الثلاثاء، 25 أكتوبر، 2016

الكون ومركباته

الكون ومركباته
خلفية علمية
الكون
الكون هو الفضاء بأسره ويحتوي على كل أنواع الأشعة- حرارة، ضوء، صوت وغيرها، إضافة الى جميع المواد الصلبة السوائل والغازات. الكون لا نهائي توجد فيه قوانين الفيزياء والرياضيات المعروفة على الكرة الأرضية، الأجسام السماوية التي تترتب فيه بمبان ثابتة وبترتيب هرمي: عناقيد مجرّية، مجرّات، نجوم، سديم كوني، وثقوب سوداء. كذلك توجد في أرجاء الكون مناطق واسعة خالية من أي مادة.
الانفجار العظيم
النظرية السائدة اليوم بالنسبة لتكون الكون تسمى "الانفجار العظيم". وفقًا لهذه النظرية بدأ الكون من نقطة صغيرة كثيفة شملت جميع المواد والطاقة الموجودة حاليًّا فيه. بدأت هذه النقطة بالاتساع دفعة واحدة في حدث عظيم الأبعاد يسمى الانفجار العظيم، ذلك الحدث الذي وقع قبل حوالي 13.7 مليار عام وتشكل فيه الكون الذي نعيش فيه اليوم، المستمر والممتد الى ما لانهاية.

المجرّات
تظهر المجرّات بتشكيلة من الأشكال والأحجام. تحتوي المجرّة متوسطة الحجم على مئات المليارات من النجوم وكذلك على ملايين من السدم الكونية. في مركز كل مجرّة يوجد حسب تقديرات الباحثين ثقب اسود قوة جاذبيته عالية جدًّا.
لا تنتشر المجرّات في الفضاء بالصدفة، بل إنها موجودة في مجموعات تسمى "عناقيد مجرّية". "المجموعة المحلية" هو اسم عنقود مجرّي صغير نسبيًّا وفيه بضع عشرات المجرّات إحداها مجرّة "درب التبّانة" وهي المجرّة التي نعيش فيها.
تتحرك المجرّات في الفضاء ولجميعها حركة واحدة مشتركة: إنها تبتعد عنا وتبتعد الواحدة عن الأخرى لان الكون بأسره يتمدد. يعتقد الباحثون أن اتساع الكون بدأ عند "الانفجار العظيم" وما زال مستمرًا حتى اليوم. تم اكتشاف حركة المجرّات من خلال دراسة الأشعة التي تنبعث من المواد المختلفة التي تتكون منها.
يوجد في كل مجرّة سدم كونية وهي مناطق في المجرّة فيها تركيز عالٍ للغاز والبخار، تتكون في بعضها نجوم جديدة وفي بعضها توجد المادة المتبقية من النجوم التي انتهت حياتها. يتكون الغبار في السديم الكوني من ذرات صغيرة جدًّا لعناصر مثل الحديد –السيليكون ومواد أخرى (لا يوجد أي رابط بينه وبين الغبار الذي نعرفه). تتألف الغازات في السديم الكوني بالأساس من الهيدروجين وهو أكثر العناصر انتشارًا في العالم.
ثقوب سوداء هي مناطق في الفضاء تكون فيها الجاذبية قوية جدًّا لدرجة أن كل شيء ينجذب الى داخلها- المواد والأشعة. خلافًا لمعظم الأجسام في الكون لا يمكننا رؤية ثقب اسود لأنه لا تنبعث منه أشعة كما أن الأشعة الضوئية لا يمكنها أن "تهرب" وتخرج منه الى الفضاء. تم اكتشاف حقيقة وجود الثقوب السوداء من خلال فحص تأثير الجاذبية العالية لثقب اسود على نجوم مجاورة له. يعتقد الباحثون أنه في قلب كل مجرّة هنالك ثقوب سوداء هائلة الحجم ذات قوة جاذبية هائلة.
