האתגר
היקום גדול נמצא בחוץ – אבל מה גודלו? איך הוא נוצר?
אנשים רבים התלבטו בשאלות אלה מהכורסה מבלי שהגיעו לשום מקום.
התבקשת לעזור. האתגר שלכם נחלק לשלושה חלקים:
תצפית ביקום. השתמש בטלסקופ ליצירת גלריה של גלקסיות הנמצאות הרבה מעבר לגלקסיית שביל החלב שלנו.
טלסקופ כמכונת זמן. באמצעות גלריית התמונות שלכם, נעריך את המרחק לכל גלקסיה.
יש לדווח: כמה זמן לוקח לאור מהגלקסיות האלה להגיע לכדור הארץ?
מה התרחש על פני כדור הארץ כאשר האור שצילמת עזב כל אחת הגלקסיות האלה?
עדות למפץ הגדול. חפשו מבנה המציג את התנועות של הגלקסיות שצילמתם.
השתמשו בתוצאות שלכם כדי להסיק איך נראה היקום בעבר הרחוק.
רעיונות שלכם לגבי היקום
- מה לדעתכם נמצא מעבר לגלקסיית שביל החלב? האם קיימות גלקסיות נוספות מחוץ לשביל החלב. האם לדעתכם קיימים של יצורים חיים?
_____________________________________________________________
- האם לדעתכם היקום ימשיך להתפשט לנצח? אם כן האם לדעתך הוא יוסיף להתמלא בגלקסיות כל הזמן?
_____________________________________________________________
- האם לדעתך היקום היה קיים תמיד? אם לא מה היה לפני שהיקום נוצר?
_____________________________________________________________
- מהן השאלות העולות בדעתך בקשר ליקום?
_____________________________________________________________
מהי הכתובת הקוסמית שלכם?
אם חייזר מגלקסיה אחרת היה רוצה לשלוח אליך מכתב לאיזו כתובת היה עליו לשלוח את המכתב?
מלאו את הפרטים הנדרשים:
שם מלא: ___________________________________________
רחוב: ___________________________________________
ישוב/עיר: ___________________________________________
מדינה: ___________________________________________
יבשה: ___________________________________________
פלנטה: ___________________________________________
כוכב: ___________________________________________
גלקסיה: ___________________________________________
גלקסיית שביל החלב
השמש שלנו אינה אלא כוכב אחד בתוך מערכת של למעלה מ- 100 מיליארד כוכבים, הנקראת גלקסיית שביל החלב. השם גלקסיה נגזר מהמילה היוונית חלב. לקדמונים נראתם רצועת הכוכבים החוצה את השמים כמו פס-חלב.
גלקסיית שביל החלב כפי שהיא נראית מכדור הארץ. ניתן לראות כוכבים בודדים בגלקסיית שביל החלב. הכוכבים שבהם אתם יכוליםים להבחין הם הכוכבים הקרובים ביותר לכדור הארץ. אך גלקסיית שביל החלב מכילה כוכבים כה רחוקים ומספרם כה גדול כך שלא ניתן להפריד ביניהם ונראה כאילו הם יוצרים רצועה אחת. Credit: ESO/A. Fitzsimmons
ציור אומן של גלקסיית שביל החלב כפי שהיא נראית מבחוץ. Drawing courtesy National Geographic Society.
גלקסיית שביל החלב עוצבה בדרך המזכירה שבשבת. הגלקסיה סובבת לאט סביב מרכזה, כך שהיא משלימה סיבוב אחד במשך כמה מאות מיליוני שנים. לפניכם תמונה המתארת את גלקסית שביל החלב כפי שצוירה ע"י אמן, לו נמצא מחוץ לגלקסיה. בקנה מידה שכזה מאד קשה לראות כוכבים בודדים. אפילו מערכת השמש שלנו באיור זה הייתה כה קטנה שגודלה היה שווה לגודלו של אטום באיור זה. אנחנו נמצאים בערך בשני שליש הדרך בין מרכז הגלקסיה לבין שוליה.
היכן לדעתכם נמצאת השמש בגלקסיית שביל החלב?
סמנו את מיקומה באיור ורישמו אותו ___________________________________________
יקום הגלקסיות
גלקסיות רבות שניתן לראות בחלקיק זעיר של השמים.
באדיבות נאס"א.
