سبب إضاءة النجوم في السماء
لطالما أثارت النجوم اهتمام الإنسان منذ أقدم العصور، إذ رُصِدت وتُبِعت حركتها، ونُسجت حولها الأساطير، ورُبطت بها الديانات، كما اُستُخدمت في التوقيت والملاحة. لكن ما يظل أكثر إثارة هو ذلك الوميض الذي ينبعث من تلك النقاط البعيدة في السماء، والذي يطرح سؤالًا جوهريًا: ما سبب إضاءة النجوم في السماء؟ يعود هذا التساؤل إلى صلب الفيزياء الفلكية، ويتعلق بتركيب النجوم وآلية إنتاجها للطاقة، مرورًا بدور التفاعلات النووية، ووصولًا إلى العلاقة بين الضوء والطيف الكهرومغناطيسي، وتأثير المسافات الكونية والظروف الجوية على رؤيتنا لها.
التكوين البنيوي للنجوم
النجوم ليست مجرد نقاط ضوء في السماء، بل هي كرات عملاقة من البلازما الساخنة، تتكون في معظمها من الهيدروجين والهيليوم. تتشكل النجوم في السدم الكونية، وهي سحب كثيفة من الغاز والغبار الكوني، بفعل الجاذبية التي تدفع المواد إلى التراكم والتكاثف في مركز السديم، ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة والضغط حتى يبدأ النجم في التكوين.
عندما تصل درجة الحرارة في مركز السحابة المتشكلة إلى نحو 10 ملايين درجة كلفن، تبدأ التفاعلات النووية الحرارية، وهي العملية الفيزيائية الأساسية التي تقف وراء إضاءة النجوم.
التفاعلات النووية الحرارية: المصدر الحقيقي للإضاءة
تعتمد النجوم على نوع من التفاعل النووي يُعرف باسم الاندماج النووي (Nuclear Fusion). في هذه العملية، تندمج نوى ذرات الهيدروجين لتُشكل نوى الهيليوم، وينتج عن ذلك كمية هائلة من الطاقة على شكل أشعة كهرومغناطيسية وحرارة.
المعادلة الأساسية لاندماج أربع نوى هيدروجين لتكوين نواة هيليوم واحدة تبيّن أن هناك فقدًا في الكتلة، وهذا الفقد يتحول إلى طاقة طبقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة:
E = mc²
حيث أن E هي الطاقة الناتجة، m هي الكتلة المفقودة، وc هي سرعة الضوء في الفراغ.
ينتج عن هذه العملية كميات هائلة من الطاقة تتجه من مركز النجم نحو سطحه، ومن ثم تُشع إلى الفضاء في جميع الاتجاهات، وهذا ما يجعل النجم يضيء من منظورنا الأرضي.
العلاقة بين درجة حرارة السطح والإشعاع
سطح النجم أو ما يُعرف بـ “الفوتوسفير” هو المنطقة التي تنبعث منها أشعة الضوء التي نراها. وتُعد درجة حرارة هذا السطح عاملًا رئيسيًا في تحديد لون النجم وسطوعه. كلما ارتفعت درجة حرارة سطح النجم، كان لونه أقرب إلى الأزرق، وكلما انخفضت كان لونه أقرب إلى الأحمر.
الجدول الآتي يوضح العلاقة بين درجة حرارة النجم ولونه:
| درجة الحرارة (كلفن) | لون النجم | أمثلة على النجوم |
|---|---|---|
| > 30,000 | أزرق | النجم “Zeta Puppis” |
| 10,000 – 30,000 | أبيض مزرق | النجم “Sirius” |
| 7,500 – 10,000 | أبيض | النجم “Vega” |
| 6,000 – 7,500 | أصفر مائل للأبيض | الشمس |
| 5,000 – 6,000 | أصفر | النجم “Alpha Centauri A” |
| 3,500 – 5,000 | برتقالي | النجم “Arcturus” |
| < 3,500 | أحمر | النجم “Betelgeuse” (في حالة عملاق أحمر) |
يُعرف هذا التدرج في اللون باسم تصنيف النجوم الطيفي، وهو يُستخدم في علم الفلك لتحديد خصائص النجوم وتصنيفها.
الطيف الكهرومغناطيسي والضوء النجمي
الضوء الذي ينبعث من النجوم ليس مقتصرًا على الضوء المرئي فقط، بل يشمل مدى واسعًا من الطيف الكهرومغناطيسي مثل الأشعة فوق البنفسجية، الأشعة تحت الحمراء، الأشعة السينية، والموجات الراديوية.
يصلنا من النجم الضوء على هيئة فوتونات، وهي جسيمات دقيقة تحمل الطاقة. وتختلف الفوتونات من حيث طاقتها وطولها الموجي، ما يؤدي إلى تباين في شدة الضوء الذي نراه وألوانه. عندما يصل الضوء إلى الغلاف الجوي للأرض، فإن بعض هذه الفوتونات يُمتص أو يتشتت، مما يغيّر في لون ولمعان النجم كما يظهر من سطح الأرض.
لماذا تبدو النجوم وميضة؟
أحد الأسئلة التي تثير الفضول عند النظر إلى السماء هو: لماذا تبدو النجوم وكأنها “تتوهج” أو “توميء”؟ يعود هذا إلى ظاهرة تُعرف باسم الوميض النجمي أو الانكسار الجوي. فعندما يمر ضوء النجوم عبر الغلاف الجوي للأرض، يمر عبر طبقات مختلفة في درجة الحرارة والكثافة، ما يؤدي إلى انكساره بطرق مختلفة، وهو ما يُشبه ظاهرة السراب في الصحراء.
تُسبب هذه الانكسارات المتعددة تغييرًا بسيطًا وسريعًا في اتجاه الضوء الذي يصل إلى العين، ما يجعل النجم يبدو وكأنه يومض. لا يحدث هذا في الكواكب بنفس الشكل لأن الكواكب أقرب إلى الأرض وتبدو كأقراص صغيرة وليس نقاط ضوء كما في حالة النجوم، لذا فإن الضوء الصادر منها لا يتأثر كثيرًا بالاضطرابات الجوية.
النجوم والنظر من الفضاء
إذا ما ابتعدنا عن الغلاف الجوي ونظرنا إلى النجوم من الفضاء، فإنها لن تومض كما نراها من الأرض. في بيئة الفراغ الفضائي، حيث لا يوجد غلاف جوي يتسبب في انكسار الضوء، تبدو النجوم كنقاط مضيئة ثابتة ومستقرة، وهذه الحقيقة تم إثباتها عبر تلسكوبات الفضاء مثل هابل وجيمس ويب.
عمر النجوم ومدة إشعاعها
كل نجم يمر بدورة حياة محددة تبدأ من السديم وتنتهي إما بانفجار مستعر أعظم (Supernova)، أو بتحوله إلى قزم أبيض أو نجم نيوتروني أو ثقب أسود، وذلك حسب كتلته الابتدائية.
خلال مرحلة الحياة الرئيسية للنجم والتي تُعرف بـ السلسلة الرئيسية، يحافظ النجم على استقراره ويستمر في إصدار الضوء نتيجة استمرار التفاعلات النووية. عندما تنضب كمية الهيدروجين في مركز النجم، تبدأ مرحلة التغيرات، ويزداد سطوع النجم أو ينخفض تدريجيًا حتى تنتهي حياته.
النجوم كدلائل كونية
إضاءة النجوم لا تُسهم فقط في إنارة السماء ليلاً، بل تُعتبر أدوات علمية دقيقة تساعد علماء الفلك في فهم تكوين الكون، إذ يمكن من خلال دراسة الطيف الصادر عن النجوم معرفة مكوناتها الكيميائية، وبعدها عنا، وحركتها.
ومن خلال تحليل الانزياح الطيفي للضوء الصادر منها، يمكن قياس سرعة تحرك النجوم بعيدًا أو قريبًا من الأرض، وهي الطريقة التي مكّنت العلماء من تأكيد توسّع الكون بعد ملاحظات عالم الفلك إدوين هابل.
الخلاصة العلمية
إن السبب الحقيقي وراء إضاءة النجوم في السماء هو عملية الاندماج النووي التي تحدث في أعماقها، والتي تُحوّل الكتلة إلى طاقة هائلة تُشع في صورة ضوء وحرارة. ويتأثر الضوء النجمي بعدة عوامل في طريقه إلينا، بدءًا من درجة حرارة النجم، وانتهاءً بالغلاف الجوي للأرض الذي قد يعكس أو يشتت جزءًا منه. النجوم ليست مجرد زينة سماوية، بل هي محطات طاقة نووية كونية تلعب دورًا جوهريًا في اتزان الكون وفهم أبعاده وأصوله.
المصادر
-
Carroll, B. W., & Ostlie, D. A. (2007). An Introduction to Modern Astrophysics. Pearson.
-
NASA – Solar System Exploration: https://solarsystem.nasa.gov/