تحتوي كل مجرّة،كما ذكرنا سابقًا، على مئات مليارات النجوم – وهي أجسام سماوية تُنتج أشعة في قلبها في عمليات حرارية- نووية وتبعثها كأشعة كهرومغناطيسية. هذه الأشعة موجودة في جميع أطوال الموجات. شمسنا هي نجم.
لكل نجم هنالك فترة حياة لها بداية ونهاية- حيث يبدأ بالتكون في السديم الكوني من غبار وغاز ينضغطان. في مرحلة معينة خلال عملية الضغط تبدأ بالحدوث في النجم عمليات اندماج نووي يكون الوقود فيها نويات ذرات خفيفة. في هذه العملية تندمج نوايا ذرات الهيدروجين، ترتبط ببعضها وتنتج ذرات هليوم التي ترتبط ببعضها وتنتج ذرات من مواد أثقل. تُنتج هذه العمليات طاقة عالية جدًّا تنبعث من النجم الى الفضاء كأشعة كهرومغناطيسية. عند انتهاء مخزون الهيدروجين الذي يشكل مادة الاشتعال في عمليات الانصهار النووي التي تحدث في النجم، تنتهي فترة حياته. يتعلق انتهاء حياة النجم بكتلته- النجوم كبيرة الكتلة تنهي حياتها بانفجار قوي جدًّا "مستعر أعظم" أما النجوم متوسطة الكتلة مثل الشمس، فتنتفخ وتتحول الى عملاق احمر والنجوم الصغيرة تتحول إلى نجوم قزمية. المواد التي تكونت منها النجوم تنتشر في الفضاء كغبار نجمي يثري السديم الكوني، وهو المادة التي ستنتج منها نجوم ومنظومات شمسية جديدة. بناء على ذلك وجود النجوم هو عملية دورية – تتكون النجوم، تنتج طاقة هائلة، تنهي حياتها وتشكل المادة التي ستنتج منها نجوم جديدة وهكذا دواليك.
يسمى التجمع الكبير من النجوم الموجودة بالقرب من بعضها "عنقودًا نجميًّا" توجد في كل عنقود كهذا، نجوم يتراوح عددها بين مئات ومئات الآلاف.
مجرّة درب التبّانة
في مجرّة درب التبّانة 100 مليار نجم على الأقل، احدها هو الشمس بالإضافة الى سديم كوني،
غيوم، غبار وغاز. يعتقد أن في مركزها ثقبًا اسود ذا جاذبية قوية جدًّا. أثناء الليل، في أماكن بعيدة عن المناطق المأهولة المضاءة، بإمكاننا رؤية مجرّة درب التبّانة على شكل خط فاتح اللون يظهر في السماء. يستنتج من الدراسات التي جرت على مجرّة درب التبّانة ومن صور المجرّات الأخرى التي التقطها المرقاب الفضائي هابل لأن شكل مجرّة درب التبّانة لولبي مسطح ويشبه دوارة اتجاه الريح مع اذرع.
الكوكبات النجميّة
أطلق البشر أسماء على مجموعات صغيرة من النجوم شاهدوها من على سطح الكرة الأرضية كأشكال خيالية في السماء. (على سبيل المثال كوكبة الدب الأكبر، كوكبة الأسد، كوكبة الجبار وغيرها). حريّ بنا أن نعلم أنه على الرغم مما نشاهده، إلا أن النجوم في كل واحدة من هذه الكوكبات النجميّة بعيدة جدًّا عن بعضها وغير مرتبطة ببعضها. تتمتّع بعض الكوكبات النجميّة بأهمية لأنها تشير الى الاتجاهات وتساعد كل من يريد تحديد الاتجاه في ساعات الليل.


وصف العملية التعليمية
الموضوع الفرعي: الكون ومركباته هو الموضوع الأول في الوحدة التعليمية التي تتناول علم الفلك. الهدف هو أن نبدأ الدراسة بنظرة عامة، أن نوضح المبنى العام للكون، ومنه نتقدم الى المنظومة الشمسية والى الكرة الأرضية. يمثل هذا الموضوع الفرعي الصعوبة الكبرى في موضوع علم الفلك الذي يتركز في إدراك جانبي البعد والزمن الكبيرين واللانهائيين.
