النَّجمة كرة ضخمة من غاز متوهج في السماء. وتُعتبر الشمس نجمًا، بل هي النجم الوحيد القريب للأرض بالقدر الكافي لتبدو ككرة. والبلايين الأخرى من النجوم بعيدة جداً، لدرجة أنها تظهر في حجم رأس دبوس من الضوء حتى من خلال أقوى التلسكوبات.
يوجد هناك مايزيد على 200 بليون بليون (200,000,000,000,000,000,000) من النجوم، ولو افترضنا أن كل شخص في العالم عليه أن يعد النجوم، فإن كل واحد يستطيع أن يعد مايزيد على 50 بليونًا من النجوم دون أن يعد أحدها مرتين.
فالنجوم بالرغم من مظهرها، أجرام ضخمة. فالشمس ليست إلا نجمًا متوسط الحجم، لكن قطرها يزيد 100 مرة على قطر الأرض. وأضخم النجوم يزيد على ما يملأ الفراغ بين الأرض والشمس. ومثل هذه النجوم يكون قطرها حوالي 1,000 مرة قدر قطر الشمس. وأصغر النجوم تكون أصغر من الأرض.
نجوم الثريا تظهر داخل المستطيل، وتبدو مجموعة قريبًا بعضها من بعض. اليونانيون القدماء سموا هذه النجوم الأخوات السبع من قصة قديمة. الناظر إلى السماء بدون تلسكوب يستطيع بسهولة رؤية ألمع ستة نجوم من الثريا.
ولانستطيع تخيل حجم بعض النجوم، لكن حتى النجوم الكبيرة تبدو نقطًا صغيرة لأنها بعيدة جداً. وأقرب نجم ـ غير الشمس ـ يبعد أكثر من 40 مليون مليون كيلومتر عن الأرض. وتستغرق أسرع الطائرات النفاثة مليونا من السنوات لتصل إلى أقرب نجم. لكن حتى هذه المسافة الكبيرة ماهي إلا واحد من بليون من المسافة إلى أبعد نجم.
والنجوم تختلف اختلافاً كثيرًا في لونها ولمعانها، لأنها تختلف في درجة حرارتها وحجمها. وتبدو بعض النجوم صفراء مثل الشمس. وبعضها الآخر يومض وميضا أزرقَ أو أحمر. والنجوم التي نراها في الليل خليط من نجوم قريبة معتمة، ونجوم بعيدة مضيئة جداً.
وتومض النجوم لأن ضوءها يأتينا عبر طبقات متحركة من الهواء الذي يحيط بالأرض. وتشع النجوم نهارًا وليلاً، ونستطيع أن نراها عندما تكون السماء مظلمة وصافية. وخلال النهار، يضيء شعاع الشمس السماء فيمنعنا من رؤية النجوم.
وبالليل تبدو النجوم كأنها تتحرك عبر السماء، كما تفعل الشمس خلال النهار. وتأتي هذه الحركة من دوران الأرض لا من حركة النجوم. والنجوم ذاتها تتحرك، لكن حركتها لايمكن رؤيتها لأنها بعيدة جداً عن الأرض، لكن التغيرات البطيئة عن مكانها يمكن تحديدها من خلال قياسات دقيقة عبر سنوات عديدة. وفي الماضي، كانت النجوم تدعى نجومًا ثابتة لأنها تبدو كأنها تشغل مكاناً ثابتاً في القبة السماوية، على النقيض من الكواكب التي تدور في مدار حول الشمس، ويمكن ملاحظتها بسهولة.
ويتكون النجم أساساً من غازين: الهيدروجين والهيليوم. والوزن الهائل للنجم يجعل درجة حرارة مركزه عالية بقدر يكفي لحدوث تفاعل نووي بين ذرات الهيدروجين. وتحفظ الطاقة المنطلقة من التفاعل للنجم إشعاعه، حتى ينتهي معظم الهيدروجين الموجود بمركز النجم.
ومعظم النجوم بدأت تشع منذ حوالي 10 بلايين سنة مضت. لكن النجوم الجديدة مازالت تتكون من خلال سحب الغاز والغبار في مجرة درب اللبانة والمجرات الأخرى. والشمس نفسها ربما تكونت بهذه الطريقة، متطورة من كتلة دوارة من الغاز والغبار منذ حوالي خمسة بلايين سنة.
درس الناس النجوم منذ العصور القديمة. فقد راقب المزارعـون الأوائل النجوم لمعرفة موعد زراعة محاصيلهم. وتعلم المسافرون استخدام النجوم لتحديد الاتجاهات. ووضع القدماء قصصًا عن الناس، والحيوانات، وأشياء أخرى رأوها مصورة في مجموعات معينة من النجوم. وسميت هذه المجموعات من النجوم مجموعة نجمية.
وبعض الأجـرام التي تشبه النجوم التي نراها في السماء ليست نجوماً، بل كواكب. وتبدو الشهب كأنها نجوم ساقطة، لكنها في الحقيقة صخور أو فلزات تحترق عند انطلاقها في الهواء.
--------------------------------------------------------------------------------
مصطلحات النجم
--------------------------------------------------------------------------------
الثقب الأسود هو نجم منهار، وأصبح غير مرئي، وله جاذبية كبيرة جداً لدرجة لايمكن للضوء الإفلات منها.
الحركة الذاتية هي التغير في موضع النجم بين النجوم الأخرى.
الرتبة الطيفية هي التي تحدد درجة حرارة النجم على أساس طيف النجم.
السنة الضوئية مسافة التي يقطعها الضوء في سنة- 9,460,000,000,000 كم.
القدر الظاهري هو درجة لمعان النجم عند رؤيته من الأرض. يعتمد القدر الظاهري على القيمة المطلقة للنجم وبعده عن الأرض.
القدر المطلق هو درجة لمعان النجم عندما يكون بعده 32,6سنة ضوئية من الأرض، وهي مقياس لكمية الطاقة التي يشعها النجم.
القزم الأبيض هو نجم صغير أبيض، به كمية كبيرة من المادة معبأة في حيز صغير جداً.
النجم الثنائي يدعى أيضًا النجم المزدوج، وهو زوج من النجوم يدور أحدهما حول الآخر.
النجم المتغير هو نجم تتغير شدة إضاءته.
النجم المُسْتَعِر هو نجم يصبح فجأة أشد إضاءة آلاف المرات، ثم يصبح معتماً مرة أخرى.
النجم المستعر فائق التوهج هو نجم ينفجر ليصبح بلايين المرات أشد إضاءة لعدة أسابيع. والمستعرات فائقة التوهج الأخرى ربما تُخَلِف بعدها نجومًا نيوترونية أو ثقوبًا سوداء.
النجم النيوتروني هو نجم صغير مكون كله تقريباً من جسيمات ذرية تدعى نيوترونات.
النجوم في الكون
النجوم ليست منتشرة بالتساوي في الكون، بل تتجمع في مجموعات ضخمة من بلايين النجوم تدعى المجرات. وتنتمي الشمس إلى مجرة تدعى درب اللبانة، وهذه المجرة لها شكل الفطيرة المسطحة، ولها بروز في وسطها، والشمس والكواكب التسعة ـ بما فيها الأرض ـ تقع في الجزء المسطح من المجرة.
--------------------------------------------------------------------------------
حقائق مهمة عن النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
العدد: مئات البلايين.
العمر: قد يصل إلى 15 بليون سنة، معظم النجوم يتراوح عمرها بين بليون و10 بلايين سنة.
التكوين: حوالي 75 % هيدروجين،، 22 % هيليوم، وآثار من عناصر أخرى، منها ـ مرتبة حسب النسبة المئوية الأكبر ـ الأكسجين والنيون والكربون والنيتروجين.
الكتلة: من 1/20 من كتلة الشمس إلى 100 مرة قدر كتلة الشمس.
أقرب نجم غير الشمس: قنطورس القريب، يبعد 4,3 سنة ضوئية.
أبعد نجم: في مجرات تبعد بلايين السنين الضوئية.
ألمع النجوم غير الشمس: الشِّعرى اليمانية (بناءً على القدر الظاهري).
أكبر النجوم: له قطر حوالي 1,6 بليون كم ـ حوالي 1000 مرة قدر قطر الشمس.
أصغر النجوم المعروفة: النجوم النيوترونية ـ قطرها 20كم.
الألوان: من الأزرق إلى الأبيض، الأصفر، البرتقالي، أو أحمر بناءً على درجة حرارة سطح النجم.
درجة الحرارة: من حوالي 28,000°م في النجوم الزرقاء إلى حوالي 2,800°م في النجوم الحمراء، (الداخل) مايزيد على 1,100,000°م.
مصدر الطاقة: اتحاد نووي يغير الهيدروجين إلى هيليوم وطاقة.
ما عــدد النجـوم. لا أحد يعلم بالضبط، كم عـدد النجـوم. ففي الليلـة الصافية المظلمة، يستطيع الشخص أن يرى حوالي 3,000 من النجوم. وعلى مـدار السنـة، هناك نجـوم مختلفـة تصبح مرئية. وفي مجموعها، يمكن رؤية حوالي 6,000 من النجوم من الأرض، ولكن هذه فقط ألمع النجوم المرئية بغير تلسكوب.
يجعل التلسكوب العديد من النجوم المعتمة مرئية. على سبيل المثال، يمكن رؤية حوالي 600,000 من النجوم خلال التلسكوب بعدسة قطرها 7,5 سم. وأكبر التلسكوبات يجعل من الممكن تحديد بلايين من النجوم منفردة ومايزيد على بليون من المجرات. ويعتقد علماء الفلك أن هذه المجرات تتكون من 200 بليون بليون من النجوم.
والقليـل فقط من النجـوم له اسم. وقد أطلق راصدو النجوم القدامى الأسماء على ألمع النجوم، مثل منكب الجوزاء، ورجل الجوزاء اليسرى في المجموعة النجمية الجبارة. ويستخدم علماء الفلك اليوم حروف الهجاء اليونانيـة لتسميـة المجموعات النجمية لتحديد النجوم التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة. فمنكب الجوزاء، على سبيل المثال، يدعى جبار ألفا، ورجل الجوزاء اليسرى يدعى جبار بيتا. وترقم النجوم الخافتة وتدون في فهارس نجمية مختلفة.
مجرة درب اللبانة درب اللبانة واحدة من أكثر من بليون من المجموعـات من النجـوم تدعى مجـرات وتوجد في أنحاء الكـون. وهي مجـرة حلـزونية، لها أذرع براقة منحنية إلى الخارج من داخـل قرصها المركـزي. والشمـس وكواكبـها بما فـي ذلـك الأرض جزء من درب اللبانة.
حجم النجوم. يتراوح بين النجوم النيوترونية التي يبلغ قطرها 20 كم والنجوم العملاقة الأكبر بكثير من الشمس. والشمس ذاتها نجم متوسط الحجم قطرها 1,392,000كم، أي ما يعادل 109 مرات قطر الأرض. ويقسم علماء الفلك النجوم إلى خمس مجموعات رئيسية بناءً على الحجم: 1-فوق العملاقة، 2-العملاقة، 3-نجوم متوسطة الحجم، 4- القزمية البيضاء، 5-النجوم النيوترونية. وقد يغير النجم مجموعته بناءً على عمره.
النجوم فوق العملاقة. من أكبر النجوم المعروفة قلب العقرب ومنكب الجوزاء. فقلب العقرب له قطر يعادل 330 مرة مثل قطر الشمس ومنكب الجوزاء في الواقع يتمدد وينكمش. ويتراوح قطره بين 375 و595 مرة مثل قطر الشمس، بينما يبلغ قطر أكبر النجوم فوق العملاقة، حوالي ألف مرة مثل قطر الشمس.
النجوم العملاقة. يبلغ قطرها قدر قطر الشمس 10-100 مرة. فقطر الدبران مثلاً، قدر قطر الشمس 36 مرة.
النجوم متوسطة الحجم. وتسمى عادة السلسلة الرئيسية، أو النجـوم الأقـزام. وهـي في الحجم مثل الشمس، وأقطـارها تتـراوح بــين 0,1 من قطر الشمس ومقدار10 مـرات قدر قطـر الشمس. ومن النجـوم المشهورة في هذه المجموعة: النسر الطائر والشِّعرى اليمانية والنسر الواقع.
الأقزام البيضاء. هي نجوم صغيرة. وأصغر نجم أبيض، نجم فان مانين، وقطره 8,400 كم ـ أي أقل من المسافة عبر قارة آسيا.
النجوم النيوترونية. أصغر النجوم، لها كتل تقرب من كتلة الشمس، لكنها مضغوطة لدرجة أن قطرها يساوي 20كم. وبعضها يبثّ دفعات قصيرة من موجات الراديو في فترات منتظمة. وتسمى هذه النجوم النيوترونية السريعة الدوران المنبضات. انظر: المنبضات.
أبعاد النجوم. تبعد الشمس حوالي 150 مليون كم من الأرض. أقرب نجم للشمس، أي قنطورس القريب، يبدو مثل رأس الدبوس فقط، لأنه يبعد حوالي 40 مليون مليون كم عن الأرض.
يقيس علماء الفلك المسافة بين النجوم بوحدة تسمى السنة الضوئية. فقنطورس القريب، على سبيل المثال، يبعد 4,3 سنة ضوئية عن الشمس. والسنة الضوئية تساوي 9,46 مليون مليون كم، ويقطعها الضوء في سنة بسرعة 299,792 كم/ث. وبعض النجوم في مجرة درب اللبانة تبعد 80,000 سنة ضوئية عن الشمس أو الأرض. والوحدة الأكثر شيوعاً في الفلك هي الفرسخ النجمي، حيث يساوي الفرسخ الواحد 3,26 سنة ضوئية.
أقرب جيران مجرة درب اللبانة مجرة تبعد 200,000 سنــة ضوئيـة. وأبعـد النجوم يقع في مجـرات على بعد بلايين السنين الضوئية من درب اللبانة.
تقع الشمس على بعد حوالي 25,000 سنة ضوئية من مركز مجرة درب اللبانة. وهي تنتمي لمكان في المجرة تتراوح فيها المسافة بين النجوم في المتوسط بين 4 و5 سنوات ضوئية. وفي بعض أماكن أخرى من درب اللبانة تكون المسافة بين النجوم أقرب من ذلك بكثير. ففي العناقيد الكروية، مثلاً، تبلغ المسافة بين النجوم أقل من 0,01 من سنة ضوئية.
