النجوم: أنواعها، وصفاتها، وأكثر

تعرّف النجوم (بالإنجليزية: Stars) بأنّها أجرامٌ سماويّة مشعة تنتج عن تفاعلات الاندماج النووي في نواة النجم في مرحلةٍ من دورة حياتها، وتندمج في هذه التفاعلات ذرات الهيدروجين لتكوّن الهيليوم في درجات حرارة وكثافة عالية، وعند نفاد كتلة الهيليوم يتم إنتاج الطاقة، ويهتم العلماء بدراسة النجوم باستفاضة، فمن خلال تحليل خصائصها يتمكنّ العلماء من معرفة معلومات أعمق حول المواد التي تكوّن هذه النجوم، وأعمارها، وطريقة دورانها، وتفاعلاتها، ودرجات حرارتها، وغيرها الكثير.^[١]

دورة حياة النجوم

كالكثير من الأشياء في الطبيعةِ، تولد النجوم وتموت، وقد استنتج علماء الفلك مراحل مشتركة في دورة حياة النجوم ومراحل مصيريّة أخرى تميّز النجوم متوسطة الحجم عن الأخرى العملاقة، فما يجعل النجوم مختلفة عن بعضها في الأساس هو كتلتها، وتعتبر العلاقة بين كتلة النجوم ومدة دورة حياتها علاقة عكسية، فكلما زادت كتلة نجمٍ ما قلّت مدة دورة حياته، والعكس صحيح.^[٢][٣]

المراحل المشتركة في دورة حياة جميع النجوم

فيما يلي تتبع لهذه المراحل:

• تتولد النجوم في منطقة ذات كثافة عالية تُسمّى بالسّديم (Nebula)، وتتكون على شكل كرةٍ من الغازات والغبار، وتتجمّع على نفسها بفعل جاذبيّتها، إذ تبدأ هذه الكتلة المتجمعة برفع درجة حرارتها مكوّنة نجمة بدائية (Prostar)، وإذا احتوت هذه النجوم على كمية كافية من المواد في لبّها، فإنّها قد تصل إلى درجة حرارة تعادل 15 مليون درجة مئوية.
• تبدأ التفاعلات النووية، فتندمج ذرات الهيدروجين لتكوّن الهيليوم، وبعد ذلك يبدأ النجم بإطلاق الطاقة، وبالتالي يفقد قدرته على التجمّع بشكل أكبر، فيتوهج النجم فيسمّى بهذه المرحلة بالنجم المتسلسل الرئيس (Main Sequence Star)، وتبقى النجوم في التسلسل الرئيس لمدة تقارب 10 مليارات سنة.
• يندمج الهيدروجين مجددًا ليكوّن الهيليوم، ويندمج اللب المكوّن من الهيليوم بشكل أكبر إلى أن تبدأ التفاعلات بأخذ دورها في المدارات المحيطة باللب، حيث تكون درجة حرارة اللب مرتفعة جدًا، مما يجعل الهيليوم يتحول إلى كربون، فتتمدد المدارات الخارجية وتبرد وتتوهج بشكل أقل، ويسمى هذا النجم بالعملاق الأحمر (Giant Red).

مصير النجوم متوسطة الحجم

فيما يلي بعض المعلومات المتعلقة بذلك:

• تصل كتلة النجوم متوسطة الحجم إلى سبعة أضعاف كتلة الشمس، وعندما يصل النجم إلى مرحلة العملاق الأحمر، سيحتوي لبُّه على حرارة وضغط مرتفعين وكفيلين لدفع الهيليوم للانصهار وتشكيل الكربون، وبذلك سيكون هنالك وقتًا إضافيًا قصيرًا قبل أن ينهار النجم.
• بمجرّد نفاد الهيليوم من اللب، سيتخلّص النجم من معظم كتلته مشكلاً سحابةً من الموادّ تسمّى بالسديم الكوكبي (Planetary Nebula).
• يبرد لب النجم وينكمش تاركًا كرةً صغيرة ملتهبةً تسمّى بالقزمِ الأبيض (White Dwarf)، ولا ينجذب هذا القزم نحو اللب حتى مع وجود الجاذبية؛ وذلك لأن الإلكترونات تتنافر وتدفعه بعيدًا.