نقترح تخصيص 4 دروس لهذا الموضوع الفرعي وأن تستعمل فيها وسائل إيضاح كثيرة، بعضها تجدونه في التوجيهات الى جانب النص في هذه الوحدة.
الأفكار الرئيسية التي تتمثل في هذا الموضوع الفرعي:
1.       الكون هو لا نهائي وتحكمه قوانين الفيزياء والرياضيات المستعملة والمعروفة لنا في الكرة الأرضية. تتيح لنا قوانين الفيزياء والرياضيات دراسة الكون- حسبها يتم فك رموز المعلومات التي تصلنا من أرجاء الكون بواسطة أدوات بحث تعتمد هي الأخرى على قوانين الرياضيات والفيزياء. هذه القوانين هي التي أدت الى مختلف النتائج التي تؤكد وجود نظرية الانفجار العظيم، اتساع الكون وحتى حل رموز الأجسام المختلفة الموجودة فيه.
2.       في الكون يوجد نظام هرمي للأجرام (للأجسام) السماوية التي تنتظم في مبانٍ ثابتة.
نستعرض في هذا الموضوع الفرعي هذا المبنى الهرمي وكذلك الأجسام المختلفة الموجودة فيه من جميع أرجاء الكون وحتى نجم الشمس، مركز المنظومة التي نعيش فيها.
3.       أحجام الأجرام السماوية والمسافات والقوى والأوقات في الكون هي كبيرة وعظيمة إلى درجة يصعب على الإنسان أن يدركها. في هذا الموضوع الفرعي، تنعكس الأحجام التي لا يمكن إدراكها بشكل واضح.
4.       تقدم دراسة الفلك مساهمة للبشرية في توسيع معلوماتها وتطوير التقنيات وكذلك في مجال علم الفلك بالإضافة الى مجالات أخرى كثيرة. (العلوم، الطب، المواصلات، الأجهزة الالكترونية وغيرها).
تنعكس في هذا الموضوع الفرعي (بشكل غير مباشر) انجازات هامة وفريدة من نوعها في مجال دراسة الفضاء.

نورد بالتفصيل إمكانيات تنمية المهارات في هذا الموضوع الفرعي:
التلاميذ:
1.       يميز التلاميذ بين الحقيقة العلمية وبين الانطباع الفطري (الحدسيّ) الفوري – يمكن تنمية هذه المهارة – بالتركيز على موضوع "الكوكبات النجميّة ". هنالك كوكبات نجميّة ثابتة معروفة منذ القدم من خلال مشاهدة بني البشر لها في السماء. هذا هو انطباع فطري لبني البشر يعتمد على مشاهدة في السماء دون أدوات مساعدة، عمليًّا لا توجد أي علاقة بين هذه النجوم كما أن المسافات بينها هائلة. هذه فرصة جيدة وسانحة لتناول المفاهيم الحسية والفطرية الخاطئة عندنا النابعة عن إدراكنا الحسي وعن حجمنا الصغير جدًّا مقارنة بحجم الكون اللانهائي.
2.       يطور التلاميذ مؤهلات في المجالات التالية: الإدراك الفراغي (المجسّم)، التفكير الإبداعي، الخيال المبني على معلومات مجردة، تنفيذ عمليات مقارنة، طرح أسئلة، إيجاد العلاقة بين المصطلحات والظاهرة، التفكير الجدلي، التفكير المنطقي الناقد – انظر المهمات 4،5،8،15.
3.       يكتسب التلاميذ مهارات عرض معلومات، تحليل ومعالجة معطيات من مواد بصرية – انظر المهمات 3-2 في موضوع عرض المعلومات والمهمات 1،6،7 في موضوع معالجة معلومات من خلال مواد بصرية (مَرئيّة).