لمـــاذا تلمع النجـوم. يوجـد مصدر الطاقة في عمـق النجم، وهناك تتغير نويات الهيدروجين إلى هيليوم بعملية تسمى الاندماج النووي. وخلال هذه العملية، لاتساوي الكتلة المكونة من الهيليوم كتلة الهيدروجين المستهلكة. وبعض الكتلة من الهيدروجين الأصلي يتحول إلى طاقة.
يبعث الاتحـاد النــووي كميـة كبيرة من الطاقة لدرجة أن درجة الحرارة في قلب النجم تبلغ ملايين الدرجات المئوية. وفي النهايـة، تهـرب الطاقـة من النجم في هيئة ضوء. ومعظم النجوم فيها مايكفي من الهيدروجين لتشع باستمرار لبلايين السنين. وعندما يستهلك نجم الجزء الأكبر من الهيدروجين في مركزه، يبدأ في التغير بسرعة. فنجم كالشمس سوف يتضخم ليصبح عملاقًا أحمر، ثم يفقد مادته ببطء ثم يتقلص ليصبح قزماً أبيض.
اللون ودرجة الحرارة واللمعان. ضوء النجوم له ألوان متعددة. فرجل الجوزاء اليسرى يشع ضوءًا أزرق، والنسر الواقع يبدو أبيض. ويبدو إشعاع العيوق أصفر ومنكب الجوزاء يتوهج باحمرار. والنجوم الأخرى لها ألوان بين ذلك، مثل أزرق ـ أبيض في الشعرى اليمانية، وأحمر برتقالي للسِّماك الرامح.
ويُنبئ ضوء النجم عن درجة حرارة سطحه. فدرجة الحرارة تتراوح بين 2,800°م للنجم الأحمر مثل منكب الجوزاء، و28,000°م للنجوم الزرقاء مثل رجل الجوزاء اليسرى. والنجوم ذات الألوان الأخرى لها حرارة سطح بين ذلك. فالشمس، وهو نجم مصفر له درجة حرارة حوالي 5,500 درجة مئوية.
والنجوم التي تظهر أكثر لمعانًا ليست دائماً الأكبر أو الأقرب إلى الأرض، ذلك لأن اللمعان يعتمد على كمية الطاقة الضوئية التي يرسلها النجم. فرجل الجوزاء اليسرى مثلاً، أصغر وأبعد عن الأرض من منكب الجوزاء، لكن لأنه أكثر حرارة، فإنه يبعث طاقة ضوئية أكثر، ويبدو أكثر إضاءة من منكب الجوزاء.
حركة النجم. كل يوم، تبدو الشمس وكل النجوم الأخرى متحركة عبر السماء، تطلع من المشرق وتغرب في المغرب. ولكن الشروق والغروب يأتيان من دوران الأرض، لا من حركة النجوم.
والنجوم تتحرك، لكن حركتها ينشأ عنها تغير بسيط في موضعها بالنسبة للنجوم الأخرى. ويقيس علماء الفلك هذا التغير ويسمونه الحركة الذاتية وذلك بمقارنة صور مأخوذة في فترات منتظمة. وللنجم بارنارد أكبر حركة ذاتية معروفة، حيث يستغرق 180 سنة كي يتحرك نصف درجة ـ زاوية تساوي قطر القمر مرئياً من الأرض. وكلما كان النجم قريباً من الأرض سهل على علماء الفلك قياس الحركة الذاتية له. ولكن معظم النجوم بعيدة جداً لدرجة أن حركتها الذاتية أصغر جداً من أن تقاس.
والشمس نفسها تتحرك بسرعة 19 كم/ث عبر درب اللبانة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشمس وكذا النجوم الأخرى كلها في درب اللبانة تدور حول مركز المجرة. وتعطي هذه الحركة الدورانية في درب اللبانة الشمس والنجوم القريبة منها سرعة 250 كم/ث . وتستغرق الشمس حوالي 250 مليون سنة لتقوم برحلة واحدة حول مركز المجرة.
التجمعات الكروية . يوضح الشكل تجمع نجم كروي يتكون من آلاف النجوم. وتسمى التجمعات غير المنتظمة الشكل تجمعات مفتوحة وفيها ما يتراوح بين 10 وبضع مئات من النجوم.
مجموعات النجوم. يوجد بدرب اللبانة مايزيد على 100 بليون نجم. والعديد من هذه النجوم هي مجموعات صغيرة تدعى سحبًا نجمية وعناقيد نجمية. ويسمى زوج النجوم النجم الثنائي. وحوالي 50% من النجوم أعضاء في نظام النجوم الثنائية.
السحب النجمية تبدو لامعة، مغبرة عند رؤيتها بدون تلسكوب. ويأتي اللمعان من ملايين النجوم التي تكون هذه المساحات. وتكون مثل هذه السحب خلفية تمكن علماء الفلك من رؤية سحب معتمة من الغبار بين النجوم.
العناقيد النجمية يمكن أن تكــون على هيئة كرة أو غير منتظمـة الشكـل. ويتــراوح ما تحويـه العناقيد الكروية بين 10,000 ومليون نجم معبأة بكثافــة جاذبيتها المشتركة. ويقع حوالي 100 تكتل كروي حول مركز درب اللبانة. والنجوم في العناقيد الكروية هي بين أقدم النجوم في مجرتنا. وتحتوي العناقيد غير المنتظمة الشكل والتي تسمى العناقيد المفتوحة أو العناقيد المجرِّبة على عدد يتراوح بين 10 وبضع مئات من النجوم. وهي تقع في الجزء الرئيسي من شكل الفطيرة المسطحة لدرب اللبانة، وتحتوي على بعض أصغر النجوم في مجرتنا.
النجوم المزدوجة تدعى أيضًا النجوم الثنائية تتألف من أزواج من النجوم التي يدور بعضها حول بعض وهي متماسكة بعضها مع بعض بفعل الجاذبية. وتنتمي العديد من النجوم المزدوجة إلى مجموعات أكبر تحتوي على ثنائيات أخرى وأحاديات النجوم. وتسمى مثل هذه المجموعات متعددة النجوم. والنجوم المزدوجة مهمة لأن كتل مثل هذه النجوم يمكن تحديدها بقياس مداراتها. وكتلة النجم هي كمية المادة التي تحتويها. انظر: الكتلة.
كيف يستخدم الناس النجوم
كيف تساعد النجوم في الملاحة لإيجـاد موقـع سفينتـهم، يختـار البحـارة ثلاثـة نجـوم ويقيسون الزاويـة التي تكـون بين كـل نجـم والأفـق. ويستخدمون التقويم لإيجـاد الموقـع الأرضي المتعلـق بكل نجـم عند وقت قياس زاويتـه. وعند ذلك، يحسبـون مسافـة سفينتهم من كـل من المواقـع الثلاثـة للنجـوم. وموقع سفينتهم يكون ملتقى تقاطـع الخطـوط الثـلاثة للمسافات الثلاثة.
قياس الاتجاه والموقع. تساعد النجوم صانعي الخرائط، والطيارين، والبحارة في تحديد الاتجاهات والمواقع، فالنجم الشمالي مثلاً، يستخدم موجهًا للاتجاه الشمالي لأن هذا النجم دائماً يظهر في المكان نفسه فوق القطب الشمالي. ودوران الأرض حول نفسها يجعل السماء تبدو كأنها تدور كل ليلة. ويرى المراقب، في شمال خط الاستواء، أن النجوم تدور حول نقطة فوق القطب الشمالي. والنجم الشمالي قريب من هذه النقطة في السماء ويبدو متحركاً قليلاً.
ويمكن أن يستخدم النجم الشمالي لقياس خطوط العرض أيضًا، حيث يستخدم المراقب آلة السُّدسية لقياس الزاوية التي يظهر بها النجم فوق الأفق الشمالي. وتمثل هذه الزاوية خط عرض المراقب. فعند خط عرض 45°، على سبيل المثال، يكون نجم الشمال واقعًا بزاوية 45° فوق الأفق الشمالي.
ويقيس الطيارون والملاحون مواقعهم بالملاحة الفلكية. وهذه الطريقة تقوم على فكرة أن النجم يكون تماماً فوق موقع أرضي عند وقت معين. ويتغير الموقع الأرضي للنجم، ويظهر كأنه متحرك من الشرق إلى الغرب. ويوضح كتاب يدعى التقويم المواقع الأرضية لعدة نجوم في أوقات مختلفة. ولإيجاد مواقعها، يقيس المراقب الزاوية للنجم باستخدام آلة السدسية، ويسجل وقت القياس بالضبط. وينظر بعد ذلك إلى الموقع الأرضي في كتاب التقويم. ثم يستخدم زاوية النجم لإيجاد بُعد موقعه عن موقع النجم الأرضي. وبإعادة العملية مع نجمين آخرين، يحدد موقعه . انظر: الملاحة.
قياس الوقت (الزمن). يقاس الوقت عن طريق حركتي الأرض الأساسيتين: 1- دورانها حول نفسها، 2- حركتها حول الشمس، وهاتان الحركتان للأرض تسببان تغيرًا في موقع الشمس والنجوم الأخرى.
وتجعل حركة دوران الأرض الشمس والنجوم الأخرى تبدو وكأنها متحركة عبر السماء كل يوم. وتبين الساعة المعتادة التوقيت الشمسي، أي التوقيت الذي يتم تحديده حسب حركة الشمس الظاهرية، فترة الوقت المستغرقة من منتصف ليلة إلى منتصف الليلة التي بعدها اليوم الشمسي.
وتبين ساعات الفلكيين التوقيت النجمي ـ أي الوقت الذي يعتمد على حركة النجوم الظاهرية. واليوم النجمي هو الوقت الذي يستغرقه النجم للوصول إلى الموقع نفسه في السماء في ليلتين، واحدة بعد الأخرى. ولأن حركة الأرض حول الشمس في اتجاه دورانها اليومي نفسه، فإن اليوم النجمي أقصر من اليوم الشمسي بقليل. ونتيجة لذلك، فإن نجمًا معينًا يخرج بحوالي أربع دقائق مبكراً في كل يوم قبل اليوم الآخر. وهذا التغير اليومي يجعل نجومًا مختلفة ظاهرة في سماء الليل في أوقات مختلفة من السنة.
وحركــة الأرض حـول الشمس أيضًا تجعل الشمس تغير موقعها بالنسبة لخلفية النجوم الأخرى خلال السنة. ويقيس العلماء طول السنة النجمية بقياس الوقت الذي تقضيه الشمس لتصل إلى الموقع نفسه بين النجوم. انظر: التوقيت النجمي.
التعلُّم من النجوم. يعد فهم ماهية النجوم جزءًا مهمًا من العلوم، وقد قاد إلى أفكار جديدة في الفيزياء والكيمياء. فعنصر الهيليوم مثلاً اكتشف في الشمس قبل أن يعرف في الأرض. وبالإضافة إلى ذلك، قادت دراسة الجاذبية القوية للنجوم إلى فهم أفضل للجاذبية.
أنواع النجوم
انفجار نجم في كوكبة فرساوس كوّن سحابة من الغاز. شوهد ضوء الانفجار في 1901م. كانت السحابة من الصغر بحيث تعذر رؤيتها حتى 1916م وماتزال تتمدد حتى الآن.
يصنف الفلكيون النجوم بعدة طرق. على سبيل المثال، تختلف النجوم في اللمعان، واللون، والحجم. وتشمل النجوم التي صنفت بناء على هذه الخصائص نجوم التتابع الأساسي والنجوم العملاقة، وفوق العملاقة، والأقزام البيضاء. ويجمع الفلكيون النجوم أيضًا تبعاً لخصائص مثل الاختلاف في اللمعان، ووجود النجوم المرافقة، وإطلاق الموجات الإشعاعية، والأشعة السينية، وأشكال أخرى من الطاقة. وتشمل النجوم التي جمعت حسب هذه السمات النجوم المتغيرة والنجوم الثنائية. وتختلف النجوم أيضًا في الكتلة. فالنجوم ذات الكتل الضخمة جداً، والأشد لمعانا، حياتها قصيرة نسبياً، ويمكن أن تنتهي بانفجارات عنيفة. وتظهر النجوم صغيرة الكتلة لمعانًا باهتًا لبلايين السنين وتنتهي بهدوء كالأقزام البيضاء.
نجوم التتابع الأساسي. نجوم "اعتيادية" كالشمس، وتمثل حوالي 90 % من النجوم التي يمكن رؤيتها من الأرض. وهي تشمل نجومًا من كل ألوان النجوم ودرجات عديدة من اللمعان. ونجوم التتابع الأساسي تكون أقطارها متوسطة الحجم. وهي أصغر كثيرًا من العملاقة وفوق العملاقة، وهي تسمى في بعض الأحيان أقزام التتابع الأساسي. ومع هذا، فهي تكون أكبر كثيراً من الأقزام البيضاء. وكل نجوم التتابع الأساسي تحرق الهيدروجين إلى هيليوم خلال الاندماج النووي العميق داخل النجم.
ويستعمل الفلكيون مصطلح السُّطوع لكمية الطاقة التي يصدرها النجم. وتحصل نجوم التتابع الأساسي على أسمائها من رسم بياني استعمل بوساطة الفلكيين لدراسة سطوع النجوم. وتمثل النقط في الرسم البياني النجوم، بينما يوضح موقع كل نقطة سطوع كل نجم ولونه. وتقع النقط التي تمثل معظم النجوم المعروفة في مجموعة واسعة. هذه المجموعة تمتد مائلة خلال الرسم البياني من منطقة السطوع العالية الزرقاء إلى منطقة السطوع المنخفضة الحمراء. ويسمي الفلكيون هذا التجمع من النقط التتابع الأساسي.
النجوم العملاقة وفوق العملاقة. تكون أكبر من نجوم التتابع الأساسي وعالية السطوع. وهي نجوم قد أحرقت الهيدروجين في لبها، وتولد الطاقة بوساطة الاندماج الإضافي للهيدروجين خارج لبها أو بوساطة تحويل الهيليوم إلى كربون داخل لبها.
وبعـض النجوم العملاقة، مثل السماك الرامح، توهجه أحمر، أو مائل للحمرة، ويدل ذلك على أن درجـة حرارتـه قليلـة. وتتكـون النجوم العملاقـة الحمـراء من غـازات تحت ضغط منخفض، وكثافتها أقل من كثافة النجوم الشبيهة بالشمس.
وتلمع بعض النجوم فوق العملاقة مثل منكب الجوزاء أيضًا بلون أحمر منخفض الحرارة. وتنتشر الغازات التي تكون النجوم فوق العملاقة الحمراء خلال مساحة كبيرة جدًا، بحيث تكون كثافتها أقل من الهواء الذي نتنفسه. النجوم فوق العملاقة، كذنب الدجاجة، تلمع بضوء أزرق، ويدل ذلك على حرارتها العالية.
الأقزام البيضاء. أقل حجمًا كثيراً من نجوم التتابع الأساسي ولها سطوع أقل. وهي تلمع بضوء أبيض غير ساطع، ولكنها لاتجد مددًا من الطاقة من الالتحام. وسوف تنتهي نجوم الأقزام البيضاء أخيراً إلى جمرات داكنة باردة.
ويعتقد الفلكيون أن الجاذبية داخل الأقزام البيضاء أدت إلى انكماشها إلى أحجامها الصغيرة. وتنتج الجاذبية غازًا ذا ضغط وكثافة عاليين جداً في الأقزام البيضاء. وهذه النجوم صغيرة جدًا، حيث تكون كثيفة لدرجة أن ملء ملعقة من غازاتها يزن أطنانًا لو أنها وزنت على الأرض. وتشمل الأقزام البيضاء نجم فان مانين والشعرى اليمانية ب، وهو نجم رفيق للشعرى اليمانية.
ثنائي الكسوف يتكون من نجمين يتغير لمعانهما الكلي كلما دارا حول بعضهما. يكون اللمعان أكبر عندما نستطيع أن نرى كلا النجمين. ويكون أقل عندما يكون أحد النجمين محجوبًا جزئيًا بالآخر (الشكل).
النجوم المتغيرة. تلمع وتتألق، ثم يخبو ضوؤها ثم تتألق مرة أخرى. وهي تتكون من ثلاثة أنواع رئيسية: 1- متغيرات نابضة، 2- نجوم متفجرة، 3- نجوم ثنائية الكسوف.
المتغيرات النابضة تتغير في سطوعها خلال تمددها وانكماشها. ويسمى الوقت الذي يأخذه النجم من السطوع إلى الخفوت، ثم إلى السطوع مرة أخرى الدورة. وبعض المتغيرات النابضة نجوم فوق عملاقة صفراء. وينبض كثير منها حوالي مرة في الأسبوع. ويسميها الفلكيون أيضًا المتغيرات القيفاوية، لأنها اكتشفت لأول مرة في المجموعة النجمية قيفاوي. ونجم الشمال متغير قيفاوي بدورة من حوالي أربعة أيام.
والقيفاويات مهمة لأن دوراتها ذات علاقة بسطوعها. ويستطيع الفلكيون أن يحددوا المسافة إلى المتغيرات القيفاوية بمقارنة اللمعان الظاهري للنجوم بسطوعها. وقد أمكن التوصل إلى أن المجرات الأخرى مجرات بعيدة، أي ليست جزءًا من درب اللبانة، عن طريق مراقبة النجوم القيفاوية.
النجـوم المتفـجرة تتفجـر على نحـو مفـاجئ بطاقـة مروعــة، قاذفة كميات هائلــة من الغاز إلى الفضاء. وهناك نوع من النجوم المتفجرة، يسمى النجم المستعر، يكون أشـد سطـوعًا بآلاف المــرات من النجـم العادي. هـذا السطــوع يبقى لأيــام قليلـة أو حتى سنـوات، ثم يعـود النجـم إلى ظهــوره بضوئـه الخافت. وبعض المستعرات ينفجـر مـرة بـعـد مـرة. ويظن أن المستعـرة ناتجـة عن انفجـار المـادة المتراكمة على سطح قزم أبيض في نظام ثنائي. وهناك نـوع آخر من النجم المتفجر، يسمى المستعر فائق التوهج، يكون أشد لمعانًا آلاف المرات من المستعر العادي. وقد حدث أشهر استعار من هذا النوع في مجرة درب اللبانة عام 1054م وأنتج سحابة ضخمة من انتشار الغاز المتسارع سمي سديم السرطان. ويحوي سديم السرطان نجمًا نيوترونيًا دوارًا في مركزه. انظر: المستعر فائق التوهج.
ثنائيات الكسوف تكون نجومًا مزدوجة، مثل رأس الغول. وهي تتكون من زوج من النجوم يتحرك كل منها حول الآخر. تتحرك النجوم بحيث يسبب أحدها إعاقة ضوء الآخر دورياً. ويخفض هذا العائق اللمعان الكلي للنجمين كما يرى من الأرض. وتكون ثنائيات الكسوف نوعًا واحدًا فقط من النجم المزدوج. وسوف يناقش القسم التالي الأنواع الأخرى.
النجـوم الثنائية. تتكون من الثنائيات المرئية والثنائيات المطيافية. وكل نوع يمكن أن يكون أيضًا ثنائي الكسوف.
الثنائيات المرئية. عندما تُرى خلال التلسكوب، تشبه نجمين يدور أحدهما حول الآخر. وقد تستغرق دورة واحدة من دورات هذه النجوم 100 سنة.
الثنائيات المطيافية. تشبه نجومًا منفردة، حتى خلال التلسكوب. وقد أخذ اسمها من المطياف (المقياس الطيفي) أي الجهاز الذي يستعمله الفلكيون للتعرف عليها. ينشر المنظار الطيفي ضوء النجم الثنائي إلى الطيف، وهو شريط من الألوان مشابه لقوس قزح. وتميز خصائص معينة من الطيف الضوء الذي يأتي من الثنائي. وتكمل الثنائيات المطيافية دوراتها بعضها حول بعض في أيام قليلة أو شهور قليلة.
تشمل الثنائيات المشهورة نجم الأزار، ونجم رأس الغول (السهمي)، وهما نجمان في الدب الأكبر يشكلان نجمًا مزدوجًا، يمكن أن يرى بدون تلسكوب. أيضًا يظهر نجم الأزار خلال التلسكوب كثنائي مرئي. وعليه، فإن كلا النجمين اللذين يكونان نجم الأزار هما من الثنائيات المطيافية. ونجم رأس الغول أيضًا نجم مطيافي. وهكذا تشكل نجوم الأزار الأربعة ونجما رأس الغول مجموعة من ست نجوم. وتسمى مثل هذه المجموعات من النجوم النجوم المتعددة.
الثقوب السوداء. نجوم وأجسام منهارة ولها قوة جذب شديدة، لا تدع شيئًا يهرب منها، حتى الضوء.
وأفضل دليل للثقوب السوداء يأتي من دراسة النجوم الثنائية التي تبعث أشعة سينية. وقد اكتشفت نجوم الأشعة السينية، عندما بنى العلماء كشافات أرسلت فوق الغلاف الجوي في صواريخ وأقمار. وتمتص الأشعة السينية عادة بوساطة الغلاف الجوي للأرض. وثنائيات الأشعة السينية نظم تتدفق فيها المادة من نجم عملاق إلى نجم متراص. وربما يكون النجم المتراص نجمًا نيوترونيا أو ثقبًا أسود. وتأتي الأشعة السينية عندما تتدفق الغازات من قرص ساخن محيط بالنجم العملاق إلى النجم المتراص. وفي بعض الحالات، يمكن تحديد كتلة نجم متراص غير مرئي من حركة نجم عملاق مرئي. وبعض النجوم المتراصة أيضًا ضخمة جدًا بحيث لايمكن اعتبارها نجومًا نيوترونية.وربما تكون هذه النجوم ثقوبًا سوداء تبلغ كتلتها 10 مرات قدر كتلة الشمس ونصف قطرها نحو 30كم فقط. انظر: الثقب الأسود.
كيف تنتج النجوم الطاقة
الاندماج النووي. تنتج النجوم الطاقة النووية بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم خلال سلسلة من التفاعلات النووية. ونتيجة لهذه التفاعلات، تتكون نواة هيليوم من أربع نويات هيدروجين. وعندما يحدث هذا الاندماج النووي، تنطلق الطاقة.
وتحدث عملية مشابهة لهذه عندما تنفجر القنبلة الهيدروجينية. والاندماج الهيدروجيني هو المصدر الأساسي للطاقة للنجوم في التتابع الأساسي. فالنجم عندما يستنفد هيدروجينه، يبدأ في بناء كميته من الهيليوم والعناصر الأخرى. ويشكل الهيدروجين والهيليوم حوالي 97% من كتلة النجم. وتحتوي الـ 3% المتبقية على الأرجون والكربون والكلور والحديد والمغنسـيوم والنـيون والنيتروجين والأكسجـين والسليكـون والكبريت، وعناصر أخرى.
والهيدروجين والهيليوم هما أخف العناصر الكيميائية، أي لذراتهما أقل الكتل الذرية. أما ذرات عناصر مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين، فلها كتل ذرية كبيرة ولهذا تعد عناصر ثقيلة. وفي النجم، تتكون العناصر الأثقل من الأخرى الأخف وزناً أثناء إنتاج الطاقة النووية.
سديم السرطان سحابة هائلة سريعة التمدد من الغاز الذي ينتج بوساطة نجم متفجر. الجزء العميق داخل سديم السرطان نجم نيوتروني يدور 30 مرة في الثانية. هذا المنبض (المتذبذب) يعطي كمية هائلة من الطاقة، تجعل السديم يتوهج. الصورتان على اليسار تبينان المنبض (التذبذب)، الذي وضع في الصورة العليا. يتغير ضوء المنبض (المتذبذب) من السطوع، أعلى، إلى الخفوت، أسفل، 30 مرة كل ثانية.
أعمار النجوم. إن حقيقة تكـوين النجـوم للعناصر الثقيلة من العنـاصر الخفيفـة، أمكنت الفلكيين من التميـيز بين جيلين من النجوم. وتحتوي نجوم الجيل الأصغر على كميات من العناصر الثقيلة تزيد بمقدار 100 مرة على نظيرها في نجوم الجيل الأقدم.
تنتهي حياة بعض النجوم بانفجارات تشبه الانفجار الذي نتج عنه سديم السرطان. وينتج عن مثل هذا الانفجار سحابة تحتوي على الهيليوم وعناصر أثقل تكـونت في النجـم قبـل انفجاره. وبمضي الوقت، تختلط المادة في السحابة مع غاز ما بين النجوم. ويصبح الغاز المخصِّب المادة التي تتكون منها النجوم الجديدة. وهكـذا يحتوي نجم جديـد، من الجيـل الثـاني، بقايـا نجم كان غنيًا بالعناصر الأثقل. ونتيجة لذلك، يحتوي النجم الجديد نسبياً على كميات عالية من تلك العناصر. ويرى بعض العلماء أن الشمس والأرض وكواكب أخرى من النظـام الشمسي، على سبيل المثال، تكونت منذ حـوالي 5 بلايين سنة مضت من المـادة المخصبة بوساطـة الأجيـال المبكرة من النجوم. ويعتقد هؤلاء العلماء أيضًا أن الأكسجين في الهواء، والحديد في الدم، والكالسيوم في عظامنا تكونت في الأجزاء الداخلية للنجوم، التي انفجرت قبل فترة طويلة من تكوين النظام الشمسي.
يسمي الفلكيون نجـوم الجيـل الأصغر نجـوم الجمهرة 1ويسمون نجـوم الجيـل الأقدم نجوم الجمهرة 2. ونجــوم الجمهرة 1 نجوم جديدة نسبيًا، مثل الشمس. وقد تكونت من غازات كانت جزءًا من نجوم مبكرة. تحتوي نجوم الجمهرة 1 على كميات أكبر من العناصر الأثقل مقارنة بنجوم الجمهرة 2. ونجوم الجمهرة 2 أقدم عمرًا وتكونت من أول سحب غاز في الفضاء. وقد تكونت هذه السحب أساسًا من الهيدروجين والهيليوم، مع كميات صغيرة جداً من العناصر الثقيلة.
مولد النجم وموته
نجوم جديدة اكتشفت في سحابة من الغبار والغاز في كوكبة الجوزاء. أخذت الصورة إلى اليمين في 1947م، وهي تبين ثلاثة نجوم في السحابة. والصورة إلى اليسار التي أخذت في عام 1954م، تبين ما يعتقده الفلكيون أنه ربما يكون نجمان جديدان بدآ في التكون خلال سبع سنوات. وهذان قريبان من نجمين من نجوم الكوكبة، مما جعلهما يظهران نجمين كبيرين في الصورة.
تستمر حياة معظم النجوم بلايين السنين. ومن البديهي أن أحدًا لم يتابع نجمًا معينًا منذ مولده حتى مماته. ومع هذا لاحـظ الفلكيون نجومًا كثيرة مختلفة في مختلف مراحل عمرها. وقد وضع الفلكيون أيضًا نظريات تكوين النجم التي بنيت على قوانين الكيمياء والفيزياء المعروفة.
يحصل الفلكيون على كثير من معلوماتهم عن حياة أي نجم بدراسة عناقيد النجوم. تكونت النجوم في العنقود الواحد على الأرجح في وقت واحد، وبناء على ذلك يكون لها كلها العمر نفسه . وتشمل بعض العناقيد العديد من النجوم العملاقة الزرقاء، والتي تستعمل وقودها الهيدروجيني بتسارع، فتكون حياتها قصيرة جداً. وبذلك فإن مثل هذه النجوم والعناقيد تكون شابة. وتحوي عناقيد أخرى نجومًا عملاقة حمراء، يُظن أنها نجوم قديمة، ولكنها لاتحوي نجومًا عملاقة زرقاء. لذا فإن مثل هذه العناقيد يجب أن تكون قد بلغت عمرًا كافيًا تحترق خلاله النجوم العملاقة الزرقاء. وبرصد عناقيد النجوم، ومن الدراسات النظرية، وضع الفلكيون أجزاء قصة كيفية احتمال بداية النجوم ونهايتها.
النجوم في تكونها.السحابة الضخمة من الغبار والغاز بين النجمي تعكس الضوء للنجوم القريبة. مثل هذه السحب اللامعة يجعل من الممكن رؤية كرات داكنة صغيرة من المادة التي توجد بين السحابة والأرض. وتظهر اثنتان من هذه الكرات الداكنة في الصورة ـ عند أعلى اليمين وأعلى اليسار من السحابة. هذه الكرات ربما تكون البدايات لنجوم جديدة.
كيف تتكـون النجـوم. يبدأ النجم حياته سحابة من غاز وغبار مابين النجوم. هذه السحب ترى قِطعًا صغيرة داكنة أمام النجوم البعيدة اللامعة لدرب اللبانة. ويتكون أغلب مكونات السحابة من هيدروجين مخلوط بالغبار. وقد تشمل السحابة بقايا نجم انفجر أو ربما تكون مجموعة من الغازات قذفت من سطح نجوم عملاقة.
