خشت‌های سازنده گیتی

ژان-رونه روآ*-ترجمه و افزوده: حسن فتاحی: در سال 1924م. ادوین پاول هابل، اخترشناس آمریکایی، دورایی [فاصله] «ابرواره بزرگ» را در هم‌اختر [صورت فلکی] آندرومدا تعیین کرد و به‌روشنی اعلام کرد که خارج از کهکشان راه‌‌شیری قرار دارد. بدین‌سان، به‌ طور ناگهانی، گیتی نپاهش‌پذیر [مشاهده‌پذیر] با کمینه مقدار یک‌ میلیون مرتبه بزرگ شده بود. در شب‌های زیبای اواخر تابستان و پاییز می‌توانید در هم‌اختر آندرومدا چیزی را تماشا کنید که در دوربین‌های دوچشمی کوچک به شکل جرمی کوچک و پراکنده ظاهر می‌شود. از مکانی به دور از آلودگی نوری حتی می‌توانید این جرم آسمانی را با چشم برهنه هم ببینید. اخترشناسان پیشین به آن توجه کافی داشتند. عبدالرحمان صوفی، اخترشناس مشاهده‌گر تیزبین ایرانی، در کتاب باشکوه خود صور الکواکب که نام کامل‌تر آن صور الکواکب الثابته است (به معنای پیکرهای ستارگان ثابت) که به سال 964م. منتشر شده، از این جرم گیج‌کننده نام برده و آن را شناسایی کرده است. در سال 1612م. ریاضی‌دان آلمانی، سایمون ماریوس، نخستین فردی بود که ابرواره نام‌برده‌شده را با بهره‌گیری از تلسکوپ مشاهده کرد. ماریوس آن جرم پراکنده کم‌نور را چنین توصیف کرده است: نور شمعی که گویی روی شاخی می‌درخشد و از دور دیده می‌شود. ابر کوچک امروزه به‌خوبی شناخته شده است؛ کهکشان آندرومدا. با برآمدن تلسکوپ در جهان اخترشناسی، ابرهای کف‌مانند دیگری هم کشف شد و ستاره‌شناس فرانسوی، شارل مسیه،‌ شکارچی دنباله‌دارها بود. او این ابر کوچک (کهکشان آندرومدا) را در فهرست مسیه با شماره 31 نام‌گذاری کرد. او هشدار داده بود که اگر کسی در پی دنباله‌دار جدید باشد، جرم یا برآخت آسمانی 31 را نباید با دنباله‌دار اشتباه بگیرد. کهکشان آندرومدا با دورایی 2.5 سال نوری از ما، دورترین جرمی است که می‌توان با چشم برهنه دید. به یاد داشته باشید نوری که امروز از آندرومدا به چشم ما می‌رسد، 2.5 سال نوری پیش گسیل شده، زمانی که جد ما هوموهابیلیس در ساوانی آفریقا در حال پرسه‌زنی بود.

