اگر به آسمان شب نگاهی‌ بیندازیم، آن‌ را پر از ستاره می بینیم، اما تنها کسر بسیار کوچکی از ستارگان، با چشم غیر مسلح قابل دیدن هستند. تعداد ستاره‌های موجود در ۱۰ هزار میلیارد کهکشان جهان قابل مشاهده برای ما، ۱۰۰ میلیارد تخمین زده می شود. این بدین معناست که تقریبا حدود ۱۰ به توان ۲۴ ستاره فقط در محدوده ی دید ما وجود دارد.

تصویری هنری از R136a1 ، سنگین ترین ستاره ی جهان

به گزارش بیگ بنگ، ستاره ها، این نیروگاه‌های تماشایی، محدوده ی وسیعی از رنگ‌ها و اندازه‌ها را شامل می شوند. بسیاری خورشید ما را ناچیز و کوچک می دانند، اما سوال اینجاست که غول پیکرترین ستاره کدام است؟ برای تعیین این ستاره ابتدا باید تعریف دقیقی‌ از غول پیکر ارائه دهیم. منظور از غول‌‌پیکر چیست؟ منظور ستاره‌ای است که بزرگ‌ترین شعاع را داراست یا بیشترین جرم را؟

غول کهکشانی

در حال حاضر، ستاره‌ای که بزرگ‌ترین شعاع را داراست، UY Scuti نام دارد، ستاره ی ابرغولی که در صورت فلکی سپر قرار دارد. این ستاره در فاصله ی ۹۵۰۰ سال نوری از زمین واقع شده و از عناصری مانند هیدروژن، هلیوم و سایر عناصر شیمیایی سنگین شبیه به آنچه در خورشید یافت می شود، تشکیل شده است. این ستاره همچنین شعاعی ۱۷۰۸ برابر بزرگتر از خورشید دارد.

در نتیجه این ستاره شعاعی در حدود ۱.۲ میلیارد کیلومتر و محیطی‌ برابر ۷.۵ میلیارد کیلومتر دارد. برای درک بهتر بزرگی‌ این ستاره، این طور می‌توان گفت که دور زدن کل این ستاره با هواپیما‌های معمولی‌ موجود، ۹۵۰ سال زمان می برد. حتی نور با وجود سرعت بالایی‌ که دارد برای طی‌ کردن این مسیر به ۶ ساعت و ۵۵ دقیقه زمان احتیاج خواهد داشت. اگر این ستاره جایگزین خورشید می‌‌شد، جایی‌ بین مدار‌های سیاره های مشتری و زحل قرار گرفته و لازم به گفتن نیست که زمین به طور کلی‌ بلعیده می‌‌شد.

نمایی از مقایسه ستاره عظیم UY Scuti در مقابل خورشید ما

با توجه به اندازه ی عظیم این ستاره احتمالا جرمی ۲۰ تا ۴۰ برابر خورشید را دارد و احتمالاً چگالی برابر kg/m³ ۷×۱۰⁻⁶ را داراست. به عبارت دیگر، چگالی این ستاره بیش از یک میلیارد بار کمتر از چگالی آب است. در حقیقت، اگر می‌توانستیم این ستاره را در بزرگترین حمام آب جهان قرار دهیم، از نظر تئوری، این ستاره روی آب شناور می‌‌شد. حتی اگر می‌توانستیم پارکی‌ به اندازه ی کافی‌ بزرگ پیدا کنیم، با توجه به این که چگالی این ستاره یک میلیون بار کمتر از چگالی اتمسفر متوسط زمین در دمای‌ اتاق است، این ستاره تا ارتفاع کمی‌ از سطح زمین مانند بالون به پرواز در می‌‌آمد.

اگر تصور این حقایق، مغز شما را به مرحله ی انفجار رسانده است، بهتر است بدانید که این تازه اول راه است. ستاره ی مورد بحث ما عظیم و وسیع است اما سنگین وزن نیست. پادشاه سنگین وزن‌ها ستاره ایست به نام R136a1 که در ابر ماژلانی بزرگ، در فاصله‌ای حدود ۱۶۵ هزار سال نوری از ما واقع شده است.

تاخت و تاز حجیم!!

ستاره R136a1، کره‌ای از هیدروژن، هلیوم و عناصر سنگین- تقریبا به اندازه ی نیمی از آنچه در خورشید وجود دارد- است. با اینکه شعاعی تنها ۳۵ برابر شعاع خورشید را داراست، اما جرمش ۲۶۵ برابر بیشتر از خورشید است- قابل ذکر است که این ستاره در طول ۱.۵ میلیون سال از عمرش، ۵۵ درصد از جرمش را از دست داده است-. این ستاره که جز ستارگان ولف-‌رایه به شمار می آید بسیار ناپایدار است، و به صورت یک کره ی آبی‌ رنگ که مرز مشخصی‌ به دلیل وجود بادهای عظیم و نیرومند ستاره‌ای در سطحش ندارد، دیده میشود. این بادهای ستاره‌ای سرعتی برابر ۲۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه – ۶۵ برابر بیشتر از سرعت کاوشگر جونو یعنی‌ سریعترین شئی که انسان ساخته است- دارند.

ستاره یR136a1، در مجموعه‌ای متراکم از ستاره ها قرار دارد که در فاصله ی ۱۶۵ هزار سال نوری از زمین قرار گرفته است.

در نتیجه این ستاره در هر ثانیه جرمی معادل ۳٫۲۱×۱۰¹⁸ کیلوگرم را از دست می‌‌دهد، این مقدار در مدت ۲۲ روز برابر جرم زمین است. مانند یک شهاب سنگ درخشان میدرخشد و به سرعت می‌‌میرد. ستاره ی R136a1۹ میلیون برابر بیشتر از خورشید انرژی آزاد می‌کند و اگر در جایگاه خورشید قرار بگیرد، ۹۴۰۰۰ برابر درخشان تر از آن به نظر می‌‌رسد. در حقیقت، این ستاره درخشان‌ترین ستاره ایست که تا به امروز کشف شده است.

این ستاره دمایی‌ بالاتر از ۵۳۰۰۰ درجه ی کلوین دارد و تنها برای مدت ۲ میلیون سال زنده خواهد ماند. مرگ این ستاره نمونه‌ای تماشایی از مرگ یک ابرنواختر عظیم خواهد بود به گونه‌ای که هیچ سیاهچاله‌ای باقی‌ نخواهد گذاشت. اگر چه خورشید ما در مقایسه با این ستارگان غول پیکر بسیار ناچیز و کوچک به نظر می‌‌رسد، اما خورشید هم هرچه سنش بالاتر می‌‌رود، بزرگتر می شود به طوری که در حدود ۷ و نیم میلیارد سال دیگر، به بزرگترین اندازه ی ممکن خواهد رسید.

نمایی از ابر ماژلانی بزرگ مملو از ستاره

در نتیجه ی این افزایش سایز، مدار چرخش کنونی زمین به دور خورشید به صورت مارپیچی قرار خواهد گرفت. با وجود این، همه ی این ستاره‌ها تنها قسمت‌های بسیار کوچکی از کهکشان‌های بزرگ تر هستند. همان کهکشان‌های بزرگ، خودشان جز کوچکی از یک کیهان بسیار پهناور می‌‌باشند. و اما زمین؟ بهتر است راجع به آن‌ صحبت نکنیم!

منبع: phys.org

  بزرگترین خوشه کهکشانی که در بخش‌های اولیه از جهان هستی قرار گرفته‌،‌ توسط اخترشناسان مورد مطالعه قرار گرفت و وزن آن تقریبا برابر ۵۰۰ تریلیارد خورشید تعیین شد.

براساس گزارش ساینس‌الرت به نقل از همشهری،‌ این خوشه کهکشانی که IDCS 1426 نام دارد در فاصله ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین قرار گرفته‌ است و به اندازه‌ای دور است که دانشمندان می‌گویند نوری که از آن قابل ردیابی است،‌ متعلق به دورانی است که وسعت جهان هستم تنها یک چهارم وسعت کنونی‌اش بوده‌ است. به گفته مارک برادوین از دانشگاه میسوری کانزاس، از میان تمامی سازه‌هایی که تاکنون مشاهده کرده‌ایم، این خوشه کهکشانی سنگین‌ترین سازه‌ای است که در چهار میلیارد سال اول جهان هستی وجود داشته‌است.

