تقويم الفصل - كتاب علوم الأرض و الفضاء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال مربع-1: أكمل خريطة المفاهيم التي توضح دورة حياة النجوم بالأجرام التالية: ثقب أسود - نجم متوسط - عملاق فوق أحمر - السديم الكوكبي.

الإجابة: نجم متوسط

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، فهو يطلب منا إكمال خريطة مفاهيم لدورة حياة النجوم. دورة حياة النجم تعتمد بشكل أساسي على كتلته الأولية. الأجرام المذكورة (ثقب أسود، نجم متوسط، عملاق فوق أحمر، السديم الكوكبي) تمثل مراحل مختلفة في هذه الدورة. إذا بدأنا من السديم (سحابة من الغاز والغبار)، فإن النجم الذي يتكون منه ويبلغ كتلته قريبة من كتلة شمسنا أو أقل يسمى **نجم متوسط**. هذه هي المرحلة الطويلة والمستقرة من حياته حيث يندمج الهيدروجين في قلبه لتكوين الهيليوم. إذن، في تسلسل دورة حياة نجم متوسط الكتلة، فإن المرحلة التي تلي تكوّنه من السديم مباشرة هي مرحلة **النجم المتوسط** على النسق الأساسي.

سؤال مربع-2: أكمل خريطة المفاهيم التي توضح دورة حياة النجوم بالأجرام التالية: ثقب أسود - نجم متوسط - عملاق فوق أحمر - السديم الكوكبي.

الإجابة: عملاق فوق أحمر

خطوات الحل:

1. **الشرح:** بعد أن يستنفذ النجم المتوسط وقود الهيدروجين في قلبه، يبدأ قلبه بالانكماش وتسخين الطبقات المحيطة. هذا يؤدي إلى تمدد الطبقات الخارجية للنجم بشكل هائل، فيتحول من نجم متوسط على النسق الأساسي إلى نجم كبير جداً وحجمه هائل. هذه المرحلة المتقدمة في حياة النجم الضخم (أكبر بكثير من الشمس) تسمى مرحلة **العملاق فوق الأحمر**. في هذه المرحلة، يكون النجم كبيراً جداً ودرجة حرارة سطحه منخفضة نسبياً مما يعطيه لوناً مائلاً للأحمر. إذن، في دورة حياة النجم الضخم، فإن المرحلة التي تلي مرحلة النجم الضخم على النسق الأساسي هي مرحلة **العملاق فوق الأحمر**.

سؤال مربع-3: أكمل خريطة المفاهيم التي توضح دورة حياة النجوم بالأجرام التالية: ثقب أسود - نجم متوسط - عملاق فوق أحمر - السديم الكوكبي.

الإجابة: السديم الكوكبي

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنتابع دورة حياة النجم المتوسط (مثل شمسنا). بعد مرحلة العملاق الأحمر (وهي النسخة الأصغر من العملاق فوق الأحمر للنجوم المتوسطة)، لا يستطيع النجم الاحتفاظ بطبقاته الخارجية بسبب ضعف جاذبيته. فيسلخ هذه الطبقات الخارجية ببطء، مكونة سحابة كروية جميلة من الغاز والغبار تتوهج بسبب الإشعاع من النواة الساخنة المتبقية للنجم. هذه السحابة المتوهجة تسمى **السديم الكوكبي**. إذن، في نهاية حياة النجم المتوسط، وقبل أن يتحول إلى قزم أبيض، يمر بمرحلة قصيرة يطرد خلالها غلافه مكوناً **السديم الكوكبي**.

سؤال مربع-4: أكمل خريطة المفاهيم التي توضح دورة حياة النجوم بالأجرام التالية: ثقب أسود - نجم متوسط - عملاق فوق أحمر - السديم الكوكبي.

الإجابة: ثقب أسود

خطوات الحل:

1. **الشرح:** الآن ننتقل إلى نهاية حياة النجم الضخم جداً. بعد مرحلة العملاق فوق الأحمر، يصل النجم إلى نهاية حياته بانفجار هائل يسمى المستعر الأعظم (السوبرنوفا). مصير القلب المنهار بعد هذا الانفجار يعتمد على كتلته المتبقية. إذا كانت الكتلة المتبقية للقلب المنهار كبيرة جداً (أكبر من حوالي 3 أضعاف كتلة الشمس)، فإن قوة الجاذبية تكون ساحقة لدرجة أن لا شيء يمكنه المقاومة، ولا حتى الضوء. في هذه الحالة، يتشكل جرم ذو جاذبية هائلة لا يسمح لأي شيء بالإفلات منه، وهذا الجرم هو **الثقب الأسود**. إذن، **الثقب الأسود** هو أحد النهايات المحتملة للنجوم ذات الكتلة الهائلة.

