كيف يغير غبار الفضاء والهواء ألوان النجوم التي نراها

حين تبدو النجوم غير حقيقتها في صفحة السماء

هل تساءلت يوماً وأنت تنظر إلى السماء الصافية إن كانت ألوان النجوم التي تراها بعينك المجردة هي ألوانها الحقيقية، أم أن هناك من يعبث بها في طريقها إلينا؟ تتأثر رؤية النجوم في الفضاء بمجموعة من العوامل التي تعترض رحلة الضوء الطويلة قبل أن تصل إلى تلسكوباتنا وعيوننا على الأرض. يُعرف هذا التأثير في علم الفلك بعملية الامتصاص والتشتت للإشعاع الكهرومغناطيسي، والتي تنجم عن وجود كميات من الغبار والغاز المنتشرة في الفضاء بين الأجرام الباعثة للضوء والمراقب.

وثق الفلكي السويسري روبرت يوليوس ترومبلر هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1930، حين اكتشف أن العناقيد النجمية البعيدة تبدو باهتة بدرجة أكبر بكثير مما توقع الفلكيون استنادا إلى بعدها الحقيقي فحسب. ورغم أن آثار هذا الإخماد الفلكي لوحظت مبكراً في عام 1847 على يد الفلكي الألماني فريدريك جورج ويهيلم فون ستروف، وتنبّه عدد من الأفراد لتغير ألوان النجوم، إلا أنهم لم يربطوا ذلك في البداية بالوجود السائد للغبار المجري.

لماذا يميل ضوء النجوم البعيدة إلى الحمرة

تعتمد كمية الإخماد وتغير الألوان على طبيعة الأطوال الموجية للضوء الساقط، إذ يمتص الغبار والغاز المنتشر في الفضاء الضوء الأزرق ويشتته بقوة أكبر بكثير من الضوء الأحمر. وينتج هذا التشتت لأن الحجم النموذجي لحبيبات الغبار بين النجوم يماثل طول موجة الضوء الأزرق، مما يؤدي إلى إزالة موجات الضوء الأقصر التي تسعى للوصول إلينا.

تتسبب هذه العملية في جعل النجوم تبدو باهتة ومحمرة مقارنة بحقيقتها، وهي الظاهرة التي يطلق عليها علمياً اسم إحمرار ما بين النجوم. وفي النطاق الترددي البصري للنجوم التي تقع بالقرب من مستوى درب التبانة وضمن بضعة آلاف من الفراسخ الفلكية من الأرض، تبلغ قيمة الإخماد مرتبة تعادل 1.8 مقدار لكل ألف فرسخ فلكي.

دور الغلاف الجوي للأرض وحواجز الرؤية

لا يتوقف إخماد الضوء على الفضاء الفسيح وحده، بل يمتد ليشمل الغلاف الجوي للكوكب الذي نقف عليه، حيث يواجه الضوء القادم من أعماق الكون عقبات إضافية. ينشأ هذا الإخماد الجوي من ثلاثة عوامل رئيسية تتمثل في التشتت الذي تسببه جزيئات الهواء، وتشتت الجسيمات الدقيقة، إضافة إلى الامتصاص الجزيئي الذي يعود إلى الغلاف الأرضي.

تتسبب هذه المكونات، وبخاصة غاز الأكسجين والأوزون اللذان يمتصان الأشعة فوق البنفسجية، وبخار الماء الذي يمتص الأشعة تحت الحمراء، في جعل الغلاف الجوي معتماً أمام أطوال موجية عديدة. لهذا السبب تحديداً، يصبح الاعتماد على المراصد الفضائية أمراً حتمياً لتجاوز هذا الامتصاص الجوي القوي ورصد الأطوال الموجية التي يمنعها الهواء من الوصول إلى سطح الأرض.

