جغرافیای ریاضی

بخشی از مقاله

درس جغرافياي رياضي يكي در دروس اصلي رشتة جغرافيا مي باشد و موضوع آن نيز بررسي شكل هندسي زمين  و به ويژه حركات آن درفضا مي باشد، مطالعه وضعيت اجرام آسماني ازقبيل سيارات، ستارگان، سحابيها و كهكشانها را نيز در بر مي گيرد. با فراگيري اين دانش مي توان ديد وسيعي نسبت به جهان آفرينش از نظر جغرافيا را به دست آورد.
همبستگي جغرافياي رياضي با دانش نجوم بسيار نزديك و قابل بحث است و در واقع با كمك علم نجوم مي توان دانش جغرافياي را فرا گرفت. اين نكته قابل بررسي است كه هدف از دانش جغرافياي رياضي وارد شدن به جزئيات اجرام سماوي، خواص آنها به ويژه فراگيري نجوم محض نمي باشد، بلكه از تركيب علم جغرافيا و نجوم مي توان حوادث موجود در جهان مثل پديده هاي خسوف و كسوف، جذر و مد و غيره را به راحي توجيه كرد.
امروزه بشر  با بهره جويي از كاوشهاي فضاي و انتفاع از كشفيات علمي بسيار، توانسته است گام كوچكي در پهنة اقيانوس بي كران جهان بردارد تا شايد بتواند به بخش مختصري از مجهولات فراوان خويش و موجودات حيرت انگيز جهان آفرينش نايل شود، به همين منظور درصد برآمد با كمك جغرافيا با آسمانها و مواد آن آشنا و به وسيلة اين آشنايي و علاقه با توجه به اهميت ويژه اي كه براي آن قايل است تا حدي به پيشرفتهاي علمي دست يابد.
هنگامي كه بشر براي اولين بار آسمان بالاي سر خود را مورد نظر قرار داد، ديدرس او فقط به آسمان بالاي سرش محدود مي شد. بعدها، او توانست وسايل علمي خاص را اختراع كند و به كمك آنها قادر به جستجو و مطالعه درفضاي دورتر شود. در زمانهاي اخير اتفاقات جديد و هيجان انگيزي رخ داده است. بشر قادر به مسافرت و جستجو در فضا گشت و به همين علت هم اطلاعات او از جهان اطرافش به ناگهان افزايش يافت. بشر اوليه متوجه شد كه بسياري از اجرام روشن موجود در آسمان، به آهستگي در ميان ستارگان حركت مي‌‌كنند. پس از طي قرون بسيار، او تشخيص داد كه زمين و بعضي از اجرام، در اطراف خورشيد گردش مي كنند. اين اجرام فضايي متحرك، سيارات ناميده شده اند و همة آنها را همراه با خورشيد، منظومة شمسي نامگذاري كرده اند. اگر چه كشف اين سيستم اهميت زيادي داشت، ولي واقعة با اهميت تر در قرن هفدهم ميلادي رخ داد. گاليله دانشمند ايتاليايي تلسكوپي را بنا كرد كه با كمك آن توانست عظمت و شگفتيهاي كيهان را در اطراف سيستم خورشيدي مورد بررسي قرار دهد. او كهكشان راه شيري را مطالعه كرد و با كشف بزرگ خود نشان داد كه اين راه، مركب از ميلياردها ستاره بسيار دور و كمرنگ مي باشد. به كمك تلسكوپهاي بسيار قوي و ساير وسايل علمي ( مانند نورسنج، طيف نگار و..) تاكنون بسياري از اسرار اين كهكشان كشف شده است.