למרות הרושם המתקבל מהאיור, הגלקסיה היא ברובה חלל ריק, מפני שהמרחק בין הכוכבים הוא עצום. המרחק בין צד אחד של הגלקסיה לצד הנגדי הוא כ- 100,000 שנות אור. הגלקסיה שלנו היא רק אחת מתוך מיליארדי גלקסיות המאכלסות את היקום. בצילום הבא ניתן לראות שפע של גלקסיות הנמצאות בקטע שמים זעיר. עד כמה קטע שמים זה זעיר, תוכלו להבין אם תיקחו זרע של אורז ותסתכלו עליו כאשר ידכם פשוטה למלוא אורכה.
בתמונה הבאה תוכלו למצוא רק כוכב אחד, השייך לגלקסית שביל החלב. כל שאר הגופים השמימיים המופעים באיור הן גלקסיות. בכל גלקסיה שכזאת נמצאים מיליארדי כוכבים. קיים יקום גדול ורחב מחוץ לגלקסיית הבית שלנו – גלקסיית שביל החלב.
_____________________________________________________________
תצפית בגלקסיות בעין בלתי מצויידת
Adam Evans – M31, the Andromeda Galaxy (now with h-alpha)Uploaded by NotFromUtrecht, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12654493
כשאתם מבקרים במקום חשוך, רחוק מאורות העיר, ניתן לראות כיצד נראית גלקסיה, כפי שהיא נראית מבפנים: פשוט התבונן ברצועת האור הגדולה היוצרת את גלקסיית שביל החלב שלנו. הקיץ היא העונה המוצלחת ביותר לתצפית בשביל החלב. בעונה זו בשעות הלילה כדור הארץ פונה לכיוון המרכז הבהיר של הגלקסיה שלנו. רצועת אור הזו מורכבת של מיליארדי כוכבים – הנראים כמו ענני אבק וגז. הכוכבים רחוקים מדי וקלושים מכדי שניתן יהיה לראותם בנפרד.
מחצי הכדור הצפוני אפשר לראות רק גלקסיה אחת מעבר לגלקסיה שלנו בעין בלתי מצוידת: גלקסיית אנדרומדה היא מופיעה בקיץ ובסתיו ככתם קלוש ומעורפל בקבוצת הכוכבים אנדרומדה. (אתם תראה אותה הכי טוב בזווית העין.) זה כן האובייקט הרחוק ביותר ביקום שאתם יכולים לראות בעין בלתי מצוידת. גלקסיה זו נמצאת במרחק של כשני מיליון שנות אור!
_____________________________________________________________
כיצד נראות גלקסיות?
יצירת גלריה של גלקסיות
האתגר הראשון שלכם הוא להשתמש בטלסקופ כדי לצלם כמה גלקסיות מעבר לגלקסיית שביל החלב שלנו. בפעילות זו להתרכז במציאת גלקסיות ספירליות הדומות לגלקסיה שביל החלב שלנו. ראשית הצוות שלכם יבחר את הגלקסיות שתרצו לחקור. לאחר שצילמתם תמונות של הגלקסיות והורדתם אותן, תצטרכו להשתמש בתוכנית לעיבוד תמונה כדי לחשוף את התוכנות והפרטים החשובים של הגלקסיות. לבסוף, עליכם להדפיס את התמונות כדי ליצור את הגלריה שלכם, "גלריית גלקסיות" כדי להשתמש בהן בחלק הבא של האתגר.
- בחרו את הגלקסיות שהצוות שלכם יצלם: הצוות שלכם יהיה אחראי על תמונות של ארבע גלקסיות: אחת מכל אחת מבין ארבע קבוצות הגלקסיות המופיעות בדף "גלקסיות מומלצות לתצפית". כזכור הכתובת להזמנת צילומי גלקסיות היא מצפה הכוכבים כנרת בקישור הזה.
אם גלקסיה שבחרת לא נמצאת בשמי הלילה (כלומר, עונה שאינה מתאימה לתצפית), ייתכן שתשתמש, במקום זאת, בתמונה מארכיון מהגלקסיות. חשוב: בידקו עם הצוותים האחרים בכיתה כדי לוודא שיחד, הצוותים צילמו גלקסיות רבות ושונות ככל האפשר. אבל לא נורא אם יותר מצוות אחד יצלם אותה גלקסיה.