 خیال کهکشان‌ها: داستانی قدیمی

در نیمه دوم سده هجدهم، کشف ابرواره‌ها [سحابی‌ها] جان تازه‌ای گرفت. کاوش آنها دو مسیر موازی را دنبال کرد: اول یک مطالعه تجربی و کاملا مشاهده‌ای بود که از سوی ویلیام هرشل، ستاره‌شناس و موسیقی‌دان اهل آلمان انجام شد و در این کار خواهرش کارولین هم بسیار کمک کرد. دیگری مانند خیابانی بود پر از گمانه‌زنی که سه فیلسوف در آن پرسه می‌زدند: توماس رایت، یوهان هاینریش لامبرت و امانوئل کانت. ازآنجایی‌که ویلیام هرشل ذهن محتاطانه‌ای داشت، کوشید تا اجرام ابرواره مختلفی را که در بیشتر پهنه آسمان پراکنده بودند و خواهرش کارولین با تلسکوپ می‌یافت، درک کند. همان‌طورکه خواهر و برادر هرشل اشاره کرده‌اند، تعداد آن جرم‌های ابرواره‌‌ای بیش از آن چیزی بودند که خودشان در ابتدا حدس می‌زدند. مانند دیگران، هرشل هم با تکاپوی کشف ماهیت ابرواره‌ها روبه‌رو بود. چنین به نظر می‌آمد که برخی‌ از آنها به محیط‌هایی پر از ستاره تعلق دارند و برخی نه. در میان فرضیه‌های تکراری پیش‌روی هرشل و گزارش‌ها و نوشته‌های ناهمخوان، هرشل از خود پرسید به‌راستی که این ابرواره‌ها چیست‌اند؟ آیا صرفا اجرامی تفکیک‌پذیر به ستاره‌ها هستند یا چیزی فراتر و برای نمونه، هرکدام «راه‌شیری»های جداگانه‌ای‌اند. او با رویکردی محتاطانه، ماده‌ ابرواره را ناشناخته و شاره‌ای تابان فرض کرد که در میان ستارگان در بند کشیده‌شده در آن ابرواره توزیع شده است. بعدتر بر اثر گفته‌های کانت، او ابرواره‌ها را سامانه‌هایی مانند سامانه خورشیدی خودمان فرض کرد. اگرچه هرشل نگره‌اش را درباره ابرواره‌ها مدام تغییر می‌داد و در ذهنش با آنها درگیر بود؛ بیش از هر ستاره‌شناس دیگری برای دگرگون‌کردن دیدگاه ما از گیتی بزرگ‌مقیاس کوشید و در آن سهم دارد. رازآلودگی ابرواره‌ها توجه فیلسوفان سده هجدهم را هم به خود جلب کرد بود. با توانی دوچندان اندیشمندان اروپایی به توصیف ساختار بزرگ‌مقیاس آسمان پرداختند. آنان ترکیبی از عرفان و فیزیک را به کار گرفتند که جملگی بر پایه حدس و گمان استوار بود. نخستین اخترشناس و ریاضی‌دان بریتانیایی، توماس رایت از دورهام، به خاطر کتاب مشهورش درباره اخلاق، با نام «نگره‌ای [تئوری‌ای] برای گیتی» که به سال 1734م. منتشر شد، شناخته می‌شود. در این کتاب رایت در پی پرداختن به پدیده‌های گوناگون اخترشناختی بود و البته ارائه توضیحی یکسان برای آنها. او کوشید تا نواختران، ستارگان متغیر، ابرواره‌ها، دنباله‌دارها و کهکشان راه ‌شیری را برحسب آتشفشان‌های موجود در آسمان توضیح دهد. یوهان هاینریش لامبرت، دانشمند همه‌چیزدان فرانسوی-سوئیسی دومین کیهان‌شناسی بود که اسیر ابرواره‌ها شد. او سامانه‌ای سلسله‌مراتبی از خوشه‌های ستارگان را که در میلیون‌ها سال نوری در فضا پخش و پراکنده بودند، توضیح داد. با این‌ حال حدس و گمان‌های خیالی رایت و لامبرت تأثیر اندکی بر اخترشناسان نوین داشت. باورهای رایت بر کانت اثربخش بود. کانت، فیلسوف جوان آلمانی بود که کمتر از طریق ارجاع‌های الهیاتی به بند کشیده می‌شد و خوشبختانه از رایت هم خیلی شفاف‌تر می‌نوشت. کانت از نظریه گرانش نیوتن در توضیح شکل‌ها و سامانه‌های کیهانی وام گرفت. او در کتابی که هنگام جوانی‌اش با نام «تاریخ طبیعی جهان‌شمول و نگره‌های بهشت‌ها» به سال 1755م. نوشت، پیشنهاد داد که ابرواره‌ها سامانه‌هایی از ستارگان گوناگون هستند و دورایی آنها سبب می‌شود درخششی کم‌رنگ و یکنواخت از آنها گسیل شود؛ یعنی ابرواره‌ها می‌توانند سامانه‌های سیاره‌ای در حال شکل‌گیری باشند. حالا البته می‌دانیم که این ابرواره‌ها برخی ابرواره‌های سیاره‌ای با پوششی از گازهای گسیلشی و پرتابی از ستارگان در حال دگرگشت‌ مانند خورشید خودمان هستند. با این ترکیبی از فرضیه‌های پر از گمانه‌زنی و ناهمخوان با هم، خیال‌پردازی و فرضیه‌سازی به حد اعلای خود رسیده بود. حال بیایید سروقت نپاهشگران [رصدگران] کارکشته آسمان برویم که راه دیگری را پیمودند. نخستین قدم در میانه‌های سده نوزدهم [برابر با دوره قاجار در ایران] در جایی دور از انتظار یعنی ایرلند رخ داد.

