عمر الكون
اذا كانت سرعة تمدد الكون في الوقت الحاضر معروفة ، يمكن تقدير عمر الكون بتحديد الزمن الذي يحتاجه الوقت للوصول إلى حجمه الحالي . و سيحدد ذلك في الواقع حداً أعلى للوقت المطلوب ، نظراً الى أن التمدد الحالي قد بطؤ بفعل التجاذب التثاقلي المتبادل بين المجرات . أعطت الحسابات الأولى لعمر الكون ملياري سنة فقط . و هذا العمر أقل بكثير من عمر الأرض الذي حُدد بـ5 مليارات سنة ، و استُنتج من وفرة نظائر مشعة معينة و منتجات تضاؤلها في الصخور . و قد أدت التصحيحات اللاحقة في مقياس المسافة إلى إزالة هذا التناقض . و قد اكتشف الفلكيون ، مثلاً ، أن هناك نوعين من المتغيرات القيفاوسية ، يتميز كل منهما بسطوع ذاتي مختلف . و أدى هذا اللبس بهابل إلى التقليل في تقدير بعد مجرة المرأة المسلسَلة . و تتراوح حالياً التقديرات حول عمر الكون بين 7 و 20 مليار سنة ، و هي بالتالي لا تتعارض مع عمر الأرض . و لكن يبدو أن تقديرات الدنيا تتعارض مع عمر أقدم النجوم ، التي يُعتقد أن عمرها يصل إلى 16 مليار سنة تقريباً .
نظرية حالة الإستقرار
في العام 1948 ، قدم الفلكيون البريطانيون هرمان بوندي و توماس جولد و السير فريد هويل نموذجاً مختلفاً تماماً للكون يُعرف بنظرية حالة الإستقرار . وجد هؤلاء العلماء أن فكرة نشوء الكون على نحو مفاجئ غير مرضية فلسفياً . و قد استنتجوا نموذجهم من توسيع لـ(( المبدأ الكوزمولوجي )) الذي استُعمل في نظريات سابقة ، مثل نموذج فريدمان . و تنص هذه النظرية على أن الكون يبدو هو نفسه من أي موقع كان ، و لكن ليس بالضرورة في جميع الأزمنة . و تقدم الفلكيون الثلاثة بالفكرة القائلة بأن الانخفاض في كثافة الكون الناتج عن تمدده موازن تماماً بالخلق المتواصل للمادة التي تتكثف على شكل مجرات جديدة تأخذ مكان المجرات التي ابتعدت عن درب التبانة او اللبانة كما يحلو للبعض تسميتها ، ما يبقي إلى الأبد المظهر الحالي للكون . و يرفض معظم الكوزمولوجيين اليوم نظرية حالة الإستقرار ، لا سيما بعد اكتشاف إشعاع كوني خلفي في العام 1975 ، و هو أمر يتضارب تماماً مع هذه النظرية .
و شكل أيضاً اكتشاف النجوم الزائفة (1)Quasars بينة متضاربة مع نظرية حالة الإستقرار . و النجوم الزائفة أنظمة خارج المجرة صغيرة جداً ، و لكن شديدة السطوع ، لا توجد إلا على مسافات كبيرة جداً ، و قد لزم الضوء المنبعث منها مليارات السنين للوصول إلى الأرض . لذلك ، فإن النجوم الزائفة هي أجرام من الماضي البعيد ، ما يشير الى أن بنية الكون ، منذ بضعة مليارات سنة ، كانت مختلفة جداً عما هي عليه اليوم .
نظرية الإنفجار الكبير
في العام 1948 ، عدَل الفيزيائي الروسي الأمريكي جورج جاموف نظرية الذرة البدائية التي جاء بها لوميتر إلى نظرية الإنفجار الكبير Big Bang حول نشأة الكون . و قال جاموف إن الكون نشأ في انفجار هائل و إن العناصر المختلفة التي نراها اليوم قد أُنتجت في الدقائق القليلة الأولى التي تلت الإنفجار الكبير ، عندما سمحت درجات الحرارة البالغة الإرتفاع و الكثافة الفائة بالتحام الجسيمات الدُوذرية لتشكيل العناصر الكيميائية المعروفة . و تشير الحسابات الحديثة الى ان الهيدروجين و الهيليوم هما على الأرجح المنتجان الأوليان الناشئان عن الإنفجار الكبير ، و قد تشكلت العناصر الأثقل وزناً في وقت لاحق داخل النجوم . قدمت هذه النظرية اساساً لفهم المراحل الأولى من نشأة الكون و تطره اللاحق . و تؤدي الكثافة البالغة الإرتفاع في الذرة البدائية إلى تمدد الكون بسرعة . و مع تمدد الكون ، يبترد الهيدروجين و الهيليوم ، و يتكثفان لتشكيل نجوم و مجرات . و يفسر هذا التمدد الكون و الأساس الفيزيائي لقانون هابل .
وفقاً لنظرية جاموف ، يستمر الإشعاع المتخلف عن الإنفجار الكبير بالإبتراد مع تمدد الكون . و يجب أن تبلغ درجة حرارته اليوم نحو 3 كلفن ( نحو 270 درجة مئوية تحت الصفر ) . إكتُشف هذا الإشعاع المتبقي بواسطة التلسكوب اللاسلكي في العام 1965 ، و قدم بذلك ما يعتبره معظم الفلكيين اثباتاً لنظرية الانفجار الكبير .
تطور الكون
تتمثل احدى المشكلات غير المحلولة في نموذج الكون المتمدد في ما إذا كان الكون مفتوحاً ( أي إنه سيتمدد إلى الأبد ) أو مغلقاً ( أي إنه سيتقبض من جديد ) .
و تقوم إحدى الطرق لحل هذه المشكلة على تحديد ما إذا كان متوسط كثافة المادة في الكون أكبر من القيمة الحرجة في نموذج فريدمان . و يمكن قياس كتلة المجرة برصد حركة نجومها . إذا كانت الكثافة الكتلية للكون تُقدر بضرب كتلة كل مجرة بعدد المجرات ، نجد أن كثافة المادة لا تشكل سوى 5 إلى 10% من القيمة الحرجة. و يمكن تحديد كتلة مجموعة من المجرات بطريقة مشابهة عبر قياس حركة المجرات ضمن المجموعة . إن ضرب هذه الكتلة بعدد مجموعات المجرات يعطي متوسط كثافة أكثر ارتفاعاً يقترب من الحد الحرج الذي يشير إلى أن الكون مغلق . و يشير التضارب بين هاتين الطريقتين إلى وجود كمية كبيرة من المادة غير المرئية داخل المجموعة ، و لكن خارج المجرات المرئية ، و هي ما تُعرف بالمادة الداكنة . سوف تبقى هذه الطريقة في تحديد مصير الكون غير حاسمة حتى يتوصل الفلكيون إلى فهم ظاهرة الكتلة الناقصة .
نظراً إلى أن الضوء المنبعث من معظم المجرات البعيدة قد سافر لمليارات السنين ، يمكن رصد الكون في الشكل الذي كان عليه في الماضي السحيق . و باستعمال كاشفات جديدة عالية الحساسية عاملة بالأشعة تحت الحمراء ، تُعرف بالصفوف أو المجموعات الكبيرة الحجم ، تمكن الفلكيون في مرصد (( ماونا كيا )) من تسجيل مئات من أكثر المجرات المرصودة بهتاً ، و التي تجمع معظمها على بعد 6 مليارات سنة ضوئية. و نلاحظ شذوذاً في هذه الصورة للكون التي ترقى الى 6 مليارات سنة خلت ، يتمثل في طغيان نوع واحد من المجرات بدلاً من وجود خليط من أنواع المجرات المختلفة ؛ و يتمثل هذا النوع في فئة من المجرات الصغيرة المتراصة التي تحتوي على عدد قليل جداً من النجوم مقارنة بدرب التبانة او اللبانة أو غيرها من المجرات المماثلة . و بالتالي ، قد تكون المجرات اللولبية و الإهليجية الحديثة التكوين ، التي نرصدها اليوم ، قد تشكلت من اندماج شظايا مجرية منخفضة الكتلة في مرحلة متاخرة نسبياً من تاريخ الكون ، و بعد وقت طويل من الانفجار الكبير ، و تمثل مرحلة واحدة من سلسلة من المراحل في تطور الكون .
يتركز القسم الأكبر من العمل ، الذي يجري حالياً في الكوزمولوجيا النظرية ، على الوصول إلى فهم أفضل للعمليات التي شكلت على الأرجح الإنفجار الكبير . و تحل نظرية الانتفاخ ، التي ظهرت في الثمانينات ، مشكلات كبيرة في الصيغة الأصلية لنظرية جاموف عن طريق دمج المنجزات الحديثة في الفيزياء الجسيمية . و أدت هذه النظريات أيضاً إلى افتراضات جريئة مثل إمكانية تشكل عدد لا متناهٍ من الأكوان وفقاً للنموذج الإنتفاخي . غير أن الكوزمولوجيين المؤيدين للاتجاه السائد في هذا الحقل ينكبون على تحديد مكان المادة الداكنة ، فيما تتبع أقلية خط الفيزيائي السويدي هانس أولوف جوستا الففين الحائز على جائزة نوبل و الفكرة القائلة بأن ظاهرة البلازما ( الغاز المؤين ) - و ليس فقط الجاذبية - تحمل مفتاح فهم بنية و تطور الكون .
مجرة درب التبانة او اللبانة
درب التبانة هي تجمع النجوم الاسطواني الشكل و الهائل الحجم ، اي المجرة ، الذي يضم الشمس و النظام الشمسي . استمد اسم المجرة من كونها تظهر في هيئة شريط باهت اللمعان يمتد في سماء ليل الأرض . هذا الشريط هو الاسطوانة التي يقع فيها النظام الشمسي . و يأتي مظهرها الضبابي من مجموع الضوء الذي تطلقه النجوم البعيدة التي تتعذر رؤيتها على نحو فردي بالعين المجردة . اما النجوم التي يمكن تمييزها في السماء فهي تلك القريبة بما فيه الكفاية من النظام الشمسي ليصير في الإمكان تمييزها على نحو فردي .
ان افضل الاوقات لرؤية درب التبانة من المناطق المعتدلة الواقعة في نصف الكرة الشمالي هي ليالي الصيف الصافية التي يغيب فيها القمر . و تبدو المجرة في تلك الليالي كشريط مضيء غير متناسق يلف السماء من الافق الشمالي الشرقي الى الافق الجنوبي الشرقي . و يمتد هذا الشريط المضيء عبر كوكبات فرساوس و ذات الكرسي و الملتهب . في منطقة كوكبة صليب الشمال تنقسم المجرة الى مجريين : المجرى الغربي الذي يكون ساطعاً عند مروره بكوكبة صليب الشمال ثم يبهت قرب كوكبة أُفيوقس ، او حامل الحية ، بسبب وجود غيوم كثيفة من الغبار ، ثم يعود فيظهر مجدداً في كوكبة العقرب ؛ و المجرى الشرقي الذي يزداد لمعانه عند مروره في اتجاه الجنوب عبر كوكبتي Scutum و القوس و الرامي . يمتد الجزء الاكثر لمعاناً في درب اللبانة من Scutum الى العقرب مروراً بالقوس و الرامي . يقع مركز المجرة في اتجاه القوس و الرامي على بعد حوالي 26.000 سنة ضوئية من الشمس .
البنية
درب التبانة مجرة لولبية ضخمة لها اذرع لولبية عدة تلتف حول نتوء مركزي بسماكة 10.000 سنة ضوئية . تكون النجوم الواقعة في النتوء المركزي اقرب من بعضها البعض مما هي عليه النجوم الواقعة في الاذرع حيث نجد عدداً اكبر من غيوم الغبار و الغازات البينجمية . يبلغ قطر الاسطوانة حوالي 100.000 سنة ضوئية ، و تحوط بها غيمة اكبر منها مؤلفة من غاز الهيدروجين معوجة و ملتوية عند اطرافها في شكل انصاف دوائر ، و تحوط بهذه الغيمة هالة ذات شكل شبيه بالكرة او متسطح نوعاً ما تحوي الكثير من مجموعات النجوم الكروية المنفصلة التي تقع في معظمها فوق الاسطوانة او تحتها . قد تكون هذه الهالة اوسع مرتين او اكثر من الاسطوانة في حد ذاتها . إضافة إلى ذلك ، تشير الدراسات التي اجريت على الحركات المجرية الى ان نظام درب التبانة يحتوي على كمية من المادة تفوق كثيراً ما تشكله الاسطوانة المعروفة و مجموعات النجوم الملازمة لها - كتلة اكبر بـ2000 مليار مرة مما تحويه الشمس . لذلك قدر العلماء على ان يكون نظام درب التبانة المعروف محوطاً بدوره باكليل اكبر من المادة غير المكتشفة .
انواع النجوم
تضم مجرة درب التبانة نجوماً من النوع I و هي نجوم زرقاء ساطعة و اخرى من النوع II و هي نجوم حمراء عملاقة . يتألف مركز درب التبانة و الهالة المحيطة بها من نجوم من النوع II . يحتجب القسم الأكبر من هذه المنطقة وراء غيوم من الغبار تحول دون الرصد البصري . و قد تم تسجيل الاشعاع الصادر عن المنطقة المركزية باستعمال اجهزة خاصة كاخلايا الكهربائية الضوئية و مِرشَحات الاشعة تحت الحمراء و التلسكوبات اللاسلكية . تشير وجود اجسام كثيفة متراصة قرب مركز المجرة قد تكون بقايا انفجار نجمي او فجوة سوداء كبيرة . و تحوط بالمنطقة المركزية اسطوانة مسطحة الى حد ما تضم نجوماً من كلا النوعين I و II ؛ اكثر النجوم سطوعاً في الفئة I هي نجوم عملاقة زرقاء نيرة . تشكل الاذرع اللولبية جزءاً لا يتجزأ من الاسطوانة و هي تخرج من جانبي المنطقة المركزية . تضم هذه الاذرع نجوماً تنتمي في معظمها إلى النوع I إضافة الى كمية كبيرة من الغبار و الغاز البينجميين . تمر احدى هذه الاذرع قرب الشمس و تضم السديم الهائل في كوكبة الجبار .
الدوران
تدور درب التبانةحول محور يصل قطبي المجرة . اذا ما نظرنا الى المجرة من القطب المجري الشمالي نجد ان دوران درب التبانة يجري في اتجاه عقارب الساعة و ان الاذرع اللولبية تتبعها في الاتجاه نفسه . تتضاءل مدة الدوران مع الابتعاد عن مركز النظام المجري . في جوار النظام الشمسي تتجاوز مدة الدوران 200 مليار سنة و تبلغ سرعة النظام الشمسي الناتجة من دوران المجرة حوالي 270كم/الثانية