جواب جمع آوری اطلاعات صفحه ۱۱ زمین شناسی یازدهم؛ فصل اول

نمونه پاسخ:

بر اساس نظریهٔ مهبانگ، جهان حدود ۱۳/۸ میلیارد سال پیش در حالتی بسیار کوچک، داغ و چگال آغاز شد و سپس وارد دوره‌ای از گسترش شد. با گسترش جهان، دمای آن به تدریج کاهش یافت و شرایط برای شکل‌گیری ماده و سپس اجرام آسمانی فراهم شد.

می‌توان روند کلی پیدایش اجرام آسمانی را به صورت زیر توضیح داد:

۱ــ پیدایش ذرات و هسته‌های اولیه: در آغاز، جهان بسیار داغ بود. با کاهش دما، ذرات بنیادی و سپس پروتون‌ها و نوترون‌ها شکل گرفتند و هستهٔ عناصر سبک، به‌ویژه هیدروژن و هلیوم، به وجود آمد.

۲ــ تشکیل نخستین اتم‌ها: با ادامهٔ سرد شدن جهان، الکترون‌ها توانستند به هسته‌ها بپیوندند و نخستین اتم‌ها، به‌خصوص اتم‌های هیدروژن و هلیوم، تشکیل شدند.

۳ــ تشکیل ابرهای گاز و غبار: مواد موجود در جهان تحت تأثیر نیروی گرانش در بعضی مناطق بیشتر در کنار هم جمع شدند و توده‌ها و ابرهای بزرگی از گاز و غبار را به وجود آوردند.

۴ــ پیدایش ستارگان: با فشرده شدن این توده‌ها، دما و فشار در مرکز آنها افزایش یافت و شرایط برای آغاز واکنش‌های هسته‌ای فراهم شد؛ به این ترتیب نخستین ستارگان شکل گرفتند.

۵ــ تشکیل عناصر سنگین‌تر: درون ستارگان، بر اثر واکنش‌های هسته‌ای، عناصر سنگین‌تری ساخته شدند. بخشی از این مواد در مراحل پایانی زندگی ستارگان در فضا پراکنده شدند و مواد لازم برای تشکیل نسل‌های بعدی ستارگان و دیگر اجرام آسمانی را فراهم کردند.

۶ــ تشکیل کهکشان‌ها و دیگر اجرام: تجمع ستارگان، گازها، غبار و ماده تحت تأثیر گرانش، به شکل‌گیری کهکشان‌ها انجامید. درون کهکشان‌ها نیز به مرور زمان ستارگان جدید، سیاره‌ها، سیارک‌ها و دیگر اجرام آسمانی شکل گرفتند.

جمع‌بندی ساده: پس از مهبانگ، جهان به تدریج گسترش یافت و سرد شد. ابتدا ذرات و عناصر ساده تشکیل شدند و سپس تحت تأثیر گرانش، ابرهای گازی، ستارگان، کهکشان‌ها و دیگر اجرام آسمانی به وجود آمدند.

در سال ۱۹۶۴ ستاره‌شناسان با استفاده از یک رادیوتلسکوپ قوی کشف کردند که از فضا نوعی امواج تابشی ضعیف که شدت آن در تمام جهت‌ها یکسان است، دریافت می‌شود. این امواج را تابش پس‌زمینهٔ کیهانی نامیدند.

در این باره اطلاعات بیشتری جمع‌آوری کنید و توضیح دهید که تابش پس‌زمینهٔ کیهانی چگونه وقوع انفجار بزرگ را ثابت می‌کند.

نمونه پاسخ:

تابش پس‌زمینهٔ کیهانی یا CMB نوعی تابش بسیار ضعیف است که تقریباً از تمام جهت‌های آسمان دریافت می‌شود و بقایای گرمای جهان اولیه به شمار می‌رود.

در سال ۱۹۶۴، دو اخترشناس به نام‌های آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون هنگام کار با یک آنتن رادیویی، نوعی نویز یا تابش ضعیف و دائمی را دریافت کردند. آنها ابتدا تصور کردند این تابش ممکن است ناشی از دستگاه یا عوامل محیطی باشد؛ اما پس از بررسی مشخص شد که تابش از فضا می‌آید و تقریباً در همه جهت‌ها وجود دارد.

این تابش چگونه به نظریه مهبانگ ارتباط دارد؟

در مراحل نخست تشکیل جهان، دما بسیار زیاد بود و جهان از مادهٔ داغ و یونیده‌ای به نام پلاسما تشکیل می‌شد. در این محیط، الکترون‌های آزاد مانع حرکت آزادانه نور می‌شدند؛ بنابراین جهان اولیه مانند محیطی مه‌آلود و غیرشفاف بود.

حدود ۳۸۰ هزار سال پس از مهبانگ، جهان بر اثر گسترش به اندازه کافی سرد شد. در این زمان الکترون‌ها به هسته‌ها پیوستند و اتم‌های خنثی، به‌ویژه هیدروژن، تشکیل شدند. با کم شدن الکترون‌های آزاد، نور توانست در فضا آزادانه حرکت کند.

همین نور بسیار قدیمی هنوز در سراسر جهان وجود دارد. بر اثر ادامهٔ انبساط جهان، طول موج آن افزایش یافته و امروزه به شکل امواج مایکروویو با دمای تقریبی 2.7 K دریافت می‌شود. به این تابش، تابش پس‌زمینه کیهانی می‌گویند.

چرا تابش پس‌زمینه کیهانی شاهدی برای مهبانگ است؟

۱ــ نظریه مهبانگ وجود چنین تابشی را پیش‌بینی می‌کند.
اگر جهان در آغاز بسیار داغ و چگال بوده باشد، باید مقداری از تابش آن دوره هنوز باقی مانده باشد. کشف CMB همان تابش باقی‌مانده را نشان می‌دهد.

۲ــ این تابش تقریباً از همه جهت‌های فضا دریافت می‌شود.
این ویژگی نشان می‌دهد که با پدیده‌ای مربوط به کل جهان روبه‌رو هستیم، نه تابشی که تنها از یک ستاره یا کهکشان خاص آمده باشد.

۳ــ دمای بسیار پایین امروزی آن با انبساط و سرد شدن جهان سازگار است.
تابشی که در آغاز بسیار پرانرژی‌تر بوده، با گسترش جهان طول موج بیشتری پیدا کرده و امروز در محدوده مایکروویو دیده می‌شود.

۴ــ تغییرات بسیار کوچک موجود در این تابش، اطلاعاتی از جهان اولیه در خود دارند.
این ناهمگنی‌های بسیار جزئی نشان‌دهنده تفاوت‌های کوچک چگالی در جهان اولیه‌اند؛ تفاوت‌هایی که بعدها زمینه شکل‌گیری ستارگان و کهکشان‌ها را فراهم کردند.

نکته علمی: در متن سؤال از عبارت «چگونه وقوع انفجار بزرگ را ثابت می‌کند» استفاده شده است. در زبان علمی دقیق‌تر، بهتر است بگوییم تابش پس‌زمینه کیهانی یکی از مهم‌ترین شواهد تجربی و تأییدکنندهٔ نظریه مهبانگ است. وجود و ویژگی‌های این تابش با پیش‌بینی‌های مدل جهان داغ و در حال انبساط سازگاری بسیار زیادی دارد.

جمع‌بندی صفحه ۱۱ زمین‌شناسی یازدهم: بر اساس نظریه مهبانگ، جهان از حالتی بسیار داغ و چگال آغاز شد و با گسترش و سرد شدن آن، ابتدا ذرات و اتم‌ها و سپس ستارگان، کهکشان‌ها و دیگر اجرام آسمانی شکل گرفتند. تابش پس‌زمینه کیهانی نیز نور بسیار قدیمی باقی‌مانده از جهان اولیه است که امروزه به صورت امواج مایکروویو در همه جهت‌های فضا دریافت می‌شود و یکی از قوی‌ترین شواهد علمی در تأیید مدل مهبانگ به شمار می‌آید.