4.       يطور التلاميذ مهارات المعلوماتية (إدارة المعلومات المحوسبة) للعثور على مواد المطبوعة والرقمية – في هذا الفصل الفرعي لا يوجد عمل مباشر على مؤهلات المعلوماتية ولكن يوجد هنا توجيه إلى مصادر معلومات متنوعة على الشبكة (الانترنت)، وتحليلها واستنتاج النتائج منها.
5.       يطور التلاميذ عادات عمل منهجية – في الأساس المهمات 3-1
اقتراح لتنظيم التعلم
المضامين التعليمية في هذا الموضوع الفرعي تجريدية لذلك إدراكها وفهمها ليس سهلًا، لكن من ناحية أخرى حجمها صغير. في هذه الحالة بإمكانكم الاستعانة بتقسيم المضامين على مجموعات من التلاميذ، كل مجموعة تختص بأحد البنود مستخدمة المواد المساعدة المقترحة والصفحات ذات الصلة في الكتاب التعليمي. بعد ذلك تقدم كل مجموعة تقريرًا عن النتائج التي توصلت إليها وتقوم بإعداد استمارة أسئلة قصيرة تفحص من خلالها هل فهم التلاميذ المادة بالشكل الصحيح؟ 
الصعوبات المتوقّعة
المسافة الزمن والقوى الفعالة في الفضاء لا تشبه الأبعاد التي نشعر بها بحواسنا في حياتنا اليومية، ويعجز العقل البشري عن إدراكها
الحلول
لإدراك الأحجام الكبيرة التي نتحدث عنها عند دراسة الكون، من المفضل مقارنتها بالأبعاد والمسافات التي يمكن إدراكها بالحواس. فقط بهذا الشكل يمكن للإنسان أن يحاول إدراك هذه الأبعاد والمسافات. فعلى سبيل المثال المخطط المعروف الذي يصف الكواكب في المنظومة الشمسية، يعرض المنظومة الشمسية بشكل مصغر وهكذا يمكن إدراك مبناها. لذا نوصي بالإكثار من وسائل الإيضاح- رسومات توضيحية، أفلام قصيرة، صور وما شابه. كذلك مهم جدًّا اتاحة الفرصة للتلاميذ للتعبير عن أنفسهم في هذه المواضيع في محادثة وبهذا الشكل تتمكنون من التحقق من النقاط التي يواجهون فيها صعوبات من حيث الإدراك.
صعوبات خاصة:
أ. صعوبة إدراك أن الكون يتسع والمجرّات تبتعد عن بعضها دائما.
ب. صعوبة إدراك أن المسافات في الفضاء تقاس بوحدات حساب تشمل مفاهيم زمنية مختلفة –سنوات ضوئية- ومع ذلك السنة الضوئية هي وحدة لقياس المسافة وليست لقياس الوقت.
الحلول
أ‌.        اتساع الكون وابتعاد المجرّات عن بعضها- يمكن تمثيل ذلك من خلال نفخ بالون رسمت عليه مسبقًا نقاط أو دوائر المسافات بينها مختلقة. نفخ البالون يشبه اتساع الكون حيث يبعد النقاط (المجرّات) عن بعضها، بالتأكيد ليس بنفس الحجم والقدر.
