هل تساءلت يومًا ” كيف يتحدد وزن الكون و الاجرام السماوية ” ، أو ما هي النظريات التي يستند عليها هذا القياس ؟ ، وما مدة صحته ؟
وزن الكون والاجرام السماوية
حتى يتمكن العلماء من معرفة وزن جسم ما في الفضاء ؛ فإنهم يحتاجون إلى تحديد ومعرفة الوقت الذي يستغرقه الجسم السماوي ، وخاصةً الكواكب للدوران في مداره ، وأيضًا معرفة المسافة التي تُوجد بين الجسم المراد تحديد وزنه ، وباقي لأجسام السماوية الأخرى ، ومدى هذا البعد .[1]فلا يُمكن للعلماء أن يضعوا الكواكب ، أو الأجرام السماوية الأخرى على الميزان لمعرفة وزن كل جسم منهم ؛ الأمر الذي أدى إلى تواجد طرق أخرى لدى العلماء لتقدير وزن الأجسام الفضائية ؛ ولهذا تطلب الأمر حساب نسبة صعوبة الكواكب ، أو الأجسام في جذب الأجسام الأخرى إليها ؛ حيث أنه كلما كان الجسم السماوي أثقل ، كلما تمكن من جذب الأجسام القريبة منه ، مثل الأقمار ، أو المركبات الفضائية التي تزور الفضاء ، وهذه القدرة على جذب الأجسام هي ما يُطلق عليها ” قوة سحب الجاذبية ” ، أو ” gravitational pull ” .
ماذا يوجد في الفضاء
الفضاء الخارجي هو نوع من أنواع امتداد الفراغ ، والذي يتواجد خارج الكرة الأرضية ، ويتواجد في المسافات البينية بين الأجسام الفضائية في الكون ، وهذا الفضاء ليس فارغًا كما نرى ، ولكنه يشمل الكثير من جزيئات الهيليوم ، وجزيئات الهيدروجين التي تتسم بكثافتها الصغيرة إلى حد ما ، كما يشمل الفضاء أيضًا الكثير من الإشعاعات الكهرومغناطيسية ، وأيضًا النيوترونات ، والأشعة الكونية المختلفة ، والغبار .درجة الحرارة الثابتة للفضاء تبلغ 270.45 درجة مئوية ، والفضاء هو الشيء الذي يشغل المساحة الأكبر من الكون بين جميع الأجسام السماوية ، والمجرات .البلازما التي تتواجد بين المجرات تُمثل حوالي نصف المواد الباريونية الموجودة في الكون ، تُفيد التقديرات بأن حوالي نسبة 90 في المئة من الكتلة الخاصة بأغلب المجرات في الكون تتكون من مادة مُبهمة يُطلق عليها اسم ” المادة المظلمة ” .[3]
جاذبية الكواكب في الفضاء وتحديد أوزانها
يُفيد قانون الجاذبية لإسحق نيوتن أن قوة الجذب الموجودة بين جسمين تتناسب مع مجموع كتلتيهما مقسومة على مربع المسافة الفاصلة بين مركزي الكتلتين .نصف قطر الأرض من القياسات التي تمكن العلماء من الوصول إليها ؛ لهذا يُمكن تطبيق قانون الجاذبية لحساب كتلة كوكب الأرض من حيث ” قوة الجاذبية ” على وزن جسم ما على سطح الأرض ؛ وذلك من خلال استخدام ” نصف قطر الأرض ” كمسافة .يجب أيضًا معرفة ثابت التناسب في قانون الجاذبية ” G ” ، وفي القرن الثامن عشر قد حدد ” هنري كافنديش ” قيمة هذا الثابت وقدره بقيمة 6.67 × 10-11نيوتن بين جسمين يبلغ وزن كل منهما 1 كيلو جرام ، وتكون المسافة بينهما 1 متر ، وذلك خلال تجربته الشهيرة التي تُعرف باسم ” وزن الأرض ” عن طريق قياس القوة الأفقية الموجودة بين المجالات المعدنية بشكل دقيق .[2]
حساب وزن الأجرام بالكتلة
وزن الأجسام يعتمد في الأساس على الكتلة الخاصة به ، وما يمتلكه من قوة جاذبيته ، وقوة الجاذبية تستند إلى مدى بعد الجسمين عن بعضهما البعض ؛ الأمر الذي يُفسر اختلاف وزن الجسم من كوكب لكوكب آخر ، في بعض الأوقات يكون الأسهل أن يتم مقارنة الكواكب بواسطة قياسات غير معقدة ؛ الأمر الذي يدفع العلماء لقياس كتلة الجسم ، ومقدار المادة الموجودة به ، كما أن مقدار الكتلة يكون ثابت مع اختلاف الموقع ، والجاذبية .[1]