سردرگمی در جاده کهکشان

ستاره‌شناس و نجیب‌زاده ایرلندی، ویلیام پارسونز، سومین ارل راس [نوعی سمت اشراف‌زادگی] که در سال‌های 1800م. تا 1867م. می‌زیست، سیاست‌مداری متعهد و دانشمندی هوشمند بود. همسرش کنتس مِری هم در کنارش، هم زنی هوش‌ربا و ثروتمند بود و هم دستیاری کاربلد. اگر مری امروز در میان ما بود، از او به‌عنوان یک معمار و یک مهندس سیستم‌ها یاد می‌کردیم. مری و ویلیام یک نپاهشگاه [رصدخانه] چشمگیر در ملک خود در قلعه‌شان راه‌اندازی کردند. این سایت به تلسکوپ‌هایی مجهز بود که آینه‌فلزی بودند و به دست ویلیام هرشل ساخته شده بودند. پارسونز همچنین یک کارگاه برای فلزکاری و تولید آینه و تعمیر و نگهداری تجهیزات ساخته بود و چندین دستیار و همکار هم داشت. فراروند مهندسی و نپاهش [مشاهده/رصد] به معنای امروزی‌اش یک برنامه پژوهشی پیشرو بود. از نظر نپاهشی، این برنامه پژوهشی مبتنی بر جست‌وجو و بررسی سامان‌مند ابرواره‌ها و خوشه‌های ستاره‌ای بود که از سوی خواهر و برادر هرشل کشف شده بودند. ازآنجایی‌که در وجود برخی ابهاماتی در کار بود، نخستین گام این بود که وجود فیزیکی تمام اجرام آسمانی هرشل‌ها تأیید شود. از میان تمام آن فهرست، چند مورد انگشت‌شمار بود که تأیید نشد. فراتر از فراروند پاک‌سازی و راستی‌آزمایی، مشاهده‌گران قلعه پارسونز توجه دقیقی به توصیف اجرام آسمانی و ترسیم هندسی آنها داشتند. انگیزه پارسونز این بود که با تلسکوپ بزرگ یک متر و 83 سانتی‌متری آن زمان ابرواره‌ها را به ستاره‌هایش تفکیک کند. آنها ابرواره‌ها را لویاتان می‌نامیدند. چیزی که به هیولای دریایی افسانه‌ای و چیزهای قوی اشاره داشت. طرح پارسونز خیلی زود با کشف مارپیچی‌بودن در ابرواره‌ها راه دیگری پیش‌روی خود دید. در طول شب‌های زمستانی ماه‌های مارس و آوریل 1845م. نپاهشگران قلعه پارسونز پرتره‌ای از ابرواره معروف مسیه-51 ترسیم کردند. این ابرواره در هم‌اختر سگ شکاری یا تازی‌ها است. به دلیل ساختار مارپیچی آن به کهکشان گرداب هم شهره است. به‌زودی چندین ابرواره دیگر از نوع مارپیچی پیدا شد؛ از‌جمله مسیه-31. بار دیگر قطعه‌ای دیگر به جورچین ابرواره‌ها افزوده شد تا گمانه‌زنی‌ها درباره ماهیت و ساختار آنها جان دوباره بگیرد. پارسونز با وجود اشتیاق و تردیدی که داشت، هرگز در جایی، چه کنفرانس و چه کتاب و مقاله‌هایش، اشاره‌ای به ماهیت ابرواره‌ها نکرد. گزارش او بسیار واقع‌بینانه بود و می‌توان دریافت در نپاهشگاهش ساعت‌ها درباره ماهیت ابرواره‌ها گفت‌وگو شده است. این اجرام مارپیچیِ همه‌جا حاضر، چه بودند؟ گروه‌بندی ستارگان درون آن چه بودند؟ آن شاره درخشان یا ترکیبی از شاره و ماده اسرارآمیز که گویی ستارگان در آن خرامیده‌اند، چیست؟ مناقشه‌ها درباره ابرواره‌ها تا چند دهه بعد هم ادامه داشت. به شکل عجیبی با حساس‌تر شدن فن‌های [تکنیک‌های] عکس‌برداری اخترشناسی، بزرگ‌تر و بهتر‌شدن تلسکوپ‌ها و افزایش استفاده از عکس‌های اخترشناسی، سردرگمی بیشتر شد. ابرواره‌های بیشتری شناسایی شدند که ستارگان درون‌شان عیان بود و تعداد زیادی هم بودند که ابر‌ی‌گون ماندند و گویی چیزی درون‌شان به‌روشنی مشخص نبود. طرفداران فرضیه‌ای که به آن «فرضیه محلی» می‌گویند، بر این باور بودند که تمام ابرواره‌ها درون راه‌شیری هستند. چنین استدلال می‌کردند که اگر ابرواره‌ها به ستاره‌های درون‌شان تفکیک می‌شوند؛ پس باید نزدیک باشند و عضوی از خانواده راه‌شیری. این پرسش از سده نوزدهم به سده بیستم سرایت کرد و موافقان و مخالفان آن پابرجا بودند. تفکیک ابرواره‌ها به ستاره‌هایش تبدیل به میدان جنگ شد. ادعا می‌شد برخی از ابرواره‌ها به ستارگان سازنده‌ تک‌به‌تک‌شان تفکیک‌شدنی‌اند. هم موافقان و هم مخالفان فرضیه برون‌کهکشانی بودن ابرواره‌ها از ادعای نادرست تفکیک‌پذیری بالای ابرواره‌ها به اجزای سازنده‌شان استفاده می‌کردند تا حرف خود را به کرسی بنشانند. اگر ابرواره‌ها فقط سامانه‌های بزرگی از ستارگان بودند، باید می‌توانستیم با تلسکوپ‌های بزرگ تک‌تک ستارگانش را مشاهده کنیم. هرچند تفکیک‌پذیری بالا برای ستارگان درون ابرواره نیازمند تلسکوپ‌های به‌راستی توانمند و البته جوی بی‌آشوب است. جو پرآشوب و تلاطم سبب اخلال در کار نپاهش شده و نیز سوسوزنی را سبب می‌شود. سوسوزدن ستارگان در آسمان شب که به آن چشمک‌زنی هم می‌گویند، ناشی از همین جوِ ناآرام است. شاید این پرسش پیش آید که چرا برخی در آن زمان ادعا کرده‌اند که توانسته بودند ستارگان درون ابرواره یا میغ را به ستارگان منفردش تفکیک کنند! یک دلیل آن نورشناخت یا اپتیک تلسکوپ مورد استفاده است. در آینه‌های فلزی امکان پدیده‌ای با نام دانه‌دانه‌شدگی وجود دارد که سبب تصویر مجازی می‌شود. این موضوع به‌روشنی از سوی اتو ویلهلم استرو، مدیر نپاهشگاه [رصدخانه] پولکوو گفته شده است: معجزه‌های ادعایی تفکیک‌پذیر ستاره‌ای ابرواره‌ها چیزی جز توهم نبودند. حق با او بود. اگر واقعا بتوان ستارگانی را در ارتباط با ابرواره‌های انگشت‌شماری مشاهده کرد، مانند ابرواره شکارچی [سحابی جبار] اما مابقی را نمی‌توان دید. برخی دیده‌وران [مشاهده‌گران/ رصدگران] بوده‌اند که در میان انبوهی از جورچین‌های ابرواره‌ای و توهم‌های مشاهده‌ای، تغییراتی در روشنایی چند ابرواره را شناسایی کرده‌اند. تغییرات گفته‌شده در روشنایی ظاهری به‌عنوان یک استدلال پرمایه به نفع فرضیه‌ محلی استفاده شد. اما ادعای تغییرپذیری به نفع فرضیه محلی اشتباه از آب درآمد. همه‌چیز خیلی زود به نفع فرضیه «جهان‌های جزیره‌ای» امانوئل کانت پیش رفت. با پیشرفت‌های چشمگیر فناوری، اخترشناسی در دهه دوم سده بیستم، شاهد زایش دوباره ابرواره‌های خارج از راه‌ شیری بود و پدیدارشدن جهان کهکشان‌ها.