تفاوت كميات الغبار بين النجوم والمجرات

تختلف درجات الإخماد بشكل ملحوظ بحسب الاتجاه الذي ننظر فيه عبر الفضاء، فالغبار لا يتوزع بانتظام تام، بل يتجمع بشكل رئيسي على طول الأذرع الحلزونية للمجرات. وفي بعض الاتجاهات المحددة، مثل المناطق القريبة من مركز المجرة، تكون كمية الغبار كثيفة للغاية لدرجة أنها تتسبب في أكثر من 30 مقداراً من الإخماد في النطاق البصري.

تؤدي هذه الكثافة الهائلة إلى حجب الرؤية لدرجة أن أقل من فوتون ضوئي واحد من بين كل تريليون فوتون يستطيع المرور من خلالها، وهو ما يفسر ظهور ما يُعرف بمنطقة الإحجام التي تعيق رؤية السماء خارج مجرتنا بوضوح. ونتيجة لذلك، لم يتم اكتشاف مجرات الخلفية مثل مجرة دوينجلو 1 إلا حديثاً عبر عمليات الرصد التي استخدمت موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء لتجاوز حاجز الغبار الكثيف.

تقنيات قياس وحساب مقدار الإخماد الفلكي

يعتمد الفلكيون في قياس منحنى الإخماد الخاص بنجم معين على مقارنة طيفه المرصد مع طيف نجم آخر مشابه وثابت عُرف بأنه غير متاثر بالإخماد. كما يعتمدون في حالة السديم المنبعث على دراسة نسب خطوط انبعاث معينة لا تتأثر عادة بدرجة الحرارة أو الكثافة داخل السديم.

تظل نسبة انبعاث الهيدروجين ألفا إلى الهيدروجين بيتا ثابتة عند حدود 2.85 تحت ظروف واسعة النطاق، وعندما تظهر النسبة مخلافة لهذا الرقم فإن ذلك يعود مباشرة إلى تأثير الإخماد. ومن خلال مقارنة هذه القيم وقياس الألوان باستخدام الأنظمة الضوئية المختلفة، يستطيع الباحثون حساب مقدار الإخماد بدقة واستنتاج خصائص الغبار وتركيبه الكيميائي.

تفاصيل كيميائية تختبئ في طيف الإضاءة الكونية

يحمل طيف الإخماد المقاس للأجرام السماوية بصمات مميزة تعبر عن طبيعة المواد المكونة للغبار والغاز، وأبرزها نتوء واسع يظهر بوضوح عند طول موجي يعادل 2175 أنغستروم في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. ورغم رصد هذه البصمة طوال عقود، إلا أن أصلها الدقيق لا يزال موضع بحث، حيث تشير النماذج إلى ارتباطها بحبيبات جرافيتية ومزيج من جزيئات الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات.

تتضح هذه الاختلافات أيضاً عند مقارنة منحنيات الإخماد بين المجرات المجاورة مثل ماجران الكبيرة والصغيرة ومجرتنا درب التبانة، حيث تتباين كمية الغبار والخصائص المرتبطة بالمجرات المختلفة نتيجة لعمليات تكوين النجوم النشطة. وتساعد هذه التحليلات في رسم خرائط ثلاثية الأبعاد لتوزيع الغبار، وفهم العلاقة الوثيقة بين كثافة غاز الهيدروجين الحيادي ومقدار الإخماد البصري في محيطنا المجري.

من واقع السماء إلى حياتنا اليومية

لاحظنا كيف أن الأجواء والغبار يفعلان بالألوان أفاعيل خفية تجعل النجوم تبدو مختلفة عما هي عليه في الحقيقة. جرّب في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى الشمس عند الغروق أن تتذكر هذه الظاهرة ذاتها، فهي تبدو برتقالية أو حمراء لذات السبب الذي يجعل ضوء النجوم يميل للحمرة في الفضاء، إذ يقطع الضوء مسافة أطول في الغلاف الجوي ليصطدم بالجسيمات التي تشتت الألوان الزرقاء وتبقي الألوان الحمراء والصفراء وحدها لتصل إلى عينيك.