تحقیق مقاله جغرافیای ریاضی

درس جغرافیای ریاضی یکی در دروس اصلی رشته جغرافیا می باشد و موضوع آن نیز بررسی شکل هندسی زمین  و به ویژه حرکات آن درفضا می باشد، مطالعه وضعیت اجرام آسمانی ازقبیل سیارات، ستارگان، سحابیها و کهکشانها را نیز در بر می گیرد. با فراگیری این دانش می توان دید وسیعی نسبت به جهان آفرینش از نظر جغرافیا را به دست آورد.

همبستگی جغرافیای ریاضی با دانش نجوم بسیار نزدیک و قابل بحث است و در واقع با کمک علم نجوم می توان دانش جغرافیای را فرا گرفت. این نکته قابل بررسی است که هدف از دانش جغرافیای ریاضی وارد شدن به جزئیات اجرام سماوی، خواص آنها به ویژه فراگیری نجوم محض نمی باشد، بلکه از ترکیب علم جغرافیا و نجوم می توان حوادث موجود در جهان مثل پدیده های خسوف و کسوف، جذر و مد و غیره را به راحی توجیه کرد.

امروزه بشر  با بهره جویی از کاوشهای فضای و انتفاع از کشفیات علمی بسیار، توانسته است گام کوچکی در پهنه اقیانوس بی کران جهان بردارد تا شاید بتواند به بخش مختصری از مجهولات فراوان خویش و موجودات حیرت انگیز جهان آفرینش نایل شود، به همین منظور درصد برآمد با کمک جغرافیا با آسمانها و مواد آن آشنا و به وسیله این آشنایی و علاقه با توجه به اهمیت ویژه ای که برای آن قایل است تا حدی به پیشرفتهای علمی دست یابد.

هنگامی که بشر برای اولین بار آسمان بالای سر خود را مورد نظر قرار داد، دیدرس او فقط به آسمان بالای سرش محدود می شد. بعدها، او توانست وسایل علمی خاص را اختراع کند و به کمک آنها قادر به جستجو و مطالعه درفضای دورتر شود. در زمانهای اخیر اتفاقات جدید و هیجان انگیزی رخ داده است. بشر قادر به مسافرت و جستجو در فضا گشت و به همین علت هم اطلاعات او از جهان اطرافش به ناگهان افزایش یافت. بشر اولیه متوجه شد که بسیاری از اجرام روشن موجود در آسمان، به آهستگی در میان ستارگان حرکت می‌‌کنند. پس از طی قرون بسیار، او تشخیص داد که زمین و بعضی از اجرام، در اطراف خورشید گردش می کنند. این اجرام فضایی متحرک، سیارات نامیده شده اند و همه آنها را همراه با خورشید، منظومه شمسی نامگذاری کرده اند. اگر چه کشف این سیستم اهمیت زیادی داشت، ولی واقعه با اهمیت تر در قرن هفدهم میلادی رخ داد. گالیله دانشمند ایتالیایی تلسکوپی را بنا کرد که با کمک آن توانست عظمت و شگفتیهای کیهان را در اطراف سیستم خورشیدی مورد بررسی قرار دهد. او کهکشان راه شیری را مطالعه کرد و با کشف بزرگ خود نشان داد که این راه، مرکب از میلیاردها ستاره بسیار دور و کمرنگ می باشد. به کمک تلسکوپهای بسیار قوی و سایر وسایل علمی ( مانند نورسنج، طیف نگار و..) تاکنون بسیاری از اسرار این کهکشان کشف شده است.

با توجه به موارد فوق می توان دریافت که علم نجوم در مسیر تحول خود به کشف بسیاری از قوانین حاکم بر اجرام سماوی نایل آمده است، ولی باید گفت که کار تحقیق و پژوهش در این باره هرگز پایان پذیر نیست، زیرا با پیشرفت تکنولوژی، در هر زمان به اسرار تازه ای از جهان آفرینش دست می یابیم. به هر صورت، نقش و اهمیت نجوم در زندگی بشر انکار ناپذیر است و موارد کاربرد آن را میتوان در جهت یابی، هوانوردی، دریانوردی و مطالعات جغرافیایی، تهیه نقشه های مختلف جغرافیایی و نقشه برداری از زمین، پیش بینی جذر و مد، طوفان و توفند، توده های هوایی، انواع جبهه ها، اتمسفر و ترکیب آن، فرایند های انتقال انرژی گرمایی، کیفیت پدیده های مربوط به تابش، تهیه تقویمهای مختلف و بررسی نیروی گرانش به کمک محاسبات نجومی، نام برد.

درحال حاضر علم نجوم را به پنج بخش کاملاً مجزا تقسیم می کنند که هر بخش تخصص مخصوص به خود را می طلبد. این پنج بخش عبارتند از:

1-هیأت و نجوم Astronmy: در این مبحث تنها مسائل مربوط به حرکت و جابجایی اجرام سماوی و اثران ناشی از این حرکات مورد مطالعه قرار می گیرد و بیشترین مباحث درس جغرافیای ریاضی به این قسمت از دانش نجوم مربوط می شود.

2-اختر فیزیک Astrophysics:  در این بخش، ساختار، خواص فیزیکی، ترکیب شیمیایی و تحولات درونی ستارگان مورد بحث قرار می گیرد. در دانش اختر فیزیک درباره حرکات ظاهری و حقیقی ستارگان و تعیین مواضع آنها نیز بحث می شود.

3-  طالع بینی Astrology : در این قسمت، به کمک حرکت و مواضع اجرام سماوی، حوادث آسمانی پیشگویی می شود. البته آن دسته از پیشگویی های که منطبق بر قوانین علمی است ( مانند رخداد خسوف و کسوف) مورد تأیید است و آن پیشگویی های که پایه علمی ندارد و بیشتر جنبه فال گیری دارد، در این بخش مورد مطالعه قرار نمی گیرد.

4- کیهانشناسی Cosmology : این مقوله، قوانین عمومی تکامل طبیعی و مادی جهان و ساختار آن را بررسی می کند. به عبارت دیگر، جهان هستی را از دید کلی در نظر می گیرد و به مطالعه آن میپردازد. بررسی وضع کهکشانها، نواختران و به ویژه مسئله انبساط جهان از مباحث این قسمت از دانش نجوم می باشد.

5- کیهان زایی Cosmogong : این بخش از دانش نجوم درباره چگونگی پیدایش و منشأ کیهان بحث می کند. مسائل مربوط به پیدایش، تحول و تکوین عالم هستی در قلمرو مطالعات کیهان زایی است.

اکنون با توجه به تقسیم بندیهای ذکر شده در این قسمت، ملاحظه می شود که دانش جغرافیای ریاضی ( زمین در فضا) در قسمت اول این تقسیم بندی یعنی در هیأت و نجوم قرار می گیرد. در این دانش تنها به مسائلی پرداخته می شود که مربوط به حرکات اجرام سماوی ( به خصوص سیاره زمین) و آثار ناشی از این حرکات می باشد. مثلاً وقتی صحبت از دو رویداد آسمانی خسوف و کسوف می شود، این مطلب مستقیماً به جابه جایی و حرکتهای سه جرم ارتباط و همبستگی بسیار نزدیک جغرافیای ریاضی و نجوم آشکار می گردد. از این رو نتیجه می گیریم که در س جغرافیای ریاضی قسمتی از دانش هیأت است که خوشبختانه پایه گزاران آن دانشمندان ایرانی مثل ابوریحان بیرونی، عبدالرحمن صوفی، خواجه نصرالدین طوسی و …بوده اند. اگر چه در عصر حاضر پیشرفتهای سریع و قابل ملاحظه ای در این علم به خاطر توسعه تکنولوژی و ساخت وسایل مدرن رصد اجرام سماوی، صورت گرفته است، ولی به اعتقاد همه دانشمندان غربی تمام کشفیات و پیشرفتهای دانش هیأت جدید بر پایه هیأت قدیم بنا نهاده شده است.

1-2- تعریف کیهان

کیهان را می توان ترکیبی از ستارگان، سحابیها، سیارات، ستارگان دنباله دار و اجرام آسمانی دیگر تعریف کرد. به تصور ما این اجزاء جمع شده اند تا نقش کیهان را رقم بزنند. سیارات، سیارکها، اقمار، ستارگان دنباله دار، شهابسنگها به دور ستاره منفردی می گردند و ما آن را خورشید می نامیم. این مجموعه عظیم همه با هم منظومه شمسی را تشکیل می دهند. خورشید و بیلیونها ستاره دیگر اجتماعی از ستارگان را پدید می آورند که کهشکان خودی یا راه شیری نامیده می شود. جهان، بسیاری از این کهکشانها یا اجتماعات ستاره ای را شامل می شود.

1-2-1- کهکشان

کهکشان عبارت است از تعداد زیادی ستاره و فضای بین ستاره ای ( اغلب گاز و گرد و غبار) که تحت نیروی گرانش متقابل یکدیگر نگه داشته شده اند.ستارگان واقعی یک کهکشان در گستره ای وسیع به تعداد تقریبی صد میلیون تغییر می کند. به عبارت دیگر، خورشید و همسایگانش به انضمام مقدار زیادی از ماده میان ستاره ای و سحابیها، توسط نیروی گرانش، در یک خوشه بسیار بزرگ موسوم به کهکشان به یکدیگر پیوند خورده اند. اکثر ستارگان جهان درون چنین خوشه هایی جای گرفته اند.