2. היכנסו לאתר הטלסקופ כדי לצלם את התמונות שבחרתם.
דונו עם הצוות שלכם:
האם זה כדאי שכל התמונות במשך אותו זמן חשיפה?
כיצד זמני חשיפה שונים משפיעים על התמונות שלכם?
- הורדו את התמונות שלכם מאתר הטלסקופ בהקדם האפשרי. הורידו את התמונות שלכם פורמט FIT, לפי ההוראות באתר.
- תנו שם לכל קובץ תמונה כך שיכלול את שם הגלקסיה, כך אתם יכולים בקלות לדעת איזו גלקסיה נמצאת בכל תמונה.
- עבדו את התמונות שלכם באמצעות תוכנת אלאדין הנמצאת במחשב שלכם. פיתחו את התמונה. בחרו בתפריט התאמת תמונה עבדו אותה עד לתוצאה הולמת. נסו להבליט את החלק החיצוני הקלוש של הגלקסיה; אחרת הגלקסיה תיראה קטנה יותר, ולכן רחוקה יותר ממה שהוא באמת.
- עליכם למדוד את הגודל של כל אחת מהגלקסיות שבצילום. לאחר שאתם מרוצים מהתמונה שלכם, שבה מופיעה הגלקסיה כולה, עליכם למדוד את רוחב הגלקסיה בדרך הבאה: מקמו את הסמן בקצה אחד של גלקסיה. לחצו והחזיקו, תוך כדי גרירת הסמן על פני החלק הארוך ביותר של הגלקסיה. רוחב הגלקסיה, בפיקסלים, מופיע בתיבת המידע שבראש התמונה.
- רשמו את גודל הגלקסיה בדף הנתונים. אתם תצטרכו את המדידה זו לקביעת המרחק לגלקסיה בחלק השני של אתגר זה.
- שמרו את התמונה המעובדת שלכם כקובץ GIF. וודאו ששם הקובץ מכיל את שם הגלקסיה.
חשוב: הקפידו להוריד את התמונה שלכם מיד לאחר שקבלתם אותה. יש לשמור אותה בשני הפורמטים. תנו שם לקובץ ושמרו אותו. עבדו את תמונה והדפיסו אותה.
9. הדפיסו את התמונות שלכם בגודל רגיל (100%). טיפ: במקום הדפסת גלקסיה לבנה על רקע שחור, אתם יכולים לשנות (INVERT) את צבע התמונה שלכם בתוכנית לעיבוד התמונות שלכם. תהליך זה יגרום לכך שגלקסיה בהירה על רקע שחור תהפוך לגלקסיה שחורה על רקע לבן.
בחירת גלקסיות
בחרו את הגלקסיות שלכם: בעמוד הבא מופיעים הקואורדינטות השמימיות של מספר גלקסיות שרצוי לחוקרן. בחרו גלקסיה אחת מכל אחת מקבוצות הגלקסיות שברשימה. (אתם יכולים לצלם גם גלקסיות שאינן מופיעות ברשימה, אם תרצו.) לאחר מכן השתמש בהגדרות המומלצות למטה כדי לשלוט על הטלסקופ.
הערה: אם גלקסיה שבחרת לא נמצאת בשמיים הלילה (בדקו זאת באמצעות תוכנה כמו הסטלריום), ניתן להוריד את תמונת הגלקסיה מארכיון התמונות.
"למה לגלקסיות יש שמות מצחיקים?"
האות "M" בשמות הגלקסיות מתייחסת לשארל מסייה (Charles Messier), אסטרונום צרפתי מהמאה ה-18. בשנת 1787 יצר מסייר קטלוג של גופים שמימיים מטושטשים שלא היו כוכבים ולא היו שביטים.
ה"NGC" בשמות הגלקסיות מתייחס לקטלוג הכללי החדש (New General Catalog) של ערפיליות וצבירי כוכבים. חובר בשנת 1888 באירלנד ע"י ג'ון דרייר, הקטלוג מנה 13,000 גופים שמימיים. לפניכם רשימה של גלקסיות שמומלץ לצפות בהן:
NGC253, M31, M33, NGC891, M81, M101, NGC5907, NGC2903, M96, M65, M109, M104, M106, M51, NGC4013, NGC4636, M58, NGC5005, NGC2300, NGC2543, NGC3614, NGC4119, NGC4565
בדיקת התמונות שקבלתם
מדוע לדעתכם לא ניתן לזהות את הכוכבים הבודדים בגלקסיות שצילמתם?