 نواختر فراکهکشانی

سال 1917م. ما را به یاد سالی از جنگ جهانی اول می‌اندازد. در حالی که دانشمندان اروپایی در جبهه نبرد بودند، همتایان آمریکایی‌شان دور از خط مقدم، پژوهش‌های خود را دنبال می‌کردند. برای اخترشناسان، سال 1917م. سال محاسبه بود. زمانی که اخترشناسان به درک محکمی دست یافتند که راه‌ شیری می‌تواند یکی از سامانه‌های غول‌پیکر ستاره‌ای باشد و تعداد زیادی از «جهان‌های جزیره‌ای» یا کهکشان‌های مشابه که آن زمان هنوز ابرواره نامیده می‌شدند، در دورایی‌های بزرگی از یکدیگر پراکنده شده‌اند. اینجا نقطه‌ای بود که نشان می‌داد بسیاری از گمانه‌زنی‌ها رو به پایان است. یافته‌های کلیدی از دو خط مجزای شواهد به دست آمد. نخست نپاهش «نواختر»های برون‌کهکشانی و دیگری اندازه‌گیری‌هایی که نشان می‌داد ساختارهای مارپیچی با تندی بسیار زیاد در حال دورشدن از کهکشان راه‌ شیری‌اند. نواختران گونه‌ای از ستارگان اُسترکهکشانی [فراکهکشانی] بودند که با استفاده از عکس‌برداری شناسایی شدند. با بهره‌گیری از تلسکوپ بازتابی پرتوان 1و5 متری در نپاهشگاه کوه مونت‌ویلسون کالیفرنیا، جورج ریچیِ اخترشناس که تا سال 1945م. هم زنده بود، در جست‌وجوی ستارگان متغیر در ابرواره‌ها بود. ستارگانی که روشنایی آنها در مدت‌زمان کوتاهی، بین چند روز تا چند هفته، تغییر می‌کند. او با عکاسی از ابرواره‌ها، نوع نسبتا نادری از ستارگان انفجاری به نام «نوا / نواختر» را یافت. نواختران به خوبی شناخته شده بودند و در دهه‌های پیشین چندین بار در کهکشان راه‌ شیری دیده شده بودند. امروزه می‌دانیم که روشن‌شدن یک نواختر با ریزش یا شارش مواد از یک ستاره همدمِ غول‌ سرخ روی یک کوتوله سفید فشرده ایجاد می‌شود و یک انفجار هسته‌ای سهمگین به‌بار می‌آورد. انفجاری که رویه ستاره کوتوله را شعله‌ور و آتشین می‌نماید. کوتوله سفید بقایای برجای‌‌مانده از یک دگرگشت رده‌ای از ستارگان است. جرمی فشرده در اندازه‌های زمین و کوچک‌تر، اما بسیار چگال. روشنایی سریع و چندهفته‌ای نواختران که روی صفحه‌های عکاسی ثبت می‌شد، برای ریچی عجیب بود. او سازوکار نواختران را درنیافت اما فهمید که نواختران به همان اندازه که در راه‌ شیری بودند، در ابرواره‌های آندرومدا هم بودند، چیزی در حدود 12 رویداد در سال. او توضیح داد که نواختران به‌دلیل دورایی زیادشان کم‌نور به نظر می‌آیند. در ابرواره‌های مارپیچی دیگر هم نواختران را پیدا کرد. او چنین فرض کرد که آن نواختران مشابه نواختران راه‌ شیری‌اند و تفاوت در روشنایی‌شان مربوط به دورایی‌شان است. بنابراین او دریافت که آن ابرواره‌های مارپیچ، دورتر و جایی خیلی فراتر از راه‌ شیری هستند. کمی آن‌سوتر در شمال کالیفرنیا، در مکانی کوهستانی در نپاهشگاه لیک که شرایط خوبی برای دیدن آسمان داشت، اخترشناسی با نام هیبر کورتیس، با یک دوربین عکاسی میدان وسیع جدید که روی بازتابی 0.9 متری لیک نصب شده بود، آسمان را کاملا سامان‌مند بررسی می‌کرد. هدف او بررسی آسمان برای یافتن ابرواره‌ها بود. دوربین او به‌طور هم‌زمان 0.9 درجه از آسمان را پوشش می‌داد؛ میدان دیدی در حدود 10 برابر اندازه‌ ظاهری مانگ [کره ماه]. با مشاهده تنها چند بخش از آسمان، عکس‌های ژرف او هرازان مارپیچی را نشان می‌داد. مانند ریچی، کورتیس هم از وجود نواختران در کهکشان‌‌های مارپیچی آگاه بود و برخی‌شان را در صفحه‌های عکاسی‌اش در نقشه‌برداری از آسمان یافته بود. ریچی یافته‌هایش را بی‌درنگ منتشر نکرد و کمی صبوری پیشه کرد. کورتیس اما برخلاف او خیلی زود یافته‌هایش را منتشر کرد. همانند ریچی، کورتیس هم استدلال کرد که ابرواره مارپیچی 20 میلیون سال نوری از ما دورایی و 60 هزار سال نوری قطر دارد. نواختران مشاهده‌شده به دست ریچی و کورتیس همگی یکسان نبودند. نواختران دیده‌شده در همسایگی ابرواره بزرگ آندرومدا از نوع نواختران راه‌ شیری بودند. آن نواخترانی که در مارپیچ‌های دیگر بودند، درواقع ابرنواختر یا سوپرنوا بودند. ابرنواختران ستارگان منفجرشده بسیار قوی‌تری هستند. انفجار سوپرنوا از مهیب‌ترین انفجارهاست. رودلف مینکوفسکی وفریتز زویکی به سال 1941م. ماهیت ابرنواختران را نشان دادند. با این حال نتیجه‌گیری ریچی و کورتیس درست بود. بیشتر ابرواره‌ها اجرامی یا برآخت‌هایی خارج از کهکشان راه‌ شیری بودند. منحنی نوری نواختران نامنظم و بسیار گوناگون است؛ بنابراین در آن زمان متقاعدکردن طرفداران فرضیه محلی مبنی بر اینکه بیشتر ابرواره‌ها در دورست هستند،‌ دشوار بود. حتی اینکه آنها بپذیرند آن نواختران مانند نواختران راه‌ شیری هستند، سخت بود. اما در نهایت نواختران این راه دشوار را هموار کردند.

