بحث عن السنة الضوئية بالتفصيل

بحث عن السنة الضوئية بالتفصيل، لم ينجح كثير من الأفلام العلمية أو حتى أفلام الخيال العلمي في تقريب الصورة واضحة لكثير من الباحثين في مجال السنة الضوئية حيث بحث الكثير من العلماء لتعريف الضوء وأخطأ الكثير من العلماء في تعريفه، وبعدها قضى العلماء سنوات طويلة بالبحث والدراسة لقياس سرعة الضوء وتعريف السنة الضوئية، فقد كانت هناك الكثير من الجهود المبذولة على مر العقود الماضية في تفسير ظاهرة الضوء ووحدة قياسه السنة الضوئية.

مقدمة بحثي عن السنة الضوئية وبالتفصيل

  • فالسنة الضوئية يمكن أن تكون مفهوما محيرًا لدى الكثير من العلماء، وذلك لأنها وحدة مسافة على الرغم من أن اسمها يحتم كونها وحدة زمن.
  • ففي هذا الفضاء الشاسع، يبعد أقرب نجم عن أرضنا ملايين الأميال وهو ليس بالرقم البسيط نستطيع أن نقيسه بوحدات قياس المسافة، ولكن لابد لها من وحدة قياس أكبر بكثير نستطيع بها قياس كل تلك المسافات الشاهقة والعملاقة.
  • ولنفهم أكثر عن ماهية السنة الضوئية علينا بداية أن نفهم ماهية الضوء، وتعريف السنة الضوئية وكيف قام العلماء بقياس السنة الضوئية وما جهود العلماء للتوصل إلى تعريف السنة الضوئية.

شاهد أيضًا:بحث عن كوكب الارض والمجموعة الشمسية مختصر

الضوء

  • كانت أول محاولة لتفسير الضوء في القرن السابع عشر عندما حاول العلماء تفسير ظاهرة الضوء، وعرفه البعض في ذلك الوقت على أنها عبارة عن سيل من الجسيمات التي إما تصدر من العين، وإما من الجسم الذي ننظر إليه.
  • وظلت هذه الفكرة السائدة عن الضوء وتعريف الضوء إلى أن جاء العالم إسحاق نيوتن وعرف الضوء على أنه عبارة عن جسيمات تنطلق من الأجسام التي نراها، واستخدم هذه الفكرة لتفسير وتوضيح كلًا من ظاهرتي الانعكاس والانكسار في الضوء.
  • استمرت فكرة إسحاق نيوتن هي الفكرة السائدة والمرجحة عند الكثير من العلماء في ذلك الوقت حتى جاء عام 1678 حيث اقترح الفيزيائي والفلكي الهولندي كريستيان هيوجنس أن الضوء عبارة عن نوع من الأمواج، واستطاع هيوجنس حين إذن من تفسير كلًا من ظاهرتي الانعكاس والانكسار للضوء.
  • ظل تلك الفكرة هي السائدة حتى عام 1801 عندما تمكن العالم ثوماس يونغ من إثبات أن الضوء عبارة عن مجموعة من الموجات وذلك عن طريق جعل الضوء يتداخل مع بعضه البعض، وهذا التداخل الذي يؤدي إلى انخفاض في شدة الضوء أو حتى يؤدي إلى اختفاء الضوء بالكامل أو زيادة شدة الضوء حتى تتضاعف.
  • ثم لحق ذلك ما أكده ماكسويل أثناء عمله في الكهرباء والمغناطيسية في عام 1873 والذي يدعم أيضاً النظرية الموجية للضوء.
  • تمكنت النظرية الموجية للضوء من تفسير معظم الظواهر الضوئية بعد ذلك، إلا أنها فشلت في تفسير بعض الظواهر مثل الظاهرة الكهروضوئية.
  • وهي الظاهرة التي نرى من خلالها انطلاق إلكترون من على سطح المعدن وذلك عند تسليط ضوء عليه، ويرجع فشل النظرية الموجية للضوء الذي يكمن في أن الطاقة الحركية لكل إلكترون لا تعتمد على شدة الضوء الساقط، وإنما تعتمد على تردده، بينما يعتمد عدد الإلكترونات المنبعثة من سطح المعدن على شدة الضوء الساقط على هذا المعدن.
  • قد تمكن العالم الشهير ألبرت آينشتاين من تفسير وتحليل وإيجاد معنى لهذه الظاهرة في عام 1905 مستعيناً بمفهوم تكميم الطاقة الذي وضعه العالم ماكس بلانك، وكنتيجة لتفسير هذه الظاهرة حاز على جائزة نوبل في الفيزياء.
  • تم الاتفاق في النهاية بأن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية عرضية يمكن للإنسان العادي أن يراها.
  • تم توضيح طبيعة موجة الضوء لأول مرة من خلال تجارب الانحراف والتداخل، مثله كمثل جميع الموجات الكهرومغناطيسية إذن أنه يمكن للضوء أن ينتقل عبر الفراغ.