وتتمثل المرحلة الأولى في تكوين نجم جديد في انكماش جزء من سحابة مابين النجوم إلى كرة. ولم يشاهد علماء الفلك أبداً نجمًا جديدًا يبرز فجأة إلى الحياة، ولكنهم اكتشفوا سحبًا عديدة كروية الشكل داكنة بين النجوم. وربما تكون هذه السحب نجومًا جديدة في بداية تشكيلها.
وخلال ملايين السنين، تتقلص السحابة الغازية تحت تأثير جاذبية بعضها لبعض. فبينما تنجذب المواد بعضها إلى بعض مكونة كرة غازية، تزداد درجة الحرارة، وعندما تصل درجة الحرارة في منتصف الكرة إلى 1,100,000°م، يبدأ تفاعل الاندماج النووي. ويبدأ الهيدروجين في المركز في التغير تدريجيًا إلى هيليوم، منتجًا كميات كبيرة من الطاقة النووية. وتسخن هذه الطاقة الغاز المحيط بالمركز، ويبدأ الغاز في اللمعان، ويأتي النجم إلى الحياة.
ويتوقف نوع النجم الذي يتشكل على كتلة السحابة المتقلصة. فالسحابة التي تبلغ كتلتها حوالي من كتلــة الشمس تصبح حمراء وأقـل لمعانـاً من نجـم التتابع الرئيسي. والسحابـة التي تبلغ كتلتها حــوالي 50 مـرة قدر كتلة الشمس تصبح زرقاء وأكثر لمعاناً من نجم التتابع الرئيسي.
تفجر نجم إلى مستعر فائق التوهج توضحه هاتان الصورتان لمجرة سحابة ماجلان الكبيرة اللتان أخذتا في 1969م، (إلى اليمين) و 1987م، (إلى اليسار). السهم في الصورة اليسرى يشير للنجم الذي انفجر إلى مستعر فائق التوهج، وأصبح لمعانه أشد بلايين المرات من سطوع الشمس.
كيف تتغير النجوم وتموت. بعد أن يبدأ النجم في اللمعان، يبدأ في التغير ببطء. وتعتمد سرعة تغيره على معدل سرعة إنتاج الطاقة النووية في داخله. وتعتمد سرعة هذه العملية على كتلة النجم. فكلما كبرت كتلة النجم، زاد لمعانه وحرارته، وزادت سرعة تغيره. تأخذ النجوم، التي تكون كتلتها حوالي 10 مرات مثـل كتـلة الشمس، عـدة ملايين من السنين لتتغير. وتأخـذ النجوم الأصغر التي تبلغ كتلتها حوالي من كتلة الشمس مئات بلايين السنين لتتغير.
يتغير النجم لأن مخزونه من الهيدروجين يقل. وعندما يحدث هذا النقصان يتقلص مركز النجم وترتفع درجة الحرارة والضغط في المركز. وفي الوقت نفسه، تقل درجة الحرارة في الجزء الخارجي تدريجياً، ويتمدد النجم بسرعة ويصبح نجمًا عملاقًا أحمر.
ويعتمد ما يحدث بعد أن يمر النجم بمرحلة العملاق الأحمر على كمية ما يحويه النجم من كتلة. والنجم الذي له كتلة الشمس نفسها يقذف طبقاته الخارجية التي يستطاع رؤيتها في شكل هياكل غاز متوهجة تسمى سديمًا كوكبيًا، فيبرد اللب المتخلف ويصبح قزمًا أبيض.
ويصبح النجم الذي كتلته أكبر بحوالي ثلاث مرات من كتلة الشمس نجمًا فوق عملاق. وربما تكونت عناصر يصل ثقلها إلى ثقل الحديد داخل النجم الذي يمكن آنذاك أن ينفجر إلى مستعر فائق التوهج. وإن تبقى أقل من ثلاث مرات قدر كتلة الشمس بعد الانفجار، فإنه يصبح نجمًا نيوترونيا. ولو تبقى أكثر من ثلاث مرات قدر كتلة الشمس، يتحطم النجم ويكون ثقبًا أسـود.
دراسة النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
النجوم العشرون الأكثر لمعاناً
--------------------------------------------------------------------------------
اسم النجم مسافة (سنة ضوئية)
1 - الشِّعرى اليمانية 8,8
2 - سُهَيْل 98
3 - الظلمان الألفي 4,3
4 - السماك الرامح 36
5 - النسر الواقع 26
6 - العيوق 46
7 - رجل الجبار
(رجل الجوزاء اليسرى) 900
8 - الشعرى الشامية 11
9 - منكب الجوزاء 300
10 - أكير نار 114
11 - الظلمان البيتي 490
12 - النسر الطائر 16
13 - االكروسس الألفي 370
14 - الثور 68
15 - السنبلة 220
16 - قلب العقرب 400
17 - رأس هرقل 35
18 - فم الحوت 23
19 - ذنب الدجاجة 1600
20 - الكروسس البيتي 490
يدرس الفلكيون ثلاث مميزات رئيسية من ضوء النجم: اللمعان، واللون، والطيف. ويوضح اللمعان كمية كتلة النجم، بينما يوضح اللون درجة حرارة سطح النجم، ويبين الطيف حركة النجم، والتركيب الكيميائي، ودرجة الحرارة. ويستخدم الطيف أيضًا لتمييز النجوم الأقزام من النجوم العملاقة.
ويناقش هذا الفصل بعض الأدوات والطرق التي يستعملها الفلكيون لدراسة النجوم.
قياس اللمعان. يستعمل الفلكيون جهازًا يسمى مقياس الضوء (الفوتوميتر) لقياس لمعان النجوم، ويضعون الجهاز على تلسكوب، ويدخل ضوء النجم الفوتوميتر وينتج تيارًا كهربائيًا فيه. ويوضح جهاز قياس كهربائي لمعان النجوم، بوحدات شدة التيار الكهربائي.
يقارن الفلكيون لمعان النجوم باستعمال رقم يسمى قدر النجم. ويكون النجم الألمع، أقل قدرًا فنجم قدره 1,00 يكون ألمع من آخر قدره 2,00.
وتملك النجوم الألمع أقدارًا صغيرة، وبالتالي تكون أقل من صفر ـ وهذا يعني أن أقدارها تكون أرقامًا سالبة. وبهذا فإن نجمًا قدره -1,00 يكون ألمع من آخر بقدر 1,00، ولكن بالتالي ليس ألمع من نجم بمقدار - 2,00.
يقيس الفوتوميتر لمعان النجم، كما يظهر من الأرض. ويسمي الفلكيون هذا اللمعان قدر النجم الظاهري. وإذا عرف الفلكيون كم يكون بُعد النجم، فإنهم يتمكنون من حساب قدره المطلق، الذي يوضح سطوع النجم. والقدر المطلق هو لمعان النجم، عندما يكون عند المسافة المتفق عليها وهي 32,6 سنة ضوئية من الأرض.
قياس اللون. ضوء النجم مكون من توليفة من الألوان. وتبث النجوم الأشد سخونة الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأحمر. وتعطي النجوم التي تكون سطوحها أقل درجة حرارة الضوء الأحمر أكثر من الضوء الأزرق. يقيس الفلكيون شدة زرقة ضوء النجم وحمرته بإمرار الضوء خلال مرشحات ألوان، ومنها إلى فوتوميتر.
ويستعمل الفلكيون مرشحًا أزرق لفصل الضوء الأزرق من الألوان الأخرى، والمرشح الأحمر لفصل الضوء الأحمر عن الألوان الأخرى.
قياس الطَّيف. يستعمل الفلكيون جهازًا يسمى المطياف أو مرسمة الطيف لقياس طيف نجم. يفكك المطياف ضوء النجم وينشره إلى طيف. ويعطي كل عنصر شكلاً مختلفًا من الطيف معتمدًا على درجة الحرارة. ويستطيع الفلكيون تحديد التركيب الكيميائي ودرجة حرارة النجم بوساطة طيفه.
ويوضح الفلكيون طيف النجم بواحد من الحروف التالية: و،ب،أ،ف،ج،ك،م. ويمثل كل حرف نطاقًا طيفيًا. والنطاق الطيفي للنجم له علاقة دقيقة بدرجة حرارته. فالنجوم الزرقاء، على سبيل المثال، تنتمي إلى النطاق الطيفي "و"، والنجوم الصفراء تكون نجوم "ج"، وصُنفت النجوم الحمراء بالنوع "م". وتظهر الألوان ودرجة الحرارة المتعلقة بالنطاق الطيفي في مخطط هيرتزبرونج ـ راسل، الموضح في هذا القسم.
مخطط هيرتزبرونج ـ راسل البياني يساعد هذا المخطط البياني الفلكيين في تصنيف ودراسة النجوم. تشير الأعمدة الملونة إلى النطاقات الطيفية المشار إليها بالأحرف وفقًا للحروف ودرجات الحرارة المدونة فوق المخطط البياني. يستدل على النجمـة في المخطط البياني بنقطـة موجودة (1) أفقيًا حسـب النطاق الطيفي للنجمـة و (2) رأسيًا طبقًا للارتفـاع الأقصـى. علـى سبيـل المثـال، تنتمي الشمس للنطاق الطيفي (ف) وذات ارتفـاع أقصـى قدره + 5. تضع هاتان المعلومتان الشـمس ضمـن التتابع الأساسي.
مخطط هيرتزبرونج ـ راسل (هـ ـ ر). يوضح العلاقة بين سطوع نجم ونطاقه الطيفي. سمي المخطط باسم الفلكي الدنماركي إجنار هيرتزبرونج والفلكي الأمريكي هنري نوريز راسل. فقد أوضح هذان الفلكيان، كل بمفرده، فكرة المخطط في مطلع القرن العشرين. ومخطط هيرتزبرونج ـ راسل، رسم بياني فيه القدر المطلق موضح عمودياً، والنطاق الطيفي مُوضَّحٌ أفقياً، وتمثل كل نقطة في الرسم البياني القدر المطلق والنطاق الطيفي لنجم خاص.
والخاصية البارزة لمخطط هيرتزبرونج ـ راسل هي أن النقط التي تمثل معظم النجوم تقع بالقرب من خط قطري. فمعظم النجوم الزرقاء مثلاً، تملك سطوعًا عاليًا، ومعظم النجوم الصفراء تكون متوسطة السطوع، ومعظم النجوم الحمراء أقل سطوعاً. ويسمي الفلكيون هذا التجمع من النقاط في المخطط التتابع الأساسي.
يحدد مخطط هيرتزبرونج ـ راسل أيضًا أنواعًا أخرى من النجوم. فبعض النجوم الحمراء عالية السطوع. وهناك أيضًا النجوم العملاقة والنجوم فوق العملاقة، ويأتي سطوعها العالي من أحجامها الضخمة. بعض النجوم البيضاء تكون ذات سطوع أقل بكثير من سطوع نجوم التتابع الأساسي البيضاء. وهناك النجوم القزمية البيضاء التي تكون أصغر كثيراً من نجوم التتابع الأساسي.
السفينة الفضائية هيبارخوس أطلقت في 1989م بوساطة وكالة الفضاء الأوروبية. وهو تلسكوب يمكن الفلكيين من تحديد المواقع لـ 120,000 نجم.
حجم النجم ومسافته. قاس الفلكيون قطر الشمس وحصلوا على قياسات جيدة لحجم نجوم أخرى قليلة. هذه النجوم كبيرة وقريبة نسبيًا من الأرض. لكن كل النجوم الأخرى تكون بعيدة جداً ويصعب قياسها مباشرة. ويحسب الفلكيون حجم هذه النجوم بأخذ قياسات لسطوع النجم ودرجة حرارته.
قاس الفلكيون المسافة لحوالي 10,000 من النجوم الأقرب للأرض باستعمال اختلاف المنظور. وضعت طريقة اختلاف المنظور الزاوي على أساس رؤية النجم من مكانين تفصل بعضهما عن بعض مسافة كبيرة. وتقع هذه الأمكنة في نقط متضادة في مدار الأرض حول الشمس. انظر: اختلاف المنظور.
ومعظم النجوم مسافاتها بعيدة جداً، بحيث لا يمكن قياس مسافاتها بوساطة اختلاف المنظور. ويقيس الفلكيون مسافة هذا النوع من النجوم باعتبار سطوعها بوساطة استعمال مخطط هيرتزبرونج ـ راسل. على سبيل المثال، لو كان النجم من نجوم التتابع الأساسي، لحدِّدَ موقعه في التتابع الأساسي تبعاً لنطاقه الطيفي. ويوضح المخطط السطوع الـذي يوافـق هـذا النطاق الطيفي. ويقيس الفلكيون النطاق الطيفي للنجم وقدره الظاهري. وبذلك يمكنهم تحديد بُعد النجم بحيث يكون قدره المقاس موافقًا للسطوع الموضح بوساطة مخطط (هـ ـ ر).
غوامض لم تحل. يعمل الفلكيون لفهم البداية والنهاية للحياة النجمية. فهم يحاولون الإجابة عن أسئلة مثل: لماذا تتكون نجوم من مختلف الأحجام؟ وهل تكونت الكواكب برفقتها؟ تتكون النجـوم في مناطـق تكون محجوبة بالغبار، ولكن تقنيات جديدة من علم الفلك الإشعاعي وعلم الفلـك للأشعـة تحت الحمراء تزود الفلكيين بوسائل أخرى تمكنهم من معرفة أماكن ميلاد النجوم. ويبحث الفلكيون أيضًا عن كيفية انفجار النجوم في شكل المستعرات فائقة التوهج، وأي بقايا نجمية خلفها.
وظهور تقنيات جديدة بالتأكيد سوف يساعد في الإجابة عن هذه الأسئلة. ومن ناحية أخرى، قد تتكشف ألغاز جديدة يتحتم على الفلكيين حلها.
--------------------------------------------------------------------------------
معالم في دراسة النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
3000 ق.م حدث أول رصد فلكي في الصين.
القرن الثاني قبل الميلاد رسم هيبارخوس، فلكي يوناني، أول قائمة للنجوم التي أظهرت لمعانها ومواقعها.
150م جدول بطليموس، فلكي في مصر، اكثر من 1,000 نجم، وأظهر طريق استعمال الأرقام لتسجيل مواقع النجوم.
830م تمكن الفلكيون العرب والمسلمون من الحصول على درجة خط نصف النهار لأول مرة في التاريخ.
911م وضع الفلكيون العرب والمسلمون أول جداول دقيقة للنجوم الثوابت.
981م اخترع ابن يونس المصري الربع ذا الثقب.
1058م اخترع أبو إسحاق الزرقالي الآلة الفلكية المسماة باسمه الزرقالة.
1225م وضع نصير الدين الطوسي زيج الإيلخاني الذي اعتمدت عليه أوروبا في الفلك زمنًا طويلاً.