مصير النجوم عملاقة الحجم

هناك تشابه كبير بين مصير النجوم متوسطة الحجم والنجوم العملاقة، لكنْ أكثر ما يميز مصير النجوم العملاقة هو ما يلي:

• تنتفخ الطبقات الخارجيّة للنجمِ العملاق بشكلٍ أكبر من تلك الموجودة في النجوم المتوسطة، فتشكّل عملاقًا أحمر فائقًا (Red Supergiant).
• يبدأ لبّ النجم بالانكماش حتى يصبح ساخنًا جدًا وكثيفًا، وبعد ذلك ينصهر الهيليوم إلى الكربون في النواةِ.
• عند نفاد كمية الهيليوم الموجودة، يعاود اللب انكماشه مجددًا فتزداد كتلته، ونتيجةً لذلك يصبح اللب ساخنًا وكثيفًا بشكل كافٍ لصهر الكربون إلى نيون، ويرجّح العلماء القول في أنّ استهلاك مخزون الكربون بشكل كامل يُحدِث تفاعلات اندماج أخرى تجعل لب النجم يمتلئ بذرّات الحديد.
• تستمرُّ تفاعلات الاندماج النووي وتنتج الطاقة التي تمكّن النجم من التغلب على الجاذبية، ورغم ذلك فإن صهر الحديد يحتاج إلى الطاقة بدلاً من إنتاجها، فبذلك لن يتمكنّ النجم من التغلّب على الجاذبيّة.
• ترتفع درجات الحرارة في النواة إلى أكثر من 100 مليار درجة بسبب تصادم ذرات الحديد مع بعضها البعض.
• تحدث عملية السوبرنوفا (Supernova)؛ وهي موجة صدمة انفجارية تحدث نتيجة لانتفاض النواة في لب النجم بسبب تغلب قوة التنافر على قوة الجاذبية، ونتيجةً لهذه العملية تُقذف المواد التي تشكّل حوالي 75٪ من كتلة النجمِ إلى الفضاء في المُسْتَعِرُ الأعظم.
• يعتمد مصير اللب المتبقي على كتلته، فإذا تراوحت الكتلة ما بين 1.4-5 أضعاف كتلة الشمسِ، سينهار اللب إلى نجمٍ نيوتروني، أمّا إذا كان اللب يساوي 20 ضعفًا لكتلة الشمسِ، فإنه سينهار ليشكّل ثقبًا أسود.

أنواع النجوم

هناك العديد من الأنظمة التي تُستخدَم لتصنيف النجوم، ومن هذه الأنظمة:

نظام مورغان كينان (Morgan-keenan)

وهو الأسهل والأكثر فهمًا، وفيه تصنّف النجوم بترتيب الحروف التالي، (O, B, A, F, G, K, M)، وهي تمثل ترتيبًا لدرجات حرارة النجوم، فالنجوم O هي الأكثر سخونةً، أمّا M فهي الأبرد، وتضيف الأرقام من 0-9 تصنيفات فرعية تعتمد على الطيف، فتكون الحروف التي تحمل الرقم 0 ساخنة، وكلّما تدرجت الأرقام تصاعديًا قلّت درجة حرارة النجم وأصبح أبرد، فمثلًا A0 أسخن من A9، ويوضّح هذا التصنيف السطوع النجميّ، وقطر النجم وكتلته، وتكونُ الشمس هي المرجع في هذه الحسابات.^[٤]

قانون فين للإزاحة (Wien's Displacement law)

وهو قانون فيزيائي يُستخدم لتصنيف النجوم بالاعتماد على درجة حرارة أسطحها، لكنّه يقتصر في التطبيق على النجوم البعيدة جدًا.^[٥]

أنواع النجوم حسب التطوّر النجميّ

بسبب اختلاف دورات الحياة بين النجوم اعتمادًا على حجمها وكتلتها، فقد صنّف العلماء النجوم إلى:^[٦]

• النجوم المتسلسة: وهي نجوم اعتيادية الشكل، كما تعد الغالبية في الفضاء، وتصنّف الشمس على أنّها من هذا النوع.
• العملاق الأحمر: وهي نجوم منتفخة جدًا بسبب نفاد الهيدروجين فيها، وبالتالي عدم القدرة على انكماشها.
• القزم الأبيض: تعد نجوم في مراحل حياتها الأخيرة، وهي في الأصل نجوم متوسطة الحجم مرّت في السابق بمرحلة العملاق الأحمر، حيث تبرد لاحقًا ولا تحدث أي تفاعلات.
• القزم الأحمر: وهي أكثر أنواع النجوم شيوعًا في الفضاء، تتميز باللون الأحمر، والكتلة الصغيرة، ودرجة الحرارة الأقل من الشمس.
• النجوم النيترونية: تتكون من النيترونات، وهي بقايا من نجوم المستعر الأعظم، لها كثافة عالية وتتحرك بسرعة كبيرة جدًا أثناء دورانها حول نفسها، تكون كتلة هذه النجوم أكبر من كتلة الشمس.
• النجوم العملاقة الفائقة: إذ تمتاز بلمعان كبير وعمر قصير، وتصل كتلتها إلى 12 ضعف كتلة الشمس.
• المستعر الأعظم: وهي النجوم الناتجة عن الانفجارات العنيفة التي حررت الطاقة بكميات كبيرة جدًا، فتحوّلت إلى أجرام سماوية مختلفة مثل؛ السدم الفتية، والأقزام البيضاء، والنجوم النيترونية، والثقوب السوداء.^[٧]

الخصائص الفيزيائية للنجوم

الخصائص العامة

من خصائص النجوم الفيزيائية ما يلي:^[٨]

• اللون: يعتمد لونُ النجمِ على درجة حرارة سطحه، فتبدو النجوم الأبرد نسبيًا حمراء اللون، بينما تبدو النجوم ذات درجات الحرارة المرتفعة مائلةً للون الأزرقِ، وتبدو النجوم ذات درجات الحرارة المتوسطة باللون الأبيض والأصفر؛ كشمس كوكب الأرض، وقد تتلون النجوم بأكثر من لون؛ كالنجوم البرتقالية والحمراء، والنجوم البيضاء والزرقاء.
• درجة الحرارة: والمقصود بها درجة حرارة السطح، إذ تقاس درجات حرارة النجوم بمقياس كلفن، وتعتبر درجة حرارة صفر كلفن درجةً مطلقةً تساوي 273.15-، وتبلغ درجة حرارة النجوم الحمراء الباردة نحو 2500 كلفن، بينما تصل درجات حرارة النجوم الساخنة إلى 50000 كلفن.
• الحجم: يستخدم نصف قطر الشمس كمرجع لقياس أحجام النجوم، فالنجوم التي يبلغ حجمها نصف قطر شمسي واحد يساوي حجم الشمس، والنجم ريجل (Rigel) يكبر الشمس، ويبلغ حجمه 78 نصف قطر شمسي.
• الكتلة: تقاس كتلة النجوم اعتمادًا على كتلة الشمس كمرجع، وتبلغ كتلة النجم ريجل (Rigel) 3.5 كتلة شمسية، وليس من الضروري أن تتساوى كتل النجوم المتساوية في الحجم بسبب اختلاف الكثافة.
• المجال المغناطيسي: كون النجوم كرات من الغاز المضطرب والمشحون كهربائيًا، فهي تولّد مجالات مغناطيسية خاصة بها، وتتناسب قوة المجال المغناطيسي للنجم طرديًا مع معدل دورانه، وعكسيًا مع تقدم النجم في العمر.^[٩]
• المعدنية: وهي خاصية فيزيائية تعنى بكمية المعدن التي تحتويها نجم ما، وتتضمن العناصر الأثقل من الهيليوم، ويقسّم العلماء النجوم إلى ثلاثة أجيال اعتمادًا على نسبة المعادن فيها، فالجيل الأول (I Population) يحتوي على كمية معادن أكثر، ومن الأمثلة عليها الشمس، بينما يحتوي الجيل الثاني (II Population) على كمية معادن أقل، والجيل الثالث (III Population) خالٍ من المعادن تمامًا.^[٩]

الغلاف الجوي

يتكوّن الغلاف الجوّي للنجوم من طبقات متعددة، حيث تمرّ الطاقة المنتجة خلال جميع طبقات الغلاف الجوي للنجم،^[١٠] وهي:^[١١]

• طبقة الغلاف الضوئي (Photosphere): وهي الطبقة المرئية للنجوم.
• طبقة الغلاف اللوني (Chromosphere): وهي طبقة غير منتظمة تقع فوق طبقة الغلاف المضيئة، وتتراوح درجة حرارتها ما بين 6000-20000 درجة.
• المنطقة الانتقالية (Transition Zone): وهي طبقة رقيقة وغير منتظمة، تفصل بين الهالة وطبقة الغلاف اللوني الأبرد.
• الهالة (Corona): وهي المنطقة الخارجية للغلاف الجوي للنجم.

لمعان النجوم

يعتبر لمعان النجم من أهم الخصائص الفيزيائية التي تميّز النجوم، ويمتاز اللمعان بما يلي:^[١٢]

• يعرّف لمعان النجم بأنّه كمية الطاقة المنبعثة في كل الأطوال الموجية خلال وحدة زمن تساوي ثانية.
• يعتبر نجم الشعرى اليمانية (Sirius) من ألمع النجوم في المجموعة الشمسيّة، لدرجة أنّه يمكن أن يُرى بالعين المجردة خاصةً عندما تكون المنطقة مظلمة على سطح الأرض.
• يُعبّر عن اللمعان باستخدام الشمس كمرجع، فيرمز العلماء للشعرى اليمانية مثلًا بالقول "L Sun 25"؛ أي أنّ الشعرى اليمانية تسطع بشدة تفوق الشمس بخمس وعشرين مرةً.

دوران النجوم

لا تكون النجوم ثابتةً في مكانها، بل تدور بشكل مستمر بسبب قصورها الذاتيّ، وهذا قانون فيزيائي يفيد أنّ الأجسام المتحركة تبقى متحركة ما لم تؤثر قوة خارجية توقف حركتها، وفيما يلي ما يتعلق بدوران النجوم:^[١٣]

• هناك نوعان رئيسيان للحركة وهما؛ الحركة بشكل مستقيم للأمام، والأخرى دوران النجم في محور دائري.
• تعود الحركة الدورانية إلى طبيعة النجوم، فهي تتكون من سحابة من الغاز والغبار التي من غير الممكن أنْ تكونَ ثابتةً بلا أيّ حركة.
• على الرغم من أنّ النجوم تدور، إلا أنّه يصعب ملاحظتها إلا إذا روقبت لعقود.^[١٤]

شكل وتركيبة النجوم

تتكون النجوم من طبقات متعدّدة، وفيما يلي ترتيب هذه الطبقات لنجم الشمس من الداخل إلى الخارجِ:^[١١][١٥]

• النواة (Core): وهي اللب الداخلي للنجم، تشكّل النواة نسبة 20% من المسافة الكلية، والموقع الذي تأخذ التفاعلات النووية مكانها ويُستهلك الهيدروجين لتكوين الهيليوم، وتطلق هذه التفاعلات الطاقة التي تظهر على السطح كضوء.
• منطقة الإشعاع (Radiative Zone): وهي المنطقة التي تلي النواة، إذ تنقل هذه الطبقة الإشعاعات التي يتم تصنيعها في النواة، وهي تشكّل 70% من المسافة الممتدة للسطحِ.
• منطقة التوصيل (Convection Zone): وهي المنطقة الخارجية قبل البدء في طبقات الغلاف الجوّي، يصل عمقها إلى 200.000 كيلومتر، وتكون البلازما من أسفلها حارّة جدًا، فتتكون فقاعات حتى تصل إلى السطح، وتفقد درجة حرارتها وتتحرر، وعندما تبرد فإنّها تعود أسفل هذه الطبقة.

الفرق بين الكواكب والنجوم

على عكس النجوم تعرّف الكواكب (Planets) بأنّها أجرامٌ سماوية ذات كتلة أصغر من كتلة النجوم، ولا تحدث التفاعلات النووية في الكواكب، كما أنّها تتميز بالشكل الكروي أو الدائريّ، وهنالك أوجه مقارنة أخرى بين الكواكب والنجوم، من أهمّها:^[١٦]

• من حيث التكوّن: تكونت النجوم بفعل تكاثف السدم الكونيّة (Cosmic Nebulae) وتحت تأثير قوّة الجاذبية، وبعد بلوغها حجمًا كبيرًا جدًّا حدثت فيها تفاعلات الاندماج النووي، أما الكواكب فقد تكونت الكواكب بفعل تجمّع الغازات والغبار في أقراص دائريّة حول الأجرام السماوية، وازداد حجم الكواكب حتّى وصلت للحجم الذي هي عليه الآن.^[١٧]
• من حيث التركيب: تتكون النجوم من غازات ذات درجات حرارة عالية جدًا، وهما بشكل أساسي الهيدروجين والهيليوم أخف عناصر الطبيعة، كما تحتوي على بعض العناصر الأخرى الأثقل مثل؛ الكربون، والأكسجين، والحديد،^[١٨] وتختلف تراكيب الكواكب بحسب اختلاف أنواعها، فكواكب المجموعة الشمسية الصخرية مثلًا تتكوّن من الصخور والمعادن كالحديد بشكل أساسي والنيكل، كما تتوفر فيها مواد أكسجينية الأساس كالسيليكات، والمواد السائلة والغازية.^[١٧][١٦]
• من حيث درجة الحرارة: تعدّ النجوم أسخن ولها درجات حرارة مرتفعة، بينما للكواكب درجات حرارة أقل نسبيًا.
• من حيث الضوء: لا تعتمد النجوم على مصدر إضاءة خارجي، بل تضيء بنفسها، على عكس الكواكب فهي غير قادرة على إصدار الضوء، وتستمد نورها من النجوم.
• من حيث التوهج واللمعان: تمتلك النجوم قدرةً على التوهج بشكل برّاق، وهذا التوهّج (Twinkling) ليس صفة من صفات الكواكب.
• من حيث الحركة والموقع: للنجوم والكواكب القدرة على الحركة، إلا أنّ حركة النجوم أبطأ ولا تُلاحظ إلا بعد مدة طويلة، على عكسِ الكواكب والتي تتحرك بشكل مستمر.

جوانب أخرى مهمة عن النجوم

تاريخ اكتشاف النجوم

فيما يلي ما يتعلق بتاريخ اكتشاف النجوم:^[٩]

• تترابط النجوم مع التاريخ والدّين، فقد كانت مرجعًا هامًّا للملّاحين في البحار، وبعد اختراع التلسكوب في القرن السابع عشر واكتشاف قوانين الحركة والجاذبية، أدرك العلماء أنّ النجوم شبيهة بالشمس، وأنّها تخضع لنفس القوانين الفيزيائية.
• في القرن التاسع عشر، اختُرع التصوير الفوتوغرافي والتحليل الطيفي، فكانت عوامل مساعدة لدراسة النجوم وفهم حركتها ومكوناتها من المسافات البعيدة.
• أمّا في عام 1937 ميلاديّ استطاع العلماء رصد الإشعاع غير المرئي للنجوم باستخدام أول تلسكوب راديوي، وفي عام 1990 ميلاديّ أُطلق أول تلسكوب ضوئي في الفضاء، والتقط عددًا كبيرًا من الصور في الفضاء وزاد فهم النجوم.

أشهر النجوم

تملأ النجوم السماء وتتميز بعضها وتشتهر بلمعانها، ومن أشهر هذه النجوم:^[١٩]

• بولاريس (Polaris): ويسمى أيضًا بقطب الشمال أو النجم القطبي، يحتل هذا النجم المرتبة الخامسة والأربعين في السطوع، يقع في الجهة الشمالية، لذلك يستخدم للإشارة إلى الشمال.
• سيريوس أو الشعرى اليمانية (Sirius): وهي كلمة إغريقية قديمة تعني اللمعان والبريق، فهذا النجم يعتبر أكثر النجوم لمعانًا، ويسمّى أيضًا باسم (The big dog)، إذ يظهر للعين المجردة وكأنه نجم من نظام واحد، إلا أنّه في الحقيقة مكوّن من نجم متسلسل رئيس أبيض يسمّى Sirius A، ومن قزم أبيض يسمى Sirius B.
• ألفا سنتوري (Alpha Centauri): يعتبر النجم الثالث في لائحة النجوم الأكثر سطوعًا، إذ يبعد عن الأرض مسافة أربع سنوات ضوئية، ويتكوّن من ثلاث نجوم، ويعتبر النجم بروكسيما (Proxima) الأصغر من بينها والأقرب إلى الأرض.
• منكب الجوزاء (Betelgeuse): نجم معمّر وكبير ولامع، ورغم ذلك فهو لا يُرى بالعينِ المجرّدة، ويتوقع العلماء أنْ يصطدم هذا النجم مع سحابة في مستقبلٍ تقدّر مدته الزمنيّة نحو 12.500 سنة.^[٢٠]
• نجم سهيل (Reigel): يبعد عن الأرض ما بين 700-900 سنةً ضوئيّة، وهو سابع ألمع نجم في السماء ليلاً، ويصل لمعانه إلى 120.000 ضعف لمعان الشمسِ، وهو نجم عملاق يصل حجمه إلى 21 مرةً من حجم الشمس، ويتباين لونه بين الأبيض والأزرق، ورغم ذلك يظهر باللون الأبيض.

حقائق أخرى مدهشة عن النجوم

تبقى النجوم لغزًا يسعى العلماء جاهدين لمحاولة فهمه، فهي مدهشةٌ بطبيعتها واتّساع الحقائق التي تخصّها، وفيما يلي بعض هذه الحقائق:^[٢١]

• يصلُ عدد النجوم التي يمكنُ رؤيتها بالعينِ المجرّدة إلى 9.096 نجمةً، ويمكن رؤية المزيد باستخدام التلسكوب.
• يقدّر علماء الفلك عدد النجومِ في مجرّة درب التبّانة إلى أكثر من ترليون نجمةً.
• تتحرك النجوم على شكل مواكب وأسراب عادةً، لكنّ هذه الظاهرة لا تنطبق على الشمس.
• تقدّر مسافة أعلى نجم تمّ رصده بحوالي 100 مليون سنةً ضوئية.
• كان المصريون القدامى في عهد الفراعنة يعتمدون على نجم الشعرى، وكانت رؤيته بمثابة إشارة لاقتراب موعد فيضان نهر النّيل.^[١٩]