لقد قطعت علوم الفضاء شوطا طويلا منذ 4 يوليو 1776. وإليك نظرة على هذه الملحمة

في 4 يوليو، تحتفل الولايات المتحدة الأمريكية بعيد ميلادها الـ 250، بمناسبة ذكرى إعلان الاستقلال وتصبح دولة ذات سيادة.

واليوم، تقود هذه الدولة الشابة نسبيًا الطريق في فهمنا للكون. إنه المكان الذي يتواجد فيه العديد من اللاعبين الرئيسيين في علوم الفضاء، مثل ناساومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech)، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، وجامعة نورث وسترن، على سبيل المثال لا الحصر.

وللاحتفال بمرور 250 عامًا على إنشاء الولايات المتحدة كدولة مستقلة، يأخذك موقع Space.com في رحلة عبر بعض حالات سوء الفهم الشائعة للكون عبر السنين والأدوار التي لعبها العلماء الأمريكيون في إزالة هذا الارتباك الكوني.

بحلول عام 1776، السير إسحاق نيوتنكانت قوانين الحركة موجودة منذ حوالي 89 عامًا منذ نشر Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية) في عام 1687. النظام الشمسي تم اكتشاف الكواكب من قبل اليونانيين القدماء قبل وقت طويل من ولادة الولايات المتحدة. وبعد صراع طويل ومحاولات عديدة لخنق هذه المعرفة، تم توعية البشر بأن الكواكب أرض يدور حول الشمس وليس العكس، مع المسمار الأخير في نعش سوء الفهم هذا الذي وضعه عالم الفلك البولندي نيكولاس كوبرنيكوس في عام 1543 وجاليليو جاليلي في عام 1610، حيث تلقى ضربة مطرقة إضافية من نيوتن في عام 1687.

لقد أوصلنا جاليليو أيضًا إلى إدراك أن مكانة الأرض في النظام الشمسي لم تكن فريدة من نوعها فحسب، بل إنها لم تكن حتى الكوكب الوحيد الذي يمتلك أقمارًا، مع أقمار كوكب المشتري, آيو, أوروبا, جانيميد و كاليستو تم اكتشافه عام 1610.

ومن الواضح أنه بحلول الوقت الذي ولدت فيه الولايات المتحدة كنا قد بدأنا بالفعل في فهم الكون ومكانتنا فيه، ولكن بعض حالات سوء الفهم الكبرى ما زالت قائمة. واحدة من أكبر هذه تحيط بطبيعة الشمس نفسها.

الشمس كقطعة الفحم المشتعلة

تشكلت أميركا خلال “عصر البخار”، وهي فترة التصنيع التي استمرت من عام 1770 إلى عام 1914. وكانت هذه الثورة مدفوعة بالفحم، الذي أدى إلى تشغيل القاطرات والسفن والمصانع، مما أدى إلى تغيير شكل الصناعة والنقل والتصنيع. في ذلك الوقت، كان الفحم مصدر الوقود الأكثر كثافة وقوة الذي عرفته البشرية، لذلك ربما لا عجب أن العديد من العلماء الأوائل افترضوا أن الشمس كانت في الواقع كتلة هائلة من الفحم المحترق.

ثم كتبت إحدى أقدم وأبرز الدوريات العلمية في العالم، وهي مجلة ساينتفيك أمريكان ومقرها الولايات المتحدة، أ مقالة 1863 التي بدأت لأول مرة التراجع ضد الشمس ككتلة مشتعلة من الفحم.

“لو كانت الشمس مكونة من الفحم، لكانت ستدوم بالمعدل الحالي 5000 سنة فقط. الشمسفي جميع الاحتمالات، ليس جسمًا محترقًا، ولكنه متوهج. ونورها هو بالأحرى ضوء معدن منصهر متوهج أكثر من ضوء أتون مشتعل. “ولكن من المستحيل أن تبعث الشمس الحرارة باستمرار، دون فقدان الحرارة أو تزويدها بوقود جديد،” جاء في مقال مجلة ساينتفيك أمريكان. “بافتراض أن حرارة الشمس تم الحفاظ عليها من خلال سقوط الأجسام النيزكية فيها، فمن الممكن من كتلة النظام الشمسي تحديد الفترة التي أشرقت فيها الشمس تقريبًا. الحدود تقع بين 100 مليون و400 مليون سنة.”