1572م أثبت تيخوبراهي، فلكي دنماركي، أن المستعر فائق التوهج الذي رآه
يوجد هناك مايزيد على 200 بليون بليون (200,000,000,000,000,000,000) من النجوم، ولو افترضنا أن كل شخص في العالم عليه أن يعد النجوم، فإن كل واحد يستطيع أن يعد مايزيد على 50 بليونًا من النجوم دون أن يعد أحدها مرتين.
فالنجوم بالرغم من مظهرها، أجرام ضخمة. فالشمس ليست إلا نجمًا متوسط الحجم، لكن قطرها يزيد 100 مرة على قطر الأرض. وأضخم النجوم يزيد على ما يملأ الفراغ بين الأرض والشمس. ومثل هذه النجوم يكون قطرها حوالي 1,000 مرة قدر قطر الشمس. وأصغر النجوم تكون أصغر من الأرض.
نجوم الثريا تظهر داخل المستطيل، وتبدو مجموعة قريبًا بعضها من بعض. اليونانيون القدماء سموا هذه النجوم الأخوات السبع من قصة قديمة. الناظر إلى السماء بدون تلسكوب يستطيع بسهولة رؤية ألمع ستة نجوم من الثريا.
ولانستطيع تخيل حجم بعض النجوم، لكن حتى النجوم الكبيرة تبدو نقطًا صغيرة لأنها بعيدة جداً. وأقرب نجم ـ غير الشمس ـ يبعد أكثر من 40 مليون مليون كيلومتر عن الأرض. وتستغرق أسرع الطائرات النفاثة مليونا من السنوات لتصل إلى أقرب نجم. لكن حتى هذه المسافة الكبيرة ماهي إلا واحد من بليون من المسافة إلى أبعد نجم.
والنجوم تختلف اختلافاً كثيرًا في لونها ولمعانها، لأنها تختلف في درجة حرارتها وحجمها. وتبدو بعض النجوم صفراء مثل الشمس. وبعضها الآخر يومض وميضا أزرقَ أو أحمر. والنجوم التي نراها في الليل خليط من نجوم قريبة معتمة، ونجوم بعيدة مضيئة جداً.
وتومض النجوم لأن ضوءها يأتينا عبر طبقات متحركة من الهواء الذي يحيط بالأرض. وتشع النجوم نهارًا وليلاً، ونستطيع أن نراها عندما تكون السماء مظلمة وصافية. وخلال النهار، يضيء شعاع الشمس السماء فيمنعنا من رؤية النجوم.
وبالليل تبدو النجوم كأنها تتحرك عبر السماء، كما تفعل الشمس خلال النهار. وتأتي هذه الحركة من دوران الأرض لا من حركة النجوم. والنجوم ذاتها تتحرك، لكن حركتها لايمكن رؤيتها لأنها بعيدة جداً عن الأرض، لكن التغيرات البطيئة عن مكانها يمكن تحديدها من خلال قياسات دقيقة عبر سنوات عديدة. وفي الماضي، كانت النجوم تدعى نجومًا ثابتة لأنها تبدو كأنها تشغل مكاناً ثابتاً في القبة السماوية، على النقيض من الكواكب التي تدور في مدار حول الشمس، ويمكن ملاحظتها بسهولة.
ويتكون النجم أساساً من غازين: الهيدروجين والهيليوم. والوزن الهائل للنجم يجعل درجة حرارة مركزه عالية بقدر يكفي لحدوث تفاعل نووي بين ذرات الهيدروجين. وتحفظ الطاقة المنطلقة من التفاعل للنجم إشعاعه، حتى ينتهي معظم الهيدروجين الموجود بمركز النجم.
ومعظم النجوم بدأت تشع منذ حوالي 10 بلايين سنة مضت. لكن النجوم الجديدة مازالت تتكون من خلال سحب الغاز والغبار في مجرة درب اللبانة والمجرات الأخرى. والشمس نفسها ربما تكونت بهذه الطريقة، متطورة من كتلة دوارة من الغاز والغبار منذ حوالي خمسة بلايين سنة.
درس الناس النجوم منذ العصور القديمة. فقد راقب المزارعـون الأوائل النجوم لمعرفة موعد زراعة محاصيلهم. وتعلم المسافرون استخدام النجوم لتحديد الاتجاهات. ووضع القدماء قصصًا عن الناس، والحيوانات، وأشياء أخرى رأوها مصورة في مجموعات معينة من النجوم. وسميت هذه المجموعات من النجوم مجموعة نجمية.
وبعض الأجـرام التي تشبه النجوم التي نراها في السماء ليست نجوماً، بل كواكب. وتبدو الشهب كأنها نجوم ساقطة، لكنها في الحقيقة صخور أو فلزات تحترق عند انطلاقها في الهواء.
--------------------------------------------------------------------------------
مصطلحات النجم
--------------------------------------------------------------------------------
الثقب الأسود هو نجم منهار، وأصبح غير مرئي، وله جاذبية كبيرة جداً لدرجة لايمكن للضوء الإفلات منها.
الحركة الذاتية هي التغير في موضع النجم بين النجوم الأخرى.
الرتبة الطيفية هي التي تحدد درجة حرارة النجم على أساس طيف النجم.
السنة الضوئية مسافة التي يقطعها الضوء في سنة- 9,460,000,000,000 كم.
القدر الظاهري هو درجة لمعان النجم عند رؤيته من الأرض. يعتمد القدر الظاهري على القيمة المطلقة للنجم وبعده عن الأرض.
القدر المطلق هو درجة لمعان النجم عندما يكون بعده 32,6سنة ضوئية من الأرض، وهي مقياس لكمية الطاقة التي يشعها النجم.
القزم الأبيض هو نجم صغير أبيض، به كمية كبيرة من المادة معبأة في حيز صغير جداً.
النجم الثنائي يدعى أيضًا النجم المزدوج، وهو زوج من النجوم يدور أحدهما حول الآخر.
النجم المتغير هو نجم تتغير شدة إضاءته.
النجم المُسْتَعِر هو نجم يصبح فجأة أشد إضاءة آلاف المرات، ثم يصبح معتماً مرة أخرى.
النجم المستعر فائق التوهج هو نجم ينفجر ليصبح بلايين المرات أشد إضاءة لعدة أسابيع. والمستعرات فائقة التوهج الأخرى ربما تُخَلِف بعدها نجومًا نيوترونية أو ثقوبًا سوداء.
النجم النيوتروني هو نجم صغير مكون كله تقريباً من جسيمات ذرية تدعى نيوترونات.
النجوم في الكون
النجوم ليست منتشرة بالتساوي في الكون، بل تتجمع في مجموعات ضخمة من بلايين النجوم تدعى المجرات. وتنتمي الشمس إلى مجرة تدعى درب اللبانة، وهذه المجرة لها شكل الفطيرة المسطحة، ولها بروز في وسطها، والشمس والكواكب التسعة ـ بما فيها الأرض ـ تقع في الجزء المسطح من المجرة.
--------------------------------------------------------------------------------
حقائق مهمة عن النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
العدد: مئات البلايين.
العمر: قد يصل إلى 15 بليون سنة، معظم النجوم يتراوح عمرها بين بليون و10 بلايين سنة.
التكوين: حوالي 75 % هيدروجين،، 22 % هيليوم، وآثار من عناصر أخرى، منها ـ مرتبة حسب النسبة المئوية الأكبر ـ الأكسجين والنيون والكربون والنيتروجين.
الكتلة: من 1/20 من كتلة الشمس إلى 100 مرة قدر كتلة الشمس.
أقرب نجم غير الشمس: قنطورس القريب، يبعد 4,3 سنة ضوئية.
أبعد نجم: في مجرات تبعد بلايين السنين الضوئية.
ألمع النجوم غير الشمس: الشِّعرى اليمانية (بناءً على القدر الظاهري).
أكبر النجوم: له قطر حوالي 1,6 بليون كم ـ حوالي 1000 مرة قدر قطر الشمس.
أصغر النجوم المعروفة: النجوم النيوترونية ـ قطرها 20كم.
الألوان: من الأزرق إلى الأبيض، الأصفر، البرتقالي، أو أحمر بناءً على درجة حرارة سطح النجم.
درجة الحرارة: من حوالي 28,000°م في النجوم الزرقاء إلى حوالي 2,800°م في النجوم الحمراء، (الداخل) مايزيد على 1,100,000°م.
مصدر الطاقة: اتحاد نووي يغير الهيدروجين إلى هيليوم وطاقة.
ما عــدد النجـوم. لا أحد يعلم بالضبط، كم عـدد النجـوم. ففي الليلـة الصافية المظلمة، يستطيع الشخص أن يرى حوالي 3,000 من النجوم. وعلى مـدار السنـة، هناك نجـوم مختلفـة تصبح مرئية. وفي مجموعها، يمكن رؤية حوالي 6,000 من النجوم من الأرض، ولكن هذه فقط ألمع النجوم المرئية بغير تلسكوب.
يجعل التلسكوب العديد من النجوم المعتمة مرئية. على سبيل المثال، يمكن رؤية حوالي 600,000 من النجوم خلال التلسكوب بعدسة قطرها 7,5 سم. وأكبر التلسكوبات يجعل من الممكن تحديد بلايين من النجوم منفردة ومايزيد على بليون من المجرات. ويعتقد علماء الفلك أن هذه المجرات تتكون من 200 بليون بليون من النجوم.
والقليـل فقط من النجـوم له اسم. وقد أطلق راصدو النجوم القدامى الأسماء على ألمع النجوم، مثل منكب الجوزاء، ورجل الجوزاء اليسرى في المجموعة النجمية الجبارة. ويستخدم علماء الفلك اليوم حروف الهجاء اليونانيـة لتسميـة المجموعات النجمية لتحديد النجوم التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة. فمنكب الجوزاء، على سبيل المثال، يدعى جبار ألفا، ورجل الجوزاء اليسرى يدعى جبار بيتا. وترقم النجوم الخافتة وتدون في فهارس نجمية مختلفة.
مجرة درب اللبانة درب اللبانة واحدة من أكثر من بليون من المجموعـات من النجـوم تدعى مجـرات وتوجد في أنحاء الكـون. وهي مجـرة حلـزونية، لها أذرع براقة منحنية إلى الخارج من داخـل قرصها المركـزي. والشمـس وكواكبـها بما فـي ذلـك الأرض جزء من درب اللبانة.
حجم النجوم. يتراوح بين النجوم النيوترونية التي يبلغ قطرها 20 كم والنجوم العملاقة الأكبر بكثير من الشمس. والشمس ذاتها نجم متوسط الحجم قطرها 1,392,000كم، أي ما يعادل 109 مرات قطر الأرض. ويقسم علماء الفلك النجوم إلى خمس مجموعات رئيسية بناءً على الحجم: 1-فوق العملاقة، 2-العملاقة، 3-نجوم متوسطة الحجم، 4- القزمية البيضاء، 5-النجوم النيوترونية. وقد يغير النجم مجموعته بناءً على عمره.
النجوم فوق العملاقة. من أكبر النجوم المعروفة قلب العقرب ومنكب الجوزاء. فقلب العقرب له قطر يعادل 330 مرة مثل قطر الشمس ومنكب الجوزاء في الواقع يتمدد وينكمش. ويتراوح قطره بين 375 و595 مرة مثل قطر الشمس، بينما يبلغ قطر أكبر النجوم فوق العملاقة، حوالي ألف مرة مثل قطر الشمس.
النجوم العملاقة. يبلغ قطرها قدر قطر الشمس 10-100 مرة. فقطر الدبران مثلاً، قدر قطر الشمس 36 مرة.
النجوم متوسطة الحجم. وتسمى عادة السلسلة الرئيسية، أو النجـوم الأقـزام. وهـي في الحجم مثل الشمس، وأقطـارها تتـراوح بــين 0,1 من قطر الشمس ومقدار10 مـرات قدر قطـر الشمس. ومن النجـوم المشهورة في هذه المجموعة: النسر الطائر والشِّعرى اليمانية والنسر الواقع.
الأقزام البيضاء. هي نجوم صغيرة. وأصغر نجم أبيض، نجم فان مانين، وقطره 8,400 كم ـ أي أقل من المسافة عبر قارة آسيا.
النجوم النيوترونية. أصغر النجوم، لها كتل تقرب من كتلة الشمس، لكنها مضغوطة لدرجة أن قطرها يساوي 20كم. وبعضها يبثّ دفعات قصيرة من موجات الراديو في فترات منتظمة. وتسمى هذه النجوم النيوترونية السريعة الدوران المنبضات. انظر: المنبضات.
أبعاد النجوم. تبعد الشمس حوالي 150 مليون كم من الأرض. أقرب نجم للشمس، أي قنطورس القريب، يبدو مثل رأس الدبوس فقط، لأنه يبعد حوالي 40 مليون مليون كم عن الأرض.
يقيس علماء الفلك المسافة بين النجوم بوحدة تسمى السنة الضوئية. فقنطورس القريب، على سبيل المثال، يبعد 4,3 سنة ضوئية عن الشمس. والسنة الضوئية تساوي 9,46 مليون مليون كم، ويقطعها الضوء في سنة بسرعة 299,792 كم/ث. وبعض النجوم في مجرة درب اللبانة تبعد 80,000 سنة ضوئية عن الشمس أو الأرض. والوحدة الأكثر شيوعاً في الفلك هي الفرسخ النجمي، حيث يساوي الفرسخ الواحد 3,26 سنة ضوئية.
أقرب جيران مجرة درب اللبانة مجرة تبعد 200,000 سنــة ضوئيـة. وأبعـد النجوم يقع في مجـرات على بعد بلايين السنين الضوئية من درب اللبانة.
تقع الشمس على بعد حوالي 25,000 سنة ضوئية من مركز مجرة درب اللبانة. وهي تنتمي لمكان في المجرة تتراوح فيها المسافة بين النجوم في المتوسط بين 4 و5 سنوات ضوئية. وفي بعض أماكن أخرى من درب اللبانة تكون المسافة بين النجوم أقرب من ذلك بكثير. ففي العناقيد الكروية، مثلاً، تبلغ المسافة بين النجوم أقل من 0,01 من سنة ضوئية.
لمـــاذا تلمع النجـوم. يوجـد مصدر الطاقة في عمـق النجم، وهناك تتغير نويات الهيدروجين إلى هيليوم بعملية تسمى الاندماج النووي. وخلال هذه العملية، لاتساوي الكتلة المكونة من الهيليوم كتلة الهيدروجين المستهلكة. وبعض الكتلة من الهيدروجين الأصلي يتحول إلى طاقة.
يبعث الاتحـاد النــووي كميـة كبيرة من الطاقة لدرجة أن درجة الحرارة في قلب النجم تبلغ ملايين الدرجات المئوية. وفي النهايـة، تهـرب الطاقـة من النجم في هيئة ضوء. ومعظم النجوم فيها مايكفي من الهيدروجين لتشع باستمرار لبلايين السنين. وعندما يستهلك نجم الجزء الأكبر من الهيدروجين في مركزه، يبدأ في التغير بسرعة. فنجم كالشمس سوف يتضخم ليصبح عملاقًا أحمر، ثم يفقد مادته ببطء ثم يتقلص ليصبح قزماً أبيض.
اللون ودرجة الحرارة واللمعان. ضوء النجوم له ألوان متعددة. فرجل الجوزاء اليسرى يشع ضوءًا أزرق، والنسر الواقع يبدو أبيض. ويبدو إشعاع العيوق أصفر ومنكب الجوزاء يتوهج باحمرار. والنجوم الأخرى لها ألوان بين ذلك، مثل أزرق ـ أبيض في الشعرى اليمانية، وأحمر برتقالي للسِّماك الرامح.
ويُنبئ ضوء النجم عن درجة حرارة سطحه. فدرجة الحرارة تتراوح بين 2,800°م للنجم الأحمر مثل منكب الجوزاء، و28,000°م للنجوم الزرقاء مثل رجل الجوزاء اليسرى. والنجوم ذات الألوان الأخرى لها حرارة سطح بين ذلك. فالشمس، وهو نجم مصفر له درجة حرارة حوالي 5,500 درجة مئوية.
والنجوم التي تظهر أكثر لمعانًا ليست دائماً الأكبر أو الأقرب إلى الأرض، ذلك لأن اللمعان يعتمد على كمية الطاقة الضوئية التي يرسلها النجم. فرجل الجوزاء اليسرى مثلاً، أصغر وأبعد عن الأرض من منكب الجوزاء، لكن لأنه أكثر حرارة، فإنه يبعث طاقة ضوئية أكثر، ويبدو أكثر إضاءة من منكب الجوزاء.
حركة النجم. كل يوم، تبدو الشمس وكل النجوم الأخرى متحركة عبر السماء، تطلع من المشرق وتغرب في المغرب. ولكن الشروق والغروب يأتيان من دوران الأرض، لا من حركة النجوم.
والنجوم تتحرك، لكن حركتها ينشأ عنها تغير بسيط في موضعها بالنسبة للنجوم الأخرى. ويقيس علماء الفلك هذا التغير ويسمونه الحركة الذاتية وذلك بمقارنة صور مأخوذة في فترات منتظمة. وللنجم بارنارد أكبر حركة ذاتية معروفة، حيث يستغرق 180 سنة كي يتحرك نصف درجة ـ زاوية تساوي قطر القمر مرئياً من الأرض. وكلما كان النجم قريباً من الأرض سهل على علماء الفلك قياس الحركة الذاتية له. ولكن معظم النجوم بعيدة جداً لدرجة أن حركتها الذاتية أصغر جداً من أن تقاس.
والشمس نفسها تتحرك بسرعة 19 كم/ث عبر درب اللبانة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشمس وكذا النجوم الأخرى كلها في درب اللبانة تدور حول مركز المجرة. وتعطي هذه الحركة الدورانية في درب اللبانة الشمس والنجوم القريبة منها سرعة 250 كم/ث . وتستغرق الشمس حوالي 250 مليون سنة لتقوم برحلة واحدة حول مركز المجرة.
التجمعات الكروية . يوضح الشكل تجمع نجم كروي يتكون من آلاف النجوم. وتسمى التجمعات غير المنتظمة الشكل تجمعات مفتوحة وفيها ما يتراوح بين 10 وبضع مئات من النجوم.
مجموعات النجوم. يوجد بدرب اللبانة مايزيد على 100 بليون نجم. والعديد من هذه النجوم هي مجموعات صغيرة تدعى سحبًا نجمية وعناقيد نجمية. ويسمى زوج النجوم النجم الثنائي. وحوالي 50% من النجوم أعضاء في نظام النجوم الثنائية.
السحب النجمية تبدو لامعة، مغبرة عند رؤيتها بدون تلسكوب. ويأتي اللمعان من ملايين النجوم التي تكون هذه المساحات. وتكون مثل هذه السحب خلفية تمكن علماء الفلك من رؤية سحب معتمة من الغبار بين النجوم.
العناقيد النجمية يمكن أن تكــون على هيئة كرة أو غير منتظمـة الشكـل. ويتــراوح ما تحويـه العناقيد الكروية بين 10,000 ومليون نجم معبأة بكثافــة جاذبيتها المشتركة. ويقع حوالي 100 تكتل كروي حول مركز درب اللبانة. والنجوم في العناقيد الكروية هي بين أقدم النجوم في مجرتنا. وتحتوي العناقيد غير المنتظمة الشكل والتي تسمى العناقيد المفتوحة أو العناقيد المجرِّبة على عدد يتراوح بين 10 وبضع مئات من النجوم. وهي تقع في الجزء الرئيسي من شكل الفطيرة المسطحة لدرب اللبانة، وتحتوي على بعض أصغر النجوم في مجرتنا.
النجوم المزدوجة تدعى أيضًا النجوم الثنائية تتألف من أزواج من النجوم التي يدور بعضها حول بعض وهي متماسكة بعضها مع بعض بفعل الجاذبية. وتنتمي العديد من النجوم المزدوجة إلى مجموعات أكبر تحتوي على ثنائيات أخرى وأحاديات النجوم. وتسمى مثل هذه المجموعات متعددة النجوم. والنجوم المزدوجة مهمة لأن كتل مثل هذه النجوم يمكن تحديدها بقياس مداراتها. وكتلة النجم هي كمية المادة التي تحتويها. انظر: الكتلة.
كيف يستخدم الناس النجوم
كيف تساعد النجوم في الملاحة لإيجـاد موقـع سفينتـهم، يختـار البحـارة ثلاثـة نجـوم ويقيسون الزاويـة التي تكـون بين كـل نجـم والأفـق. ويستخدمون التقويم لإيجـاد الموقـع الأرضي المتعلـق بكل نجـم عند وقت قياس زاويتـه. وعند ذلك، يحسبـون مسافـة سفينتهم من كـل من المواقـع الثلاثـة للنجـوم. وموقع سفينتهم يكون ملتقى تقاطـع الخطـوط الثـلاثة للمسافات الثلاثة.
قياس الاتجاه والموقع. تساعد النجوم صانعي الخرائط، والطيارين، والبحارة في تحديد الاتجاهات والمواقع، فالنجم الشمالي مثلاً، يستخدم موجهًا للاتجاه الشمالي لأن هذا النجم دائماً يظهر في المكان نفسه فوق القطب الشمالي. ودوران الأرض حول نفسها يجعل السماء تبدو كأنها تدور كل ليلة. ويرى المراقب، في شمال خط الاستواء، أن النجوم تدور حول نقطة فوق القطب الشمالي. والنجم الشمالي قريب من هذه النقطة في السماء ويبدو متحركاً قليلاً.
ويمكن أن يستخدم النجم الشمالي لقياس خطوط العرض أيضًا، حيث يستخدم المراقب آلة السُّدسية لقياس الزاوية التي يظهر بها النجم فوق الأفق الشمالي. وتمثل هذه الزاوية خط عرض المراقب. فعند خط عرض 45°، على سبيل المثال، يكون نجم الشمال واقعًا بزاوية 45° فوق الأفق الشمالي.
ويقيس الطيارون والملاحون مواقعهم بالملاحة الفلكية. وهذه الطريقة تقوم على فكرة أن النجم يكون تماماً فوق موقع أرضي عند وقت معين. ويتغير الموقع الأرضي للنجم، ويظهر كأنه متحرك من الشرق إلى الغرب. ويوضح كتاب يدعى التقويم المواقع الأرضية لعدة نجوم في أوقات مختلفة. ولإيجاد مواقعها، يقيس المراقب الزاوية للنجم باستخدام آلة السدسية، ويسجل وقت القياس بالضبط. وينظر بعد ذلك إلى الموقع الأرضي في كتاب التقويم. ثم يستخدم زاوية النجم لإيجاد بُعد موقعه عن موقع النجم الأرضي. وبإعادة العملية مع نجمين آخرين، يحدد موقعه . انظر: الملاحة.
قياس الوقت (الزمن). يقاس الوقت عن طريق حركتي الأرض الأساسيتين: 1- دورانها حول نفسها، 2- حركتها حول الشمس، وهاتان الحركتان للأرض تسببان تغيرًا في موقع الشمس والنجوم الأخرى.
وتجعل حركة دوران الأرض الشمس والنجوم الأخرى تبدو وكأنها متحركة عبر السماء كل يوم. وتبين الساعة المعتادة التوقيت الشمسي، أي التوقيت الذي يتم تحديده حسب حركة الشمس الظاهرية، فترة الوقت المستغرقة من منتصف ليلة إلى منتصف الليلة التي بعدها اليوم الشمسي.
وتبين ساعات الفلكيين التوقيت النجمي ـ أي الوقت الذي يعتمد على حركة النجوم الظاهرية. واليوم النجمي هو الوقت الذي يستغرقه النجم للوصول إلى الموقع نفسه في السماء في ليلتين، واحدة بعد الأخرى. ولأن حركة الأرض حول الشمس في اتجاه دورانها اليومي نفسه، فإن اليوم النجمي أقصر من اليوم الشمسي بقليل. ونتيجة لذلك، فإن نجمًا معينًا يخرج بحوالي أربع دقائق مبكراً في كل يوم قبل اليوم الآخر. وهذا التغير اليومي يجعل نجومًا مختلفة ظاهرة في سماء الليل في أوقات مختلفة من السنة.
وحركــة الأرض حـول الشمس أيضًا تجعل الشمس تغير موقعها بالنسبة لخلفية النجوم الأخرى خلال السنة. ويقيس العلماء طول السنة النجمية بقياس الوقت الذي تقضيه الشمس لتصل إلى الموقع نفسه بين النجوم. انظر: التوقيت النجمي.
التعلُّم من النجوم. يعد فهم ماهية النجوم جزءًا مهمًا من العلوم، وقد قاد إلى أفكار جديدة في الفيزياء والكيمياء. فعنصر الهيليوم مثلاً اكتشف في الشمس قبل أن يعرف في الأرض. وبالإضافة إلى ذلك، قادت دراسة الجاذبية القوية للنجوم إلى فهم أفضل للجاذبية.
أنواع النجوم
انفجار نجم في كوكبة فرساوس كوّن سحابة من الغاز. شوهد ضوء الانفجار في 1901م. كانت السحابة من الصغر بحيث تعذر رؤيتها حتى 1916م وماتزال تتمدد حتى الآن.
يصنف الفلكيون النجوم بعدة طرق. على سبيل المثال، تختلف النجوم في اللمعان، واللون، والحجم. وتشمل النجوم التي صنفت بناء على هذه الخصائص نجوم التتابع الأساسي والنجوم العملاقة، وفوق العملاقة، والأقزام البيضاء. ويجمع الفلكيون النجوم أيضًا تبعاً لخصائص مثل الاختلاف في اللمعان، ووجود النجوم المرافقة، وإطلاق الموجات الإشعاعية، والأشعة السينية، وأشكال أخرى من الطاقة. وتشمل النجوم التي جمعت حسب هذه السمات النجوم المتغيرة والنجوم الثنائية. وتختلف النجوم أيضًا في الكتلة. فالنجوم ذات الكتل الضخمة جداً، والأشد لمعانا، حياتها قصيرة نسبياً، ويمكن أن تنتهي بانفجارات عنيفة. وتظهر النجوم صغيرة الكتلة لمعانًا باهتًا لبلايين السنين وتنتهي بهدوء كالأقزام البيضاء.
نجوم التتابع الأساسي. نجوم "اعتيادية" كالشمس، وتمثل حوالي 90 % من النجوم التي يمكن رؤيتها من الأرض. وهي تشمل نجومًا من كل ألوان النجوم ودرجات عديدة من اللمعان. ونجوم التتابع الأساسي تكون أقطارها متوسطة الحجم. وهي أصغر كثيرًا من العملاقة وفوق العملاقة، وهي تسمى في بعض الأحيان أقزام التتابع الأساسي. ومع هذا، فهي تكون أكبر كثيراً من الأقزام البيضاء. وكل نجوم التتابع الأساسي تحرق الهيدروجين إلى هيليوم خلال الاندماج النووي العميق داخل النجم.
ويستعمل الفلكيون مصطلح السُّطوع لكمية الطاقة التي يصدرها النجم. وتحصل نجوم التتابع الأساسي على أسمائها من رسم بياني استعمل بوساطة الفلكيين لدراسة سطوع النجوم. وتمثل النقط في الرسم البياني النجوم، بينما يوضح موقع كل نقطة سطوع كل نجم ولونه. وتقع النقط التي تمثل معظم النجوم المعروفة في مجموعة واسعة. هذه المجموعة تمتد مائلة خلال الرسم البياني من منطقة السطوع العالية الزرقاء إلى منطقة السطوع المنخفضة الحمراء. ويسمي الفلكيون هذا التجمع من النقط التتابع الأساسي.
النجوم العملاقة وفوق العملاقة. تكون أكبر من نجوم التتابع الأساسي وعالية السطوع. وهي نجوم قد أحرقت الهيدروجين في لبها، وتولد الطاقة بوساطة الاندماج الإضافي للهيدروجين خارج لبها أو بوساطة تحويل الهيليوم إلى كربون داخل لبها.
وبعـض النجوم العملاقة، مثل السماك الرامح، توهجه أحمر، أو مائل للحمرة، ويدل ذلك على أن درجـة حرارتـه قليلـة. وتتكـون النجوم العملاقـة الحمـراء من غـازات تحت ضغط منخفض، وكثافتها أقل من كثافة النجوم الشبيهة بالشمس.
وتلمع بعض النجوم فوق العملاقة مثل منكب الجوزاء أيضًا بلون أحمر منخفض الحرارة. وتنتشر الغازات التي تكون النجوم فوق العملاقة الحمراء خلال مساحة كبيرة جدًا، بحيث تكون كثافتها أقل من الهواء الذي نتنفسه. النجوم فوق العملاقة، كذنب الدجاجة، تلمع بضوء أزرق، ويدل ذلك على حرارتها العالية.