منظومه شمسی ما جزء کهکشانی به نام راه شیری است که در شبهای صاف به صورت ابری کشیده و بسیار رقیق دیده می شود. این کهکشان به شکل عدسی محدب بزرگی است که ضخامت آن 10000 سال نوری و قطرش 100000سال نوری است. در کهکشان خودی متجاوز از 5میلیون منظومه و 10 میلیون ستاره وجود دارد. میلیونها منظومه شمسی تابع کهکشان راه شیری با سرعتهای متفاوتی به دور مرکز کهکشان می گردند. منظومه شمسی ما با مرکز کهکشان حدود 30000سال نوری فاصله دارد که با سرعت 250کیلومتر بر ثانیه در هر 250 میلیون سال یک بار حول محور کهکشان راه شیری می گردد. جرم کل کهکشان راه شیری 10 مرتبه بیشر از جرم خورشید است ( شکل 1-1)

1-2-2- رده بندی کهکشانها

مهمترین کهکشانهای نزدیک به ما عبارت اند از:

الف – کهکشان امراه المسلسله[1] ( آندرومدا)

این کهکشان که به نام31 M و یا 224 NGC معروف است. نزدیکترین کهکشان به کهکشان راه شیری بوده و از نظر اندازه و شکل با آن قابل مقایسه است. فاصله این کهکشان از کهکشان خودی حدود 2 میلیون سال نوری است و به صورت یک قرص مارپیچ متشکل در حدود 100 بیلیون ستاره، گاز و گرد و غبار می باشد. امراه المسلسمه ( زن زنجیر به پای) تنها کهکشان بزرگی است که با چشم غیر مسلح قابل رؤیت است و درخشندگی آن 100 بیلیون برابر خورشید است.

ب- گروه محلی

اخترشناسان تقریباً به 20 کهکشان کوتوله مشهور به « ابرهای ماژولانی» که 3 میلیون سال نوری از ما فاصله دارند، گروه محلی نام داده اند. در این گروه، کهکشانهای راه شیری، امراالمسلسله و 33M دارای شکل مارپیچ هستند.

ج- ابرهای ماژولانی

در ماوراء قلمرو راه شیری، ابرواره های کم نوری مشاهده می شوند. درگذشته تصور بر این بود که این ابرواره ها به مجموعه کهکشانی راه شیری تعلق دارند؛ ولی با توسعه تکنولوژی فضایی، مشخص شد که آنها مجموعه ای از ستارگانند که فاصله زیادی با ما دارند و از نظر حجم با کهکشان خودی قابل مقایسه میباشند. تماشایی ترین این کهکشانها، ابرهای ماژولان بزرگ و کوچک می باشند. این دو کهکشان در نزدیکی قطب جنوب و در صورت فلکی ماهی طلایی و توکان قرار دارند و با چشم غیر مسلح به وضوح قابل رؤیتند و فاصله آنها از ما حدود 150000سال نوری است( شکل 1-2)

1-2-3- ساختار کهکشانها

درسال 1224/1845 م لرد راس، منجم ایرلندی با رصد کهکشان 51M برای نخستین بار به ساختار مارپیچی آن پی برد. پس از آن منجمان دریافتند که 3/1 تمام کهکشانهای رصد شده مارپیچی اند. بقیه عمدتاً کهکشانهای بیضوی هستند و تعدادی هم کهکشانهای بی نظم.

کهکشانهای مارپیچی و بیضوی، علاوه بر تفلاوت ظاهریشان، تفاوتهای اساسی دیگری با هم دارند، در کهکشانهای بیضوی گاز و غبار یا وجد ندارد و یا بسیار اندک است. همچنین، این کهکشانها عمدتاً از ستاره های پیر تشکیل شده اند. از این دو عامل به راحتی میتوان نتیجه گرفت که کهکشانهای بیضوی پیرند و گاز و غبارشان مدتها پیش به صورت ستاره در آمده اند، و

شکل 1-2. ابرهای ماژولانی

موادی برای تکوین ستاره های جدید در آنها وجود ندارد. برعکس در کهکشانهای مارپیچی مقادیر زیادی گاز و غبار وجود دارد. بررسی کهکشان راه شیری و برخی از کهکشانهای مارپیچی نزدیک نشان می دهد که هنوز در آنها ستاره های جدیدی متولد می شوند.

در کهکشانهای مارپیچی سه بخش اصلی را می توان تشخیص داد. برآمدگی مرکزی، که مثل یک کهکشان بیضوی کوچک است، صفحه ای مسطح و گرد، که بازوها در آن قرار دارند و قرص یا صفحه کهکشان هم نامیده می شود، و هاله ای تقریباً کروی که کل کهکشان را در برگرفته است. اندازه برآمدگی مرکزی چند هزار سال نوری است. این قسمت را عمدتاً ستاره های پیر و کم جرم سرخ آشغال کرده اند. هسته کهکشان در همین قسمت مرکزی قرار دارد. بررسیهای اخیر تلسکوپ هابل، منجمان را متقاعد کرده است که در هسته بعضی از این کهکشانها ممکن است سیاهچاله ای پرجرم وجود داشته باشد.