خوشه‌های کهکشانی مشابه IDCS 1426 بزرگترین اجرام در جهان هستند که اجزای آن، صدها‌هزار کهکشان مجزا، به واسطه نیروی گرانش به یکدیگر پیوند خورده‌اند. این خوشه کهکشانی اولین‌بار در سال ۲۰۱۲ توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر کشف شد، و اخترشناسان از آن زمان تاکنون به کمک تلسکوپ فضایی هابل و رصد‌خانه کک به مطالعه آن پرداختند. اکنون دانشمندان دانشگاه میسوری با استفاده از رصدخانه چاندرا اطلاعات بیشتری درباره آن به دست آورده‌اند.

براساس مطالعات جدید،‌ فاصله زیاد این خوشه کهکشانی تا زمین به آن معنی است که آنچه امروز از این خوشه دیده می‌شود،‌ تصویر جوانی آن است در دورانی که جهان تنها ۳٫۸ میلیارد سال سن داشته‌است. شاید این سن از دید شما زیاد به نظر بیاید، اما با در نظر گرفتن عمر ۱۴ میلیارد سالی زمین، ۳٫۸ میلیارد سال سن چندان بزرگ به‌ نظر نمی‌آید.

دانشمندان دریافتند ۹۰ درصد از جرم این خوشه را ماده تاریک تشکیل داده‌ است و نقطه‌های درخشانی از پرتو ایکس در نزدیکی مرکز این خوشه قرار گرفته‌است. اخترشناسان براین باورند این هسته‌های متراکم و به شدت سرد از مرکز خوشه، به واسطه ترکیب IDCS 1426 با خوشه در حال شکل‌گیری دیگری در حدود ۵۰۰ میلیون سال پیش از آن ایجاد شده‌اند. از این رو دانشمندان براین باورند ترکیب شدن گروه‌هایی از خوشه‌های کهکشانی با یکدیگر از اوایل تاریخ جهان هستی رایج بوده‌ است و در شکل‌گیری این خوشه کهکشانی جوان نقشی مهم ایفا کرده‌ است.

جدا از هسته سرد، این خوشه دارای بخش‌هایی حاوی گازهایی به شدت داغ است که نشان از رشد به‌شدت سریع خوشه کهکشانی دارد. با توجه به آنکه میزان عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم تا حد غیرعادی پایین‌ است، اخترشناسان باور دارند این خوشه جوان کهکشانی هنوز در مرحله غنی‌سازی گازهای داغ با استفاده از این عناصر سنگین به‌سر می‌برد. اگرچه خوشه IDCS 1426 به بزرگی خوشه کهکشانی ال‌گوردو که در سال ۲۰۱۴ کشف شده، نیست؛ اخترشناسان معتقدند با گذشت زمان،‌ این خوشه نیز رشد کرده و به همان‌ اندازه غول‌پیکر خواهد‌ شد. جزئیات بیشتر این پژوهش در Astrophysical Journal منتشر شده است.

 منبع: sciencealert.com

 مریخ سیاره‌ای است با محیطی خشن. فاصلۀ آن از خورشید باعث شده تا این سیاره سرد و بی‌آب و علف باشد. میانگین دمای روزانه در مریخ به حدود ۶۰ درجۀ سانتیگراد زیر صفر می‌رسد و در زمستان در اطراف قطب‌ها دمای هوا حتی به ۱۲۶- درجه هم می‌رسد.

محیط خشن در نزدیکی یک معدن گوگرد

سیارۀ سرخ سرد و بی‌آب و علف است و سطح آن در معرض بارش شدید تشعشع قرار دارد. علاوه بر این، اتمسفر رقیق مریخ سبب می‌شود که این سیاره در معرض بارش شدید تشعشعاتی قرار گیرد که از بین‌ برندۀ حیات هستند. همچنین اکسیژن اندکی در این سیاره وجود دارد. اما برخی از جان‌سخت‌ترین میکروبهای جهان ممکن است در این سیاره دوام بیاورند.

در واقع، ۹۵ درصد از اتمسفر مریخ را کربن دی‌اکسید تشکیل می‌دهد. با این حال، دانشمندان بر این باورند که چند جانور تک سلولی ساده می‌توانند در چنین محیطی دوام بیاورند. تک‌سلولی‌های که در بدترین محیطهای زمین، از جمله دریاچه‌های سولفوری و یخبندان دائم، زندگی می‌کنند. اینها ممکن است صلاحیت زندگی در مریخ را دارا باشند.

طلوع خورشید در دریای مرده(Dead Sea)

برای تشخیص واجدین صلاحیت، اختر زیست‌شناسان، شرایط مریخ را در محیط آزمایشگاهی شبیه‌سازی کرده‌اند، و با شلیک پرتوهای گاما و فرابنفش به میکروبها و فریز کردنشان، قابلیت دوام آورند آنها را در مریخ می‌سنجند. برخی از میکروبها حتی به ایستگاه فضایی بین‌المللی برده‌ شده‌اند تا آزمون نهایی را هم پاس کنند. اینکه آیا می‌توانند دوری از زمین را تحمل کنند یا نه؟

در نتیجه، حالا پژوهشگران به لیستی از کاندیداهای بالقوه‌ای که می‌توانند در دماهای زیرصفر سیارۀ سرخ، شرایط خلا و تشعشعات شدید خورشیدی دوام بیاورند رسیده‌اند. حالا نوبت آن است که با کاندیداها آشنا شویم. بدیهی‌ترین چیزی که می‌تواند مریخی آینده لقب بگیرد، “دینوکوکوس رادیودورانس” است. باکتری‌ای که مقاومترین شکل حیات در برابر تشعشع است که تاکنون کشف شده است. این میکروب تقریباً غیرقابل نابودی، می‌تواند در برابر میزان تشعشعی دوام بیاورد که چند هزار برابر قویتر از میزان تشعشع لازم برای کشتن یک انسان است.

این باکتری در برابر آب و هوای سخت نیز جا نمی‌زند. دانشمندان، رادیودورانس‌ها را در محیطی با دمای منفی ۷۹ درجه آزمایش کرده‌اند. دمایی که معادل میانگین دما در عرضهای میانی مریخ است. دانشمندان سپس این باکتری‌ها را در معرض بارش پرتوهای گاما قرار دادند تا میزان تشعشعی را که در عمق ۳۰ سانتیمتری زیر خاک مریخ در طولانی مدت به آنها خواهد رسید، شبیه‌سازی کنند. این موجودات چنان سرسخت هستند که پژوهشگران تخمین می‌زنند تا برای این که تحت چنین شرایطی، جمعیتی از میکروبها به یک میلیونیم تعداد اولیه‌شان برسد، ۱٫۲ میلیون سال زمان لازم است.

یکی دیگر از کاندیداهای مناسب برای زندگی در مریخ، خانوادۀ هالوباکتریاسی هستند. این میکروبها نمونه‌ای از میکروبهای شبه‌‌باکتریایی باستانی به نام آرکایی هستند که احتمالاً قدیمی‌ترین شکل حیات در زمین بوده‌اند. آرکایی احتمالاً در دوران بسیار کهن زمین یعنی حدود بین ۳٫۵ تا ۳٫۸ میلیارد سال پیش فرگشت یافته بودند.

هالوباکتریاسی در آبهای نمکی جهان نظیر دریای مرده(Dead Sea) زندگی می‌کنند. با کشف ذخایر نمک مایع در مریخ، آنها نیز از لحاظ تئوری قابلیت زندگی در مریخ را دارند. تا الان اثبات شده که دو عضو این خانوادۀ باکتری، یعنی هالوکوس دومبروسکی و هالوباکتریوم NRC1، می‌توانند شرایط مشابه با شرایط مریخ دوام بیاورند. یک آزمایش نشان داده که آنها می‌توانند به راحتی با فشاری ۶ برابر فشار استاندارد اتمسفر زمین، اتمسفری متشکل از ۹۸ درصد دی‌اکسید کربن و دمای -۶۰ درجه کنار بیایند و تا ۶ ساعت زنده بمانند.

هالیت، تصویری از یک بلوری مکعبی ِ سنگ نمک

حال استفان لیوکو، اختر زیست‌شناسی در مرکز هوا فضای آلمان، سه آرکایی هالوفیلیک مقاوم در برابر نمک دیگر را مورد بررسی قرار داده تا بفهمد که آیا می‌توانند در برابر تشعشع فرابنفش خورشیدی‌ای به قدرت آنچه در فضا هست دوام بیاورند یا خیر. او متوجه شده که از این میان، دو اورگانیسم به نامهای هالوباکتریوم NRC1 و هالوکوکوس مورها، از گونۀ سوم به نام هالوکوکوس هاملینِنسیس، در برابر تشعشع مقاومت بسیار بیشتری دارند. حتی با وجود اینکه هر سۀ این باکتری‌ها از یک خانواده هستند.

