عرض بوربوينت درس ملاحظة الكون في العلوم المتكاملة للصف السابع - الفصل الثالث (2)

الوحدة العاشرة:

الدرس (1): ملاحظة الكون

نواتج التعلم: -

1- كيف يستخدم العلماء الطيف الكهرومغناطيسي لدراسة الكون ؟

2- ما أنواع التلسكوبات و التكنولوجيا المستخدمة لاستكشاف الفضاء ؟

تهيئة حافزة:

صف ما يمكنك رؤيته في السماء في ليلة صافية ؟؟

يمكن رؤية القمر و بعض الكواكب و عدد هائل من النجوم.

أولاً: ملاحظة السماء

كان الإنسان يستخدم النجوم لتحديد الوقت في الماضي.

في البداية كان يعتقد البشر أن الأرض هي مركز الكون، لكن في الحاضر عرف العلماء أن الأرض هي جزء من مجموعة ثمانية كواكب و تدور حول الشمس، بينما الشمس جزء من مجرة درب التبانة التى تحتوي على مليارات النجوم الآخرى.

لم يجد العلماء ظروفاً ملائمة للحياة في أي مكان غير كوكب الأرض.

إستخدم علماء الفلك التلسكوب (Telescope) الذي يتيح ملاحظة النجوم التي لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة، حيث تعمل على تركيز الضوء القادم من الأجسام الفضائية.

يستخدم العلماء أنواعاً من التلسكوبات لدراسة الطاقة المنبعثة من النجوم و الأجسام الفضائية الأخرى.

سؤال (1):

ما الغرض من التلسكوبات ؟

تجمع و تركز الضوء القادم من الاجسام الفضائية البعيدة.

ثانياً: الموجات الكهرومغناطيسية

تبعث النجوم موجات كهرومغناطيسية تختلف عن الموجات الميكانيكية.

موجات الصوت هي مثال على الموجات الميكانيكية، لأنها تحتاج لوسط مادي لتنتقل فيه؛ بينما الموجات الكهرومغناطيسية تنقل الطاقة عبر المادة أو الفراغ.

تسمى الطاقة التي تحملها الموجات الكهرومغناطيسية بالطاقة الإشعاعية.

كيف يتم إنتقال الطاقة الأشعاعية عبر الفضاء ؟

تنتقل في صورة موجات كهرومغناطيسية.

الطيف الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Spectrum)

الطيف الكهرومغناطيسي: هو المدى الكلي للطاقة الإشعاعية التي تحملها الموجات الكهرومغناطيسية.

موجات الطيف الكهرومغناطيسي موجات مستمرة تتراوح من أشعة جاما (أطول موجية قصيرة) إلى الموجات الراديوية (أطوال موجية كبيرة).

يصل طول الموجات الراديوية إلى آلاف الكيلومترات، بينما طول أشعة جاما أقل من قطر ذرة.

يلاحظ البشر جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي (الجزء المرئي) في الوسط.

يحتوي الضوء المرئي كل الألوان التي تراها، لا يمكن مشاهدة الأجزاء الأخرى لكن يمكنك إستخدامها.

ما وجه التشابه بين الموجات كلها ؟

تنقل كل الموجات الطاقة.

ما هي أقوي الأشعة في الطاقة، و ما هي أضعف الأشعة في الطاقة ؟

أقوي الأشعة (أشعة جاما) و أضعفها (موجات الراديو).

الطاقة الإشعاعية و النجوم

(Radiant energy and starts)

تشع النجوم طاقة بكل الأطوال الموجية، إعتماداً على درجات حرارة كل من هذه النجوم: -

النجوم الساخنة: تشع موجات قصيرة ذات طاقة عالية (الأشعة السينية - أشعة جاما - الموجات فوق البنفسجية).

النجوم الباردة: تشع موجات أطول ذات طاقة أقل (الموجات تحت الحمراء - موجات الراديو).

الشمس: لأن درجة حرارتها في النطاق الوسطي تشع الطاقة المرئية.

لماذا نرى الكواكب و الأقمار ؟

لا تنتج الكواكب و الأقمار طاقتها بنفسها (لا تشع ضوءاً).

يمكننا رؤية القمر و الكواكب لأنها تعكس الضوء القادم من الشمس.

ضوء من الماضي

تنتقل كل الموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء بسرعة ثابتة 300,000 km/s " سرعة الضوء ".

لأن الضوء يستغرق وقتاً لينتقل، فإنك ترى الكواكب و النجوم في المكان الذي كانت فيه عندما بدأ ضوءها رحلته للأرض.

يصل الضوء المنعكس من القمر إلى الأرض في ثانية واحدة تقريباً.

يصل الضوء القادم من الشمس إلى الأرض في 8 دقائق.

يصل الضوء القادم من الشمس إلى المشتري في 40 دقيقة.

الضوء القادم من النجوم يحتاج وقتاً أكثر، لأن طاقتها الإشعاعية تحتاج لملايين السنين حتي تصل للأرض؛ لذلك يمكن إكتشاف علماء الفلك طبيعة الكون منذ مليارات السنين من خلال دراسة الطاقة المنبعثة من النجوم.

كيف يشبه النظر إلى النجوم النظر إلى الماضي؟

لأن الضوء الذي تراه من النجم قد غادر هذا النجم منذ عدة سنوات.

ثالثاً: التلسكوبات الأرضية

تكتشف بعض التلسكوبات الضوء المرئي، و يكتشف البعض الآخر موجات الراديو و الموجات المتناهية الصغر.

(1) التلسكوبات البصرية

يوجد نوعان من التلسكوبات البصرية: -

 التلسكوبات الكاسرة (Refracting Telescope):

التلسكوبات الكاسرة: هو التلسكوب الذي يستخدم عدسة محدبة لتركيز الضوء من جسم بعيد.

تعتبر العدسة الشيئية في التلسكوب الكاسر العدسة الأقرب للشيء الذي يتم رصده.

ينتقل الضوء عبر العدسة الشيئية و ينكسر ليكون صورة صغيرة ساطعة.

العدسة العينية هي العدسة الثانية التي تكبر الشكل.

سؤال رقم (2):

ما الموجات التي تجمعها التلسكوبات الكاسرة ؟

الضوء المرئي فقط

كيف ينتقل الضوء عبر التلسكوب الكاسر ؟

تدخل أشعة الضوء إلى العدسة الشيئية و تتجمع عند العدسة لعينية لتكون صورة.

 التلسكوبات العاكسة (Reflecting Telescope):

التلسكوبات العاكسة: هو التلسكوب الذي يستخدم مرآة منحنية لتركيز الضوء من جسم بعيد.

ينعكس الضوء من مرآة رئيسة إلى مرآة ثانوية، يتم إمالة المرآة الثانوية للسماح للمشاهد بالرأية.

بشكل عام، تنتج المرايا الرئيسة الكبيرة صوراً أوضح من تلك التي تنتجها المرايا الصغيرة؛ إلا أن ثمة حدوداً لحجم المرايا.

تحتوي أكبر التلسكوبات العاكسة (مثل تلسكوبي "كيك") على العديد من المرايا الصغيرة المرتبطة معاً تعمل كمرآة رئيسة كبيرة.

كيف ينتقل الضوء عبر التلسكوب العاكس ؟

تدخل أشعة الضوء إلى التلسكوب و تنعكس بواسطة مرآة رئيسية كبيرة على مرآة ثانوية صغيرة لتكون صورة.

(2) التلسكوبات الأرضية

يجمع موجات الراديو و بعض الموجات المتناهية الصغر بإستخدام هوائي مماثل لطبق القمر الصناعي الخاص بالتلفاز.

يجب أن تكون هوائيات الراديو كبيرة، لأنها تجمع موجات ذات أطوال موجية طويلة و تحمل كمية من الطاقة.

غالباً يوضع التلسكوبات الراديوية معاً و يتم إستخدامها كتلسكوب واحد.

ما أنواع الموجات التي تجمعها التلسكوبات الراديوية ؟

تجمع كلاً من موجات الراديو و بعض الموجات متناهية الصغر لتكون صوراً للأجسام في الفضاء.

لماذا تقام التسلكوبات الراديوية إلى جانب بعضها في صفوف ضخمة؟

لأن موجات الراديو طويلة جداً، لذلك تقام بجانب بعضها البعض حتى تعمل كأنها تلسكوب واحد كبير.

التشويه و التشويش

الرطوبة: يمكن أن تمتص موجات الراديو و تشوهها، لذلك تقع أغلب التلسكوبات الراديوية في الصحاري البعيدة التي تتميز ببيئات جافة.

بخار الماء و الغازات الأخرى: يمكن أن تشوه مسار الضوء المرئي فتبدو النجوم متلألئة لأن الغازات الموجودة في الغلاف الجوي تسبب إنكسار الضوء، لذلك يحدث تغير طفيف في موقع صورة النجم.

الإرتفاعات: يمكن للإرتفاعات الشاهقة تسبب تشويهاً أقل مما يسببه الإرتفاعات المنخفضة، لذلك تقام أغلب التلسكوبات البصرية فوق الجبال.

البصريات المتكيفة: هي تكنولوجيا جديدة تعمل على تقليل آثار تشويه الغلاف الجوي إلى حد كبير.

ما مدى تأثير الغلاف الجوي للأرض في الأجسام التي يتم رصدها بواسطة التلسكوبات البصرية ؟

تؤدي الغازات الموجودة في الهواء إلى انحناء الضوء مما يجعل النجوم تبدو متلألئة.

لماذا يقل التشويه الذي يسببه الغلاف الجوي للأرض عند الارتفاعات الكبيرة عن الارتفاعات المنخفضة ؟

لأن الغلاف الجوي يقل عند الارتفاعات الكبيرة.

رابعاً: التلسكوبات الفضائية

لماذا يضع علماء الفلك بعض التسكوبات في الفضاء ؟

لأن الغلاف الجوي للأرض يمتص بعض أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي، حيث يصل الضوء المرئي و موجات الراديو و بعض الموجات الصغر إلى سطح الأرض، بينما الأنواع الأخرى لا تصل.

لذلك يوضع في الفضاء لجمع الطاقة بكل الأطوال الموجية، بالإضافة إلى التي يمتصها الغلاف الجوي.

الأشعة التي يمتصها الغلاف الجوي:-

معظم الأشعة تحت الحمراء.

معظم الأشعة فوق البنفسجية.

الأشعة السينية

التلسكوبات الفضائية البصرية

حدد ثلاثة أسباب تجعل التلسكوبات البصرية تعمل بشكل أفضل في الفضاء منه على الأرض ؟

لا توجد غازات في الفضاء تشوه الصور، و السماء داكنة، ولا يوجد طقس في الفضاء.

من أين يحصل تلسكوب هابل الفضائي على الطاقة اللازمة لتشغيله ؟

من اللوحات الشمسية التي تبدو كأجنحة متعامدة على المبيت الرئيس للتلسكوب.

تجمع التلسكوبات البصرية الضوء المرئي على سطح الأرض، لكن التلسكوبات البصرية تعمل بشكل أفضل في الفضاء.

أطلق أول تلسكوب فضائي بصري " هايل " في عام 1990، يعتبر تلسكوباً عاكساً يدور حول الأرض.

تلسكوب سبيتزر الفضائي، Spitzer Space Telescope، (أطلق عام 2003)

تلسكوب جيمس ويب الفضائي

James Webb Space Telescope

(أطلق عام 2018)

إستخدام الأطوال الموجية الأخرى

تلسكوب هايل الفضائي هو التلسكوب الفضائي الوحيد الذي يجمع الضوء المرئي، و تجمع تلسكوبات أخرى (الأشعة فوق البنفسجية – الأشعة السينية – أشعة جاما – الأشعة تحت الحمراء).