السنة الضوئية

  • السنة الضوئية هي وحدة مسافة تستخدم ضمن نطاق المجرة، فالسنة الضوئية هي المسافة التي ينتقل بها شعاع الضوء في فراغ ما في سنة واحدة فقط.
  • من الجدير بالذكر ويجب التشديد عليه هنا كلمة الفراغ لأن الضوء يتباطأ أثناء مروره عبر أي نوع من المادة بسرعة الضوء في الفراغ تختلف عن سرعته في الماء أو أي مادة أخرى.
  • تعتبر السنة الضوئية هي الوحدة التي تقيس المسافة في ضمن نطاق المجرة، وإن كانت هذه التسمية قد تكون مضللة وتربك السامع بعض الشيء بسبب كلمة (سنة) التي تستخدم في لفظ السنة الضوئية.
  • كذلك تعرف السنة الضوئية على أنها وحدة القياس التي تستخدم في قياس مسافات الكبيرة والبعيدة جداً، مثل المسافة بين الأرض والنجوم فهي تقاس بالسنة الضوئية.
  • كذلك يقال إن السنة الضوئية على أنها المسافة التي يقطعها الضوء في سنة.
  • كذلك تعتبر السنة الضوئية الوحدة الكونية لقياس المسافات في علم الفلك (وهنا تصحيح للمغالطة التي تعتبرها وحدة قياس الزمن)، وهذا يرجع إلى كبر المسافات الفاصلة بين الكواكب والنجوم وأيضا المسافات التي تفصل بين مجرة عن غيرها من المجرات.

من اخترع مصطلح “سنة ضوئية”