دلیل دیگری نیز برای اینکه باور کنیم میکروبهای مقاوم در برابر نمک می‌توانند در مریخ زندگی کنند وجود دارد. شواهد جنجالی‌ای وجود دارد که نشان می‌دهد، این باکتری‌ها برای میلیونها سال در داخل کریستالهای نمکی زنده مانده‌اند. لیوکو می‌گوید: «ما ارگانیسمهایی داریم که میتوانند برای میلیونها سال به صورت محبوس در هالیتهای نمکی سالم بمانند و شدیداً در برابر تشعشع مقاوم هستند.» از آنجایی که می‌دانیم حوضچه‌های نمکی در مریخ وجود دارند، میکروبهای هالوفیلیک ظاهراً نمونۀ خوبی از سلولهایی که قابلیت زنده ماندن در مریخ را دارند هستند.

لیوکو می‌گوید: « در بحث مقاومت در برابر تشعشع، مشخصاً دینوکوکوس رادیودورانس برنده است، اما این باکتری نمی‌تواند در محیطهای شدیداً نمکی دوام بیاورد. بنابراین وقتی به دنبال حیات (منقرض شده یا در حال شکل‌گیری) در سیاره‌های دیگر هستیم، به نظر من آرکایی‌ها نامزدهای خوبی هستند.» نوع دیگر از آرکایی نیز ممکن است، آنچه را که زنده ماندن در مریخ می‌طلبد دارا باشند: متانوژن‌ها. متانوژنها به جای تنفس اکسیژن از هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند و متان پس می‌دهند. نامشان هم از همینجا گرفته شده است.

متانوژنها به صورت گسترده در طبیعت وجود دارند و اغلب در محیطهای با شرایط سخت زندگی می‌کنند. آنها در چشمه‌های آب گرم، حوضچه‌های نمک، دریاچه‌های اسیدی و آلکالینی و خاکهای یخ زدۀ سیبری یافت شد‌ه‌اند. آنها همچین در دستگاه گوارش احشام، موریانه‌ها و در موجودات مرده و در حال فساد نیز یافت شده‌اند.

تصویری از توندرای یخی در قطب

میکروبهایی که در یخ‌بندان دائمی زندگی می‌کنند، بیش از همه مورد توجه دانشمندان هستند. چرا که خاکهای دائماً یخ زدۀ توندرای قطبی شباهت زیادی به شرایطی که زیر سطح مریخ وجود دارد دارند. به شکلی که در مطالعه‌ای تازه معلوم شد که یک تکۀ غول‌آسای یخ به بزرگی کالیفرنیا و تکزاس در کنار هم، زیر سطح مریخ مابین استوا و قطب شمال این سیاره وجود دارد.

متانوژنها کاندیداهایی عالی برای زندگی در مریخ هستند. چرا که این ارگانیسم‌ها ساده برای زنده ماندن نیازی به نور، اکسیژن یا مواد غذایی ارگانیک ندارند. همان چیزهایی که در مریخ بسیار اندک یافت می‌شوند. در آزمایشی در سال ۲۰۰۷، گونه‌هایی از آرکایی‌های متانوژنیک در معرض شرایط شبیه‌سازی شدۀ مریخ قرار داده شدند و زنده ماندند.

حال، گروهی به سرپرستی دِرک واگنر از مرکز پژوهشهای زمین شناسی آلمان در پوتسدام، یک متانوژن نابودنشدنی دیگر به نام “متانوساکرینا سولیگلیدی” یافته‌اند که در خاکهای دائماً یخبندان جزیرۀ سامویلوف در سیبری زندگی می‌کنند. واگنر به این میکروب به خاطر شرایطی که می‌تواند تحمل کند، لقب “ابرقهرمان” داده است. میانگین دمای روزانه در سامویلوف -۱۴٫۷ درجۀ سانتیگراد است، هر چند که دمای آن بعضاً به -۴۸ درجه هم می‌رسد. این جزیره همچنین بسیار خشک است و میانگین بارش سالانه در آن تنها ۱۹۰ میلیمتر است و خاک آن دائماً یخ زده است.

واگنر پیشتر هم میکروبها و متانوژنهایی که در خاکهای یخ‌زده کشف زندگی می‌کنند و از سرمای شدید و بی‌آبی جان سالم به در می‌برند کشف کرده بود، اما این ابرقهرمان تقریباً نابودی‌ناپذیر است. او این میکروب را مورد بارش اشعۀ فرابنفش خورشید و اشعۀ گاما قرار داد تا حد مقاومت آن را بسنجد. نتایج نشان داد که این باکتری به نسبت یک گونۀ دیگر از متانوژنها به نام متانوسارکینا بارکری، می‌تواند ۱۳٫۸ برابر بیشتر اشعۀ فرابنفش و ۴۶٫۶ برابر بیشتر اشعۀ گاما را تحمل کند. این یعنی که این میکروب می‌تواند سطح تشعشعی مشابه تشعشعی که در اوایل پیدایش به زمین می‌رسید و تشعشعاتی که در حاضر به مریخ می‌رسند را تحمل کند.

با این وجود هنوز یک پرسش باقی می‌ماند. چرا این میکروبها تا این حد سرسخت هستند. چرا اینگونه تکامل پیدا کرده‌اند تا تشعشعاتی که در مریخ معمول است، ولی در زمین به آن برنخواهند خورد را تحمل کنند؟ برای مثال، میزان تشعشع گاما در یخبندان دائمی، حدود ۲ میلی‌گِرِی (گرییکای SIدوز جذبیدرفیزیک پزشکیاست.) در سال است. چیزی در حدود تشعشع ناشی از یک سی‌تی اسکن مغز و بسیار کمتر از آستانۀ مقاومت در برابر تشعشعی که برخی میکروبهایی که در این نواحی زندگی می‌کنند از خود نشان می‌دهند.

یک علت این اختلاف فاحش، به عصر میکروبها باز می‌گردد. بسیاری از گونه‌های مقاوم در برابر تشعشع، آرکایی هستند. آرکایی‌ها یکی از قدیمی‌ترین و بدوی‌ترین گروههای ارگانیسمها هستند. آرکایی‌ها زمانی پا به عرصۀ وجود گذاشتند که زمین فاقد لایۀ اوزون بود و در معرض طیف کامل پرتوی فرابنفش منتشره از خورشید قرار داشت. تشعشع خورشیدی در آن زمان بسیار شدیدتر از امروز بود، و در نتیجه ساکنان اولیۀ زمین نیازمند ساز و کارهای کنار آمدن با این موضوع بودند. و این ویژگی را حتی پس از تشکیل لایۀ اوزون نیز حفظ کردند. با این وجود، اغلب پژوهشگران اکنون معتقدند که حیات از اعماق اقیانوسها آغاز شده است. یعنی جایی که تشعشع حتی پیش از تشکیل لایۀ اوزون نیز، مشکل چندان بزرگی نبوده است.

فرضیۀ دیگر این است که پیدایش مقاومت میکروارگانیسم‌ها در مقابل تشعشع کاملاً تصادفی بوده و به تبع تطبیق یافتن آنها به شرایط سخت زمین شکل گرفته است. واگنر می‌گوید: « در کل، ارگانیسمهایی که نسبت به یک فشار مقاوم هستند، نسبت به فشارهای دیگر هم مقاوم می‌شوند. باکتری دینوکوکوس رادیودورانس در مقابل تشعشع شدیداً مقاوم است، اما همچنین در مقابل خشک شدن هم مقاوم است. این دو ویژگی به احتمال زیاد برمبنای مکانیسمی مشابه شکل گرفته‌اند.» به بیان دیگر، کاندیداهای رفتن به مریخ یعنی دینوکوکوس رادیودورانس، هالوباکتریاسی و متانوژن‌ها، روشهای منحصر به فردی برای زنده ماندن در محیط زیست‌شان ایجاد کرده‌اند. مقاومت در برابر تشعشع، تنها یکی از محصولات فرعی این تکامل است.

اما میکروبها دقیقاً چطور خود را در برابر تشعشع حفظ می‌کنند؟

برخی از میکرو ارگانیسم‌های مقاوم در برابر نمک که لیوکو بر روی آنها مطالعه کرده، برای محافظت از خود در برابر تشعشع فرابنش آفتاب، خود را پنهان می‌کنند. سلولهای هالوکوکوس مورهایی دور هم جمع شده و لایه‌هایی بسیار از میکروب ایجاد می‌کنند. سلولهایی که در عمق جمع قرار می‌گیرند از تشعشع خورشیدی در امان می‌مانند، چرا که لایه‌های بالایی که به سطح نزدیکترند این تشعشع را جذب می‌کنند. از آنجایی که این میکروبها به طور طبیعی با اکسیژن اندک و در زیستگاه‌های نمکی زندگی می‌کنند، خفه نمی‌شوند.