 ابرواره‌های تیزپا

راستای مستقل دیگری از پژوهش‌ها سبب تعیین دورایی بیشتر ابرواره‌ها شد و نشان داد آنها به خارج از مرزهای راه‌ شیری تعلق دارند. این کار بر اساس بیناب‌سنجی [طیف‌سنجی] استوار بود. فنی یا تکنیکی که در دهه‌های نخست سده نوزدهم معرفی شد. بیناب‌سنجی برای پخش یا تفکیک نور ستارگان و ابرواره‌ها به عنوان تابعی از طول‌ موج آن استفاده شد. فیزیک‌دان آلمانی فرانهوفر به سال 1814م. بیناب‌سنج [طیف‌سنج] را ابداع کرد. در پایان سده نوزدهم بود که چندین بیناب‌سنج روی تلسکوپ‌ها نصب شده بود. ویستو اسلیفر، اخترشناس نام‌بردار آمریکایی، در مقاله‌ای درجه یک به سال 1917م. تندی‌هایی را که از شیوه بیناب‌سنجی از چندین ابرواره و اثر دوپلر به دست آورده بود، منتشر کرد. اثر دوپلر مربوط به تغییر طول‌ موج مشاهده‌شده در اثر سرعت نسبی یک جسم نسبت به دیده‌ور [ناظر] است. به زبان ساده، اگر کهکشانی از ما دور شود، طول‌ موج نور دریافتی از آن به سمت بلند‌تر یا سمت قرمزتر می‌رود که به آن انتقال‌ به‌ سرخ یا انتقال به قرمز می‌گویند و در زبان دانشی فارسی دقیق‌ترین واژه «قرمزکیب» است. همچنین اگر کهکشانی به سمت ما نزدیک شود، نور دریافتی به سمت آبی میل می‌کند که به آن انتقال‌ به‌ آبی یا آبی‌گرایی و به شکل درست‌تر «آبی‌کیب» می‌گویند. [گفتنی‌ است که دو واژه قرمز‌/سرخ کیب و آبی‌کیب از ساخته‌های شادروان محمد حیدری‌ملایری، اخترشناس نامور ایرانی در دانشگاه پاریس است] مشاهدات اسلیفر برگرفته از یک برنامه پرزحمت و بی‌وقفه با یک تلسکوپ کوچک 60سانتی‌متری در نپاهشگاه لوول آریزونای آمریکا بود. اسلیفر دیده‌وری صبور و دقیق بود که به طور مداوم چندین و چند شب نوردهی را روی هم می‌انباشت تا اینکه 20 تا 40 ساعت فوتون‌گیری ثبت شود. او از صفحه‌های بیناب‌سنجی خود حرکت‌های چندین ابرواره را در رابطه با کهکشان راه‌ شیری به دست آورد. آنچه او به‌ دست آورد دستاوردی کم‌مانند و درخشان بود. چند جرم آسمانی مانند ابرواره بزرگ آندرومدا [آن زمان هنوز کهکشان نامیده نمی‌شد] بی‌امان به سمت راه‌ شیری می‌آمدند؛ اما بیشتر اجرام (17 تا از 21 تا) در حال دورشدن از ما بودند. تندی دورشدگی برخی‌شان به هزارو 100 کیلومتر بر ثانیه می‌رسید. در چنین تندی‌های بالایی روشن بود که نیروی گرانشی راه‌ شیری نمی‌توانست آنها را در کمند خود نگه دارد. اسلیفر چنین نوشت: برای مدتی بس دراز پیشنهاد شده بود که ابرواره‌های مارپیچی سامانه‌های ستاره‌ای هستند که در مسافت‌های دور دیده می‌شوند. این نظریه به‌اصطلاح جهان‌های جزیره‌ای است که سامانه ستاره‌ای خودمان، راه‌ شیری را یک ابرواره مارپیچی بزرگ می‌پندارد که از درون می‌بینیم. به نظر من این نظریه در مشاهدات کنونی مورد توجه است. در گام بعدی جدولی ضروری در قراردادن دقیق مکان و تندی ابرواره‌های اُسترکهکشانی [فراکهکشانی] درست شد. ‌