سؤال س:١٧: ابحث بشكل مختصر في علاقة الكوازارات بالثقوب السوداء.

الإجابة: هي أنوية مجرات نشطة شديدة اللمعان، ومصدر طاقتها الرئيس هو ثقب أسود فائق الكتلة في مركز المجرة، إذ تسقط المادة نحوه مكونة قرص تراكم ترتفع حرارته وتطلق إشعاعاً هائلاً.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الكوازارات هي من أكثر الأجرام لمعاناً في الكون، وتظهر كنقطة مضيئة شديدة (شبيهة بالنجم) لكنها بعيدة جداً. الثقوب السوداء هي مناطق في الفضاء ذات جاذبية هائلة لا يهرب منها حتى الضوء.
2. **الخطوة 2 (العلاقة):** يعتقد العلماء أن مصدر الطاقة الهائل للكوازار ليس نجماً عادياً، بل هو **ثقب أسود فائق الكتلة** موجود في مركز مجرة. هذا الثقب الأسود الهائل يجذب المادة من حوله (غبار وغازات) لتسقط نحوه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** عند سقوط هذه المادة، تتجمع في قرص دوار حول الثقب الأسود يسمى قرص التراكم. بسبب الاحتكاك والضغط الهائلين، ترتفع حرارة هذا القرص إلى ملايين الدرجات ويطلق كميات هائلة من الإشعاع (ضوء وأشعة أخرى) في جميع الاتجاهات. هذا الإشعاع هو ما نراه ونسميه **كوازار**. إذن، العلاقة هي أن الكوازار هو المظهر الإشعاعي الناتج عن نشاط ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرة.

سؤال س:١٨: حدد موقع الشمس في المخطط؟

الإجابة: تقع الشمس على السلسلة الرئيسة (النسق الأساسي) قرب منتصفها (درجة حرارة ولمعان متوسطان).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** مخطط هيرتزبرونج-راسل (H-R) هو مخطط بياني مهم في علم الفلك يرتب النجوم حسب درجة حرارة سطحها (أو لونها) على المحور الأفقي، ودرجة لمعانها (أو ضيائها) على المحور الرأسي.
2. **الخطوة 2 (تحديد الموقع):** الشمس نجم متوسط من حيث الخصائص. درجة حرارة سطحها حوالي 5,500 درجة مئوية (وهي ليست من الأعلى ولا من الأقل). لمعانها أيضاً متوسط مقارنة بالنجوم الأخرى. عند رسم هذه القيم على مخطط H-R، نجد أن معظم النجوم (حوالي 90%) تقع على خط قطري مائل يسمى **السلسلة الرئيسة** أو النسق الأساسي. النجوم على هذا الخط هي في المرحلة الأساسية من حياتها حيث تندمج الهيدروجين في قلوبها.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، تقع الشمس على **السلسلة الرئيسة** في مخطط H-R، في موقع متوسط تقريباً، ليس في أقصى اليسار (الحارة جداً) ولا اليمين (الباردة)، وليس في الأعلى (اللامعة جداً) ولا الأسفل (الخافتة).

سؤال س:١٩: أين تقع النجوم ذات درجات الحرارة المنخفضة واللمعان العالي، وماذا تسمى؟

الإجابة: تقع في الجزء العلوي الأيمن من مخطط H-R. وتسمى العمالقة الحمراء.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (فهم المحاور):** في مخطط H-R، تزداد درجة الحرارة من اليمين إلى اليسار (أي النجوم في أقصى اليسار هي الأكثر حرارة). بينما يزداد اللمعان من الأسفل إلى الأعلى (أي النجوم في الأعلى هي الأكثر لمعاناً).
2. **الخطوة 2 (تحديد المنطقة):** النجوم ذات درجة الحرارة المنخفضة ستكون على الجانب **الأيمن** من المخطط (لأن الحرارة تزداد نحو اليسار). والنجوم ذات اللمعان العالي ستكون في الجزء **العلوي** من المخطط. لذلك، فإن النجوم التي تجمع بين هاتين الخاصيتين (حرارة منخفضة ولمعان عالٍ) ستقع في **الجزء العلوي الأيمن** من مخطط H-R.
3. **الخطوة 3 (التسمية):** النجوم في هذه المنطقة من المخطط هي نجوم كبيرة جداً في الحجم ولكن درجة حرارة سطحها منخفضة نسبياً، مما يعطيها لوناً مائلاً للأحمر. هذه النجوم تسمى **العمالقة الحمراء** (أو العملاقة الحمراء).

سؤال س:٢٠: أين تقع النجوم ذات درجات الحرارة العالية واللمعان المنخفض، وماذا تسمى؟

الإجابة: تقع في الجزء السفلي الأيسر من مخطط H-R. وتسمى الأقزام البيضاء.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (فهم المحاور):** في مخطط H-R، كما ذكرنا، تزداد درجة الحرارة من اليمين إلى اليسار، واللمعان من الأسفل إلى الأعلى.
2. **الخطوة 2 (تحديد المنطقة):** النجوم ذات درجة الحرارة العالية ستكون على الجانب **الأيسر** من المخطط. والنجوم ذات اللمعان المنخفض ستكون في الجزء **السفلي** من المخطط. لذلك، فإن النجوم التي تجمع بين هاتين الخاصيتين (حرارة عالية ولمعان منخفض) ستقع في **الجزء السفلي الأيسر** من مخطط H-R.
3. **الخطوة 3 (التسمية):** النجوم في هذه المنطقة هي نجوم صغيرة جداً في الحجم (أصغر من الأرض أحياناً) ولكن درجة حرارة سطحها مرتفعة جداً، مما يعطيها لوناً أبيض مائلاً للزرقة. هذه النجوم هي المرحلة النهائية لحياة النجوم متوسطة الكتلة (مثل شمسنا) وتسمى **الأقزام البيضاء**.

سؤال س:١٦: أكمل خريطة المفاهيم التي توضح دورة حياة النجوم بالأجرام التالية: ثقب أسود - نجم متوسط - عملاق فوق أحمر - السديم الكوكبي.

الإجابة: السديم <- نجم متوسط <- عملاق أحمر <- السديم الكوكبي <- قزم أبيض. السديم <- نجم ضخم <- عملاق فوق أحمر <- مستعر أعظم <- ثقب أسود.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال بشكل شامل. إنه يطلب منا إكمال خريطة المفاهيم الكاملة لدورة حياة النجوم، مع الأخذ في الاعتبار أن المسار يختلف حسب الكتلة الأولية للنجم. هناك مساران رئيسيان: **المسار الأول: دورة حياة النجم متوسط الكتلة (مثل الشمس)** 1. يبدأ النجم حياته من **السديم** (سحابة من الغاز والغبار). 2. يتكثف السديم ويتشكل **نجم متوسط** يدخل مرحلة النسق الأساسي الطويلة. 3. عندما يستنفذ الهيدروجين في قلبه، يتمدد ليصبح **عملاق أحمر** (وهو نسخة أصغر من العملاق فوق الأحمر). 4. في نهاية هذه المرحلة، يطرد النجم غلافه الخارجي مكوناً **سديم كوكبي** جميل. 5. أخيراً، يبقى القلب الساخن والكثيف للنجم، والذي يبرد ببطء ليتحول إلى **قزم أبيض**. **المسار الثاني: دورة حياة النجم الضخم (أكبر بكثير من الشمس)** 1. يبدأ أيضاً من **السديم**. 2. يتشكل منه **نجم ضخم** يدخل مرحلة النسق الأساسي (لكن لفترة أقصر). 3. بعد استنفاذ الوقود، يتمدد ليصبح **عملاق فوق أحمر** (أكبر وأضخم من العملاق الأحمر). 4. تنتهي حياته بانفجار هائل يسمى **مستعر أعظم** (سوبرنوفا). 5. مصير القلب بعد الانفجار يعتمد على كتلته: * إذا كانت الكتلة المتبقية كبيرة جداً، فإنه ينهار تماماً ليتحول إلى **ثقب أسود**. * إذا كانت الكتلة أقل، فقد يتحول إلى نجم نيوتروني. إذن، خريطة المفاهيم الكاملة تربط هذه الأجرام في تسلسلين منطقيين يوضحان مصير النجوم حسب كتلتها.