با این وجود، آنطور که لیوکو توضیح می‌دهد، این استراتژی تنها در مورد تشعشع فرابنفش جواب می‌دهد و نه تشعشع گاما که انرژی تشعشعی بیشتری دارد و لایه‌های بالایی را شکافته و خود را به سلولهای واقع در عمق جمع می‌رساند. این به این معنی است که میکروبها می‌توانند با پنهان شدن در خاک یا یخ از تشعشع فرابنفش فرار کنند، اما همچنان در معرض خطر تشعشع گاما قرار دارند.

میکروبهای دیگر، رویکرد متفاوتی دارند. تشعشع منجر به آزاد شدن گونه‌‌های اکسیژن واکنشی می‌شود که به مواد تشکیل‌ دهندۀ سلول نظیر پروتئین و دی‌ان‌ای آسیب می‌زنند. آرکایی مقاوم در برابر نمک، برای مقابله با این مشکل رنگدانه‌های صورتی‌ای به نام باکتریورودوپسین دارند که می‌توانند گونه‌‌های اکسیژن واکنشی را جارو کرده و سلول از آسیب دیدگی محافظت کنند. این باکتری‌ها ممکن است این رنگدانه‌ها را در اصل برای مقابله با گونه‌‌های اکسیژن واکنشی‌ زمانی که سلول خشک می‌شود، تولید کرده باشند. امری که برای سلولهایی که در محیطهای نمکی زندگی می‌کنند، مشکلی متداول است.

حتی اگر تشعشع و خشک شدن به دی‌ان‌ای آسیب برسانند، ظاهراً بسیاری از میکروبها قابلیت ترمیم این آسیب را دارند. یک تحقیق نشان داده است که دینوکوکوس رادیودورانس می‌تواند دی‌ان‌ای شکسته شده را به کمک پروتئین‌های ترمیم‌کننده بخیه بزند. تا زمانی که سیستم تعمیر سالم باشد، باکتری می‌تواند به حیات ادامه دهد.

پرتوهای خورشید می توانند مضر باشند.

میکروب دینوکوکوس رادیودورانس یک راه حل دیگر هم دارد. این میکروب چندین کپی از ژنهایش را روی کروموزوم‌های مختلف حمل می‌کند. اگر یک یا دو کپی به وسیلۀ تشعشع آسیب ببینند، سلول می‌تواند از یک کپیِ دیگر ژن استفاده کند و تا زمانی که آسیب دی‌ان‌ای را ترمیم می‌کند، زنده بماند. لیوکو دریافت که یکی از آرکایی‌های مورد مطالعه‌اش، یعنی هالوباکتریوم NRC1 نیز قابلیت دارد که به صورت فعال سلولهایش را در هنگام قرار گرفتن در معرض تشعشع ترمیم کند و واگنر باور دارد که قابلیت ترمیم دی‌ان‌ای نکتۀ اساسی در موفقیت متانوسارکینا سولیگلیدی، ابرقهرمان، است.

برخی میکروبها نمک و شکر را در داخل سلولهایشان انباشت می‌کنند تا از خود در مقابل خشک شدن محافظت کنند. این امر نیز ظاهراً از طریق جلوگیری از جدا شدن مارپیچ‌های دی‌ان‌ای، موجب محافظت در برابر تشعشع می‌شود. اینکه نمکها و شکرها چطور به این امر کمک می‌کنند مشخص نیست. هر چند که همۀ این موارد امیدوارکننده هستند، اما لیوکو و واگنر هیچکدام واقعاً باور ندارند که هیچ یک از میکروبها واقعاً بتوانند روی سطح مریخ امروز زنده بمانند. شرایط مریخ حتی برای سرسخت‌ترین حیات‌های شکل‌گرفته در زمین نیز زیاد از حد سخت و دشوار است.

تصویری از سطح سیاره ی مریخ

شرایط مریخ در ابتدای تاریخش بسیار مشابه زمین در آغاز راه بوده است. این سیاره اگرچه اکنون خشک و بیابانی است، اما شواهد بسیار وجود دارد که نشان می‌دهند زمانی در رودها، دریاچه‌ها و دریاها در مریخ جریان داشته‌اند. شاید حیات می‌توانست در آن زمان در مریخ شکل بگیرید و با بدتر شدن شرایط، خود را با آن تطبیق می‌داد.

واگنر می‌گوید: « اگر به شرایط محیطی در اوایل شکل گیری مریخ و زمین نگاه کنیم، این دو قابل مقایسه هستند. هر دو دماهای متوسطی داشته‌اند، روی هیچکدامشان اکسیژن نبوده، و در حالی که زمین از اقیانوسها پوشیده بوده، شواهد قوی‌ای وجود دارد که در سطح مریخ نیز آب مایع وجود داشته است.»

ما می‌دانیم که حیات در چنین شرایطی روی زمین شکل گرفت و احتمالاً می‌توانست در مریخ هم شکل بگیرد. اینکه با سخت تر شدن شرایط در مریخ، چه بلای بر سر آن اشکال حیات آمده مشخص نیست. واگنر می‌گوید: « ممکن است منقرض شده باشد، اما همچنین این احتمال هم وجود دارد که در اعماق پوستۀ مریخ دفن شده باشند.»

برگردان: فرادید/ منبع: BBC

  هشدار اخترشناسان درباره خطرات احتمالی دنباله‌دارها برای تمدن بشر را برای چند روز فراموش کنید و فرصت تماشای یکی از نادرترین رویداد‌های آسمانی سال جدید میلادی را از دست ندهید.

براساس گزارش ساینس‌ الرت به نقل از همشهری، طی چند هفته آینده یکی از زیباترین دنباله‌دارهایی که تاکنون کشف شده‌اند، دنباله‌دار کاتالینا، در اولین‌ و شاید آخرین بازدیدش از مناطق درونی سامانه خورشیدی،‌ در آسمان زمین خودنمایی خواهد‌کرد. اگرچه پرواز این دنباله‌دار از نزدیکی نیم‌کره شمالی در ۱۷ ژانویه ۲۰۱۶ رخ خواهد‌ داد، اما شاید در روز اول سال ۲۰۱۶ نیز بتوان آن را با دوربین دوچشمی مشاهده کرد. انتظار می‌رود این دنباله‌دار در زوایه ۰٫۴ درجه‌ای ستاره ی درخشان نگهبان شمالی در صورت فلکی گاوران قابل رویت باشد.

دنباله‌دار کاتالینا بسیار درخشان است و در تاریکی آسمان می‌توان آن را با چشم غیرمسلح نیز دید،‌ اما بهتر است برای دیدن آن از تلسکوپی کوچک یا دوربینی دوچشمی استفاده کنید. بهترین زمان برای دیدن این دنباله‌دار ۱۷ ژانویه سال ۲۰۱۶، زمانی که به فاصله ۱۰۰ میلیون کیلومتری از زمین می‌رسد خواهد بود. شاید این فاصله زیاد به نظر بیاید، اما برای یک دنباله‌دار فاصله نزدیکی است. زمانی که دنباله‌دار به نزدیک‌ترین فاصله‌اش تا زمین برسد، دور شدن از زمین را آغاز کرده و به تدریج و با سرعت دور خواهد شد از این رو دیدن آن دشوارتر می‌شود.

یکی از ویژگی‌های منحصر‌ به‌ فرد این دنباله‌دار از دید اخترشناسان این است که به نظر می‌آید کاتالینا دارای دو دنباله‌ است که هریک در دو جهت متفاوت قرار گرفته‌اند. یکی از این دنباله‌ها از گاز و دیگری از غبار تشکیل شده‌اند. به گفته فیل پلیت اخترشناس،‌ دنباله‌دار کاتالینا مسافری از اعماق فضا، شاید از میان ابر اورت، انباری عظیم از اجرام یخ‌زده در آن‌سوی مدار نپتون باشد و ممکن است مدار اصلی آن طولی برابر میلیون‌ها سال داشته‌باشد.

شاید ضربه‌ای باعث افزایش انرژی این دنباله‌دار شده و باعث شده تا شتاب بیشتری بگیرد تا حدی که بتواند از کنار خورشید نیز جان به در برده و از سامانه خورشیدی خارج شده و دور شود. از این رو تنها فرصت دیدن این دنباله‌دار زیبا را از دست ندهید،‌ شاید دیگر فرصتی برای دیدنش به دست نیاورید.