 ادوین هابل گره کور را باز می‌کند

در سال 1924م. ادوین هابل آمریکایی [که تا سال 1953م. زنده بود و دو سال پیش از اینشتین چشم از جهان فروبست] از دقیق‌ترین شاخص یا نشانگر دورسنجی اخترشناسی استفاده کرد تا دورایی برخی کهکشان‌ها را با دقتی بی‌سابقه نسبت به زمان خودش به دست آورد. بیایید تا توالی جدید و وقایع مهم را مرور کنیم. ادوین هابل چگونه توانست دورایی میان راه‌ شیری و آندرومدا را که امروزه می‌دانیم هر دو کهکشان‌های بزرگی هستند، اندازه‌گیری کند؟ او از شناخت اخترفیزیکی از ستارگان متغیر قیفاووسی و نپاهش مداوم آنها استفاده کرد. این ستارگان غول‌پیکر دگرگشت‌یافته پُرگونی یا تنوع مشخصی دارند که آنها را به شمع‌های استانداردی برای اندازه‌گیری تبدیل می‌کند. یعنی می‌توان آنها را در دورایی‌های بالا دید و با آنها که نزدیک‌ترند و دورایی‌شان شناخته‌شده است، سنجید. می‌دانیم که قیفاووسی‌ها صد هزار بار از خورشید ما نورانی‌تر هستند؛ بنابراین می‌توان آنها را در مسافت‌های بسیار زیاد تشخیص داد. به سال 1912م. بانوی اخترشناس آمریکایی، هنریتا لیویت از دانشگاه هاروارد در نپاهشگاه آنجا، رابطه تنگاتنگی میان درخشندگی دوره تغییرات قیفاووسی‌ها را مشخص کرد. تغییرات منحنی نوری از چند روز تا 60 روز بود. هابل هم در ابتدا و مانند همکارانش در جست‌وجوی نواختران بود؛ اما چیز دندان‌گیری پیدا نکرد. بااین‌حال در اواخر سال 1923م. او اشاره کرد که برخی نواختران مشکوک پس از چند هفته ناپدید نشده‌اند و به شکلی متغیر و تپنده باقی مانده‌اند. در چند ماه نخست سال 1924م. هابل دریافت آنچه می‌بیند قیفاووسی‌ها هستند. ادوین هابل با استفاده از تلسکوپ بزرگ 2.5 متری در نپاهشگاه مونت‌ویلسون در کالیفرنیا توانست از متغیرهای قیفاووسی در مسیه-31 [به کوتاهی  ام-31] می‌گویند. او با کمک دیگر صفحه‌های عکاسی که دیگر اخترشناسان با تلسکوپ‌های کوچک‌تر دیگر به دست آورده بودند، در نهایت توانست دورایی ده‌ها مورد از این قیفاووسی‌ها را بسنجد. در 23 نوامبر 1924م. نیویورک‌تایمز به کوتاهی، گزارش کشف هابل را اعلام کرد. اعلام رسمی در پایان دسامبر همان سال در گردهمایی انجمن اخترشناسی آمریکا صورت گرفت. عجیب آنکه خود ادوین هابل در جلسه حضور نداشت. او نتایج کار خود را در دو مقاله کوتاه در آغاز سال 1925م. ارائه داد. او چنین نوشت که ام-31 در کمینه‌ترین حالت ممکن 930 هزار سال نوری از ما / خورشید دورایی دارد. بنابراین بی‌شک خارج از کهکشان راه‌ شیری است. بی‌هیچ هیاهویی ادوین هابل به یک بحث قدیمی پایان داد. بحثی میان حامیان فرضیه محلی ابرواره‌ها و کسانی که بیشتر آنها را اجرامی خارج از کهکشان راه‌ شیری می‌پنداشتند. حق با دسته دوم بود. این داستان یک نکته جالب دارد. قیفاووسی‌ها پیش‌تر هم در ام-31 و ام-33 دیده شده بودند و چند اخترشناس دیگر آنها را گزارش کرده بودند اما دقت نکرده بودند که می‌توان از آنها چه استفاده‌ای کرد. این کار بر عهده هابل بود. این موضوع بارها در تاریخ دانش دیده شده است که چیزی یا پدیده‌ای پیش از کشف، بارها دیده شده اما به آن دقت نشده است. [افسانه‌ای هم در این باره وجود دارد که می‌گویند هزاران سال سیب‌ها از درختان به پایین می‌افتادند؛ اما این نیوتن بود که به آن دقت کرد و نیروی گرانش را کشف کرد. این داستان ساختگی و افسانه است. کشف گرانش حاصل کار چندین‌ساله دانشمندان بود و نیوتن با هوش فراوان و کوشش بسیار آن را به سرانجام رساند].

تفاوت دیدگاه‌ها از کجا آب می‌خورد؟

دلیل اختلاف نگرش این دو اردوگاه چه بود؟ برای چندین سده اخترشناسان از درک و توضیح ماهیت پَرسون [دقیق] ابرواره‌ها ناتوان بودند. برایشان پرسش‌برانگیز بود که آیا آن ابرواره‌ها یا میغ‌ها، صرفا ابرهای پراکنده‌ای از مادّه اِتِری بودند یا سامانه‌هایی از ستارگان مستقل همچون راه‌ شیری. تعیین دورایی آنها گامی مطلق و ضروری برای حل این پرسش بود. بدون داشتن دورایی به‌هیچ‌روی نمی‌شد از مکان آنها سخن به میان آورد. کار سترگ ادوین هابل همین بود که در سال 1924م. دورایی‌سنجی را به سرانجام رساند. در ظاهر کاری آسان و در‌واقع کاری دشوار و گامی مهم. اکنون می‌دانیم که تعداد کمی از آن ابرواره‌ها که بر سرشان جدال بود، درون کهکشان راه‌ شیری قرار دارند و در حقیقت ابرهای گازی و غباری‌اند و جایی که محل زایش ستارگان جدید هستند. از‌این‌روست که ترکیبی از مواد گازی و مواد ستاره‌ای هستند. اما مابقی‌شان ابرهای گازی نیستند، بلکه کهکشان‌های دوردستی‌ هستند، مانند کهکشان آندرومدا و کهکشان گردابی. کهکشان‌ها سامانه‌های غول‌پیکری از ستارگان‌اند. بزرگ‌ترین کهکشان‌ها دربرگیرنده صدها میلیارد ستاره‌اند که به‌واسطه نیروی گرانش در کنار هم محکم قرار گرفته‌اند. برای نمونه کهکشان راه‌ شیری چیزی در حدود 100 هزار سال نوری درازا دارد و ستبرای آن در مرکز بیش از 5000 سال نوری و در کرانه‌ها 3000 سال نوری است. اجازه دهید کمی بیشتر درباره ادوین هابل بگویم. او اخترشناسی آماده به کار بود که جنگ بزرگ [جنگ جهانی] کارش را با تأخیر روبه‌رو کرد. هابل دکترای اخترشناسی خود را به سال 1921م. از دانشگاه شیکاگو دریافت کرد. موضوع پایان‌نامه دکترای او «بررسی عکس‌برداری‌های صورت‌گرفته از ابرواره‌های کم‌نور» بود. ادوین هابل به سال 1919م. در نپاهشگاه مونت‌ویلسون استخدام شد و در آنجا به دو تلسکوپ 2.5‌متری و 1.5‌متری دسترسی کامل داشت [موهبتی کم‌مانند که نصیب هر اخترشناسی نمی‌شود]. شاید عجیب به نظر برسد اما همکارانش گفته‌اند که او مشاهده‌گر خوبی نبود. برای نمونه، همکارانش گزارش کرده‌اند که چندین صفحه عکاسی او در حین کار تنظیمِ بهینه نبود. اما در تفسیر عکس‌ها روشمند و محتاط بود. مثل هر انسان دیگر، به کارهای خودش می‌بالید، حسادت می‌کرد و به دیگران هم یاری می‌رساند. آن‌چنان که همکارانش گفته‌اند، اعتمادبه‌نفس بالایی داشت که انکارناپذیر بود.