با توجه به موارد فوق مي توان دريافت كه علم نجوم در مسير تحول خود به كشف بسياري از قوانين حاكم بر اجرام سماوي نايل آمده است، ولي بايد گفت كه كار تحقيق و پژوهش در اين باره هرگز پايان پذير نيست، زيرا با پيشرفت تكنولوژي، در هر زمان به اسرار تازه اي از جهان آفرينش دست مي يابيم. به هر صورت، نقش و اهميت نجوم در زندگي بشر انكار ناپذير است و موارد كاربرد آن را ميتوان در جهت يابي، هوانوردي، دريانوردي و مطالعات جغرافيايي، تهيه نقشه هاي مختلف جغرافيايي و نقشه برداري از زمين، پيش بيني جذر و مد، طوفان و توفند، توده هاي هوايي، انواع جبهه ها، اتمسفر و تركيب آن، فرايند هاي انتقال انرژي گرمايي، كيفيت پديده هاي مربوط به تابش، تهية تقويمهاي مختلف و بررسي نيروي گرانش به كمك محاسبات نجومي، نام برد.
درحال حاضر علم نجوم را به پنج بخش كاملاً مجزا تقسيم مي كنند كه هر بخش تخصص مخصوص به خود را مي طلبد. اين پنج بخش عبارتند از:
1-هيأت و نجوم Astronmy: در اين مبحث تنها مسائل مربوط به حركت و جابجايي اجرام سماوي و اثران ناشي از اين حركات مورد مطالعه قرار مي گيرد و بيشترين مباحث درس جغرافياي رياضي به اين قسمت از دانش نجوم مربوط مي شود.
2-اختر فيزيك Astrophysics:  در اين بخش، ساختار، خواص فيزيكي، تركيب شيميايي و تحولات دروني ستارگان مورد بحث قرار مي گيرد. در دانش اختر فيزيك دربارة حركات ظاهري و حقيقي ستارگان و تعيين مواضع آنها نيز بحث مي شود.
3-  طالع بيني Astrology : در اين قسمت، به كمك حركت و مواضع اجرام سماوي، حوادث آسماني پيشگويي مي شود. البته آن دسته از پيشگويي هاي كه منطبق بر قوانين علمي است ( مانند رخداد خسوف و كسوف) مورد تأييد است و آن پيشگويي هاي كه پاية علمي ندارد و بيشتر جنبة فال گيري دارد، در اين بخش مورد مطالعه قرار نمي گيرد.
4- كيهانشناسي Cosmology : اين مقوله، قوانين عمومي تكامل طبيعي و مادي جهان و ساختار آن را بررسي مي كند. به عبارت ديگر، جهان هستي را از ديد كلي در نظر مي گيرد و به مطالعة آن ميپردازد. بررسي وضع كهكشانها، نواختران و به ويژه مسئلة انبساط جهان از مباحث اين قسمت از دانش نجوم مي باشد.
5- كيهان زايي Cosmogong : اين بخش از دانش نجوم دربارة چگونگي پيدايش و منشأ كيهان بحث مي كند. مسائل مربوط به پيدايش، تحول و تكوين عالم هستي در قلمرو مطالعات كيهان زايي است.
اكنون با توجه به تقسيم بنديهاي ذكر شده در اين قسمت، ملاحظه مي شود كه دانش جغرافياي رياضي ( زمين در فضا) در قسمت اول اين تقسيم بندي يعني در هيأت و نجوم قرار مي گيرد. در اين دانش تنها به مسائلي پرداخته مي شود كه مربوط به حركات اجرام سماوي ( به خصوص سياره زمين) و آثار ناشي از اين حركات مي باشد. مثلاً وقتي صحبت از دو رويداد آسماني خسوف و كسوف مي شود، اين مطلب مستقيماً به جابه جايي و حركتهاي سه جرم ارتباط و همبستگي بسيار نزديك جغرافياي رياضي و نجوم آشكار مي گردد. از اين رو نتيجه مي گيريم كه در س جغرافياي رياضي قسمتي از دانش هيأت است كه خوشبختانه پايه گزاران آن دانشمندان ايراني مثل ابوريحان بيروني، عبدالرحمن صوفي، خواجه نصرالدين طوسي و …بوده اند. اگر چه در عصر حاضر پيشرفتهاي سريع و قابل ملاحظه اي در اين علم به خاطر توسعه تكنولوژي و ساخت وسايل مدرن رصد اجرام سماوي، صورت گرفته است، ولي به اعتقاد همة دانشمندان غربي تمام كشفيات و پيشرفتهاي دانش هيأت جديد بر پاية هيأت قديم بنا نهاده شده است.
