پنج‌شنبه 5 اسد|مرداد 1396 برابر با 27 جولای 2017

ساختار کیهان؛ پارادوکس حرکت و سکون



 17 حمل|فروردین 1396

یونس بخشی اخترشناس  

با گردش زمین به دور محورش، ستاره‌ها در آسمان جابه‌جا می‌شوند. تصویر ستاره‌گان که در نتیجۀ سه ساعت گردش زمین به دور محورش تهیه شده. این دید را با چشم نمی‌توان متوجه شد.

تا حال در مورد سرعت اجرام در کیهان فکر کرده‌اید؟ آیا می‌دانید یک ثانیه با چه سرعتی در زمین سپری می‌شود و زمین با چه سرعتی به دور خورشید در حرکت است؟ اصلاً می‌دانید با چه سرعتی سوار بر سیارۀ زمین سیر کیهانی داریم؟ آیا به راستی فکر می‌کنید شما در حالت نشسته یا خواب، آرام و بی‌حرکت هستید؟ برای درک سرعت گردش زمین، ماه، خورشید و کهکشان راه شیری و ... با هم به سیر فضا می‌رویم تا بدانیم در حالت سکون در هر ثانیه چه قدر در فضا جابه‌جا می‌شویم و آیا به راستی لحظه‌یی «سکون» وجود دارد؟

در سال‌های 1905 میلادی انشتین بیست‌وشش ساله، کارمند دفتر ثبت اختراعات در شهر برن سویس بود. در آن سال‌ها ذهن این دانشمند بزرگ به شدت درگیر درک زمان و سرعت نور بود. روزی در ایستگاه قطار ناگهان این پرسش به ذهنش خطور کرد: «چه ساعتی ایستگاه به قطار می‌رسد؟» شاید این طرز پرسش به نظر ما کودکانه یا اشتباه برسد، اما برای مردی چون انشتین که در پی درک ماهیت سرعت و زمان بود، اصلاً پرسش اشتباهی نبود؛ زیرا همه چیز عالم در حال حرکت است و «ثابت» و ساکن‌بودن، به قاب یا قالب یک مرجع نسبت داده می‌شود. یعنی اگر شما در خط استوا ایستاده باشید، می‌توانید بپرسید؛ ای «استوا» من با چه سرعتی با گردش زمین حرکت می‌کنم؟ بنابر این اگر شما در ایستگاه قطار نشسته‌اید، بدانید ایستگاه هم با سرعتی مشخص در حال حرکت است.

استوای زمین یک دایره با وسعت حدود 40 هزار کیلومتر است و اگر شما داخل ایستگاه در استوا باشید، بدانید با سرعت 1600 کیلومتر در ساعت از غرب به سمت شرق به دور محور زمین حرکت می‌کنید. اما اگر سوار بر یک موتر به سمت یکی از قطب‌ها حرکت کنید، سرعت چرخش شما به تدریج کم می‌شود تا این که در قطب، شما بدون حرکت می‌شوید، اما باز هم در حالت ثابت یا ساکن نیستید؛ زیرا در قطب هم شما با زمین یک‌جا به دور خورشید در حرکت خواهید بود.

سرعت چرخش زمین به دور محورش باعث ایجاد باد و چرخش جریان آب به سمت غرب و به سمت قطب‌ها می‌شود که به نیروی کوریولیس مشهور بوده و جریان اقیانوس‌ها و چرخش فشارهای بالاوپایین نیز زادۀ این حرکت اند. به همین علت است که توفان‌ها در نیم کرۀ شمالی برخلاف جهت چرخش ساعت و در نیم کرۀ جنوبی به جهت چرخش ساعت می‌چرخند. اما از آن جایی که هدف اساسی ما از نوشتن این مقاله شناخت سرعت در فضاست، ادامۀ بحث را به تدریج با محاسبۀ سرعت زمین، ماه، خورشید و کهشکان راه شیری ... پی می‌گیریم.

جالب این‌جاست که ما گردش محوریِ زمین با سرعت 1600 کیلومتر در ساعت یا 460 متر در ثانیه را هرگز حس نمی‌کنیم. این در حالی‌ست که زمین در فاصلۀ حدود 148 میلیون کیلومتر از خورشید با سرعت 30 کیلومتر در ثانیه یا 108 هزارکیلومتر در ساعت به دور خورشید می‌چرخد. 108 هزارکیلومتر را به طور اوسط در نظر گرفتیم، زیرا مدار گردش زمین به دور خورشید، دایره نیست. در نتیجه یک دور کامل زمین یا یک سال، همۀ ما 935 میلیون کیلومتر به دور خورشید طی می‌کنیم. به یاد داشته باشید که گردش زمین به دور خورشید هیچ تأثیری بر چرخش زمین به دور محورش ندارد و 24 ساعت یک دورۀ زمانی دیگر برای تعیین شب و روز در سطح زمین است.

