چرا ستارهها میدرخشند؟ راز جالب تَنِی در آسمان را کشف کنید!
شبی دلپذیر برای لذت بردن از فضای باز است. شما به بیرون میروید، در هوای گرم تابستان، به آواز جیرجیرکها گوش میدهید و عطر زندگی سرسبز را استشمام میکنید و سپس به آسمان نگاه میکنید. صدها ستاره در آسمان را میبینید و درخشانترین آنها به وضوح میدرخشند و میتکاپند.
برخی از آنها حتی رنگهای خود را بهصورت رنگین کمانی تغییر میدهند که چشمان شما و ذهنتان را خوشحال میکند—مگر اینکه شما آنجا باشید تا با یک تلسکوپ مشاهداتی انجام دهید. این درخشندگی برای هر بیننده ستارهای زیباست، اما از نظر علمی، برای ستارهشناسان معضلی جدی است.
درخشندگی ستارهها، تغییرات ظاهری و سریع در روشنایی و رنگ آنهاست. این پدیده بهطور فنی به نام «شعاعزنی» یا «scintillation» شناخته میشود که از لاتین به معنی «درخشش» است. هرچند که این پدیده زیباست، اما همچنان دردسری برای ستارهشناسان در سراسر جهان است.
حمایت از روزنامهنگاری علمی
اگر از این مقاله لذت میبرید، به حمایت از روزنامهنگاری برنده جوایز ما فکر کنید. با خرید اشتراک، شما به تضمین آینده داستانهای مؤثر درباره کشفیات و ایدههایی که امروز دنیای ما را شکل میدهند، کمک میکنید.
در طول هزاران سال، درخشندگی ستارهها بهطور نادقیق تفسیر شده بود. همانند بسیاری از اصول علمی دیگر، این موضوع نیز توسط یونانیان باستان مانند «آریستوتل» بهعنوان بخشی از بینایی انسان اشتباه تشخیص داده شده بود. در آن زمان، او و همتایانش بر این باور بودند که چشم بهطور فعال بینایی را با ارسال پرتوهایی که اشیاء را روشن میکنند، ایجاد میکند. اما این پرتوها ناقص بودند و به همین دلیل، هرچه یک شیء دورتر بود، خطا در پرتو بیشتر میشد. ستارهها که بسیار دور هستند، از این عیب به شدت رنج میبردند و به همین دلیل میدرخشیدند. این «آیزاک نیوتن» بود که از طریق تحقیقات خود در زمینه اپتیک، دلیل واقعی این پدیده را تعیین کرد.
یک ویژگی اساسی نور—که حقیقت شامل تمام امواج است—این است که هنگام ورود از یک محیط به محیط دیگر، میپیچیند. حتماً با این موضوع آشنا هستید: یک قاشق که در یک لیوان آب قرار دارد، در بالای مایع بهنظر خمیده میرسد. این پدیده تحت عنوان «انکسار» شناخته میشود و در مورد قاشق وقتی رخ میدهد که نور از آب به هوا در حال حرکت به سمت چشم شماست. مقدار انکسار بستگی به ویژگیهای مواد از مسیری که نور عبور میکند، دارد. به عنوان مثال، چگالی میتواند درجه انکسار نور در حال حرکت از طریق گاز را مشخص کند – بنابراین نور عبوری از هوا نیز در صورتی که چگالی هوا از یک نقطه به نقطه دیگر متفاوت باشد، خم میشود.
اگر جو زمین بهطور کامل ساکن و همگن بود، انکسار نور ستارهها حداقل بود. با این حال، هوای ما همیشه در حرکت است و از لطافت به دور است. بادها در بالای سطح سیاره، هوا را به هم میزنند و اختلالی ایجاد میکنند. این موضوع باعث میشود که گازها بههم ریخته و بستههای هوایی با چگالیهای مختلف ایجاد شود که به جابجایی بینجامد.
نور ستارهای که از یکی از این بستههای هوا عبور میکند، بهطور جزئی خم میشود. از نقطه نظر ما در زمین، موقعیت ستاره کمی تغییر میکند. همچنین، چون هوا در حال حرکت است، از لحظهای به لحظه دیگر، نور ستاره از بستههای مختلفی عبور میکند و بهاین ترتیب هر بار تغییر موقعیت میدهد—معمولاً بهطور تصادفی به دلیل حرکت ناپایدار هوا. آنچه شما بر روی زمین مشاهده میکنید، در واقع نوسان سریع ستارهای است که به سمت چپ، راست، بالا و پایین و در تمام جهات دیگر در چندین بار در ثانیه تغییر میکند—و به این ترتیب، درخشندگی پیش میآید.
دقت داشته باشید که این دلیل اصلی عدم درخشندگی سیارات است. بهطور مثال، سیاره «مشتری» معمولاً چند ده ثانیه قوسی بهنظر میرسد، بنابراین درخشندگی تأثیر چندانی بر موقعیت آن ندارد و ما نور آن را پایدار تصور میکنیم.