حساب كتلة الشمس
يُمكن للعلماء حساب كتلة الشمس من خلال استخدام قانون الجاذبية بمعرفة كتلة الأرض ، ونصف قطرها ، وتحديد المسافة الموجودة بين الأرض ، والشمس .الجاذبية بين الأرض ، والشمس يُمكن حسابها من خلال ضرب ثابت G في كتلة الشمس ، في كتلة الأرض ، ثم قسمة الناتج على مقدار مُربع المسافة بين الأرض ، والشمس .يجب أن يكون مقدار الجذب متساويًا مع القوة المركزية التي تعمل على الحفاظ على بقاء الأرض في مدارها شبه الدائري حول الشمس .تُمثل القوة المركزية كتلة الأرض مضروبة في تربيع قيمة السرعة ، ثم يتم قسمتها على مقدار بعدها عن الشمس .وعن طريق حساب المسافة من الأرض إلى الشمس ؛ فإننا نتمكن من حساب سرعة دوران الكرة الأرضية حول الشمس ، ومن ثم نتمكن من حساب كتلة الشمس .وما إن يتم الحصول على قيمة كتلة الشمس ؛ فإنه يُمكننا تحديد كتلة كل كوكب على حدة ؛ وذلك عن طريق تحديد نصف قطر مدار كل كوكب ، وأيضًا تحديد الفترة الفلكية ، ثم يتم حساب القوة المركزية ، ثم مساواة كل من القوة المركزية ، والقوة التي يحتملها قانون الجاذبية ببعضهما البعض عن طريق استخدام كتلة الشمس .يُفيد قانون الجاذبية لنيوتن بأن جميع الأجزاء من المادة في الكون تجذب بعضها البعض من خلال قوة الجاذبية المناسبة لكتلتها .هذا القانون بالنسبة لجميع الأشياء الموجودة في حياتنا اليومية بمختلف أحجامها لها قوة صغيرة للغاية ؛ حيث لا يُمكن ملاحظتها ، بينما الأجسام التي نكون بحجم الكواكب ، والنجوم في الكون فيتناسب معها هذا القانون .يُمكننا أيضًا استخدام الجاذبية لمعرفة كتلة كوكب ما ، وهذه الطريقة تُعرف باسم ” قياس قوة الشد ” ، وتتمثل طريقة قياس قوة الشد على كائن آخر في تحديد الوقت المستغرق لدوران القمر ” الطبيعي ، أو الصناعي ” حول الكوكب الخاص به ؛ وبناءً على هذا نتمكن من تطبيق قوانين نيوتن لنحصل على كتلة الكوكب .[2]
حساب كتلة الكواكب
هناك أنواع من الكواكب التي تستطيع الأقمار الصناعية أن ترصدها ، ومن أبرز الأمثلة على ذلك هما كوكبا الزهرة ، وعطارد ؛ حيث أنهما لا يمتلكان أقمارًا صناعية ، وبالرغم من ذلك يُمارس كل منهما على الآخر ، وعلى سائر الكواكب الموجودة في النظام الشمسي قوى صغيرة للسحب ؛ الأمر الذي يتسبب في اتباع الكواكب لمسارات مختلفة عن المسارات التي من المفترض أن تتبعها دون وجود هذه القوى التي تُؤدي إلى اضطراب المسارات .
حساب كتلة الكويكبات
الكويكبات لها كتل صغيرة للغاية ؛ حتى أنها لا يُمكنها أن تدخل في مدار أي كوكب من الكواكب الأخرى في أغلب الأوقات ، وكانت جميع الكتل التي تم التعارف عليها للكويكبات هي مُجرد تقديرات نتيجة للافتراضات ، وترتيب المعادن بها .تتشابها الكويكبات مع الأقمار الطبيعية إلى درجة كبيرة ؛ فالمركبات الفضائية التي تُحلق في الفضاء اعتمادًا على الكويكب تجد انحناءً في مسارها بمقدار ما ، وهذا المقدار قد تحكمت فيه كتلة هذا الكويكب ، ويتم قياس مقدار الانحناء من خلال التتبع الدقيق ، وأيضًا من خلال قياس موجات ” راديو دوبلر ” من سطح الأرض .حديثًا تمكنت المركبة الفضائية ” NEAR ” من تحديد الكتلة الفعلية لكويكب لأول مرة ، وكانت كتلته خفيفة للغاية ، ولها ملمسًا زبديًا ؛ الأمر الذي حير الكثير من العلماء لتفسير هذه النتائج .[2]