ماه نیز با سرعت سرسام‌آوری در فضا یک‌جا با ما پرواز می‌کند، اما سرعت چرخش ماه در استوای آن حدود 16 کیلومتر در ساعت است؛ زیرا نیروی جاذبۀ زمین، ماه را در مدارش قفل کرده و اجازه نمی‌دهد با سرعت به دور محورش بچرخد. به همین خاطر یک شبانه‌روز در ماه حدود 26 روز زمینی را در بر می‌گیرد. ماه با سرعت حدود 3680 کیلومتر در ساعت به دور زمین می‌چرخد؛ این سرعت، سه برابر سرعت صوت است.

تصویر سوم

بعد از زمین و ماه نوبت به بررسی سرعت خورشید حیات‌بخش می‌رسد و از آن‌جایی که همۀ اجرام در کیهان در حال حرکت اند، خورشید نیز با سرعت 640 هزارکیلومتر در ساعت به دور مرکز کهکشان راه شیری؛ جایی که یک سیاه چالۀ عظیم و پرسرعت قرار گرفته، می‌چرخد که سرعتش به 500 برابر سرعت صوت خواهد رسید.

کهکشان راه شیری یک ساختار بسیار عظیم با قطر 100 هزار سال نوری است و خورشید حدود 26 هزار سال نوری از سیاه چالۀ مرکزی آن فاصله دارد. خورشید با همۀ اعضای منظومۀ شمسی در مدت 200 میلیون سال یک بار سیاه چالۀ مرکزی کهکشان راه شیری را دور می‌زند. با توجه به این که عمر جهان هستی حدود 13.7 میلیارد سال است، تصور کنید، خورشید از آن زمان تا حال 69 بار کهکشان راه شیری را دور زده است، اما واقعیت این است که منظومۀ شمسی، خورشید و سیارات آن 5 میلیارد سال قبل متولد شده‌اند.

سیارات با توجه به فاصلۀ‌شان نسبت به خورشید با سرعت‌های متفاوت از هم می‌چرخند. مثالاً یک دور کامل زمین به دور خورشید در 365 روز تکمیل می‌شود، در حالی که یک دور کامل مشتری به دور خورشید حدود 12 سال زمینی را در بر می‌گیرد. (تصویر سوم)

بر اساس رصد و کشفیات اخیر، کیهان با سرعت در حال انبساط است، نه در حال انقباض. یعنی کهکشان‌ها با سرعت رو به افزایش در حال دورشدن از هم هستند. یعنی همه چیز در عالم با سرعت خیلی زیاد از هم فرار می‌کنند. اندازه‌گیری‌های اخیر نشان داده که کیهان با سرعت 2.144 میلیون کیلومتر در ساعت (دو میلیون و یک‌صد و چهل‌وچهار هزارکیلومتر در ساعت) در حال انبساط و بزرگ‌شدن است. به گونۀ دیگر، سرعت انبساط کیهان سه برابر سریع‌تر از سرعت چرخش خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری‌ست.

حالا اگر نشسته‌اید، از خود بپرسید که با چه سرعتی شما حرکت می‌کنید؟ از سوی دیگر همۀ این حرکت‌ها در یک جهت نیستند، بلکه برای محاسبۀ سرعت، ما در هر لحظه‌یی از زمان به یک حساب‌وکتاب دقیق نیاز داریم. هر قدر به تصویری بزرگ‌تر در کیهان نگاه کنیم به همان میزان سرعت ما بیشتر است. ما فکر می‌کنیم ساکن و بدون حرکت هستیم در حالی که ساکن و بی‌حرکت‌بودن یک توهم و خوکردن ما با جهانی‌ست که در آن زنده‌گی می‌کنیم. هر چند با سرعت زمین به دور محورش، با گردش زمین به دور خورشید و با حرکت خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری و با انبساط عالم هر ساعت میلیون‌ها کیلومتر جابه‌جا می‌شویم، اما باز هم احساس ساکن‌بودن به ما دست می‌دهد؛ زیرا این حس امری نسبی‌ست.

خورشید با سیاراتش در یک حرکت چند جهتی به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش است.