1-2- تعريف كيهان
كيهان را مي توان تركيبي از ستارگان، سحابيها، سيارات، ستارگان دنباله دار و اجرام آسماني ديگر تعريف كرد. به تصور ما اين اجزاء جمع شده اند تا نقش كيهان را رقم بزنند. سيارات، سياركها، اقمار، ستارگان دنباله دار، شهابسنگها به دور ستاره منفردي مي گردند و ما آن را خورشيد مي ناميم. اين مجموعة عظيم همه با هم منظومة شمسي را تشكيل مي دهند. خورشيد و بيليونها ستاره ديگر اجتماعي از ستارگان را پديد مي آورند كه كهشكان خودي يا راه شيري ناميده مي شود. جهان، بسياري از اين كهكشانها يا اجتماعات ستاره اي را شامل مي شود.
1-2-1- كهكشان
كهكشان عبارت است از تعداد زيادي ستاره و فضاي بين ستاره اي ( اغلب گاز و گرد و غبار) كه تحت نيروي گرانش متقابل يكديگر نگه داشته شده اند.ستارگان واقعي يك كهكشان در گستره اي وسيع به تعداد تقريبي صد ميليون تغيير مي كند. به عبارت ديگر، خورشيد و همسايگانش به انضمام مقدار زيادي از مادة ميان ستاره اي و سحابيها، توسط نيروي گرانش، در يك خوشة بسيار بزرگ موسوم به كهكشان به يكديگر پيوند خورده اند. اكثر ستارگان جهان درون چنين خوشه هايي جاي گرفته اند.
منظومة شمسي ما جزء كهكشاني به نام راه شيري است كه در شبهاي صاف به صورت ابري كشيده و بسيار رقيق ديده مي شود. اين كهكشان به شكل عدسي محدب بزرگي است كه ضخامت آن 10000 سال نوري و قطرش 100000سال نوري است. در كهكشان خودي متجاوز از 5ميليون منظومه و 10 ميليون ستاره وجود دارد. ميليونها منظومة شمسي تابع كهكشان راه شيري با سرعتهاي متفاوتي به دور مركز كهكشان مي گردند. منظومة شمسي ما با مركز كهكشان حدود 30000سال نوري فاصله دارد كه با سرعت 250كيلومتر بر ثانيه در هر 250 ميليون سال يك بار حول محور كهكشان راه شيري مي گردد. جرم كل كهكشان راه شيري 10 مرتبه بيشر از جرم خورشيد است ( شكل 1-1)
1-2-2- رده بندي كهكشانها
مهمترين كهكشانهاي نزديك به ما عبارت اند از:
الف – كهكشان امراه المسلسله  ( آندرومدا)
اين كهكشان كه به نام31 M و يا 224 NGC معروف است. نزديكترين كهكشان به كهكشان راه شيري بوده و از نظر اندازه و شكل با آن قابل مقايسه است. فاصله اين كهكشان از كهكشان خودي حدود 2 ميليون سال نوري است و به صورت يك قرص مارپيچ متشكل در حدود 100 بيليون ستاره، گاز و گرد و غبار مي باشد. امراه المسلسمه ( زن زنجير به پاي) تنها كهكشان بزرگي است كه با چشم غير مسلح قابل رؤيت است و درخشندگي آن 100 بيليون برابر خورشيد است.
ب- گروه محلي
اخترشناسان تقريباً به 20 كهكشان كوتوله مشهور به « ابرهاي ماژولاني» كه 3 ميليون سال نوري از ما فاصله دارند، گروه محلي نام داده اند. در اين گروه، كهكشانهاي راه شيري، امراالمسلسله و 33M داراي شكل مارپيچ هستند.
ج- ابرهاي ماژولاني
در ماوراء قلمرو راه شيري، ابرواره هاي كم نوري مشاهده مي شوند. درگذشته تصور بر اين بود كه اين ابرواره ها به مجموعه كهكشاني راه شيري تعلق دارند؛ ولي با توسعه تكنولوژي فضايي، مشخص شد كه آنها مجموعه اي از ستارگانند كه فاصلة زيادي با ما دارند و از نظر حجم با كهكشان خودي قابل مقايسه ميباشند. تماشايي ترين اين كهكشانها، ابرهاي ماژولان بزرگ و كوچك مي باشند. اين دو كهكشان در نزديكي قطب جنوب و در صورت فلكي ماهي طلايي و توكان قرار دارند و با چشم غير مسلح به وضوح قابل رؤيتند و فاصله آنها از ما حدود 150000سال نوري است( شكل 1-2)
1-2-3- ساختار كهكشانها
درسال 1224/1845 م لرد راس، منجم ايرلندي با رصد كهكشان 51M براي نخستين بار به ساختار مارپيچي آن پي برد. پس از آن منجمان دريافتند كه 3/1 تمام كهكشانهاي رصد شده مارپيچي اند. بقيه عمدتاً كهكشانهاي بيضوي هستند و تعدادي هم كهكشانهاي بي نظم.
كهكشانهاي مارپيچي و بيضوي، علاوه بر تفلاوت ظاهريشان، تفاوتهاي اساسي ديگري با هم دارند، در كهكشانهاي بيضوي گاز و غبار يا وجد ندارد و يا بسيار اندك است. همچنين، اين كهكشانها عمدتاً از ستاره هاي پير تشكيل شده اند. از اين دو عامل به راحتي ميتوان نتيجه گرفت كه كهكشانهاي بيضوي پيرند و گاز و غبارشان مدتها پيش به صورت ستاره در آمده اند، و
شكل 1-2. ابرهاي ماژولاني
موادي براي تكوين ستاره هاي جديد در آنها وجود ندارد. برعكس در كهكشانهاي مارپيچي مقادير زيادي گاز و غبار وجود دارد. بررسي كهكشان راه شيري و برخي از كهكشانهاي مارپيچي نزديك نشان مي دهد كه هنوز در آنها ستاره هاي جديدي متولد مي شوند.
در كهكشانهاي مارپيچي سه بخش اصلي را مي توان تشخيص داد. برآمدگي مركزي، كه مثل يك كهكشان بيضوي كوچك است، صفحه اي مسطح و گرد، كه بازوها در آن قرار دارند و قرص يا صفحه كهكشان هم ناميده مي شود، و هاله اي تقريباً كروي كه كل كهكشان را در برگرفته است. اندازة برآمدگي مركزي چند هزار سال نوري است. اين قسمت را عمدتاً ستاره هاي پير و كم جرم سرخ آشغال كرده اند. هستة كهكشان در همين قسمت مركزي قرار دارد. بررسيهاي اخير تلسكوپ هابل، منجمان را متقاعد كرده است كه در هستة بعضي از اين كهكشانها ممكن است سياهچاله اي پرجرم وجود داشته باشد.
هاله كهكشان، دور تا دور قرص كهكشان را فرا گرفته است. تعداد ستاره هايي كه درهاله وجود دارند زياد نيست، ولي عمدتاً از نوع ستاره هاي پير هستند و بيشترشان عضو خوشه هاي كروي مي باشند. صفحة كهكشان جايي است كه بازوهاي مارپيچي در آن قرار دارند. در واقع، عمده ستاره هاي يك كهكشان در همين صفحه قرار دارد. پهناي صفحه يك كهكشان نوعي، در حدود 100000سال نوري و ضخامتش در حدود 3000 سال نوري است. كهكشان راه شيري كه به صورت نوار مه آلود در آسمان شب ديده مي شود، در واقع منظرة صفحة كهكشان ما و بازوهاي مارپيچي آن است.
در صفحة كهكشان، علاوه بر بازوها ( كه عمدتاً از ستاره تشكيل شده اند)، مقادير زيادي گاز و غبار وجود دارد. بيشتر اين گاز هيدروژن است كه در حدود 5 تا 40 درصد جرم مرئي كهكشان مارپيچي را تشكيل ميدهد. از اين گاز و غبار است كه ستاره هاي جديد متولد مي شوند. در واقع، بازوهاي كهكشان مارپيچي مانند زايشگاهي هستند كه ستاره هاي نوزاد  و جوان در آن به مقدار زياد ديده مي شوند( شكل 1-3)