على الرغم من أن هذا التقدير لا يزال بعيد المنال، إلا أننا نفهم الآن أن عمر الشمس يبلغ حوالي 4.6 مليار سنة؛ جاء هذا التطور في وقت ثورة جيولوجية كشفت عن أدلة على أن كوكبنا كان أقدم بكثير من التقديرات اللاهوتية ببضعة آلاف من السنين فقط.

وبعد حوالي 57 عامًا، في عام 1920، اقترح العالم البريطاني آرثر إدينجتون لأول مرة أن النجوم مثل الشمس تحصل على طاقتها من الاندماج النووي للهيدروجين إلى الهيليوم. تم نشر الفكرة من قبل إدينجتون في كتابه الصادر عام 1926 بعنوان “الدستور الداخلي للنجوم”. وبعد اثني عشر عامًا، صاغ عالم الفيزياء النووية هانز بيث أول تفسير لعملية الاندماج النووي، موضحًا بالتفصيل التفاعل المتسلسل للبروتون والبروتون ودورة الكربون والنيتروجين والأكسجين (CNO).

إن فكرة أن الشمس عبارة عن كتلة مشتعلة من الفحم قد احترقت أخيرًا بعد 162 عامًا من تشكيل الولايات المتحدة، وهي سلسلة من ردود الفعل التي بدأتها مطبوعة أمريكية.

أثير أم…؟

خلال نشأة الولايات المتحدة في القرن التاسع عشر، أدرك العلماء أن الضوء عبارة عن موجة. وبتطبيق ذلك على ما يعرفونه عن الموجات الأخرى، كان من المنطقي افتراض أن الضوء يحتاج أيضًا إلى وسط يمكنه الانتشار من خلاله. يجب أن يكون هذا الوسط موجودًا في كل مكان وأن يمتلك بعض الخصائص الفريدة للسماح للضوء بالانتشار عبره بسرعة الضوء.

وهكذا، فقد تم اقتراح أن الفضاء مملوء بوسيط يسمى الأثير المضيء، ومعناه المضيء “حامل الضوء”. حقيقة أن هذه يجب أن تكون مادة غير مرئية ولا نهائية ولا تتفاعل مع الأشياء المادية جعلت وجود الأثير المضيء مثيرًا للجدل إلى حد كبير.

نحن نعلم الآن أن هذا الوسيط غير موجود، وذلك بفضل اثنين من الفيزيائيين الأمريكيين، ألبرت أ. ميشيلسون وإدوارد دبليو مورلي، اللذين توصلا في عام 1887 إلى أهم نتيجة لاغية في تاريخ العلم: دحض وجود الأثير المضيء.

في حالة وجود الأثير المضيء، فقد اعتقد العلماء أنه بما أن الأرض تدور حول الشمس بسرعة حوالي 66000 ميل في الساعة (106216 كيلومترًا في الساعة)، فيجب أن يتحرك كوكبنا عبر الأثير، الذي كان يُعتبر ثابتًا. وهذا يعني الأرض يجب تكون متحركة بالنسبة للأثير الثابت. وإذا كان الأثير هو الوسط الذي تموج من خلاله موجات الضوء، فهذا يعني أن سرعة الضوء تختلف قليلاً في الاتجاه الذي تسير فيه الأرض.

أجريت تجربة ميشيلسون-مورلي في كليفلاند، أوهايو، واستخدمت قطعة من الأدوات تسمى مقياس تداخل ميشيلسون-مورلي لاختبار الاختلافات في سرعة موجة من الضوء تتحرك بشكل عمودي على الأرض وموجة أخرى تتحرك بشكل موازي للأرض. توقع ميشيلسون ومورلي ملاحظة نمط التداخل الناتج عن اختلاف أوقات انتقال موجات الضوء.

وهذا ما يحدث عندما يصل ضوء بنفس الطول الموجي إلى الكاشف في أوقات مختلفة قليلاً، مما يعني أن قمم وقيعان الموجات لم تعد متوافقة تمامًا. ومع ذلك، لمفاجأة الفيزيائيين الأمريكيين، لم يتم اكتشاف أي تدخل. وهذا يعني عدم وجود اختلاف في سرعة انتقال الضوء، مما يدحض وجود الأثير بشكل أساسي.

كان لنفي الأثير المضيء أهمية حيوية لأنه فتح الباب أمام ذلك ألبرت أينشتاينالنظرية النسبية الخاصة عام 1905م النسبية العامة في عام 1915، قام الأخير بمراجعة فهمنا للجاذبية وأدى إلى معرفتنا بها الثقوب السوداء و موجات الجاذبية قبل وقت طويل من المراقبة التجريبية لمثل هذه الأشياء.

مجرات أخرى!

على الرغم من أن العلماء أدركوا أن الأرض ليست في مركز النظام الشمسي قبل ولادة الولايات المتحدة، إلا أنه كان هناك مفهوم خاطئ صارخ آخر. وكان يعتقد أن درب التبانة، التي تم اقتراحها لأول مرة في نظرية “جزيرة الكون” لإيمانويل كانط في عام 1755، لا تزال تحتل موقعًا فريدًا في الكون – مع وجود مجرات أخرى وهو موضوع محل نقاش ساخن. وكان يُعتقد أيضًا أن النظام الشمسي نفسه يقع في مركز درب التبانة.

في عام 1785، شرع عالم الفلك ويليام هيرشل في رسم خريطة لمجرتنا، فحدد بشكل صحيح الشكل الشبيه بالقرص لمجرة درب التبانة، لكنه وضع النظام الشمسي في قلبها بشكل غير صحيح. تغيرت هذه الصورة في عام 1918، عندما حدد عالم الفلك الأمريكي هارلو شابلي أن مجموعات كثيفة من النجوم تسمى العناقيد الكروية تتمركز في نواة بعيدة في اتجاه كوكبة القوس. أدى هذا إلى وضع النظام الشمسي خارج مركز المجرة. لقد توسعنا اليوم في هذا الأمر، حيث نقلنا نظامنا الكوكبي على بعد 27000 سنة ضوئية من مركز المجرة إلى أحد الأذرع الحلزونية لمجرتنا.

وبعد مرور خمس سنوات، في عام 1923، تحطم تفرد مجرة ​​درب التبانة. باستخدام تلسكوب هوكر مقاس 100 بوصة (2.5 متر) في مرصد جبل ويلسون، عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل قام بتصوير سديم المرأة المسلسلة (Messier 31) وقرر أنه كان على بعد مليون سنة ضوئية على الأقل. على الرغم من أننا نعلم الآن أن هذه المسافة أقرب إلى 2.5 مليون سنة ضوئية، إلا أنها كانت كافية لوضع M31 خارج حدود درب التبانة.

حقيقة أن سديم المرأة المسلسلة هو في الواقع مجرة المرأة المسلسلةتم الإعلان عن مجرة ​​بعيدة ومنفصلة عن مجرتنا، للجمهور عبر صحيفة نيويورك تايمز في نوفمبر 1924. لم نعد وحدنا في المجرة، لكن هابل لم ينته بعد.

الكون ليس ثابتا

كان هناك افتراض آخر في ذلك الوقت وهو أن الكون كان ساكنًا، وهو ما أيده أينشتاين في عام 1917. ومع ذلك، في عام 1929، اكتشف هابل أن الضوء القادم من المجرات البعيدة كان ينزاح نحو الأحمر. بعبارة أخرى، كانت الأطوال الموجية للضوء المنبعث من هذه المصادر تتمدد أثناء انتقال تلك الأطوال الموجية نحونا. وهذا يدل على أن هذه المجرات تبتعد عنا. واقتناعا منه بهذا، تخلى أينشتاين عن نموذجه للكون الساكن.

ومع ذلك، لم ينته العلماء الأمريكيون من مراجعة صورتنا الكاملة للكون. في عام 1998، كان باحثون أمريكيون مثل شاول بيرلماتر وآدم ريس وروبرت كيرشنر جزءًا من فريقين دوليين من الباحثين الذين اكتشفوا أن الكون لا يتوسع فحسب، بل إن هذا التوسع يتسارع بالفعل.

الطاقة المظلمة تم تقديمه باعتباره القوة الغامضة التي تقود هذا التوسع المتسارع. ويظل اليوم واحدًا من أكثر أسرار الكون إلحاحًا.

ربما بحلول الوقت الذي تحتفل فيه الولايات المتحدة بعيد ميلادها الـ300، سيكون لغز المادة المظلمة قد تم حله إلى جانب الألغاز الكونية الأخرى مثل طبيعة المادة المظلمة. إذا كان هذا هو الحال، فمن المحتمل جدًا أن المشاريع الأمريكية مثل تلسكوب هابل الفضائي، ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي، والقادمة تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني سوف يضع المبتكرين والعلماء الأمريكيين في طليعة هذه التطورات، تمامًا كما كان أسلافهم على مدار الـ 250 عامًا الماضية.