انبساط گیتی در دو گام

در دهه 1950م. ستاره‌شناس آلمانی، والتر باده، در ایالات متحد آمریکا پژوهش می‌کرد. او دو نوع قیفاووسی را با درخشندگی‌های مشخص شناسایی کرد. در این میان اتفاقی افتاده بود؛ گویی اخترشناسان پیشین دو حاکم را با هم اشتباه گرفته بودند. ادوین هابل درخشان‌ترین قیفاووسی‌ها را نپاهید [رصد کرد] اما در دورایی‌سنجی بر کم‌نورترین‌شان تکیه کرد. اما باده روش دیگری برگزید و نتیجه آن شد که در محاسبات او یک ضریب سه‌برابری رخ داد. امروزه می‌دانیم که دورایی راه‌ شیری تا کهکشان آندرومدا چیزی در حدود 2.5 میلیون سال نوری است. فراموش نکنیم که نور در هر ثانیه در خلأ 300 هزار کیلومتر را می‌پیماید. کهکشان آندرومدا، خواهر همدم راه شیری است. کهکشانی که بیش از 100 هزار سال نوری وسعت دارد و چند صد میلیارد ستاره را شامل می‌شود. [باید به نکته مهمی هم اشاره کنیم. راه پیموده‌شده برای فهمیدن اینکه ابرواره‌ها که حالا می‌دانیم بیشترشان کهکشان‌های جداگانه‌ای از راه‌ شیری هستند‌ و اینکه بسیاری‌شان در‌ حال دو‌رشدن از ما، سبب حل مسئله‌ای اساسی‌تر در جهان کیهان‌شناسی شد. درواقع کشف هابل مبنی‌بر تندی گریز کهکشان‌ها از ما، نظریه مهبانگ را محکم کرد. به موازات این نپاهش‌ها، یک بحث مهم دیگر هم پابرجا بود که گیتی چگونه آغاز‌ شده است؟ آیا همواره بوده است یا آغازی داشته؟ این موضوع بسیاری از دانشمندان را به میان کشید؛ از آلبرت اینشتین و ژرژ لومیتره تا ادوین هابل و فِرِد هویل. در این میان دو گام اساسی برداشته شد: یکی کشف هابل بود که سبب رابطه‌ای با نام «رابطه هابل» شد. این کشف نشان داد که اگر کهکشان‌ها در‌ حال دور‌شدن از ما هستند پس باید زمانی نزدیک و نزدیک بوده باشند؛ یعنی روزی آغازی بوده از نقطه‌ای. از سوی دیگر، در همان دوره‌ خاستگاه عنصرها یا بُن‌پارها محل پرسش بود. فراوانی عنصر و اینکه در کجا تولید می‌شوند پرسشی بود که دانشمندان سخت درگیر آن بودند. در‌نهایت برخی توانستند نشان‌ دهند که گیتی آغازی داشته، برخی عنصرهای سبک در آغاز گیتی تولید شده‌اند و برخی دیگر در دل واکنش‌های هسته‌ای در ستارگان. یعنی از دو سو به یک نقطه رسیدند و آنها را مهبانگ نامیدند.

