كيف يتحدد وزن الكون والاجرام السماوية

هل تساءلت يومًا ” كيف يتحدد وزن الكون و


الاجرام السماوية


” ، أو ما هي النظريات التي يستند عليها هذا القياس ؟ ، وما مدة صحته ؟

وزن الكون والاجرام السماوية

حتى يتمكن العلماء من معرفة وزن جسم ما في الفضاء ؛ فإنهم يحتاجون إلى تحديد ومعرفة الوقت الذي يستغرقه الجسم السماوي ، وخاصةً الكواكب للدوران في مداره ، وأيضًا معرفة المسافة التي تُوجد بين الجسم المراد تحديد وزنه ، وباقي لأجسام السماوية الأخرى ، ومدى هذا البعد . [1]

فلا يُمكن للعلماء أن يضعوا الكواكب ، أو الأجرام السماوية الأخرى على الميزان لمعرفة وزن كل جسم منهم ؛ الأمر الذي أدى إلى تواجد طرق أخرى لدى العلماء لتقدير وزن الأجسام الفضائية ؛ ولهذا تطلب الأمر حساب نسبة صعوبة الكواكب ، أو الأجسام في جذب الأجسام الأخرى إليها ؛ حيث أنه كلما كان الجسم السماوي أثقل ، كلما تمكن من جذب الأجسام القريبة منه ، مثل الأقمار ، أو المركبات الفضائية التي تزور الفضاء ، وهذه القدرة على جذب الأجسام هي ما يُطلق عليها ” قوة سحب الجاذبية ” ، أو ” gravitational pull  ” .

ماذا يوجد في الفضاء

الفضاء الخارجي هو نوع من أنواع امتداد الفراغ ، والذي يتواجد خارج الكرة الأرضية ، ويتواجد في المسافات البينية بين الأجسام الفضائية في الكون ، وهذا الفضاء ليس فارغًا كما نرى ، ولكنه يشمل الكثير من جزيئات الهيليوم ، وجزيئات الهيدروجين التي تتسم بكثافتها الصغيرة إلى حد ما ، كما يشمل الفضاء أيضًا الكثير من الإشعاعات الكهرومغناطيسية ، وأيضًا النيوترونات ، والأشعة الكونية المختلفة ، والغبار .

درجة الحرارة الثابتة للفضاء تبلغ 270.45 درجة مئوية ، والفضاء هو الشيء الذي يشغل المساحة الأكبر من الكون بين جميع الأجسام السماوية ، والمجرات .

البلازما التي تتواجد بين المجرات تُمثل حوالي نصف المواد الباريونية الموجودة في الكون ، تُفيد التقديرات بأن حوالي نسبة 90 في المئة من الكتلة الخاصة بأغلب المجرات في الكون تتكون من مادة مُبهمة يُطلق عليها اسم ” المادة المظلمة ” . [3]

جاذبية الكواكب في الفضاء وتحديد أوزانها

يُفيد قانون الجاذبية لإسحق نيوتن أن قوة الجذب الموجودة بين جسمين تتناسب مع مجموع كتلتيهما مقسومة على مربع المسافة الفاصلة بين مركزي الكتلتين .

نصف قطر الأرض من القياسات التي تمكن العلماء من الوصول إليها ؛ لهذا يُمكن تطبيق قانون الجاذبية لحساب كتلة كوكب الأرض من حيث ” قوة الجاذبية ” على وزن جسم ما على سطح الأرض ؛ وذلك من خلال استخدام ” نصف قطر الأرض ” كمسافة .

يجب أيضًا معرفة ثابت التناسب في قانون الجاذبية ” G ” ، وفي القرن الثامن عشر قد حدد ” هنري كافنديش ” قيمة هذا الثابت وقدره بقيمة 6.67 × 10

^-11

نيوتن بين جسمين يبلغ وزن كل منهما 1 كيلو جرام ، وتكون المسافة بينهما 1 متر ، وذلك خلال تجربته الشهيرة التي تُعرف باسم ” وزن الأرض ” عن طريق قياس القوة الأفقية الموجودة بين المجالات المعدنية بشكل دقيق . [2]

حساب وزن الأجرام بالكتلة

وزن الأجسام يعتمد في الأساس على الكتلة الخاصة به ، وما يمتلكه من قوة جاذبيته ، وقوة الجاذبية تستند إلى مدى بعد الجسمين عن بعضهما البعض ؛ الأمر الذي يُفسر اختلاف وزن الجسم من كوكب لكوكب آخر ، في بعض الأوقات يكون الأسهل أن يتم مقارنة الكواكب بواسطة قياسات غير معقدة ؛ الأمر الذي يدفع العلماء لقياس


كتلة الجسم


، ومقدار المادة الموجودة به ، كما أن مقدار الكتلة يكون ثابت مع اختلاف الموقع ، والجاذبية . [1]

حساب كتلة الشمس

يُمكن للعلماء حساب كتلة الشمس من خلال استخدام قانون الجاذبية بمعرفة كتلة الأرض ، ونصف قطرها ، وتحديد المسافة الموجودة بين الأرض ، والشمس .

