لماذا يوجد الكثير من الوحدات للمسافات الكونية؟

هناك فجوة بين الطريقة التي يصف بها العلماء عادة المسافات الفلكية، والوحدات التي تكون منطقية لغير علماء الفلك. الفضاء، كما أخبرنا دوغلاس آدامز بكل ثقة، كبير حقًا. وهذا يعني أننا بحاجة إلى وحدات كبيرة لوصفها. يمكنك قياس المسافة من الأرض إلى مجرة المرأة المسلسلة بالسنتيمتر إذا كنت تريد ذلك حقًا، لكن سينتهي بك الأمر بالكثير من الأصفار غير المجدية والمربكة في النهاية.

وحدات الفضاء الكوني التي يعرفها الجمهور أكثر هي السنوات الضوئية. وهذه، كما يوحي الاسم، هي المسافة التي يقطعها الضوء عبر الفراغ في الوقت الذي تستغرقه الأرض في الدوران حول الشمس. صحيح أن هذا الأمر يتجاوز نطاق قدرة معظم الناس على تصوره، ولكن الاسم مألوف على الأقل. علاوة على ذلك، فإن أقرب نجم إلينا، بخلاف الشمس، يبعد ما يزيد قليلاً عن أربع سنوات ضوئية، لذلك يعطي إحساسًا بالحجم عند الحديث عن النجوم الأبعد.

حصلت السنوات الضوئية كوحدة أيضًا على دفعة سهلة الفهم من كتاب مونتي بايثون “معنى الحياة”، حيث توصف المجرة بأنها موجودة؛ “مائة ألف سنة ضوئية جنبًا إلى جنب.” لم يكن هذا الرقم دقيقًا تمامًا في ذلك الوقت فحسب، بل لم يتغير كثيرًا من خلال الأبحاث اللاحقة، على الرغم من اكتشاف بعض النجوم البعيدة النادرة.

تخبرنا السنوات الضوئية أيضًا على الفور بشيء مثير للاهتمام، إن لم يكن مفيدًا دائمًا، وهو المدة التي استغرقها الضوء للوصول إلينا. وبالتالي، عندما نقول إن المستعر الأعظم الذي رأيناه للتو يقع على بعد 21 مليون سنة ضوئية، فإننا لا نحتاج إلى إعادة الحسابات لمعرفة أنه انفجر قبل 21 مليون سنة.

في الواقع، السنوات الضوئية هي وحدات مفيدة جدًا بحيث يكون من السهل أحيانًا استخدام مشتقاتها، وقياس المسافة بين النجوم بالأشهر الضوئية، أو المسافة إلى مركبة فوييجر الفضائية بالساعات الضوئية.

إنها الوحدة التي نستخدمها في IFLScience في أغلب الأحيان للقصص الفلكية. إذا قرأت الأوراق العلمية الأصلية التي نكتب عنها، فنادرا ما يتم ذكر السنوات الضوئية.

بدلاً من ذلك، فإن الوحدات الثلاث الأكثر مرجعية للمسافات الفلكية هي الوحدات الفلكية (AU)، والفرسخ الفلكي (pc)، والانزياح نحو الأحمر (z). بين الحين والآخر، سنستخدم نحن والمواقع العلمية الشهيرة الأخرى هذه أيضًا، وخاصة AU، لذلك من المفيد معرفة ما يعنيه كل منها.

ومع ذلك، قبل أن نبدأ، تجدر الإشارة إلى مدى استناد كل هذه العناصر إلى الأرض. لن تستخدم أي حضارة فضائية هذه الوحدات (باستثناء الانزياح الأحمر)، لأن كوكبها سيكون على مسافة مختلفة من نجمه وسيستغرق بعض الوقت الآخر لإكمال مداره. وبعبارة أخرى، فإن ظروفنا المحلية مطبوعة في الطريقة التي نقيس بها الكون. نادراً ما تكون رؤيتنا للكون موضوعية، فهي تتشكل حسب المكان الذي أتينا منه.

تُستخدم الوحدات الفلكية لقياس المسافات داخل النظام الشمسي، وأحيانًا داخل أنظمة نجمية أخرى. الوحدة الإفريقية تساوي متوسط المسافة بين الأرض والشمس: 150 مليون كيلومتر، أو 93 مليون ميل، أو 8.3 دقيقة ضوئية. وهذا له العديد من المزايا. قد لا يعرف معظمنا بالضبط مدى بعدنا عن الشمس، لكنها لا تزال أداة قياس مفيدة لتقييم ما إذا كان الجسم العابر يمثل تهديدًا، أو فهم سبب كون الكواكب الأخرى أكثر سخونة أو برودة. وفي الوقت نفسه، فإن السنوات الضوئية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن وصف هذه الأنواع من المسافات بشكل جيد، مثل محاولة استخدام الأميال لقياس عرض إصبعك.

البارسيك هي وحدة أقل بديهية بكثير. الفرسخ الفلكي هو المسافة التي يجب أن يكون عليها النجم لإظهار اختلاف المنظر بمقدار ثانية قوسية واحدة. وهذا يعني أنه يبدو أنه يتحرك بمقدار 3600 جزء من الدرجة ضد النجوم الأبعد، بينما تتحول الأرض بين طرفي نقيض من مدارها.

هذا ليس وصفًا سريعًا، وليس من الواضح أيضًا سبب كونها وحدة أفضل من السنة الضوئية. إن الفرسخ الفلكي الواحد يساوي 3.26 سنة ضوئية، لذلك لا يبدو أنه أكبر أو أصغر بما يكفي ليكون طريقة أفضل بكثير لوصف مسافات معينة. والواقع أن فهم الفلك الفلكي ضعيف للغاية حتى أن فيلم حرب النجوم الأصلي بدا وكأنه يستخدمه كمقياس للوقت، وليس المسافة ــ على الرغم من اختراع تفسير ذكي للغاية منذ ذلك الحين لحفظ ماء الوجه.

على الرغم من ذلك، تشير معظم الأوراق البحثية إلى النجوم القريبة بالفلك الفلكي، والمسافات داخل المجرة بالكيلو فرسخ فلكي، والمسافات بين المجرات القريبة بالميجا فرسخ فلكي. التحويل إلى سنة ضوئية يتضمن فقط القسمة على 3.26.

يبدو أن السبب الذي يجعل علماء الفلك يفضلون الفلك الفلكي هو خارج عن قوة العادة أكثر من أي ميزة على مدى السنوات الضوئية. قد يجادل البعض بسخرية بأن هذا الأمر من بقايا الأيام التي كان فيها استخدام المصطلحات التي تستبعد غير المتخصصين أمرًا مرغوبًا فيه، وليس عائقًا أمام التقدير العام للعلم.

أسباب استخدام الانزياح الأحمر أكثر وضوحًا، لكنها لا تزال الوحدة الأكثر إرباكًا على الإطلاق.

الانزياح نحو الأحمر هو نتاج توسع الكون. مع نمو الكون، تتحرك المجرات بعيدًا عن بعضها البعض، مما يؤدي إلى تحول الضوء الصادر عنها إلى أطوال موجية أطول. بالنسبة للمجرات القريبة، يكون هذا التحول صغيرًا ويمكن أن تطغى عليه عوامل محلية، بحيث تتحرك بعض المجرات نحونا (أو بشكل أكثر دقة، نحونا).

ومع ذلك، على مسافات أكبر، كلما كانت المجرة أبعد، كلما زاد طول الموجة أو انزياحها نحو الأحمر. العلاقة بين الانزياح نحو الأحمر والمسافة ليست معروفة تمامًا، اعتمادًا على مقياس غير مؤكد يعرف باسم ثابت هابل. نظرًا لأنه في معظم الحالات هو الانزياح الأحمر الذي يمكننا قياسه، فمن المنطقي وصف المجرة بهذه الطريقة، بدلاً من بعدها بالسنوات الضوئية أو الفرسخ الفلكي. أي ترجمة ستكون ناقصة.

والأمر الأكثر إرباكًا هو أن تحويل الانزياح الأحمر إلى سنوات ضوئية ليس بالأمر السهل. يعتمد الأمر على مجموعة متنوعة من الافتراضات حول الكون، والتي لم يتم الاتفاق عليها عالميًا. توجد آلات حاسبة مختلفة على الإنترنت، ولا تنتج دائمًا نفس الإجابات، لأنها ترى هذه الإجابات بشكل مختلف.

ونتيجة لذلك، عندما تتحدث المقالات العلمية الشائعة عن المسافات بين المجرات والكون المبكر، هناك عدة طبقات من عدم اليقين فيما يتعلق بالأرقام.

المصدر