منبع: sciencealert.com

 دانشمندان چینی می‌گویند ایستگاه‌های زمینی پیام‌هایی از «ووکونگ»، نخستین ماهواره کاوشگر ماده تاریک این کشور، را دریافت کرده‌اند.

خبرگزاری شینهوا اعلام کرد ایستگاهی در کاشغر، شمال غربی چین، روز یکشنبه ۲۰ دسامبر موفق به ردگیری و دریافت پیام از کاوشگر ذرات ماده تاریک (موسوم بهDAMPE) شده است. دریافت و ضبط اطلاعات تقریبا هفت دقیقه طول کشید و سپس به مرکز ملی علوم فضایی این فرستاده شد. ایستگاه‌هایی در «میون» واقع در پکن و «سانیا» واقع در ایالت جنوبی «هاینان» نیز در‌‌ همان روز موفق به ردگیری و دریافت اطلاعات از آن ماهواره شدند.

دانشمندان کیفیت این اطلاعات را مطلوب ارزیابی کرده‌اند. روز ۱۷ دسامبر چین نخستین کاوشگر فضایی خود را با هدف جستجوی سیگنال ِ ماده تاریک، که بر طبق گفته دانشمندان بخش عمده ماده ناشناخته در جهان را تشکیل می‌دهد، به فضا فرستاد. این ماهواره «ووکونگ» نامیده شده، که در زبان چینی یکی از شخصیت‌های افسانه‌ای ادبیات چینی است. «ووکونگ» برای یک ماموریت سه ساله طراحی شده است، اما دانشمندان امیدوارند این ماموریت پنج سال به طول بیانجامد.

ماده تاریک حدود ۸۵ درصد از جرم ِ کلی کیهان را تشکیل می‌دهد؛ این ماده ی فرضی چون از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما” مشاهده کرد، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد. اختر-فیزیک‌دانان فرضیه ماده تاریک را مطرح نمودند تا اختلاف میان جرم محاسبه‌شده برای اجرام غول‌پیکر آسمانی توسط دو روش استفاده از تاثیرات گرانشی آنها و یا استفاده از مواد درخشان درون آنها (ستارگان، گاز، غبار) را توضیح دهند.

منابع: spaceflightnow.com , theguardian.com

  سال ۲۰۱۵ به لطف ماموریت‌های ناسا و سازمان فضایی اروپا که برنامه‌ریزی آنها از چند دهه پیش آغاز شده و امسال اجرا شدند، یکی از طلایی‌ترین دوران‌های اکتشافات سیاره‌ای بوده‌ است.

براساس گزارش کانورسیشن، از زمان ماموریت‌های آپولو و رقابت فضایی دوران جنگ سرد تاکنون فعالیت‌های نجومی تا این‌اندازه مورد توجه عموم قرار نگرفته‌ بوده است. برترین رویداد‌هایی که در سال ۲۰۱۵ توجه علاقمندان به دانش نجوم و رسانه‌ها را به خود جلب کرد را می‌توان در لیستی از ۱۰ خبر مهم نجومی دسته‌بندی کرد:

پرواز نزدیک‌گذر فضاپیمای افق‌های نو از کنار پلوتو

یکی از بزرگترین دستاورد‌های علمی سال ۲۰۱۵ افشاگری‌های فضاپیمای افق‌های نو (New Horizons) از جهان منجمد و دور افتاده پلوتو بود. این فضاپیما نشان داد پلوتو جهانی زنده و فعال و شایسته اکتشافات بیشتر است. مواد ارگانیکی که سطح سیاره را نارنجی کرده‌اند،‌ کوه‌های چند‌ کیلومتری از آب منجمد و صفحات منجمد شده نیتروژنی و اتمسفر از ویژگی‌هایی برخوردار هستند که این سیاره کوتوله را به نقطه‌ای هیجان‌انگیز و ارزشمند برای ماموریت‌های بعدی تبدیل کرده‌ است.

کشف وجود آب در مریخ

اعلام اینکه مریخ دارای سیستم آب‌های روان است برای زمینی‌ها از اهمیت بالایی برخوردار بود،‌ زیرا هرجا آب مایع و جاری باشد،‌ حیات نیز هست. این به آن معنی است که انسان باید شرایطی که در آن امکان وجود آب مایع و در نتیجه احتمال وجود حیات فراهم می‌شود را از نو بررسی کند. مریخ از زمانی که فضاپیمای ماون ناسا کشف کرد بادهای خورشید عامل از بین رفتن اتمسفر مریخ شده و این سرزمین مملو از یخ را در حدود چهار میلیارد سال پیش به کویری برهوت تبدیل کرده،‌ مورد توجه بیشتری قرار گرفت.

تماس کاوشگر فیلای با خانه

بیدار شدن و تماس کاوشگر فیلای با خانه دلیل خوبی برای انجام مطالعات بیشتر روی دنباله‌دارها خواهد بود. این کاوشگر روباتیک که در سال ۲۰۱۴ با کمک فضاپیمای روزتا روی دنباله‌دار P67 فرود آمد پس از ۶۰ ساعت فعالیت به دلیل اتمام باتری‌هایش و قرار گیری در منطقه‌ای تاریک که امکان شارژ شدن باتری‌های خورشیدی را نیز از بین می‌برد،‌ خاموش شد. این کاوشگر در ۱۴ ژوئن ۲۰۱۵ بانزدیک‌تر شدن دنباله‌دار به خورشید دوباره به کار افتاد و پیامی را روی توئیترش منتشر کرد: سلام زمین، صدای من را می‌شنوی؟ یکی از بزرگترین شگفتی‌هایی که از این دنباله‌دار کشف شده‌ است، وجود حجمی باورنکردنی از آب سنگین در این دنباله‌دار است به حدی که میزان آن سه برابر آب‌های سنگین اقیانوس‌های زمین است.

کشف سرزمین‌های بیگانه توسط کپلر

فضاپیمای کپلر ناسا به جستجوی خود برای یافتن سیاره‌های بیگانه در اطراف ستاره‌هایی در کهکشان راه شیری ادامه می‌دهد، حتی پس از آنکه نقص فنی امکان رصد دقیق را در این تلسکوپ فضایی از بین برد. آخرین کشف‌های کپلر تعداد سیاره‌های تایید شده‌اش را به ۱۰۳۰ سیاره رسانید.

یکی از جالب‌توجه‌ترین این کشف‌ها سیاره‌ای سنگی و شبه‌زمینی بود که در مدار ستاره‌ای شبیه به خورشید در حرکت بود،‌ سیاره‌ای که به پسرعموی زمین شهرت پیدا کرد. با این همه هنوز مشخص نیست این سیاره قابل سکونت است یا خیر زیرا فاصله زیاد سیاره تا زمین امکان بررسی اتمسفر آن را از بین برده‌ است.

تلاش برای شکار بیگانه‌های فضایی

طرح ابتکاری ۱۰۰ میلیون دلاری میلیاردر روس یوری میلنر برای استفاده از دو رادیو تلسکوپ بزرگ جهان برای جستجو در میان میلیون‌ها ستاره و ۱۰۰ کهکشان نزدیک با هدف ردیابی بیگانگان فضایی، از دیگر خبرهای مهم نجومی سال به شمار می‌رود. این پروژه با نام Breakthrough Listen از دو رصد‌خانه پارکز در استرالیا و لیک بهره خواهد برد تا شاید بتواند سیگنال‌های ارتباطی بیگانگان فضایی را ردیابی کند.

مریخی

کم پیش می‌آید که فیلمی به اندازه‌ای علمی باشد که بتوان از آن به عنوان یک منبع آموزشی یاد کرد، اما فیلم مریخییکی از این موارد استثنا بود. در این فیلم با دقتی بالا به فیزیک دینامیک مداری،‌ سیستم‌های پشتیبان حیات، زیست‌شناسی در فضا و هزینه گزافی که افراد باید برای انجام اکتشافات فضایی بپردازند پرداخته‌ است. با این‌همه طوفان شنی که در این فیلم به تصویر کشیده شده‌ است از واقعیت فاصله دارد.

ابرماه خونین

یکی از پرطرفدارترین رویداد‌های آسمانی امسال ماه‌گرفتگی در شرایطی بود که ماه در نزدیک‌ترین فاصله‌اش تا زمین،‌ حضیض، قرار داشت،‌ پدیده‌ای که به ابرماه شهرت دارد. در ماه‌گرفتگی کامل از آنجایی که نور خورشید از میان اتمسفر زمین به ماه می‌تابد،‌ چهره ماه سرخ‌رنگ می‌شود،‌ از این رو ابرماه امسال با رنگ سرخ نیز همراه شد و زمینه آغاز شایعات زیادی را فراهم آورد و به پرطرفدارترین رویداد آسمانی سال تبدیل شد. این رویداد بار دیگر در سال ۲۰۳۳ تکرار خواهد شد.