ما هي المراحل المتوقعة لدورة حياة نجم متوسط الكتلة (مثل الشمس) وفقاً لمخطط تدفق دورة حياة النجوم؟

الإجابة: السديم → نجم متوسط → عملاق أحمر → السديم الكوكبي → قزم أبيض

الشرح: يبدأ النجم المتوسط حياته من سديم، ثم يمر بمرحلة النجم المتوسط (الاستقرار)، ثم يتوسع ليكون عملاقاً أحمر، ثم يطرد غلافه الخارجي مكوناً سديماً كوكبياً، وينتهي قلبه كقزم أبيض.

تلميح: تتبع المسار الأيسر في المخطط، بدءاً من السديم وانتهاءً بالقزم الأبيض. هناك مرحلتان وسيطتان يجب استنتاجهما.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما هي المراحل المتوقعة لدورة حياة نجم ضخم الكتلة وفقاً لمخطط تدفق دورة حياة النجوم؟

الإجابة: السديم → نجم ضخم → عملاق فوق أحمر → مستعر أعظم → (بناءً على كتلة اللب) إما نجم نيوتروني (إذا كانت الكتلة < 3 كتلة شمسية) أو ثقب أسود (إذا كانت الكتلة > 3 كتلة شمسية).

الشرح: يبدأ النجم الضخم من سديم، ثم يمر بمرحلة النجم الضخم، ثم يتوسع ليكون عملاقاً فوق أحمر، ثم ينفجر كمستعر أعظم. بناءً على كتلة اللب المتبقي بعد الانفجار، إما ينهار ليشكل نجماً نيوترونياً (كتلة أقل) أو ثقباً أسود (كتلة أكبر).

تلميح: تتبع المسار الأيمن في المخطط. بعد المستعر الأعظم، توجد نقطة قرار تعتمد على كتلة اللب المنهار.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

وفقاً لمخطط هرتزبرونج-راسل (H-R)، أين يقع موقع الشمس تقريباً؟ وما خصائصها من حيث درجة الحرارة واللمعان؟

الإجابة: تقع الشمس في منطقة النسق الأساسي (القطاع الرئيسي) من مخطط H-R. وهي نجم متوسط الحرارة (حوالي 5700 كلفن) ووسطي اللمعان.

الشرح: الشمس نجم من النسق الأساسي، مما يعني أنها في مرحلة احتراق الهيدروجين المستقر في لبها. موقعها في المخطط يعكس توازنها بين درجة حرارة سطحها المتوسطة وضيائها المعتدل مقارنة بالنجوم الأخرى.

تلميح: تذكر أن الشمس هي نجم نموذجي من حيث الكتلة والحجم. ابحث عن المنطقة التي تضم معظم النجوم في مرحلة الاستقرار.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

في مخطط هرتزبرونج-راسل (H-R)، أين تقع النجوم ذات درجات الحرارة المنخفضة واللمعان العالي؟ وما اسمها؟

الإجابة: تقع في الجزء العلوي الأيمن من المخطط. وتسمى هذه النجوم بالعمالقة الحمراء أو العمالقة فوق الحمراء.

الشرح: اللمعان العالي مع درجة حرارة سطح منخفضة يعني أن النجم كبير الحجم جداً (نصف قطره هائل)، مما يجعله يصنف ضمن فئة العمالقة أو فوق العمالقة، وغالباً ما يكون في مراحل متأخرة من تطوره.

تلميح: فكر في النجوم الكبيرة جداً في الحجم ولكن سطحها بارد نسبياً. موقعها في المخطط يعكس هذه الخاصية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

في مخطط هرتزبرونج-راسل (H-R)، أين تقع النجوم ذات درجات الحرارة العالية واللمعان المنخفض؟ وما اسمها؟

الإجابة: تقع في الجزء السفلي الأيسر من المخطط. وتسمى هذه النجوم بالأقزام البيضاء.

الشرح: درجة الحرارة العالية مع لمعان منخفض تشير إلى أن النجم صغير الحجم جداً (نصف قطره صغير)، وهو ما يميز الأقزام البيضاء، وهي المرحلة النهائية لتطور النجوم متوسطة الكتلة مثل الشمس.

تلميح: فكر في البقايا النجمية الصغيرة جداً والحارة جداً. حجمها الصغير هو سبب لمعانها المنخفض رغم حرارتها العالية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط