ألوان النجوم ودورة حياتها - كتاب العلوم - الصف 7 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال ماذا قرأت؟: كيف يرتبط لون النجم بدرجة حرارته؟

الإجابة: لون النجم يدل على درجة حرارته؛ فالنجوم الزرقاء أعلى حرارة، والنجوم الحمراء أقل حرارة، والنجوم الصفراء متوسطة الحرارة.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |----------|----------| | العلاقة بين لون النجم ودرجة حرارته | شرح هذه العلاقة وتوضيحها |
2. **المبدأ المستخدم:** **قانون فين للإزاحة** الذي يربط بين درجة حرارة الجسم الأسود والطول الموجي للضوء الذي يشع منه. حيث أن النجم يعتبر جسمًا أسودًا تقريبًا. العلاقة: $\lambda_{max} = \frac{b}{T}$ حيث $\lambda_{max}$ هو الطول الموجي للذروة، $b$ ثابت، $T$ درجة الحرارة بالكلفن.
3. 1. **تفسير العلاقة:** وفقًا لقانون فين، كلما ارتفعت درجة حرارة النجم، قصر الطول الموجي للضوء الذي يشع بذروة أكبر. 2. **العلاقة مع اللون:** الضوء ذو الطول الموجي القصير يقع في الطيف المرئي نحو اللون **الأزرق**، بينما الضوء ذو الطول الموجي الطويل يقع نحو اللون **الأحمر**. 3. **الترتيب حسب الحرارة:** - **النجوم الزرقاء:** تشع بذروة عند أطوال موجية قصيرة → **أعلى درجة حرارة** (قد تصل لعشرات الآلاف من الكلفن). - **النجوم الصفراء (مثل الشمس):** تشع بذروة في منتصف الطيف المرئي → **درجة حرارة متوسطة** (حوالي 5500-6000 كلفن). - **النجوم الحمراء:** تشع بذروة عند أطوال موجية طويلة → **أقل درجة حرارة** (حوالي 3000 كلفن أو أقل). 4. > **ملاحظة:** هذا الترتيب (أزرق ← أصفر ← أحمر) يتوافق مع **تسلسل النجوم في التصنيف الطيفي (O, B, A, F, G, K, M)** من الحارة إلى الباردة.
4. **الاستنتاج النهائي:** يوجد علاقة عكسية بين لون النجم الظاهري ودرجة حرارته السطحية؛ حيث تشير الألوان الزرقاء إلى درجات حرارة عالية جدًا، بينما تشير الألوان الحمراء إلى درجات حرارة منخفضة نسبيًا، وتقع النجوم الصفراء في المدى المتوسط بينهما.

سؤال الشكل ٢٤: صف ماذا يحدث للنجم العملاق عندما ينهار لبه؟

الإجابة: عند انهيار لب النجم العملاق يحدث انفجار عظيم (مستعر أعظم/سوبرنوفا)، وتُقذف طبقاته الخارجية، ويتبقى لب قد يتحول إلى نجم نيوتروني أو ثقب أسود بحسب كتلته.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | المطلوب | |----------|----------| | نجم عملاق يصل لمرحلة انهيار اللب | وصف الأحداث التي تلي انهيار اللب والنتيجة النهائية |
2. **المبدأ المستخدم:** **تطور النجوم الضخمة** ونهاية حياتها. عندما يستنفذ النجم العملاق وقوده النووي، يتوقف الضغط الإشعاعي الداعم ضد الجاذبية، مما يؤدي إلى انهيار اللب تحت تأثير جاذبيته الهائلة.
3. 1. **مرحلة ما قبل الانهيار:** يستنفذ النجم العملاق (كتلته أكبر بكثير من الشمس) الوقود النووي في لبّه، ويتوقف الاندماج النووي. 2. **انهيار اللب:** - **فقدان التوازن:** يتوقف **الضغط الإشعاعي** للخارج الذي كان يوازن **قوة الجاذبية** الداخلة. - **الانهيار السريع:** تنهار طبقات النجم نحو الداخل تحت تأثير الجاذبية بسرعة هائلة، وتسخن المادة في اللب إلى درجات حرارة قصوى. 3. **الحدث الرئيسي: انفجار المستعر الأعظم (السوبرنوفا):** - يؤدي الانهيار والارتفاع الهائل في الحرارة والضغط إلى حدوث **موجة صدمة** عاتية. - تنفجر هذه الموجة إلى الخارج، **تقذف بطبقات النجم الخارجية** بقوة هائلة إلى الفضاء، مكونة **سحابة متوسعة (بقايا المستعر الأعظم)**. - يكون الانفجار ساطعًا لدرجة أنه قد يضيء مجرة بأكملها لفترة. 4. **مصير اللب المتبقي:** يعتمد على **الكتلة الأولية للنجم** (أو كتلة اللب المنهار): | كتلة اللب المتبقي بعد الانفجار | المصير النهائي | |--------------------------------|----------------| | بين ~1.4 و ~3 كتل شمسية | **نجم نيوتروني**: مادة فائقة الكثافة من النيوترونات. | أكبر من ~3 كتل شمسية | **ثقب أسود**: حيث تكون الجاذبية شديدة لدرجة لا يهرب منها حتى الضوء. | أقل من ~1.4 كتل شمسية (لنجوم أقل ضخامة) | **قزم أبيض** (ولكن هذه ليست نهاية نجم عملاق). | 5. > **ملاحظة:** تُعتبر عناصر ثقيلة مثل الذهب واليورانيوم تتشكل خلال هذا الانفجار العظيم وتنثر في الفضاء لتكون لبنات بناء الأجيال القادمة من النجوم والكواكب.
4. **الخلاصة:** يؤدي انهيار لب النجم العملاق إلى حدث كارثي هائل هو انفجار المستعر الأعظم، الذي ينتج عنه قذف المواد الخارجية للنجم إلى الفضاء، بينما يتحول اللب المتبقي إما إلى نجم نيوتروني شديد الكثافة أو إلى ثقب أسود، وذلك اعتمادًا على الكتلة المتبقية.

ما العلاقة بين لون النجم ودرجة حرارته السطحية؟

• أ) النجوم الزرقاء هي الأعلى حرارة، والحمراء الأقل، والصفراء متوسطة.
• ب) النجوم الحمراء هي الأعلى حرارة، والزرقاء الأقل، والصفراء متوسطة.
• ج) النجوم الصفراء هي الأعلى حرارة، والحمراء الأقل، والزرقاء متوسطة.
• د) لون النجم لا يرتبط بدرجة حرارته بشكل مباشر بل بحجمه.

الإجابة الصحيحة: a

الإجابة: النجوم الزرقاء هي الأعلى حرارة، والحمراء الأقل، والصفراء متوسطة.

الشرح: 1. وفقًا لقانون فين للإزاحة، كلما ارتفعت درجة حرارة النجم، قصر الطول الموجي للضوء الذي يشعه بذروة. 2. الأطوال الموجية القصيرة في الطيف المرئي تقابل اللون الأزرق، بينما الأطوال الموجية الطويلة تقابل اللون الأحمر. 3. بناءً عليه، النجوم الزرقاء هي الأعلى حرارة، تليها الصفراء، ثم الحمراء الأقل حرارة.

تلميح: تذكر علاقة لون لهب الغاز بدرجة حرارته.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف تبدأ حياة النجم؟

• أ) تتكون من تجمع مباشر للمادة في الفراغ دون الحاجة لسحابة غازية.
• ب) تبدأ من سحابة غازات وغبار تنكمش بفعل الجاذبية، مما يؤدي لارتفاع الحرارة والضغط واندماج الذرات.
• ج) تتشكل من تبريد مادة سائلة عالية الكثافة تحت تأثير الضغط.
• د) تبدأ من انفجار نجم سابق وتنثر مادته في الفضاء لتكوين نجم جديد.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تبدأ من سحابة غازات وغبار تنكمش بفعل الجاذبية، مما يؤدي لارتفاع الحرارة والضغط واندماج الذرات.

الشرح: 1. تبدأ حياة النجم من سحابة ضخمة من الغازات والغبار تسمى السديم. 2. تسحب قوة الجاذبية مادة هذه السحابة إلى الداخل، مما يؤدي إلى انكماشها. 3. هذا الانكماش يسبب ارتفاعًا كبيرًا في درجة الحرارة والضغط داخل السحابة. 4. الظروف شديدة الحرارة والضغط تسمح باندماج ذرات الهيدروجين والهيليوم، مطلقة طاقة هائلة، ليصبح نجمًا حقيقيًا.

تلميح: تذكر المادة الأولية والقوة التي تجمعها.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما الأحداث الرئيسية التي تلي انهيار لب النجم العملاق؟

• أ) يتحول مباشرة إلى قزم أبيض ثم قزم أسود دون انفجار.
• ب) انفجار مستعر أعظم يقذف الطبقات الخارجية ويترك لبًا يتحول لنجم نيوتروني أو ثقب أسود.
• ج) ينكمش ويصبح نجمًا تابعًا رئيسيًا أصغر حجمًا.
• د) يندمج مع نجم آخر لتكوين نجم أكبر وأكثر سطوعًا.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: انفجار مستعر أعظم يقذف الطبقات الخارجية ويترك لبًا يتحول لنجم نيوتروني أو ثقب أسود.

الشرح: 1. عند استنفاد الوقود النووي في لب النجم العملاق، يتوقف الضغط الإشعاعي الذي يوازن قوة الجاذبية. 2. ينهار اللب تحت تأثير جاذبيته الهائلة، مما يولد موجة صدمة عنيفة. 3. تحدث انفجار ضخم يُعرف بالمستعر الأعظم (السوبرنوفا)، تُقذف خلاله الطبقات الخارجية للنجم إلى الفضاء. 4. يتبقى لب النجم، الذي قد يتحول إلى نجم نيوتروني إذا كانت كتلته متوسطة، أو إلى ثقب أسود إذا كانت كتلته كبيرة جدًا.

تلميح: فكر في نهاية حياة النجوم الضخمة وما هو الناتج عن انهيار لبها.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

كيف يُقارن حجم الشمس بنجم منكب الجوزاء؟

• أ) الشمس أكبر بكثير من منكب الجوزاء الذي يعد نجمًا صغيرًا.
• ب) حجم الشمس ومنكب الجوزاء متقارب جدًا وكلاهما نجوم صغيرة.
• ج) الشمس نجم متوسط الحجم، ومنكب الجوزاء نجم عملاق أكبر بكثير، يستوعب مدارات الكواكب الداخلية.
• د) منكب الجوزاء أصغر من الشمس بقليل ويستوعب مدار كوكب الزهرة فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الشمس نجم متوسط الحجم، ومنكب الجوزاء نجم عملاق أكبر بكثير، يستوعب مدارات الكواكب الداخلية.

الشرح: 1. الشمس تُصنف كنجم متوسط الحجم ودرجة الحرارة. 2. نجم منكب الجوزاء هو نجم عملاق. 3. للدلالة على حجمه الهائل، لو وُضع منكب الجوزاء مكان الشمس، لكان حجمه كافيًا لاستيعاب مدارات الكواكب الأربعة الأولى (عطارد، الزهرة، الأرض، المريخ).

تلميح: تذكر التشبيه الذي قيل عن حجم منكب الجوزاء مقارنةً بمجموعتنا الشمسية.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: سهل