مطالعات فضاپیمای سپیده دم روی سرس

ماموریت فضاپیمای سپیده دم در مدار سیاره کوتوله سرس در سال ۲۰۱۵ تحت‌الشعاع پرواز نزدیک‌گذر افق‌های نو از کنار پلوتو قرار گرفت. با این‌همه کشف مناطق درخشانی روی این سیاره کوتوله شگفتی دانشمندان را برانگیخت تا حدی که ناسا نظرسنجی آنلاینی را آغاز کرد تا از مردم برای توضیح این لکه های درخشان کمک بخواهد.

پرتاب کاوشگر لیزا

آژانس فضایی اروپا با پرتاب کاوشگر لیزا(LISA) به فضا در ماه دسامبر ۲۰۱۵ تلاش خود برای مطالعه درباره امواج گرانشی آغاز کرد. این سیستم ردیاب ماموریت خود را تا سال ۲۰۱۶ آغاز نخواهد کرد. لیزا اولین قدم عملی فناوری برای ردیابی امواج گرانشی به شمار می‌رود که تلاش دارد با محاسبه نوسانات در ریزموج‌های فضا‌-زمان، که به واسطه برخورد سیاهچاله‌ها ایجاد می‌شوند،‌ به مطالعه آخرین پیش‌بینی آلبرت اینشتین،‌ یعنی امواج گرانشی بپردازد.

کشت کاهوی فضایی

فضانوردان ساکن ایستگاه فضایی بین‌المللی اولین انسان‌هایی هستند که طعم کاهویی که در فضا پرورش داده شده را چشیده‌اند. موفقیت در کشت دادن کاهو در فضا نشان می‌دهد انسان در آینده می‌تواند غذای خود را در فضا تامین کند، توانایی که برای مهاجرت احتمالی آینده انسان به سیاره‌ای دیگر بسیار حیاتی به شمار می‌رود.

منبع: theconversation.com

 زمان، پدیده ای نامرئی که بر جهان ما حمکرانی می کند و همه جا همچون سایه ای پیوسته همراه ماست. می توان حضورش را در ضربان قلب خود، در طلوع و غروب خورشید یا در لحظات انتظار برای سر رسیدن یک موعد خاص حس کرد. هر چند زمان کاملا با زندگی ما عجین شده اما شگفتا که هر وقت به تفکر درباره ی آن می نشینیم تنها چیزی که عایدمان می شود، انبوهی از سوالات بی پاسخ است، اینکه ماهیت زمان چیست؟ چرا به نظر می رسد که زمان جریان دارد؟ آیا می توان در بُعد زمان به آینده و گذشته سفر کرد؟ آیا می توان گذشت زمان را متوقف کرد؟ آیا زمان زاییده ذهن ماست یا در جهان بیرونی هم واقعا مفهومی به نام زمان وجود دارد؟ و ده ها سوال دیگر.

به گزارش بیگ بنگ، جالب اینجاست که امروز پس از گذشت قرن ها هنوز هم معمای زمان، حل نشده و همچنان برای فلاسفه، دانشمندان و فیزیکدانان درک آن چالش انگیز است، اما جالب تر آنکه برخی از دانشمندان مطمئن نیستند که اساسا زمان وجود دارد یا نه. ماجرای حذف پارامتر زمان از معادلات فیزیک به اواسط ۱۹۶۰ میلادی باز می گردد. در آن دوران جان ویلر، فیزیکدان برجسته ی آمریکایی- که یکی از آخرین همکاران اینشتین محسوب می شد – با همکاری فیزیکدانی بنام برایش دوویت تصمیم گرفتند معادلات نظریه کوانتومی را روی کل جهان اعمال کنند. احتمالا می دانید که بکارگیری نظریه ی کوانتومی برای تبیین مسائلی که در آنها با ابعاد بسیار کوچک- در حد ابعاد اتمی- سر و کار داریم، الزامی است اما شاید از خود بپرسید چه ربطی مابین معادلات کوانتومی و کیهان به این عظمت وجود دارد؟ در پاسخ باید گفت که از آنجایی که براساس مدل متعارف بیگ بنگ، کل جهان از نقطه ای با چگالی انرژی فوق العاده بالا متولد شده و شروع به انبساط کرده است، بنابراین در نخستین لحظات پس از تولد آن، به کارگیری معادلات نظریه ی کوانتومی الزامی است.

بر این اساس؛ ویلر و دوویت تلاش برای اعمال نظریه ی کوانتومی را بر کل جهان آغاز کردند. با توجه به آنکه در فیزیک کوانتومی، رفتار سیستم مورد مطالعه با یک تابع ریاضی بنام « تابع موج سیستم» مشخص می شود، بنابراین ویلر و دوویت در جست و جوی معادله ای بودند که بتواند تابع موج کوانتومی کل جهان را توصیف کند. این دو فیزیکدان سرانجام در تابستان سال ۱۹۶۷ موفق شدند معادله ی مورد نظر خود را بیابند. اما در این معادله که « معادله اساسی کیهان شناسی کوانتومی » محسوب می شد و بعدها به معادله ی ویلر- دوویت شهرت یافت، یک نکته عجیب و راز آمیز وجود داشت: در این معادله پارامتر زمان بطور خود به خود کلا از معادله حذف شده بود و این به آن معنا بود که از نگاه نظریه ی کوانتومی در کل کیهان، اساسا زمان وجود ندارد! اگر به راستی مفهوم زمان در کل جهان وجود ندارد، پس چه عاملی است که سبب می شود ما ظاهرا تصور کنیم زمان در حال گذر است؟

جولیان باربور، فیزیکدان و فیلسوف دانشگاه آکسفورد انگلستان در کتاب خود با عنوان « پایان زمان» که در سال ۱۹۹۹ میلادی منتشر شد، پاسخ جالبی را برای این معما مطرح کرده است. بنابر نظر باربور، کل جهان را می توان به فریم های یک فیلم سینمایی تشبیه کرد. همان طور که در تک تک فریم های یک فیلم چیزی بنام زمان وجود ندارد در کل کیهان هم مفهومی به نام زمان وجود ندارد و جهان همواره همانند فریم های یک فیلم سینمایی کیهانی صرفا در «لحظه حال» حضور دارد. به عبارتی تغییرات و تحولات جهان را به جای مفهوم زمان می توان صرفا با مجموعه یا شبکه ای از لحظات حال کیهانی توصیف کرد.

فرمول بندی فیزیک بدون زمان

اما اگر آن طور که فیزیکدانانی نظیر جولیان باربور براساس معادله ویلر- دوویت به این نتیجه رسیده اند که واقعا مفهومی بنام زمان در کل کیهان وجود ندارد، پس باید راهی را برای فرمول بندی فیزیک کوانتومی بدون استفاده از پارامتر زمان پیدا کرد. این دقیقا همان کاری است که کارلو روولی(Carlo Rovelli)، فیزیکدان دانشگاه مارسی فرانسه انجام داد. حدود ۱۰ سال پیش ، روولی و همکارانش روشی را بسط دادند که به کمک آن می توان رویدادهای کوانتومی متوالی را در قالب یک رویداد واحد و بدون نیاز به استفاده از پارامتر زمان تبیین کرد. در واقع در این رهیافت جدید، مساله چگونگی همبستگی میان تمامی حالات محتمل آن کمیت تبدیل می شود. روولی برای فهم بهتر این تبدیل، مثالی می زند. او می گوید:« اگر بگویم در سفر زمینی خود از بوستون به لس آنجلس ، ابتدا از شیگاگو و سپس از شهر دنور گذشتیم در واقع از نحوه ی توالی زمانی رویدادها برای توضیح دادن نحوه ی سفرم به شما استفاده کرده ام. اما اگر بجای این کار ، مسیر سفرم را از بوستون به لس آنجلس روی نقشه به شما نشان دهم، در واقع اطلاعات مربوط به نحوه ی توالی زمانی اندازه گیری ها را با نحوه ی همبستگی میان مشاهده پذیرها جایگزین کرده ام.»

کارلو روولی – فیزیکدان ایتالیایی

با توجه به آنکه به کمک این رهیافت روولی، می توان احتمالات مکانیک کوانتومی را با همان دقت رهیافت متعارف قبلی محاسبه کرد، بنابراین همان طور که روولی می گوید، ممکن است بتوان دینامیک جهان را به جای تحولات زمانی صرفا با شبکه ای از همبستگی ها توصیف کرد. دین ریکلز، پژوهشگر فلسفه فیزیک در دانشگاه سیدنی می گوید:« رهیافت روولی، دیدگاه بی زمانی جهان را با دیدگاه حاکم در فیزیک متعارف هم راستا می کند.» به این ترتیب و براساس رهیافت روولی، اگرچه ما در ظاهر گذشت زمان را احساس می کنیم، اما این احساس در واقع صرفا یک توهم است و همانطور که جولیان باربور هم توضیح داده بود، حقیقت ماجرا به گونه ای دیگر است. طی تقریبا یک دهه ی گذشته، روولی به همراه آلن کان، ریاضیدان مشهور فرانسوی در تلاش هستند تا بطور دقیق تر بفهمند چگونه یک حقیقت بی زمان می تواند پندار گذشت زمان را برای ما به وجود آورد. براساس ایده ی آنها که فرضیه « زمان گرمایی» نام گرفته است. زمان نتیجه ی رفتار آماری جهان است؛ دقیقا همان طور که دما نتیجه ی رفتار آماری توده ی عظیمی از مولکول هاست.

کارلو روولی: « حقیقت جهان، فاقد گذشت زمان است، اما شناخت ناکامل ما از این حقیقت است که مفهوم زمان را شکل می دهد. بنابراین زمان از جهل ما شکل می گیرد. »

برای فهم بهتر این مطلب، توده ای از گاز را در محفظه ای بسته در نظر بگیرید. برای توصیف رفتار این گاز، دو راه مختلف وجود دارد. یک راه این است که تمامی اطلاعات مربوط به مکان و تکانه تک تک مولکول های گاز را بطور مستمر زیر نظر داشته باشیم. در این رویکرد، مفهومی بنام دما اطلا وجود ندارد و به جای آن با تغییر مسمر چیدمان مولکول ها مواجه هستیم. اما از آنجایی که زیر نظر گرفتن تمامی این اطلاعات به لحاظ عملی غیر ممکن است، بنابراین بجای آن می توان از متوسط آماری رفتار مولکول ها برای توصیف رفتار « بزرگ مقیاس» (ماکروسکوپیک) کل گاز درون ظرف بهره گرفت. در این روش تمامی اطلاعات مربوط به تکانه ی همه ی مولکول های گاز را در قالب یک کمیت متوسط آماری بنام دما فشرده می کنیم. کان و روولی معتقدند که دقیقا همین موضوع در مورد کل جهان هم صدق می کند.

توهم زمان کیهانی

ایده روولی روی کاغذ، ایده ی بسیار جالبی به نظر می رسد، اما آیا مدرکی دال بر صحت آن نیز وجود دارد؟ برای یافتن پاسخ، روولی و کان، فرضیه خود را با مدل های ساده به محک آزمون گذاشته اند. برای این کار، آنها به سراغ تابش زمینه ی کیهانی رفته اند. این تابش که در تمامی پهنه ی کیهان حضور دارد، یادگاری باقی مانده از زمان بیگ بنگ است و در واقع نمونه ی خوبی از یک رفتار آماری را در خود دارد که با گرفت میانگین از ویژگی های آن می توان گفت که این تابش ، عملا تابشی یکنواخت با دمای اندکی کمتر از سه درجه کلوین است. این دانشمندان می خواستند ببینند چنانچه اطلاعاتی نظیر شعاع جهان قابل مشاهده را در این مدل آماری وارد کنند آیا می توان جریان ظاهری زمان را از آن استنتاج کرد یا خیر؟

نتیجه ای که آنها بدست آورند، توالی حالت هایی بود که انبساط کیهان را دقیقا همانطور که از معادلات متعارف کیهان شناسی استنتاج می شود، توصیف می کنند. به عبارت دیگر، این توالی حالت ها رفتاری دقیقا مطابق با رفتار حاصل از یک « زمان کیهانی» را از خود بروز می دهند. البته برای آنکه بتوان فرضیه ی زمان گرمایی را روی کل جهان اعمال کرد، لازم است ابتدا نظریه ی کوانتومی گرانش را در اختیار داشته باشیم؛ نظریه ای که به رغم تلاش گسترده فیزیکدانان هنوز حاصل نشده است. با این وجود، همین که یک مدل ساده از تابش پس زمینه ی کیهانی هم توانسته براساس فرضیه زمان گرمایی به نتایج واقعی بیانجامد، بسیار امید بخش است. روولی می گوید: « در نظریه ی گرانش کوانتومی، مفهوم زمان اساسا نقش می بازد. همین نکته هموازه یکی از مسائل اساسی مطرح در ارتباط با این نظریه بوده است، بعنوان یک نظریه ی واقعی پذیرفت. اکنون ما مدل ساده خود را براساس فرضیه زمان گرمایی عملا نشان داده ایم که در حین اینکه مفهوم زمان در آن جایی ندارد، اما در عین حال می تواند رفتار جهانی شبیه جهان ما را بخوبی توصیف کند.»

تابلوی نقاشی “تداوم حافظه” اثر سالوادور دالی

واقعا شگفت انگیز است. شاید در عمیق ترین سطوح واقعیت، زمان همانند تابلوی نقاشی مشهور “تداوم حافظه” سالوادور دالی، ذوب شده و محو شود. شاید همان طور که روولی و برخی فیزیکدان های دیگر می گویند، زمان صرفا نتیجه ی نوع نگاه ما به جهان باشد. شاید زمان، نه بخشی از حقیقت جهان بلکه ناشی از آگاهی ناکامل ما از حقیقت جهان باشد. بنابراین اگر قرن ها اندیشیدن به زمان، معمای آن را همچنان لاینحل باقی گذاشته است، جای تعجب نیست، چرا که شاید اگر حقیقت را می دانستیم، دیگر اصلا زمانی وجود نداشت.

با تشکر از: شهاب شعری مقدم

منابع 

:

[۱] Quantum Gravity- Carlo Rovelli

[۲] discovermagazine

[۳] scientificamerican

[۴] Carlo Rovelli

  گروهی بین‌المللی از پژوهشگران موفق به اندازه‌گیریِ بی‌نظمی یا آنتروپی در یک سیستم کوچک‌مقیاسِ کوانتومی شده‌اند. به اعتقاد این تیم٬ این کار برجسته «جهت زمان» را روشن خواهد ساخت: مشاهده‌ای که بر اساس آن٬ زمان همیشه به سمت آینده پیش می‌رود. در این آزمایش با استفاده از یک میدان مغناطیسیِ نوسان‌کننده٬ تلنگرهایی مداوم به اسپین اتم‌های کربن وارد می‌شود و ظهور جهت زمان به افت‌ و خیزهای کوانتومیِ مابین یک حالت اسپین اتمی و حالت دیگر مرتبط می شود.

به گزارش بیگ بنگ به نقل از انجمن فیزیک ایران، روبرتو سِرا (Roberto Serra) از اعضای این گروه فیزیکدانی است که به طور ویژه بر روی اطلاعات کوانتومی در دانشگاه فدرال ABC در سانته آندرای برزیل کار می‌کند. وی توضیح می‌دهد که: «به همین دلیل است که ما دیروز را به یاد می‌آوریم و نه فردا را». به بیان او٬ در سطحی بنیادی‌تر٬ افت‌ و خیزهای کوانتومی در نامتقارنیِ زمان دخالت دارند.

تحریک ساختن

در دنیای روزمره پیکان زمان اغلب بدیهی فرض می‌شود. برای مثال شکستن یک تخم‌مرغ را مشاهده می‌کنیم اما هرگز این را نمی‌بینیم که زرده‌ی تخم‌مرغ٬ و اجزای سفید و پوسته‌ی آن دوباره به هم پیوسته و تخم‌مرغ را تشکیل دهند. بدیهی به نظر می‌رسد که قوانین طبیعت نبایستی بازگشت‌پذیر باشند اما تابحال راجع به فیزیکِ این مطلب چیزی برای گفتن وجود نداشته است. معادلات دینامیکیِ شکستن تخم‌مرغ به همان اندازه به خوبی به سمت جلو می‌روند که به سمت عقب باز می‌گردند.

با این حال آنتروپی٬ پنجره‌ای به سوی پیکان زمان باز کرده است. بسیاری از تخم‌مرغ‌ها شبیه هم‌اند اما یک تخم‌مرغ شکسته می‌تواند هر شکلی را اتخاد کند: می‌تواند به شکل مرتب و منظمی ترک‌خورده‌ بخورد٬ درهم‌برهم باشد٬ روی پیاده‌رو چلپ چلوپ کند و غیره. یک تخم‌مرغ شکسته حالتی نامنظم است (یعنی حالتِ آنتروپیِ بزرگ‌تر) و چون حالت‌های نامنظم بیشتری نسبت به حالت‌های منظم وجود دارد٬ احتمال این بیشتر است که یک سیستم به سمت‌ و سوی بی‌نظمیِ بیشتر پیش‌رود تا به سمت نظم.