ب‌.      إدراك العلاقة بين الزمن والمسافة في الكون هو أمر رئيسي لفهم الموضوع برمته. لذا نوصي بتكريس وقت واستخدام الأمثلة أيضًا. إليكم شرحًا نوصي بتقديمه الى التلاميذ: "يجب التأكيد على الفرق بين السرعة، المسافة والزمن: سرعة الضوء هي 000،300 كلم في الثانية، أي انه خلال فترة زمنية مدتها ثانية يقطع شعاع ضوئي مسافة تصل الى حوالي 000،300 كلم. المسافة التي يقطعها في هذه المدة هو 1015×9.465 كلم. على سبيل المثال جرم سماوي يبعد عنا سنة ضوئية واحدة، يعني أن الأشعة انبعثت منه قبل عام، قطعت مسافة1015×9.465 كلم والمنظر الذي نراه اليوم هو منظر ذلك الجرم السماوي قبل عام، (المدة التي استغرقها قطع أشعة الشمس للمسافة من الجرم السماوي الينا). على سبيل المثال. النجم الأقرب إلينا، القنطوري ألفا، موجود على بعد 4.22 سنوات ضوئية أي أن الشعاع الذي ينبعث منه يحتاج إلى 4.22 سنوات حتى يعبر هذه المسافة ويصل إلى الكرة الأرضية. مثال آخر له صلة بالمستعر الأعظم وهو انفجار نجم هائل جدا يؤدي الى إنتاج طاقة هائلة يزداد في أعقابها وضوح النجم ويشع لمسافات بعيدة. في عام 1987 شوهد من الأرض مستعر أعظم في مجرّة مجاورة لمجرّة درب التبّانة. وقع انفجار المستعر الأعظم على بعد 167650 سنة ضوئية (أي على بعد 1015×9.465 ضرب 167650) وهذا يعني أن انفجار المستعر الأعظم حدث قبل 167650 سنة قبل أن يصل وميضه عيون الفلكيين. 
مهام التقييم
1.       أ. شاهدوا فيلم الانفجار العظيم. اطرحوا ثلاثة أسئلة توجد إجابات عنها في الفيلم وأجيبوا عنها.
ب. اطرحوا ثلاثة أسئلة تثير حب استطلاعكم حول الموضوع ولا توجد عنها إجابات في الفيلم.
 2. اقرأوا المقال عن المجرّات السماوية الوارد في المكتبة الافتراضية لمركز التكنولوجيا التربوية.
لخصوا المقال بالاستعانة بالقالب التالي:
          


3.       اقرأوا المقالات عن السدم الكونية وعن الثقوب السوداء.
اعدوا قوالب لتلخيص المقالين وقدموا خلاصة المعلومات الظاهرة فيهما داخل القوالب التي حضرتموها.
4.       أمامكم قائمة الأفكار الرئيسية للموضوع الفرعي- علم الفلك، اختاروا فكرة رئيسية واحدة على الأقل تنعكس في الموضوع الفرعي: الكون ومركباته واشرحوا كيف تنعكس هذه الفكرة في هذا الموضوع الفرعي.

الأفكار الرئيسية التي تتمثل في هذا الموضوع الفرعي:
أ‌.        الكون هو شيء لا نهائي توجد فيه قوانين الفيزياء والرياضيات المعروفة والمألوفة لنا على الكرة الأرضية.
ب‌.      الأجسام السماوية مرتبة في الكون في مبان ثابتة وبترتيب هرمي.
ت‌.      حجم الأجسام السماوية، أبعادها، القوى والأزمنة في الكون هائلة ومن الصعب على الإنسان إدراكها.
ث‌.      تسود في أنحاء الكون ظروف من شأنها أن تتيح نشوء حياة تشبه الحياة على سطح الكرة الأرضية.
ج‌.      نظام حركة الكرة الأرضية والقمر ينتج ظواهر دورية على سطح الكرة الأرضية.
ح‌.      تقدم دراسة الفضاء للبشرية مساهمة من خلال توسيع المعلومات وتطوير التقنيات في مجال الفلك وكذلك في مجالات أخرى كثيرة (العلوم، الطب، المواصلات، التجهيزات الالكترونية وغيرها).
5.       ادخلوا موقع المكتبة الافتراضية التابعة لمطاح وافتحوا معجم مصطلحات الفضاء (على الصفحة الرئيسية، الشريط الأيسر في زاوية المعاجم)
اختاروا أربعة أزواج من المصطلحات المتعلقة بالفضاء وهنالك علاقة بينها، اشرحوا العلاقة بين كل زوج من المصطلحات.
6.       شاهدوا الفيلم القصير عن مجرّة درب التبّانة:
أ‌.        سجلوا ثلاث معلومات ذكرت في الفيلم وانتم تعرفونها
ب‌.      سجلوا ثلاث معلومات وردت في الفيلم وانتم لا تعرفونها
7.       ادخلوا لمشاهدة الفيلم القصير عن كوكبة الدب الأكبر.