  • كانت هناك الكثير من المحاولات التي قام بها العلماء والاجتهادات حول قياس سرعة الضوء وعن تعريفه وطريقة قياسه وحتى بعد ما ام تسميته بهذا الاسم لم يتفق العلماء عليه بل اخلف الكثير منهم.
  • ونقلًا عن فريدريك أرينو، عالم فلك ومؤرخ علم في مرصد باريس، “إن مفهوم سرعة الضوء كمقياس للمسافة وجد بالفعل في نهاية القرن السابع عشر، بعد اكتشاف مدى دقة سرعة الضوء من قبل رومر”.
  • استغرق العلماء في الفكرة كثيرا وبسرعة لدرجة أنه أصبح من المستحيل التحديد على وجه اليقين من أول من أطلق هذا المصطلح (سنة ضوئية) على وحده قياس سرعه الضوء.
  •  ويشير أرينو إلى الباحث الإنجليزي فرانسيس روبرتس، الذي أكد عام 1694 أن الضوء يستغرق وقتًا طويلًا جدًا أثناء الانتقال خلال النجوم من نجم لآخر.
  • في البداية، كانت هذه الأفكار غامضة لأن العلماء لم يكن لديهم سوى فكرة تقريبية عن المسافة التي تبعدها النجوم.
  •  إلى أن قاس عالم الفلك الألماني فريدريك بيسل عام 1838 المسافة الدقيقة للنجم 61 سيغني.
  • وفي وصفه للعدد الهائل الذي حصل عليه، كتب بيسل أن “الضوء يستهلك 3 سنوات لاجتياز هذه المسافة”.
  • كانت هذه أكثر لحظة محددة واضحة تؤكد وتتحدث عن المفهوم الخاص للسنة الضوئية وتقرب المعنى أكثر فأكثر لدى العلماء.
  • في غضون عقدين، كان لمصطلح السنة الضوئية انتشارًا واسعًا في كتب العلوم الشعبية ولدى كثير من العلماء وهكذا عرف مصطلح السنة الضوئية، لكن أرينو يقول إن علماء الفلك المحترفين قاوموا لفترة طويلة ومنعوا استخدام هذا المصطلح، وكذلك اعتبارهم أن مصطلح السنة الضوئية غير مقنعة وكافية علمياً، لأنه لا يمكن قياسها مباشرة.
  • يعود أول ذكر لمصطلح السنة الضوئية لعام 1838 حيث قام العالم الألماني فريدريك بيسل بقياس المسافة من الأرض إلى نجم يدعى سجني 61 وكانت المسافة تقريبًا 000 ضعف مرة من نصف قطر الأرض، وأشار إلى أن الضوء سيستغرق حوالي 10 سنوات للوصول إلى هناك، لكنه لم يكن معجبًا بتعبير السنة الضوئية، أحد الأسباب أنه في ذلك الوقت لم يكن واضحًا ومؤكدًا أن سرعة الضوء كانت ثابتة.
  • أما في عام 1851 استخدم المصطلح لأول مرة في ألمانيا في منشور فلكي يعرف باسم Lichtjare.
  • بعدها اعتمد علماء الفلك المصطلح وأصبحت السنة الضوئية وحدة قياس عالمية تستخدم حتى في الأدب العلمي.
  • يمكن تقسيم السنوات الضوئية إلى أيام ضوئية أو ساعات ضوئية أو حتى ثواني ضوئية، على الرغم من أن هذه الوحدات يتم استخدامها بشكل أقل، مثلًا تبعد الشمس 000.000 كيلومتر فالأسهل أن نقول 8 دقائق ضوئية، مما يعني أن الضوء يستغرق 8 دقائق للوصول من الشمس إلى الأرض.
  • أخيرًا وفي عام 1905 افترضت نظرية النسبية الخاصة لألبرت أينشتاين أن الضوء يسير دائمًا بنفس السرعة بغض النظر عن المكان الذي تتم ملاحظته منه أو مراقبته منه، كانت هذه خطوة كبيرة لأنه فجأة أصبحت سرعة الضوء واحدة من ثوابت الكون.

شاهد أيضًا:كيف نحمي كوكبنا من التلوث

كيف يقيس الفلكيون المسافات بالسنوات الضوئية

  • أحيانا ينتاب بعض الناس شعور غريب حول الكون وأسراره ويفكر في بعض الأمور التي تبدو غريبة أو خارقة للعادة أو غير مألوفة للإنسان، يتساءل كيف استطاع الفلكيون قياس الضوء بالسنوات الضوئية وما الأجهزة والمعدات التي استخدمت في ذلك.
  • حاول كثير من العلماء للوصول إلى طريقة لقياس المسافات الضوئية فظهر التزيح أو ما يعرف بالتخاطل، وهو مصطلح يطلق على تغيير ظاهري في موقع الإجرام السماوية بسبب اختلاف مكان الرؤية، هو أحد أقوى أدوات الفلكيين لقياس المسافة.
  • فقد أنفقت وكالة الفضاء الأوروبية 750 مليون دولار على تليسكوب غايا الفضائي، الذي يستخدم حاليا التزيح للقياس بعيدًا عن درب التبانة، حيث تكون اختلافات التزيح صغيرة جدًا حتى في حالة اكتشاف غايا، يحسب علماء الفلك المسافات عن طريق ملاحظة أنواع معينة من النجوم المتغيرة، ولا تزال هذه المقاربات تعتمد على قياسات التزيح كنقطة مرجعية لها.
  • كان عملهم مرتبطًا بقوه باختلاف المنظر أو التزيح، فإن الفلكيين عادة ما يستخدمون وحدة مسافة ثانية، “بارسك” وهي مقدار التزيح خلال ثانية واحدة، والوحدة منه تساوي 26 سنة ضوئية.

الفرق بين السنة العادية والسنة الضوئية

  • أن السنة الضوئية الواحدة التي يقطعها الضوء في زمن مدته سنة، أي (365,25) يوم في الفراغ.
  • فالسنة الضوئية الواحدة تساوي 9,460,730,472,580.8 كم، أو 46×1015م تقريباً.
  • إذا المسافة بيننا وبين برج السرطان (هي حوالي 4000 سنة ضوئية).
  • تمتدّ مجرتنا وهي (مجرة درب التبانة) على طول 150,000 سنة ضوئية تقريباً.
  •  تبعد عنا المجرة التي تسمى (أندروميدا) وهي أقرب المجرات لمجرة درب التبانة مسافة حوالي 3 مليون سنة ضوئية.
  • في نظامنا الشمسي نحن نستخدم وحدة مختلفة عن السنة الضوئية.
  • الوحدة الفلكية الواحدة تساوي 150 مليون كيلومتر وهذه المسافة هي المسافة بين الشمس والأرض.

أمثلة على استخدام السنة الضوئيّة

  • هناك الكثير من الأمثلة التي تستخدم فيها السنة الضوئية فمثلا يمكنك استخدام سرعة الضوء لقياس المسافات في نظامنا الشمسي، فالشمس تبعد حوالي ثمان دقائق ضوئية عن الأرض، ويبعد القمر حوالي ثانية ضوئية واحدة فقط عن الأرض، والضوء الذي تراه قادماً من الكواكب الخارجية كان قد صدر عنها قبل ساعات قليلة مضت.
  • يشكل ذلك تحديات مثيرة للاهتمام بالنسبة للاتصالات.
  • تخيل وجود مستعمرة على المريخ تحاول الاتصال بالأرض، حيث يحتاج البث الراديوي -والذي يسافر بسرعة الضوء-إلى حوالي 20 دقيقةً للوصول إلى الأرض.
  • وكثير من الأمثلة التي استدل بها العلماء على السنة الضوئية وكيفية حسابها.

قياس سرعة الضوء

  • كانت هناك الكثير من المحاولات المختلفة لمحاولات العلماء لقياس سرعة الضوء، فحاول البعض تطبيق قانون السرعة الذي يساوي المسافة مقسومة على الزمن، ولكن هذا القانون لم تنطبق على الضوء ابدًا وذلك يرجع لسرعة الضوء الفائقة فبدأت محاولات العلماء المستميتة لإيجاد قانون لقياس سرعة الضوء.

محاولات العلماء لقياس سرعة الضوء

محاولة جاليليو

  • فقد استعان العالم جاليليو باثنين من مساعديه وطلب من كل واحد منهم الوقوف على أحد الجبال يفصل بينهما مسافة 10كم وأعطى كل واحد منهما فانوسًا مغطى، وعندما يفتح أحدهما الفانوس، يقوم الآخر بفتح فانوسه عندما يرى الضوء من الفانوس الأول، ويسجل الزمن بين الكشف عن الفانوس الأول والكشف عن الفانوس الثاني الذي سيكون الزمن اللازم حتى يقطع الضوء المسافة بين الجبلين.
  • لكن فشل الأمر حيث كان الأمر لحظيًا، ولم يتمكن أحد منهما من تسجيل الزمن، الأمر الذي أدى إلى إدراك جاليليو لاستحالة قياس سرعة الضوء بهذه الطريقة.

طريقة رومر

  • وقد كانت في عام   1675 حيث قام الفلكي الدانماركي أولي رومر بأول محاولة ناجحة لقياس سرعة الضوء باستخدام أرصاد فلكية لقمر كوكب المشتري وهو ما يسمى بأيو، حيث إن القمر أيو يحتاج لـ 5 ساعة حتى يتم دورة كاملة حول كوكب المشتري.
  • بينما دورة المشتري حول الشمس تحتاج لاثنتي عشرة سنة أرضية، وهذا الأمر معانه أنه عندما تتحرك الأرض مسافة زاوية مقدارها 90 درجة، فإن المشتري سيكون قد قطع مسافة زاوية قدرها 5 درجة. يجب أن تكون لأيو دورة ثابتة، وتغير الوقت اللازم لإتمام هذه الدورة يعني أن القمر إما أنه يتباطأ وإما أنه يتسارع.
  • فإذا كان يتباطأ فإنه سوف يسقط على المشتري، وإذا كان يتسارع فإنه سوف يفلت منه وسيصبح حراً في الفضاء، لكن أياً من هذا لم يحدث، الأمر الذي يعني أن أيو يمتلك دورة ثابتة ذات وقت ثابت ومنتظم.
  • وبعد سنة قام خلالها رومر بجمع الأرصاد المنتظمة للقمر أيو، لاحظ أنه يوجد اختلاف في توقيت دورة أيو عن المتوسط، وكانت الأرصاد تشير إلى أن دورة أيو تحتاج لوقت أطول عندما تكون الأرض مبتعدة عن المشتري، بينما تكون الدورة أقصر عندما تكون الأرض مقتربة من المشتري.
  • لكن وبما أن أيو لديه دورة ثابتة فكان يجب أن يرى رومر خسوفاً للقمر أيو عندما يدخل في منطقة ظل المشتري (أي عندما لا يصله ضوء من الشمس حتى يعكسه بسبب أنه أصبح خلف المشتري، الأمر الذي يعني أنه لن يصله أي ضوء من الشمس)، وبما أن دورته ثابتة كان يجب أن يكون بمقدوره التنبؤ بالخسوف التالي لأيو، ولكنه لم يكن يستطيع ذلك.
  • حيث إن الخسوف كان يتأخر عن موعده عندما تكون الأرض مبتعدة عن المشتري، ولو أخذنا الفترة بين رصد خسوف قمر لتكون 3 أشهر فإن زمن تأخر الخسوف سيكون 600 ثانية.
  • هذا التأخر بسبب أن المسافة بين الأرض وأيو قد تغيرت عنها في الرصد الأول عنها في الرصد الثاني.
  • باستخدام أرصاد رومر تمكن هويجنس من تقدير سرعة الضوء، حيث إنه قدر مقدار سرعة الضوء لتكون 3×108م/ث الأمر المهم جداً، إذ إنه أثبت أن سرعة الضوء محدودة (أي أنها ليست لا نهائية).
  • في خلال سنة قام رومر بجمع بعض الأرصاد للقمر أيو، وقد لاحظ رومل أنه يوجد اختلاف في توقيت دورة أيو، وقد كانت هذه الأرصاد تشير إلى وقت أطول عندما تكون الأرض مبتعدة عن كوكب المشتري.

سرعة الضوء في الفراغ

  • بعد ذلك توالت التجارب والمحاولات لقياس سرعة الضوء، وكان فيزيو أول من حسب سرعة الضوء بنسبة خطأ قليلة نوعاً ما نسبةً إلى الإمكانيات التي كانت متاحةً في عصره فوجد أن سرعة الضوء هي 1×108م/ث، ومن بعده أصبحت النتائج أكثر دقة، حتى إننا وصلنا إلى نسبة خطأ مقدارها 1م/ث (وهي نسبة خطأ قليلة جداً، إذ إن سرعة الضوء هي 299,792,458م/ث.

كيف يتم حساب السنة الضوئية

  • تمكن العلماء من حساب السنة الضوئية باعتبارها سنه عاديه مع اختلاف الكم لها حيث تبلغ الثانية الضوئية 000 كيلومتر تقريبًا.
  • يتم ضرب هذا العدد بـ 60 فنحصل على الدقيقة الضوئية.
  • يُضرب الناتج بـ 60 لنحسب الساعة الضوئية.
  • ثم يُضرب بـ 24 فنحصل على اليوم الضوئي.
  • في النهاية يُضرب الناتج بـ 365، وهي عدد الأيام السنة الأرضية وبذلك نحصل على السنة الضوئية.4

كم سيستغرق مشيًا على الأقدام لقطع مسافة السنة الضوئية

  • نعتبر كما هو من المسلمات أن السرعة المتوسطة لمشية الإنسان هي كلم واحد خلال 12 دقيقة ونصف (حوالي متر ونصف في كل ثانية)، فإنه يلزمك 221 مليون سنة تقريبًا لقطع هذه المسافة (دون احتساب فترات النوم والأكل وقضاء الحاجة).
  • أي أنه يفترض بك أن تكون بدأت المسير قبل حتى ظهور أول دينصور على وجه هذا الكوكب لكي يكون الآن قد أوشكت على إنهاء مسيرتك.
  • وأخيرًا أنه في حين أن الكثير من أجزاء الكون لا تزال غامضة وغير مستكشفة بعد، تبقى هناك حقيقة واحدة فقط مؤكدة وهي حجم الفضاء الكبير، فهو كبير جدًا لدرجة لا نستطيع تحديد مدى اتساع وحجم هذا الكون الفعلي ولا نستطيع تحديد مداه واختلف العلماء كثير في المسمى الحقيقي لوحدة قياس الضوء أنكر البعض تسميته بالسنة الضوئية لأنها وحدة لقياس مسافة وليست زمن.
  • من قديم الأزل استمر العلماء بالبحث والتنقيب والدراسة حول الضوء تعريفه ووحدة قياسه وأدوات قياسه.
  • وفي النهاية فإن السنة الضوئية هي الوحدة التي يقطعها الضوء في زمن قدره سنة واحدة على الرغم من أن الأمر يبدو معاكسًا لما يبدو إلا أن السنة الضوئية هي مقياس المسافة وليس للوقت كما قد يعتقد البعض.
  • فالسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة واحدة.
  • التبسيط الصورة، أكثر فإنه أحيانًا نستخدم مصطلحات الوقت للدلالة على المسافة مثلت أنا على بعد 10 دقائق، لذلك تم اختراع مصطلح السنة الضوئية لأنه ببساطة المسافات بالأمتار أو الكيلومترات أو الأميال صغيرة جدًا مقارنة مع المسافات الهائلة في الكون الفسيح.
  • سيظل العلماء دائما في حالة بحث والدراسة والتعمق في أسرار الكون لاكتشاف كل ما هو جديد وغريب ليستفيد منه البشر أجمعين ولتكون آية واضحة ودليل قوي على قدرة الله تعالى في خلقه وتدبر كونه والتطلع إلى ما هو مهم ومفيد للبشرة ويخدم البشرية والمصلحة العامة للكون.
  • هكذا ظل العلماء لعقود طويلة في دراسة جزء صغير جدا من الكون إلا وهو الضوء وتوصلوا إلى أسراره وتعريفه ووحدة قياسه التي هو السنة الضوئية حتى أن تلك الوحدة نفسها كانت محط اختلاف بين الكثير من العلماء لتخدم البشرية والكون جميعًا كل تلك الاكتشافات العلمية الهامة.

شاهد أيضًا:بحث عن كوكب المريخ doc

خاتمة بحثي عن السنة الضوئية وبالتفصيل

  • إن المسافات في الكون شاسعة جداً بحيث إنها لا تقاس بقياسات المسافات التقليدية كالمتر أو الكيلومتر بل تقاس بالسنين الضوئية وهي المسافة التي يقطعها الضوء في السنة، وهي وحدة قياس تستخدم للمسافات الكبيرة والبعيدة جداً كالمسافة بين الأرض والنجوم بالسنة الضوئية. وتعرف السنة الضوئية على أنها المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة حيث أن سرعة الضوء تساوي 299,792,458 م/ثانية وهي السرعة القياسية القصوى في الكون بحيث لا يوجد شيء أسرع من الضوء.
  • تبلغ سرعة الضوء 300 ألف كيلومتر/ثانية، وبهذه السرعة فإن الضوء يقطع 18 مليون كيلومتر في الدقيقة وهذه تسمى الدقيقة الضوئية.
موضوعات من نفس القسم
اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.