درخشندگی معمولاً برای ستارههای نزدیک به افق بیشتر از ستارههای بالای سر قابل مشاهده است. جو، لایهای از هوا است که زمین را احاطه کرده است. وقتی به سمت بالا نگاه میکنیم، تقریباً از طریق 100 کیلومتر هوا به ستارهها نگاه میکنیم، اما به سمت افق، این طول به بیش از 1000 کیلومتر افزایش مییابد! این به هوا تعداد بیشتری فرصت برای انکسار نور ستاره میدهد و درخشندگی را افزایش میدهد.
اما فقط تغییر موقعیت نیست که تحت تأثیر درخشندگی قرار میگیرد. طول موجهای مختلف—رنگهای مختلف—نور به میزانهای متفاوتی انکسار میشوند. به همین دلیل است که یک منشور یا یک قطره باران نور را به رنگهای جداگانه تقسیم میکند تا رنگین کمانی ایجاد کند. برای یک ستاره که میتواند نور را بهصورت اساسی در تمام رنگها ساطع کند، این بدان معنی است که گاهی نور قرمز آن به سمت شما خم میشود و نور آبی به سمت دور میرود، بهطوری که ستاره بهنظر قرمز میرسد. چند صدم ثانیه بعد، بسته هوایی دیگری نور آبی را به سمت شما خم کرده و ستاره به رنگ آبی در میآید.
این اثر برای ستارههای سفیدی که نزدیک به افق هستند، بیشتر قابل مشاهده است. «سیریوس» سفید است و درخشانترین ستاره در آسمان شب است؛ وقتی در حال طلوع یا غروب است، ممکن است بهصورت درخشانی براق شده و رنگها بهسرعت تغییر کند. به همین دلیل است که اغلب بهعنوان یک جرم فضایی ناشناخته گزارش میشود! بنابراین اگر خبری درباره یک سفینه روشن که به سرعت رنگ عوض کرد و در بالای درختها معلق ماند شنیدید، باید آگاه باشید که به احتمال خیلی زیاد این نه یک سفینه فضایی بیگانه، بلکه یک خورشید بیگانه بوده است.
برای ستارهشناسان، اما، درخشندگی به یک نتیجه بسیار متفاوت منجر میشود: نوری که از یک شی میآید، در طول زمان قرار گرفتن تصویر، پخش میشود. بهعنوان مثال، جزئیات در یک کهکشان دوردست، بهصورت مبهم و غیرمتمرکز بهنظر میرسند. همچنین، اشیای کمنور حتی کمنورتر بهنظر میرسند، زیرا نور آنها پخش شده است. این مسائل جدی هستند، اما برای آنها راهحلی داریم: اپتیک تطبیقی. در داخل برخی تلسکوپها حسگرهایی وجود دارند که میتوانند مقدار درخشندگی را تشخیص دهند. این اطلاعات به کامپیوتری ارسال میشود که به سرعت تغییر شکل را محاسبه میکند و سپس پیستونهای پشت یک آینه قابل تغییر را تنظیم میکند تا سطح بازتابی را بهگونهای تغییر دهد که به درخشندگی پاسخ دهد. اکثر تلسکوپهای بزرگ زمینی از این فناوری شگفتانگیز استفاده میکنند که تصاویر واضح و تیز را بر خلاف ناپایداری جوی تولید میکند.
این درخشندگی همچنین کاربرد علمی دارد. نوع نوری که ما میبینیم تنها نوع نوری نیست که انکسار میشود؛ امواج رادیویی نیز هنگام عبور از پلاسماهای بین ستارهای، یعنی گازهای یونیزه بین ستارهها، چنین وضعیتی را تجربه میکنند. «پالسارها» ستارههای نوترونی هستند که به سرعت میچرخند و پالسهای رادیویی کوتاه را در فواصل سریع ارسال میکنند. این امواج رادیویی در هنگام عبور از پلاسما به سمت زمین، دچار درخشندگی میشوند و ستارهشناسان میتوانند این درخشندگی را اندازهگیری کنند تا پلاسما را مورد بررسی قرار دهند. تحقیقی که در «ماهنامه نجوم» در آوریل 2025 منتشر شد، از این تکنیک برای مطالعه مواد موجود در نزدیکی خورشید و ایجاد نقشهای از ساختارهای حباب محلی، یعنی منطقهای از فضا که در اطراف خورشید قرار دارد و توسط ابرنواخترهای کهن خالی شده، استفاده کرد. دانشمندان 21 قوس بزرگ از پلاسما را که ناشی از اختلالات داخل حباب بودند، کشف کردند که آنها را شگفتزده کرد، زیرا فرض میشد قبلاً که حباب بهطور یکنواختتری وجود دارد.
شخصاً، من در مورد درخشندگی نظرات متضادی دارم. قطعاً زیباست، اما در حین استفاده از تلسکوپ برای تحقیقات خود، برای من زحمت زیادی به بار آورد. اما بسته به اینکه چه چیزی را مورد مطالعه قرار میدهید، میتواند همچنان ابزاری مفید باشد. بنابراین میتوان گفت که دیدگاه من نسبت به درخشندگی انعطافپذیر است؛ میتواند به هر دو سمت خم شود.