قصه به آخر نرسیده

حدود 100 سال پیش جامعه اخترشناسی شاهد انبوهی از کشف‌ها و پیشنهادها بود که دید ما را از گیتی کاملا تغییر داد. آلبرت اینشتین به ترتیب در سال‌های 1905م. و 1915م. نظریه نسبیت خاص و عام را مطرح کرده بود. در سال 1924م. یعنی درست 100 سال پیش، فیزیک‌دان جوان روسی، الکساندر فریدمان که از بد حادثه به سال 1925م. چشم از جهان فروبست، معادله‌های نسبیت عام اینشتین را دوباره بازبینی کرده بود و برخلاف راه‌حل‌های منجر به گیتی پایا و پایدار اینشتین،‌ نشان داد که فضا-زمان ناپایاست. بالاتر اشاره کردیم که نمی‌توان یک مداد نوک‌تیز را روی نوک آن پابرجا کرد؛ گیتی هم چنین است. باید یا در حالت انبساط باشد یا تراکم. کیهان‌شناس و کشیش جوان بلژیکی، ژرژ لومیتره که از کار همکار جوان و روسی خود بی‌خبر بود، به همان راه‌حل‌های فریدمان در حل معادلات نسبیت عام رسید. البته او از فریدمان ناکام بسیار فراتر رفت. براساس داده‌های پیشین که از دورایی‌سنجی و سرعت گریز چندده کهکشان داشت و برخی را هم اسلیفر انجام داده بود، لومیتره در سال 1927م. به نتیجه‌ای بزرگ رسید: گیتی در حال انبساط است. او باز هم فراتر رفت و در درخششی از نبوغش نشان داد اگر سناریوی انبساط گیتی را وارونه کنیم، به سناریویی خیره‌کننده خواهیم رسید؛ سناریویی برای سرآغار گیتی. او در مقاله کوتاهی که در سال 1931م. در مجله دانشیِ معروف بریتانیا، نیچر، منتشر کرد، چنین اظهار کرد که هرآنچه وجود دارد چندین میلیارد سال پیش در یک بسته کوانتومی بسیار داغ و کوچک و چگال از مادّه متراکم بوده است. او آن را فرضیه «اتم آغازین» نامید که امروزه به نظریه یا نگره مهبانگ تبدیل شده است. کشف انبساط گیتی را به اشتباه به ادوین هابل نسبت می‌دهند. احتمالا دلیل این اشتباه نیز همکاری هابل با یکی از ماهرترین مشاهده‌گران آسمان، میلتون هوماسون بود [نام او را با تلفظ‌های دیگر هم گفته‌اند]. هابل و هوماسون رابطه میان دورایی کهکشان‌ها و سرعت عقب‌گردشان را ایجاد کردند. درباره انبساط گیتی و نظریه مهبانگ، از قضا ادوین هابل تا پایان عمرش مشکوک و مردد باقی ماند. شاهدی بر این ادعا داریم؛ آلن سندیج، از اخترشناسان بسیار نامور، که همین چهارده سال پیش چشم از جهان فروبست، آن زمان همکار جوان ادوین هابل بود. او اعلام کرد: ادوین هابل هرگز قاطعانه به انبساط گیتی و مهبانگ باور نداشت‌ [بد نیست به این نکته هم اشاره کنم که در جملات برجای مانده از هابل هم این محافظه‌کاری و روشن سخن‌نگفتن از انبساط گیتی و مهبانگ به چشم می‌خورد]. در کمتر از یک دهه، دیدگاه ما از یک گیتی ثابت و ابدی به یک گیتی بسیار بزرگ و د‌ر حال انبساط با آغازی داغ به نام مهبانگ تبدیل شد.

 یادی از جوانی

در سال 1961م. من در کالجی کلاسیک اقامت داشتم و درس می‌خواندم. آن زمان 17‌ساله بودم. در یک مجله اخترشناسی آمریکایی خوانده بودم که اخترشناسی با نام آلن سندیج، به‌تازگی اطلسی درجه‌یک از کهکشان‌ها را منتشر کرده است و آنها را به تصویر کشیده. در اقدامی که من هنوز به روشنی دلیلش را نفهمیده‌ام، مادرم آن اطلس کهکشانی را (معروف به اطلس هابل) از مؤسسه کارنگی واشنگتن سفارش داد. قیمت آن اطلس 10 دلار بود. من ساعت‌ها و ساعت‌ها با آن انگلیسی دست‌وپا‌شکسته آن زمانم (ما در بخش فرانسوی‌زبان کانادا بودیم) کتاب را می‌خواندم و لذت می‌بردم. در تلاش برای ثبت و فهم آن در ذهنم از مجموعه‌های بزرگ ستاره‌ای و ساختارهای شبح‌گون و پرطراوت آنها متحیر می‌شدم. عکس‌هایی که با بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های آن زمان گرفته شده بود، عالی و خیره‌کننده بودند. من هنوز هم آنها را جذاب و پر‌رمز‌و‌راز می‌یابم. حالا با گذر سال‌های جوانی و با اینکه چندین دهه از عمرم را صرف پژوهش درباره کهکشان‌ها کردم، آن اطلس را همچون گنجی نگه داشته‌ام و گاهی آن را ورق می‌زنم. آن اطلس برای من به‌‌سان گنج و یک دارایی گران‌بها‌ست.‌ طی یک سده، حجم هندسی گیتی مشاهده‌پذیر یک میلیون‌‌میلیارد برابر شده است؛ یک جلوی آن 15‌ تا صفر. در بزرگ‌مقیاس، انبساط گیتی کهکشان‌ها را همچون یخ شناور کرده است. اگرچه نیروی ربایشی گرانش در دورایی‌های چند میلیون سال نوری و کمتر به سیطره و حکمرانی خود ادامه می‌دهد. کهکشان‌ها می‌توانند در گروه‌های کوچک خود جمع شوند یا خوشه‌هایی از چندین هزار کهکشان را تشکیل دهند. آنها می‌توانند باهم ادغام شوند یا اینکه یکی توسط دیگری بلعیده شود. این همان رخدادی است که چهار تا پنج میلیارد سال دیگر برای کهکشان راه‌ شیری و آندرومدا رخ خواهد داد. این دو کهکشان باهم برخورد خواهند کرد و یک کهکشان مارپیچی بزرگ را خواهند ساخت. از حالا به بعد می‌توانیم تأیید و تأکید کنیم که 100 سال پیش گیتی بی‌کرانگی و پویایی شگفت‌انگیز خود را به ما نشان داد. جالب است به خودمان یادآوری کنیم که این کشف چندان قدیمی نیست. برای نمونه پدربزرگ و مادربزرگ من هم‌دوره با ادوین هابل بودند.

* اخترفیزیک‌دان دانشگاه لاوالِ کانادا