الجاذبية بين الأرض ، والشمس يُمكن حسابها من خلال ضرب ثابت G في كتلة الشمس ، في كتلة الأرض ، ثم قسمة الناتج على مقدار مُربع المسافة بين الأرض ، والشمس .

يجب أن يكون مقدار الجذب متساويًا مع القوة المركزية التي تعمل على الحفاظ على بقاء الأرض في مدارها شبه الدائري حول الشمس .

تُمثل القوة المركزية كتلة الأرض مضروبة في تربيع قيمة السرعة ، ثم يتم قسمتها على مقدار بعدها عن الشمس .

وعن طريق حساب المسافة من الأرض إلى الشمس ؛ فإننا نتمكن من حساب

سرعة دوران الكرة الأرضية حول الشمس

، ومن ثم نتمكن من حساب كتلة الشمس .

وما إن يتم الحصول على قيمة كتلة الشمس ؛ فإنه يُمكننا تحديد كتلة كل كوكب على حدة ؛ وذلك عن طريق تحديد نصف قطر مدار كل كوكب ، وأيضًا تحديد الفترة الفلكية ، ثم يتم حساب القوة المركزية ، ثم مساواة كل من القوة المركزية ، والقوة التي يحتملها قانون الجاذبية ببعضهما البعض عن طريق استخدام كتلة الشمس .

يُفيد قانون الجاذبية لنيوتن بأن جميع الأجزاء من المادة في الكون تجذب بعضها البعض من خلال قوة الجاذبية المناسبة لكتلتها .

هذا القانون بالنسبة لجميع الأشياء الموجودة في حياتنا اليومية بمختلف أحجامها لها قوة صغيرة للغاية ؛ حيث لا يُمكن ملاحظتها ، بينما الأجسام التي نكون بحجم الكواكب ، والنجوم في الكون فيتناسب معها هذا القانون .

يُمكننا أيضًا استخدام الجاذبية لمعرفة كتلة كوكب ما ، وهذه الطريقة تُعرف باسم ” قياس قوة الشد ” ، وتتمثل طريقة قياس قوة الشد على كائن آخر في تحديد الوقت المستغرق لدوران القمر ” الطبيعي ، أو الصناعي ” حول الكوكب الخاص به ؛ وبناءً على هذا نتمكن من تطبيق قوانين نيوتن لنحصل على كتلة الكوكب . [2]

حساب كتلة الكواكب

هناك أنواع من الكواكب التي تستطيع الأقمار الصناعية أن ترصدها ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك هما كوكبا الزهرة ، وعطارد ؛ حيث أنهما لا يمتلكان أقمارًا صناعية ، وبالرغم من ذلك يُمارس كل منهما على الآخر ، وعلى سائر الكواكب الموجودة في


النظام الشمسي


قوى صغيرة للسحب ؛ الأمر الذي يتسبب في اتباع الكواكب لمسارات مختلفة عن المسارات التي من المفترض أن تتبعها دون وجود هذه القوى التي تُؤدي إلى اضطراب المسارات .

حساب كتلة الكويكبات

الكويكبات لها كتل صغيرة للغاية ؛ حتى أنها لا يُمكنها أن تدخل في مدار أي كوكب من الكواكب الأخرى في أغلب الأوقات ، وكانت جميع الكتل التي تم التعارف عليها للكويكبات هي مُجرد تقديرات نتيجة للافتراضات ، وترتيب المعادن بها .

تتشابها الكويكبات مع الأقمار الطبيعية إلى درجة كبيرة ؛ فالمركبات الفضائية التي تُحلق في الفضاء اعتمادًا على الكويكب تجد انحناءً في مسارها بمقدار ما ، وهذا المقدار قد تحكمت فيه كتلة هذا الكويكب ، ويتم قياس مقدار الانحناء من خلال التتبع الدقيق ، وأيضًا من خلال قياس موجات ” راديو دوبلر ” من سطح الأرض .

حديثًا تمكنت المركبة الفضائية ” NEAR ” من تحديد الكتلة الفعلية لكويكب لأول مرة ، وكانت كتلته خفيفة للغاية ، ولها ملمسًا زبديًا ؛ الأمر الذي حير الكثير من العلماء لتفسير هذه النتائج . [2]