أ‌.        انظروا باتجاه الشمال في احدي الليالي التي تكون فيها السماء خالية من الغيوم ومظلمة (أي في ليلة لا يكون فيها القمر بدرًا ومن مكان لا توجد فيه إضاءة)، وحاولوا العثور على كوكبة الدب الأكبر. أي من بين أسماء هذه الكوكبات والواردة في المقال هو المناسب لها حسب رأيكم؟ عللوا الإجابة.
ب‌.      في المستقبل البعيد سوف لن يكون بالإمكان الاهتداء ليلا بواسطة كوكبة الدب الأكبر. لماذا؟
8.       اكتبوا ما هي العلاقة بين أزواج المصطلحات التالية:
أ‌.        بين الانفجار العظيم وبين ابتعاد المجرّات.
ب‌.      بين "المجموعة المحلية" وبين "درب التبّانة"
ت‌.      بين المجرّة والنجم
ث‌.      بين السديم الكوني وبين النجم
ج‌.      بين الاندماج النووي وبين النجم
ح‌.      بين المنظومة الشمسية وبين مجرّة درب التبّانة
9.       أشيروا الى الترتيب الصحيح حسب العلاقة بين المصطلحات (أي المصطلحات يحتوي على الآخر)
أ‌.        الكون، مجرّة درب التبّانة، المنظومة الشمسية، الكرة الأرضية
ب‌.      مجرّة درب التبّانة، الكون، الكرة الأرضية، المنظومة الشمسية
ت‌.      الكرة الأرضية، مجرّة درب التبّانة، الكون، المنظومة الشمسية
ث‌.      الكون، مجرّة درب التبّانة، الكرة الأرضية، المنظومة الشمسية
10.     صفوا المراحل الرئيسية في دورة حياة النجوم من خلال مخطط انسياب. اشرحوا العملية التي تحدث في النجم في كل مرحلة.
11.     مدوا خطا بين كل مصطلح وبين التعريف المناسب له

مجموعة مجرّات قريبة نسبيا الواحدة من الأخرى    نجم
الجزء الداخلي جدا في النجم أو الكوكب والموجود في المركز        مجرّة
جسم سماوي، يتكون من الغازات الحارة، ينبعث منه طاقة وضوء يتكونان داخله         سديم كوني
مئات المليارات من النجوم، بالإضافة الى سديم كوني وغيوم غبار وغاز       عنقود مجرّات
منطقة في المجرّة توجد فيها المادة التي تتكون منها نجوم جديدة       اللب

12.     سجلوا عنوان الكرة الأرضية في الكون؟
_________________________________________________________
13.     اكتبوا صواب أو خطأ بجانب كل واحدة من المقولات التالية:
النجوم مرتبة في الكون بنظام هرمي يسمى السديم الكوني. صواب / خطأ
المنظومة الشمسية موجودة في مجرّة درب التبّانة. صواب / خطأ
تنبعث من النجوم ضوء وطاقة. صواب / خطأ
تنتمي مجرّة درب التبّانة الى عنقود المجرّات "المجموعة المحلية". صواب / خطأ
الكون بأسرة يتقلص. صواب / خطأ
14.     من موجود داخل الآخر؟
مجرّة داخل عنقود مجرّي أو عنقود مجرّي داخل مجرّة؟
نجم داخل مجرّة أو مجرّة داخل نجم؟
مجرّة درب التبّانة داخل المنظومة الشمسية أو المنظومة الشمسية داخل مجرّة درب التبّانة؟
المجموعة المحلية داخل درب التبّانة أو درب التبّانة داخل المجموعة المحلية
15. مركبة فضائية سافرت الى الفضاء- هل من المعقول أن يكون هدفها كوكبًا؟ سديمًا؟ الدب الأكبر؟ عللوا اختياركم.


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق