپ سنگین تر پرتاب کنید و یا اینکه شما می توانید توپ بیسبال را سریع تر پرتاب کنید (شتاب آن را افزایش دهید)، و این دو تنها کارهایی است که می توانید انجام دهید.

یک موتور موشک نیز به طور کلی جرم را در قالب گازهای پرفشار پرتاب می کند؛ موتور گاز را در یک جهت به بیرون پرتاب می کند تا از واکنش آن در جهت مخالف سود ببرد. این جرم از مقدار سوختی که در موتور موشک می سوزد بدست می آید.

عملیات سوختن به سوخت شتاب می دهد تا از دهانه خروجی موشک با سرعت زیاد بیرون بیاید.

وقتی سوخت جامد یا مایع می سوزد و به گاز تبدیل می شود، جرم آن تغییر نمی کند بلکه تغییر در حجم آن است. یعنی اگر شما مقدار یک کیلو سوخت مایع موشک را بسوزانید مقدار یک کیلو جرم با حجمی بیشتر، از دهانه خروجی موشک با دمای بالا و سرعت زیاد خارج می شود. عملیات سوختن، جرم را شتاب می دهد.
بیایید تا بیش تر درباره ی نیروی پرتاب بدانیم:

نیروی پرتاب:

قدرت موتور یک موشک را نیروی پرتاب آن می گویند. نیروی پرتاب در آمریکا به صورت
(پوند) ponds of thrust
و در سیستم متریک با واحد نیوتون شناخته شده است (هر ۴.۴۵ نیوتون نیروی پرتاب برابر است با ۱ پوند نیروی پرتاب).

هر یک پوند نیروی پرتاب (۴.۴۵ نیوتون) مقدار نیروی است که می تواند یک شی ۱ پوندی (۴۵۳.۵۹ گرم) را در حالت ساکن مخالف نیروی جاذبه زمین نگه دارد.

بنابر این در روی زمین شتاب جاذبه ۲۱ متر در ساعت در ثانیه (۳۲ فوت در ثانیه در ثانیه) است.

منبع و مترجم
ترجمه: محمد ش. محمدی