الأقزام البيضاء. أقل حجمًا كثيراً من نجوم التتابع الأساسي ولها سطوع أقل. وهي تلمع بضوء أبيض غير ساطع، ولكنها لاتجد مددًا من الطاقة من الالتحام. وسوف تنتهي نجوم الأقزام البيضاء أخيراً إلى جمرات داكنة باردة.
ويعتقد الفلكيون أن الجاذبية داخل الأقزام البيضاء أدت إلى انكماشها إلى أحجامها الصغيرة. وتنتج الجاذبية غازًا ذا ضغط وكثافة عاليين جداً في الأقزام البيضاء. وهذه النجوم صغيرة جدًا، حيث تكون كثيفة لدرجة أن ملء ملعقة من غازاتها يزن أطنانًا لو أنها وزنت على الأرض. وتشمل الأقزام البيضاء نجم فان مانين والشعرى اليمانية ب، وهو نجم رفيق للشعرى اليمانية.
ثنائي الكسوف يتكون من نجمين يتغير لمعانهما الكلي كلما دارا حول بعضهما. يكون اللمعان أكبر عندما نستطيع أن نرى كلا النجمين. ويكون أقل عندما يكون أحد النجمين محجوبًا جزئيًا بالآخر (الشكل).
النجوم المتغيرة. تلمع وتتألق، ثم يخبو ضوؤها ثم تتألق مرة أخرى. وهي تتكون من ثلاثة أنواع رئيسية: 1- متغيرات نابضة، 2- نجوم متفجرة، 3- نجوم ثنائية الكسوف.
المتغيرات النابضة تتغير في سطوعها خلال تمددها وانكماشها. ويسمى الوقت الذي يأخذه النجم من السطوع إلى الخفوت، ثم إلى السطوع مرة أخرى الدورة. وبعض المتغيرات النابضة نجوم فوق عملاقة صفراء. وينبض كثير منها حوالي مرة في الأسبوع. ويسميها الفلكيون أيضًا المتغيرات القيفاوية، لأنها اكتشفت لأول مرة في المجموعة النجمية قيفاوي. ونجم الشمال متغير قيفاوي بدورة من حوالي أربعة أيام.
والقيفاويات مهمة لأن دوراتها ذات علاقة بسطوعها. ويستطيع الفلكيون أن يحددوا المسافة إلى المتغيرات القيفاوية بمقارنة اللمعان الظاهري للنجوم بسطوعها. وقد أمكن التوصل إلى أن المجرات الأخرى مجرات بعيدة، أي ليست جزءًا من درب اللبانة، عن طريق مراقبة النجوم القيفاوية.
النجـوم المتفـجرة تتفجـر على نحـو مفـاجئ بطاقـة مروعــة، قاذفة كميات هائلــة من الغاز إلى الفضاء. وهناك نوع من النجوم المتفجرة، يسمى النجم المستعر، يكون أشـد سطـوعًا بآلاف المــرات من النجـم العادي. هـذا السطــوع يبقى لأيــام قليلـة أو حتى سنـوات، ثم يعـود النجـم إلى ظهــوره بضوئـه الخافت. وبعض المستعرات ينفجـر مـرة بـعـد مـرة. ويظن أن المستعـرة ناتجـة عن انفجـار المـادة المتراكمة على سطح قزم أبيض في نظام ثنائي. وهناك نـوع آخر من النجم المتفجر، يسمى المستعر فائق التوهج، يكون أشد لمعانًا آلاف المرات من المستعر العادي. وقد حدث أشهر استعار من هذا النوع في مجرة درب اللبانة عام 1054م وأنتج سحابة ضخمة من انتشار الغاز المتسارع سمي سديم السرطان. ويحوي سديم السرطان نجمًا نيوترونيًا دوارًا في مركزه. انظر: المستعر فائق التوهج.
ثنائيات الكسوف تكون نجومًا مزدوجة، مثل رأس الغول. وهي تتكون من زوج من النجوم يتحرك كل منها حول الآخر. تتحرك النجوم بحيث يسبب أحدها إعاقة ضوء الآخر دورياً. ويخفض هذا العائق اللمعان الكلي للنجمين كما يرى من الأرض. وتكون ثنائيات الكسوف نوعًا واحدًا فقط من النجم المزدوج. وسوف يناقش القسم التالي الأنواع الأخرى.
النجـوم الثنائية. تتكون من الثنائيات المرئية والثنائيات المطيافية. وكل نوع يمكن أن يكون أيضًا ثنائي الكسوف.
الثنائيات المرئية. عندما تُرى خلال التلسكوب، تشبه نجمين يدور أحدهما حول الآخر. وقد تستغرق دورة واحدة من دورات هذه النجوم 100 سنة.
الثنائيات المطيافية. تشبه نجومًا منفردة، حتى خلال التلسكوب. وقد أخذ اسمها من المطياف (المقياس الطيفي) أي الجهاز الذي يستعمله الفلكيون للتعرف عليها. ينشر المنظار الطيفي ضوء النجم الثنائي إلى الطيف، وهو شريط من الألوان مشابه لقوس قزح. وتميز خصائص معينة من الطيف الضوء الذي يأتي من الثنائي. وتكمل الثنائيات المطيافية دوراتها بعضها حول بعض في أيام قليلة أو شهور قليلة.
تشمل الثنائيات المشهورة نجم الأزار، ونجم رأس الغول (السهمي)، وهما نجمان في الدب الأكبر يشكلان نجمًا مزدوجًا، يمكن أن يرى بدون تلسكوب. أيضًا يظهر نجم الأزار خلال التلسكوب كثنائي مرئي. وعليه، فإن كلا النجمين اللذين يكونان نجم الأزار هما من الثنائيات المطيافية. ونجم رأس الغول أيضًا نجم مطيافي. وهكذا تشكل نجوم الأزار الأربعة ونجما رأس الغول مجموعة من ست نجوم. وتسمى مثل هذه المجموعات من النجوم النجوم المتعددة.
الثقوب السوداء. نجوم وأجسام منهارة ولها قوة جذب شديدة، لا تدع شيئًا يهرب منها، حتى الضوء.
وأفضل دليل للثقوب السوداء يأتي من دراسة النجوم الثنائية التي تبعث أشعة سينية. وقد اكتشفت نجوم الأشعة السينية، عندما بنى العلماء كشافات أرسلت فوق الغلاف الجوي في صواريخ وأقمار. وتمتص الأشعة السينية عادة بوساطة الغلاف الجوي للأرض. وثنائيات الأشعة السينية نظم تتدفق فيها المادة من نجم عملاق إلى نجم متراص. وربما يكون النجم المتراص نجمًا نيوترونيا أو ثقبًا أسود. وتأتي الأشعة السينية عندما تتدفق الغازات من قرص ساخن محيط بالنجم العملاق إلى النجم المتراص. وفي بعض الحالات، يمكن تحديد كتلة نجم متراص غير مرئي من حركة نجم عملاق مرئي. وبعض النجوم المتراصة أيضًا ضخمة جدًا بحيث لايمكن اعتبارها نجومًا نيوترونية.وربما تكون هذه النجوم ثقوبًا سوداء تبلغ كتلتها 10 مرات قدر كتلة الشمس ونصف قطرها نحو 30كم فقط. انظر: الثقب الأسود.
كيف تنتج النجوم الطاقة
الاندماج النووي. تنتج النجوم الطاقة النووية بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم خلال سلسلة من التفاعلات النووية. ونتيجة لهذه التفاعلات، تتكون نواة هيليوم من أربع نويات هيدروجين. وعندما يحدث هذا الاندماج النووي، تنطلق الطاقة.
وتحدث عملية مشابهة لهذه عندما تنفجر القنبلة الهيدروجينية. والاندماج الهيدروجيني هو المصدر الأساسي للطاقة للنجوم في التتابع الأساسي. فالنجم عندما يستنفد هيدروجينه، يبدأ في بناء كميته من الهيليوم والعناصر الأخرى. ويشكل الهيدروجين والهيليوم حوالي 97% من كتلة النجم. وتحتوي الـ 3% المتبقية على الأرجون والكربون والكلور والحديد والمغنسـيوم والنـيون والنيتروجين والأكسجـين والسليكـون والكبريت، وعناصر أخرى.
والهيدروجين والهيليوم هما أخف العناصر الكيميائية، أي لذراتهما أقل الكتل الذرية. أما ذرات عناصر مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين، فلها كتل ذرية كبيرة ولهذا تعد عناصر ثقيلة. وفي النجم، تتكون العناصر الأثقل من الأخرى الأخف وزناً أثناء إنتاج الطاقة النووية.
سديم السرطان سحابة هائلة سريعة التمدد من الغاز الذي ينتج بوساطة نجم متفجر. الجزء العميق داخل سديم السرطان نجم نيوتروني يدور 30 مرة في الثانية. هذا المنبض (المتذبذب) يعطي كمية هائلة من الطاقة، تجعل السديم يتوهج. الصورتان على اليسار تبينان المنبض (التذبذب)، الذي وضع في الصورة العليا. يتغير ضوء المنبض (المتذبذب) من السطوع، أعلى، إلى الخفوت، أسفل، 30 مرة كل ثانية.
أعمار النجوم. إن حقيقة تكـوين النجـوم للعناصر الثقيلة من العنـاصر الخفيفـة، أمكنت الفلكيين من التميـيز بين جيلين من النجوم. وتحتوي نجوم الجيل الأصغر على كميات من العناصر الثقيلة تزيد بمقدار 100 مرة على نظيرها في نجوم الجيل الأقدم.
تنتهي حياة بعض النجوم بانفجارات تشبه الانفجار الذي نتج عنه سديم السرطان. وينتج عن مثل هذا الانفجار سحابة تحتوي على الهيليوم وعناصر أثقل تكـونت في النجـم قبـل انفجاره. وبمضي الوقت، تختلط المادة في السحابة مع غاز ما بين النجوم. ويصبح الغاز المخصِّب المادة التي تتكون منها النجوم الجديدة. وهكـذا يحتوي نجم جديـد، من الجيـل الثـاني، بقايـا نجم كان غنيًا بالعناصر الأثقل. ونتيجة لذلك، يحتوي النجم الجديد نسبياً على كميات عالية من تلك العناصر. ويرى بعض العلماء أن الشمس والأرض وكواكب أخرى من النظـام الشمسي، على سبيل المثال، تكونت منذ حـوالي 5 بلايين سنة مضت من المـادة المخصبة بوساطـة الأجيـال المبكرة من النجوم. ويعتقد هؤلاء العلماء أيضًا أن الأكسجين في الهواء، والحديد في الدم، والكالسيوم في عظامنا تكونت في الأجزاء الداخلية للنجوم، التي انفجرت قبل فترة طويلة من تكوين النظام الشمسي.
يسمي الفلكيون نجـوم الجيـل الأصغر نجـوم الجمهرة 1ويسمون نجـوم الجيـل الأقدم نجوم الجمهرة 2. ونجــوم الجمهرة 1 نجوم جديدة نسبيًا، مثل الشمس. وقد تكونت من غازات كانت جزءًا من نجوم مبكرة. تحتوي نجوم الجمهرة 1 على كميات أكبر من العناصر الأثقل مقارنة بنجوم الجمهرة 2. ونجوم الجمهرة 2 أقدم عمرًا وتكونت من أول سحب غاز في الفضاء. وقد تكونت هذه السحب أساسًا من الهيدروجين والهيليوم، مع كميات صغيرة جداً من العناصر الثقيلة.
مولد النجم وموته
نجوم جديدة اكتشفت في سحابة من الغبار والغاز في كوكبة الجوزاء. أخذت الصورة إلى اليمين في 1947م، وهي تبين ثلاثة نجوم في السحابة. والصورة إلى اليسار التي أخذت في عام 1954م، تبين ما يعتقده الفلكيون أنه ربما يكون نجمان جديدان بدآ في التكون خلال سبع سنوات. وهذان قريبان من نجمين من نجوم الكوكبة، مما جعلهما يظهران نجمين كبيرين في الصورة.
تستمر حياة معظم النجوم بلايين السنين. ومن البديهي أن أحدًا لم يتابع نجمًا معينًا منذ مولده حتى مماته. ومع هذا لاحـظ الفلكيون نجومًا كثيرة مختلفة في مختلف مراحل عمرها. وقد وضع الفلكيون أيضًا نظريات تكوين النجم التي بنيت على قوانين الكيمياء والفيزياء المعروفة.
يحصل الفلكيون على كثير من معلوماتهم عن حياة أي نجم بدراسة عناقيد النجوم. تكونت النجوم في العنقود الواحد على الأرجح في وقت واحد، وبناء على ذلك يكون لها كلها العمر نفسه . وتشمل بعض العناقيد العديد من النجوم العملاقة الزرقاء، والتي تستعمل وقودها الهيدروجيني بتسارع، فتكون حياتها قصيرة جداً. وبذلك فإن مثل هذه النجوم والعناقيد تكون شابة. وتحوي عناقيد أخرى نجومًا عملاقة حمراء، يُظن أنها نجوم قديمة، ولكنها لاتحوي نجومًا عملاقة زرقاء. لذا فإن مثل هذه العناقيد يجب أن تكون قد بلغت عمرًا كافيًا تحترق خلاله النجوم العملاقة الزرقاء. وبرصد عناقيد النجوم، ومن الدراسات النظرية، وضع الفلكيون أجزاء قصة كيفية احتمال بداية النجوم ونهايتها.
النجوم في تكونها.السحابة الضخمة من الغبار والغاز بين النجمي تعكس الضوء للنجوم القريبة. مثل هذه السحب اللامعة يجعل من الممكن رؤية كرات داكنة صغيرة من المادة التي توجد بين السحابة والأرض. وتظهر اثنتان من هذه الكرات الداكنة في الصورة ـ عند أعلى اليمين وأعلى اليسار من السحابة. هذه الكرات ربما تكون البدايات لنجوم جديدة.
كيف تتكـون النجـوم. يبدأ النجم حياته سحابة من غاز وغبار مابين النجوم. هذه السحب ترى قِطعًا صغيرة داكنة أمام النجوم البعيدة اللامعة لدرب اللبانة. ويتكون أغلب مكونات السحابة من هيدروجين مخلوط بالغبار. وقد تشمل السحابة بقايا نجم انفجر أو ربما تكون مجموعة من الغازات قذفت من سطح نجوم عملاقة.
وتتمثل المرحلة الأولى في تكوين نجم جديد في انكماش جزء من سحابة مابين النجوم إلى كرة. ولم يشاهد علماء الفلك أبداً نجمًا جديدًا يبرز فجأة إلى الحياة، ولكنهم اكتشفوا سحبًا عديدة كروية الشكل داكنة بين النجوم. وربما تكون هذه السحب نجومًا جديدة في بداية تشكيلها.
وخلال ملايين السنين، تتقلص السحابة الغازية تحت تأثير جاذبية بعضها لبعض. فبينما تنجذب المواد بعضها إلى بعض مكونة كرة غازية، تزداد درجة الحرارة، وعندما تصل درجة الحرارة في منتصف الكرة إلى 1,100,000°م، يبدأ تفاعل الاندماج النووي. ويبدأ الهيدروجين في المركز في التغير تدريجيًا إلى هيليوم، منتجًا كميات كبيرة من الطاقة النووية. وتسخن هذه الطاقة الغاز المحيط بالمركز، ويبدأ الغاز في اللمعان، ويأتي النجم إلى الحياة.
ويتوقف نوع النجم الذي يتشكل على كتلة السحابة المتقلصة. فالسحابة التي تبلغ كتلتها حوالي من كتلــة الشمس تصبح حمراء وأقـل لمعانـاً من نجـم التتابع الرئيسي. والسحابـة التي تبلغ كتلتها حــوالي 50 مـرة قدر كتلة الشمس تصبح زرقاء وأكثر لمعاناً من نجم التتابع الرئيسي.
تفجر نجم إلى مستعر فائق التوهج توضحه هاتان الصورتان لمجرة سحابة ماجلان الكبيرة اللتان أخذتا في 1969م، (إلى اليمين) و 1987م، (إلى اليسار). السهم في الصورة اليسرى يشير للنجم الذي انفجر إلى مستعر فائق التوهج، وأصبح لمعانه أشد بلايين المرات من سطوع الشمس.
كيف تتغير النجوم وتموت. بعد أن يبدأ النجم في اللمعان، يبدأ في التغير ببطء. وتعتمد سرعة تغيره على معدل سرعة إنتاج الطاقة النووية في داخله. وتعتمد سرعة هذه العملية على كتلة النجم. فكلما كبرت كتلة النجم، زاد لمعانه وحرارته، وزادت سرعة تغيره. تأخذ النجوم، التي تكون كتلتها حوالي 10 مرات مثـل كتـلة الشمس، عـدة ملايين من السنين لتتغير. وتأخـذ النجوم الأصغر التي تبلغ كتلتها حوالي من كتلة الشمس مئات بلايين السنين لتتغير.
يتغير النجم لأن مخزونه من الهيدروجين يقل. وعندما يحدث هذا النقصان يتقلص مركز النجم وترتفع درجة الحرارة والضغط في المركز. وفي الوقت نفسه، تقل درجة الحرارة في الجزء الخارجي تدريجياً، ويتمدد النجم بسرعة ويصبح نجمًا عملاقًا أحمر.
ويعتمد ما يحدث بعد أن يمر النجم بمرحلة العملاق الأحمر على كمية ما يحويه النجم من كتلة. والنجم الذي له كتلة الشمس نفسها يقذف طبقاته الخارجية التي يستطاع رؤيتها في شكل هياكل غاز متوهجة تسمى سديمًا كوكبيًا، فيبرد اللب المتخلف ويصبح قزمًا أبيض.
ويصبح النجم الذي كتلته أكبر بحوالي ثلاث مرات من كتلة الشمس نجمًا فوق عملاق. وربما تكونت عناصر يصل ثقلها إلى ثقل الحديد داخل النجم الذي يمكن آنذاك أن ينفجر إلى مستعر فائق التوهج. وإن تبقى أقل من ثلاث مرات قدر كتلة الشمس بعد الانفجار، فإنه يصبح نجمًا نيوترونيا. ولو تبقى أكثر من ثلاث مرات قدر كتلة الشمس، يتحطم النجم ويكون ثقبًا أسـود.
دراسة النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
النجوم العشرون الأكثر لمعاناً
--------------------------------------------------------------------------------
اسم النجم مسافة (سنة ضوئية)
1 - الشِّعرى اليمانية 8,8
2 - سُهَيْل 98
3 - الظلمان الألفي 4,3
4 - السماك الرامح 36
5 - النسر الواقع 26
6 - العيوق 46
7 - رجل الجبار
(رجل الجوزاء اليسرى) 900
8 - الشعرى الشامية 11
9 - منكب الجوزاء 300
10 - أكير نار 114
11 - الظلمان البيتي 490
12 - النسر الطائر 16
13 - االكروسس الألفي 370
14 - الثور 68
15 - السنبلة 220
16 - قلب العقرب 400
17 - رأس هرقل 35
18 - فم الحوت 23
19 - ذنب الدجاجة 1600
20 - الكروسس البيتي 490
يدرس الفلكيون ثلاث مميزات رئيسية من ضوء النجم: اللمعان، واللون، والطيف. ويوضح اللمعان كمية كتلة النجم، بينما يوضح اللون درجة حرارة سطح النجم، ويبين الطيف حركة النجم، والتركيب الكيميائي، ودرجة الحرارة. ويستخدم الطيف أيضًا لتمييز النجوم الأقزام من النجوم العملاقة.
ويناقش هذا الفصل بعض الأدوات والطرق التي يستعملها الفلكيون لدراسة النجوم.
قياس اللمعان. يستعمل الفلكيون جهازًا يسمى مقياس الضوء (الفوتوميتر) لقياس لمعان النجوم، ويضعون الجهاز على تلسكوب، ويدخل ضوء النجم الفوتوميتر وينتج تيارًا كهربائيًا فيه. ويوضح جهاز قياس كهربائي لمعان النجوم، بوحدات شدة التيار الكهربائي.
يقارن الفلكيون لمعان النجوم باستعمال رقم يسمى قدر النجم. ويكون النجم الألمع، أقل قدرًا فنجم قدره 1,00 يكون ألمع من آخر قدره 2,00.
وتملك النجوم الألمع أقدارًا صغيرة، وبالتالي تكون أقل من صفر ـ وهذا يعني أن أقدارها تكون أرقامًا سالبة. وبهذا فإن نجمًا قدره -1,00 يكون ألمع من آخر بقدر 1,00، ولكن بالتالي ليس ألمع من نجم بمقدار - 2,00.
يقيس الفوتوميتر لمعان النجم، كما يظهر من الأرض. ويسمي الفلكيون هذا اللمعان قدر النجم الظاهري. وإذا عرف الفلكيون كم يكون بُعد النجم، فإنهم يتمكنون من حساب قدره المطلق، الذي يوضح سطوع النجم. والقدر المطلق هو لمعان النجم، عندما يكون عند المسافة المتفق عليها وهي 32,6 سنة ضوئية من الأرض.
قياس اللون. ضوء النجم مكون من توليفة من الألوان. وتبث النجوم الأشد سخونة الضوء الأزرق أكثر من الضوء الأحمر. وتعطي النجوم التي تكون سطوحها أقل درجة حرارة الضوء الأحمر أكثر من الضوء الأزرق. يقيس الفلكيون شدة زرقة ضوء النجم وحمرته بإمرار الضوء خلال مرشحات ألوان، ومنها إلى فوتوميتر.
ويستعمل الفلكيون مرشحًا أزرق لفصل الضوء الأزرق من الألوان الأخرى، والمرشح الأحمر لفصل الضوء الأحمر عن الألوان الأخرى.
قياس الطَّيف. يستعمل الفلكيون جهازًا يسمى المطياف أو مرسمة الطيف لقياس طيف نجم. يفكك المطياف ضوء النجم وينشره إلى طيف. ويعطي كل عنصر شكلاً مختلفًا من الطيف معتمدًا على درجة الحرارة. ويستطيع الفلكيون تحديد التركيب الكيميائي ودرجة حرارة النجم بوساطة طيفه.
ويوضح الفلكيون طيف النجم بواحد من الحروف التالية: و،ب،أ،ف،ج،ك،م. ويمثل كل حرف نطاقًا طيفيًا. والنطاق الطيفي للنجم له علاقة دقيقة بدرجة حرارته. فالنجوم الزرقاء، على سبيل المثال، تنتمي إلى النطاق الطيفي "و"، والنجوم الصفراء تكون نجوم "ج"، وصُنفت النجوم الحمراء بالنوع "م". وتظهر الألوان ودرجة الحرارة المتعلقة بالنطاق الطيفي في مخطط هيرتزبرونج ـ راسل، الموضح في هذا القسم.
مخطط هيرتزبرونج ـ راسل البياني يساعد هذا المخطط البياني الفلكيين في تصنيف ودراسة النجوم. تشير الأعمدة الملونة إلى النطاقات الطيفية المشار إليها بالأحرف وفقًا للحروف ودرجات الحرارة المدونة فوق المخطط البياني. يستدل على النجمـة في المخطط البياني بنقطـة موجودة (1) أفقيًا حسـب النطاق الطيفي للنجمـة و (2) رأسيًا طبقًا للارتفـاع الأقصـى. علـى سبيـل المثـال، تنتمي الشمس للنطاق الطيفي (ف) وذات ارتفـاع أقصـى قدره + 5. تضع هاتان المعلومتان الشـمس ضمـن التتابع الأساسي.
مخطط هيرتزبرونج ـ راسل (هـ ـ ر). يوضح العلاقة بين سطوع نجم ونطاقه الطيفي. سمي المخطط باسم الفلكي الدنماركي إجنار هيرتزبرونج والفلكي الأمريكي هنري نوريز راسل. فقد أوضح هذان الفلكيان، كل بمفرده، فكرة المخطط في مطلع القرن العشرين. ومخطط هيرتزبرونج ـ راسل، رسم بياني فيه القدر المطلق موضح عمودياً، والنطاق الطيفي مُوضَّحٌ أفقياً، وتمثل كل نقطة في الرسم البياني القدر المطلق والنطاق الطيفي لنجم خاص.
والخاصية البارزة لمخطط هيرتزبرونج ـ راسل هي أن النقط التي تمثل معظم النجوم تقع بالقرب من خط قطري. فمعظم النجوم الزرقاء مثلاً، تملك سطوعًا عاليًا، ومعظم النجوم الصفراء تكون متوسطة السطوع، ومعظم النجوم الحمراء أقل سطوعاً. ويسمي الفلكيون هذا التجمع من النقاط في المخطط التتابع الأساسي.
يحدد مخطط هيرتزبرونج ـ راسل أيضًا أنواعًا أخرى من النجوم. فبعض النجوم الحمراء عالية السطوع. وهناك أيضًا النجوم العملاقة والنجوم فوق العملاقة، ويأتي سطوعها العالي من أحجامها الضخمة. بعض النجوم البيضاء تكون ذات سطوع أقل بكثير من سطوع نجوم التتابع الأساسي البيضاء. وهناك النجوم القزمية البيضاء التي تكون أصغر كثيراً من نجوم التتابع الأساسي.
السفينة الفضائية هيبارخوس أطلقت في 1989م بوساطة وكالة الفضاء الأوروبية. وهو تلسكوب يمكن الفلكيين من تحديد المواقع لـ 120,000 نجم.
حجم النجم ومسافته. قاس الفلكيون قطر الشمس وحصلوا على قياسات جيدة لحجم نجوم أخرى قليلة. هذه النجوم كبيرة وقريبة نسبيًا من الأرض. لكن كل النجوم الأخرى تكون بعيدة جداً ويصعب قياسها مباشرة. ويحسب الفلكيون حجم هذه النجوم بأخذ قياسات لسطوع النجم ودرجة حرارته.
قاس الفلكيون المسافة لحوالي 10,000 من النجوم الأقرب للأرض باستعمال اختلاف المنظور. وضعت طريقة اختلاف المنظور الزاوي على أساس رؤية النجم من مكانين تفصل بعضهما عن بعض مسافة كبيرة. وتقع هذه الأمكنة في نقط متضادة في مدار الأرض حول الشمس. انظر: اختلاف المنظور.
ومعظم النجوم مسافاتها بعيدة جداً، بحيث لا يمكن قياس مسافاتها بوساطة اختلاف المنظور. ويقيس الفلكيون مسافة هذا النوع من النجوم باعتبار سطوعها بوساطة استعمال مخطط هيرتزبرونج ـ راسل. على سبيل المثال، لو كان النجم من نجوم التتابع الأساسي، لحدِّدَ موقعه في التتابع الأساسي تبعاً لنطاقه الطيفي. ويوضح المخطط السطوع الـذي يوافـق هـذا النطاق الطيفي. ويقيس الفلكيون النطاق الطيفي للنجم وقدره الظاهري. وبذلك يمكنهم تحديد بُعد النجم بحيث يكون قدره المقاس موافقًا للسطوع الموضح بوساطة مخطط (هـ ـ ر).
غوامض لم تحل. يعمل الفلكيون لفهم البداية والنهاية للحياة النجمية. فهم يحاولون الإجابة عن أسئلة مثل: لماذا تتكون نجوم من مختلف الأحجام؟ وهل تكونت الكواكب برفقتها؟ تتكون النجـوم في مناطـق تكون محجوبة بالغبار، ولكن تقنيات جديدة من علم الفلك الإشعاعي وعلم الفلـك للأشعـة تحت الحمراء تزود الفلكيين بوسائل أخرى تمكنهم من معرفة أماكن ميلاد النجوم. ويبحث الفلكيون أيضًا عن كيفية انفجار النجوم في شكل المستعرات فائقة التوهج، وأي بقايا نجمية خلفها.
وظهور تقنيات جديدة بالتأكيد سوف يساعد في الإجابة عن هذه الأسئلة. ومن ناحية أخرى، قد تتكشف ألغاز جديدة يتحتم على الفلكيين حلها.
--------------------------------------------------------------------------------
معالم في دراسة النجوم
--------------------------------------------------------------------------------
3000 ق.م حدث أول رصد فلكي في الصين.
القرن الثاني قبل الميلاد رسم هيبارخوس، فلكي يوناني، أول قائمة للنجوم التي أظهرت لمعانها ومواقعها.
150م جدول بطليموس، فلكي في مصر، اكثر من 1,000 نجم، وأظهر طريق استعمال الأرقام لتسجيل مواقع النجوم.
830م تمكن الفلكيون العرب والمسلمون من الحصول على درجة خط نصف النهار لأول مرة في التاريخ.
911م وضع الفلكيون العرب والمسلمون أول جداول دقيقة للنجوم الثوابت.
981م اخترع ابن يونس المصري الربع ذا الثقب.
1058م اخترع أبو إسحاق الزرقالي الآلة الفلكية المسماة باسمه الزرقالة.
1225م وضع نصير الدين الطوسي زيج الإيلخاني الذي اعتمدت عليه أوروبا في الفلك زمنًا طويلاً.
1572م أثبت تيخوبراهي، فلكي دنماركي، أن المستعر فائق التوهج الذي رآه