هاله کهکشان، دور تا دور قرص کهکشان را فرا گرفته است. تعداد ستاره هایی که درهاله وجود دارند زیاد نیست، ولی عمدتاً از نوع ستاره های پیر هستند و بیشترشان عضو خوشه های کروی می باشند. صفحه کهکشان جایی است که بازوهای مارپیچی در آن قرار دارند. در واقع، عمده ستاره های یک کهکشان در همین صفحه قرار دارد. پهنای صفحه یک کهکشان نوعی، در حدود 100000سال نوری و ضخامتش در حدود 3000 سال نوری است. کهکشان راه شیری که به صورت نوار مه آلود در آسمان شب دیده می شود، در واقع منظره صفحه کهکشان ما و بازوهای مارپیچی آن است.

در صفحه کهکشان، علاوه بر بازوها ( که عمدتاً از ستاره تشکیل شده اند)، مقادیر زیادی گاز و غبار وجود دارد. بیشتر این گاز هیدروژن است که در حدود 5 تا 40 درصد جرم مرئی کهکشان مارپیچی را تشکیل میدهد. از این گاز و غبار است که ستاره های جدید متولد می شوند. در واقع، بازوهای کهکشان مارپیچی مانند زایشگاهی هستند که ستاره های نوزاد  و جوان در آن به مقدار زیاد دیده می شوند( شکل 1-3)

1-2-4- رده بندی مجدد

در سالهای دهه 689/1300 م ، ادوین هابل کهکشانها را از روی شکل ظاهریشان به دو گروه مارپیچی (S)  و بیضوی (E) تقسیم کرد. در کهکشانهای مارپیچی، میزان پیچ خوردگی بازوها، زیر رده هایی تعریف می شوند، کهکشانهای Sa هسته بزرگی دارند و بازوها کاملاً به دور هسته پیچ خورده اند. Sb بازوهای گشادتری دارد. علاوه بر اینها رده دیگری از کهکشانهای مارپیچی وجود دارد که از هسته آنها ساختاری میله مانند سربرکشیده است و بازوها از دو سر این میله بیرون آمده اند. این کهکشانهای مارپیچی میله ای را با نماد SB نشان می دهند و دوباره برای مشخص کردن اندازه برآمدگی میله ها از حروف کوچک c,b, a و … استفاده می کنند. مثلاً Sba یعنی کهکشانی که هسته میله ای بزرگی دارد که طول میله بیش از 3/1 طول قرص کهکشان است. در SBb میله کوچکتر است و …(

 1-3. مشخصات کهکشان راه شیری

ما در درون یکی از زیباترین اجرام عالم که کهکشان راه شیری است، زندگی می کنیم ستاره های متنوع آن- قرمز، آبی، بزرگ، کوچک، پیر و جوان- در سرتاسر آسمان پخش شده اند.

تمام این ستاره ها متعلق به یک کهکشان غول پیکرند که بزرگتر، درخشانتر و بسیار پرجرمتر از اکثر کهکشانهایی است که در عالم می بینیم. کهکشان ما آنقدر پرجرم است که ده کهکشان دیگر برگرد آن می گردند، درست مثل قمرهایی که به دور سیاره ای در حال گردشند. تقریباً همه آنچه با چشم غیر مسلح در آسمان می بینیم از آن کهکشان راه شیری است.

چون ما در درون کهکشان راه شیری زندگی می کنیم، نمی دانیم که کهکشانمان چه شکل و شمایلی دارد. ما ظاهر کهکشانهای دیگر، مثلاً 51M، را بسیار بهتر از کهکشان خودمان می شناسیم. همین طور، ساکنان کهکشان 51M، نیز ظاهر کهکشان ما را بهتر از ما می شناسند و خودشان نمی دانند که در چه کهکشان زیبایی زندگی می کنند. در نتیجه حتی پایه ای ترین حقایق درباره کهکشان خودمان توأم با نایقینی است. مثلاً،‌ اندازه کهکشانمان را در نظر می گیریم. نورانی ترین بخش راه شیری شبیه قرص مدوری است که قطرش به حدود 65000 سال نوری می رسد. اما،‌ همین رقم ممکن است تا 10000سال نوری کم و زیاد باشد. فاصله خورشید از مرکز کهکشان هم همینطور است. بهترین برآوردها،‌خورشید را بین 26000 و 28000 سال نوری از مرکز کهکشان قرار می دهد، ولی نایقینی آنقدر زیاد است که عدد واقعی ممکن است بین 21000 تا 32000سال نوری باشد