این استدلال احتمالی در قانون دوم ترمودینامیک نهفته شده و بیان می‌کند که آنتروپی یک سیستم بسته همیشه در طول زمان افزایش می‌یابد. بر اساس این قانون٬ زمان به شکل ناگهانی نمی‌تواند عقب‌گرد کند زیرا لازمه این کار آن است که آنتروپی کاهش یابد. این بحث متقاعدکننده‌ای برای یک سیستم پیچیده است که از ذرات اندرکنش‌کننده‌ی بسیار زیاد تشکیل شده است (مثل یک تخم‌مرغ) اما در مورد یک سیستم متشکل از یک ذره چه می‌توان گفت؟

قلمرو تاریک

سرا و همکارانش در این قلمروی تیرو و تار به کاوش پرداخته‌اند. آنها در هنگردی از اتم‌های کربن ۱۳ که در یک نمونه‌ی کلروفرم مایع قرار گرفته‌ آنتروپی را اندازه گرفته‌اند. اگرچه این نمونه تقریباً از یک تریلیون مولکول کلروفرم تشکیل شده اما طبیعت کوانتومیِ غیر برهم‌کنشی این مولکول‌ها به این معنی است که این آزمایش معادل با انجام آزمایشی یکسان بر روی تک‌اتم کربن (یک تریلیون بار) است.

سرا و همکارانش میدان مغناطیسیِ خارجی نوسان‌کننده‌ای را به این نمونه اعمال کرده‌اند. این میدان به شکل مداوم تلنگرهایی را به حالت اسپینیِ اتم کربن وارد سخته و آن را بالا و پائین می‌کند. آن‌ها شدت نوسانات میدان را با افزایش فرکانس تلنگرهای اسپینی بالا برده‌ و سپس دوباره به عقب باز می‌گردانند.

طرحی که اسپین یک اتم کربن را (پیکانی بر روی کره که با حرف C نمایش داده شده) در درون مولکول‌های کلروفرم ( که شامل اتم‌های کلرین (Cl) و هیدروژن (H)) هست را نشان می‌دهد.

حال این سیستم برگشت‌پذیر شده و توزیع حالات اسپینیِ کربن در انتها با آن‌چه در شروع فرآیند بوده یکسان می‌شود. با این حال سرا و همکارانش با بهره‌گیری از تشدید مغناطیسیِ هسته‌ای و توموگرافی حالت کوانتومی٬ افزایشی را در بی‌نظمیِ اسپین‌های نهایی اندازه گرفته‌اند. به دلیل طبیعت کوانتومیِ سیستم٬ این پدیده معادل است با افزایش آنتروپی در یک تک‌اتم کربن.

بر اساس آنچه پژوهش‌گران بیان کرده‌اند٬ آنتروپیِ تک‌اتم (در نتیجه‌ی سرعتی که با آن به اسپین آنها تلنگر زده می‌شود) افزایش می‌یابد. چون اتم‌ها قادر نیستند با شدت میدان نوسانی اعمالی هماهنگ شوند٬ به شکل اتفاقی افت‌وخیز می‌کنند؛ شبیه یک رقاص بی‌تجربه که برای هماهنگی با آهنگ پخش شده حرکاتی را انجام می‌دهد. به گفته‌ی سرا: «رقص با یک ریتم آرام راحت‌تر از رقص با ریتم سریع است.»

سوالات بسیاری که بی‌پاسخ مانده‌اند

مارک ریزین (Mark Raizen) پژوهشگر تجربی کاری از دانشگاه تگزاس در آستین ایالات متحده که به مطالعه‌ی برگشت‌ناپذیری در سیستم‌های کوانتومی نیز پرداخته است. به نظر وی این گروه موفق شده‌اند تا وجود جهت زمانی را در یک سیستم کوانتومی مشاهده کنند. اما ریزین بیان می‌دارد که این گروه «آغاز» جهت زمانی را مشاهده نکرده‌اند. وی می‌افزاید: «این مطالعه کتاب درک ما از جهت زمانی را نمی‌بندد و هنوز سوالات بسیاری بی‌پاسخ مانده است».

یکی از آن پرسش‌ها این است که آیا جهت زمانی به درهم‌تنیدگیِ کوانتومی مربوط است یا نه. درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای است که در آن دو ذره هم‌بستگی‌های آنی با هم‌دیگر از خود نشان می‌دهند٬ حتی زمانی که در فواصل زیادی از هم قرار دارند. این ایده ۳۰ سال قدمت دارد و اخیراً از تجدید حیاتی در میان عموم برخوردار شده است. با این وجود این ارتباط با افزایش آنتروپی کمتر مرتبط است و بیشتر با پاشندگیِ غیرقابل توقفِ اطلاعات کوانتومی سروکار دارد.

سِرا معتقد است که با بهره‌برداری از درهم‌تنیدگیِ کوانتومی ممکن است بتوان حتی جهت زمانی را در یک سیستم کوچک‌مقیاس معکوس کرد. وی می‌گوید: «ما بر روی این موضوع کار می‌کنیم. در نسل بعدیِ آزمایش‌ها که بر روی ترودینامیکِ کوانتومی خواهد بود چنان جنبه‌هایی را کاوش خواهیم کرد.» جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر شده است.

منبع: physicsworld.com

 کاوشگر چین در ماه  قمر زمین، نوع جدیدی سنگ آتشفشانی کشف کرده است که نشان می دهد مواد مذاب قدیمی در داخل ماه همگن و یکدست شده نیستند.

تصویری از کاوشگر یوتو که از سال ۲۰۱۳ به کاوش در ماه می پردازد.

دانشمندان چینی می گویند کاوشگر کوچک یوتو این سنگ را در بخشی از ماموریت بدون سرنشین چانگ ۳ در ماه کشف کرده است. یوتو(به معنی خرگوش یشمی) که سال ۲۰۱۳ در ماه مستقر شد، این ترکیب مواد معدنی را که پیش از این هرگز مشاهده نشده بود در یک جریان قدیمی از مواد مذاب در ساختار موسوم به حوضه ایمبریوم ( Mare Imbrium) کشف کرده است. حوضه ایمبریوم زمانی ایجاد می شود که مواد مذاب یک گودال قدیمی را در ماه پر می کنند.

اگرچه اطلاعات جمع‌آوری شده توسط مدارگرد‌های دیگر اطلاعاتی درباره انواع مختلف سنگ‌های آتشفشانی که سطح ماه را پوشانده‌اند در اختیار دانشمندان قرار داده‌اند، اما این نخستین باری است که از دهه ۱۹۷۰ تاکنون امکان نمونه‌برداری مستقیم از این سنگ‌ها فراهم آمده‌ است. محققان براساس اطلاعاتی که از آزمایش‌ توسط تجهیزات کاوشگر یوتو روی نمونه سنگ به ثبت رسیده‌ است براین باورند سنگ کشف شده از منطقه‌ای نسبتا جدید‌تر از ماه که ۲٫۹۶ میلیارد سال پیش تشکیل شده به دست آمده‌ است. باتوجه به قدمت ۴٫۵ میلیارد سالی ماه، و آتشفشانی که ۵۰۰ میلیون سال پس از تولد ماه به واسطه گرمای درونی ناشی از فرسایش رادیواکتیو روی این جرم ایجاد شدند،‌ کشف جدید می‌تواند به درک بهتر فعالیت‌های جوانترین آتشفشان‌های ماه که مدت‌هاست خاموش شده‌اند، به دانشمندان کمک کند.

به گفته محققان دانشگاه واشنگتن،‌ کشف جدید نشان می‌دهد در گوشته ماه نسبت به گوشته زمین یکنواختی کمتری وجود دارد و با نسبت دادن ساختار شیمیایی با سن ماه،‌ می‌توان روند تغییر آتشفشان‌ها در ماه را مشاهده کرد. محققان با استفاده از تجهیزاتی مانند طیف‌نگار پرتو ایکس ذرات آلفا و تصویربردار ابرطیفی فروسرخ که روی کاوشگر یوتو نصب شده‌اند توانستند ترکیبات شیمیایی درون این سنگ را، تیتانیوم و آهن، با دقتی بالا تشخیص دهند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.

منابع: sciencealert.com , theguardian.com