__________________________________________________
__________________________________________________
השוו את הרוחב של הגלקסיה הרחבה ביותר בתמונות שלכם עם רוחב התמונה של הירח המלא. אם הגלקסיות כל כך רחבות, אז למה אתם לא רואים אותן כשאתם מסתכלים בשמי הלילה?
__________________________________________________
__________________________________________________
באיזו מידה צורות הגלקסיות שצלמתם דומות לצורת הספירלה של גלקסיית שביל החלב שלנו?
__________________________________________________
__________________________________________________
לפחות פלטנה אחת בגלקסיה שלנו שופעת חיים: כדור הארץ שלנו. האם אתם חושבים שהגלקסיות שחקרתם יכולות להכיל חיים? או יצורים אִינְטֶלִיגֶנְטִים? מה לדעתכם הסיכויים שיש מישהו — או משהו – באחת הגלקסיות שלכם המתבונן על גלקסית שביל החלב עם טלסקופ… ושואל את אותן שאלות?
__________________________________________________
__________________________________________________
חלק 2: מהו גדול היקום?
קביעת המרחק לגלקסיות שלכם
האתגר הבא הוא להעריך את המרחקים אל הגלקסיות שצילמתם. המטרה של הפעילות הזו היא לא רק לקבל מספר, אלא לחקור את משמעות התוצאות שלכם. התוצאות שתקבלו יעזרו לכם להבין טוב יותר את השאלה הגדולה, "כמה גדול היקום?"
תכנון החקירה שלכם
שוחח עם הצוות שלכם: כיצד תקבע את המרחק לגלקסיה שבתמונה שלכם? מה עלכים לדעת?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
ביצוע החקירה
- לחקירה זו, הניחו שכל הגלקסיות הספירליות המופיעות בתמונות הן בערך באותו גודל של גלקסיית שביל החלב שלנו, כלומר רוחבן כ-100,000 שנות אור.
הנחת העבודה: הגלקסיות הספירליות בתמונות שלכם הן בערך באותו גודל של גלקסיית שביל החלב, רוחבן בערך 100,000 שנות אור.
- ברגע שאתם יודעים מה גודלו של גוף שמימי, אתם יכולים לקבוע את המרחק אליו על ידי מדידת גודלו הזוויתי: עצם שנראה ברוחב מעלה אחת הוא בערך פי 57 רחוק בהשוואה לגודלו. (ראה תרשים למטה.) אז אם אחת הגלקסיות שלכם נראית ברוחב מעלה אחת, היא חייבת להיות במרחק הגדול פי 57 מרוחבה, כלומר אם רוחבה 100,000 שנות אור, אזי המרחק אליה הוא בערך 5,700,000 שנות אור – רָחוֹק.
אם גוף שמימי נמצא רחוק יותר, גודלו הזוויתי יהיה קטן יותר באופן פרופורציונלי. (לדוגמה, אם הגוף השמימי קטן פי שלוש הרי שהמרחק אליו יהיה פי 171 מרוחבו.)
הערה: הקרוב הזה נכון רק עבור הזוויות הקטנות שאיתן תעבדו בעת ניתוח התמונות שקבלתם.
בכל תמונה מלאה (ללא הגדלה), פיקסל אחד משתרע על פני 0.00278 מעלות. למשל, גלקסיה שרוחבה 100 פיקסלים אצלך התמונה תהיה בקוטר של 0.278 מעלות. (הרוחב של תמונה מלאה הוא 550 פיקסלים, כלומר רוחבה קצת פחות ממעלה אחת.)
- בעזרת המידע שהוצגת בסעיפים הקודמים, קבעו את הרוחב הזוויתי של כל אחת מהגלקסיות שלכם. (יש לספור את מספר הפיקסלים לרוחב של הגלקסיה שלכם, ולהכפילם ברוחב הזוויתי של כל פיקסל, כלומר 0.00278 מעלות לפיקסל.) הזן את הרוחב הזוויתי של כל גלקסיה בדף הנתונים שלכם.
- חשבו את המרחק אל כל אחת מהגלקסיות שלכם. השתמשו ב"כלל 57" וזכרו את ה"משמעות קטנה יותר באופן פרופורציונלי". מלאו את המרחק שקבעתם עבור כל גלקסיה בטבלת הנתונים.
טבלת נתונים.
המרחק לגלקסיות ספירליות שונות אם מניחים שרוחב שלהן כ-100,000 שנות אור.
| שם הגלקסיה | רוחב הגלקסיה בפיקסלים | רוחב הגלקסיה במעלות | המרחק אל הגלקסיה בשנות אור | מהירות הגלקסיה ב- ק"מ/לשניה
ציינו + למהירות התרחקות ציינו – להתקרבות |
בדיקת התוצאות שהתקבלו
יקום אינסופי?
מה המרחק הגדול ביותר שניתן לראות בו גלקסיה באמצעות התצלומים הטלסקופים שלנו?
(נניח שהגלקסיה הקטנה ביותר אתה יכול לראות באופן מהימן בתמונה מוגדלת היא ברוחב 2 פיקסלים.)
__________________________________________________
__________________________________________________
בהתבסס על התוצאות שקבלתם האם אתם יכולים להסיק מסקנה כלשהי לגבי גודל היקום?
__________________________________________________
__________________________________________________
הגלקסיות המרוחקות ביותר שנראו עד כה צולמו על ידי טלסקופ חלל האבל (ביולי 2022 החל לפעול טלסקופ החלל ווב). הגלקסיה הרחוקה ביותר בתמונה של האבל בערך 12 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. זמן החשיפה לתמונה זו היה עשרה ימים. השווה את זה ל- 60 השניות עבור התמונה שצילמת!
האם היקום גדול לאין שיעור? האם יש גלקסיות עד אינסוף? אסטרונומים חושבים שיכול להיות, אבל אף אחד לא יודע בוודאות. בהמשך הפעילות תגלו מדוע כל כך קשה לענות על השאלה הזו.
האם התנועה קפאה בזמן?
נניח שאחת הגלקסיות שלכם נעה כמעט במהירות האור על פני שדה הראייה של הטלסקופ. האם אי פעם תוכל לקוות לראות את תנועתה על ידי צילום מספר תמונות של הגלקסיה בהפרש של ימים – או בהפרש של חודשים או שנים? בערך כמה זמן זה ייקח עבור גלקסיה לעבור אפילו על פני פיקסל אחד בשדה הראייה המופיע בתמונה שלכם?
(תצטרכו לדעת כמה ק"מ מייצג כל פיקסל, במרחק מהגלקסיה שלכם.)
__________________________________________________
__________________________________________________
טלסקופ כמכונת זמן?
כשאתה שותה מזרם מים, המים שאתה שותה היו פעם במקור הזרם. לקח זמן עד שהמים זרמו מהמקור אליך. באותו אופן, לאור שלכדתם באמצעות הטלסקופ לקח זמן לנסוע מהגלקסיות עד אליכם.
בערך כמה זמן לוקח לאור מכל אחת מהגלקסיות שלכם להגיע עד כדור הארץ?
__________________________________________________
__________________________________________________
האם תמונות הגלקסיות שלכם מציגות את הגלקסיות כפי שהן נראות עכשיו או כמו הם נראו בעבר? למה?
__________________________________________________
__________________________________________________
בחרו אחת מהגלקסיות שלכם. מה התרחש על פני כדור הארץ כאשר אור שגרם ליצירת תמונת הגלקסיה הזו יצא לראשונה אל מסע הארוך בדרכו אל כדור הארץ?
__________________________________________________
__________________________________________________
הטלסקופ הוא אכן מכונת זמן: ככל שאנו צופים רחוק יותר בחלל, כך אנו רואים מה התרחש בזמן קדום יותר. האם נוכל לראות עוד אחורה עד תחילת היקום?
בחלק הבא של פעילות זו, תוכל לאסוף עדויות כיצד נראה היקום כאשר היה עדיין "תינוק"!
חלק 3: מהו גיל היקום?
האם היקום היה תמיד קיים, או שהייתה לו התחלה? אם ליקום הייתה התחלה, מתי היא התרחשה וכיצד הוא נוצר? בהיעדר ראיות ישירות, תרבויות רבות לאורך ההיסטוריה רקמו סיפורים שונים על יצירת היקום. רק במאה האחרונה הייתה זכו בני אדם בכלים המאפשרים לחקור את השאלה הקוסמית העתיקה הזו.
סוג ראיות מסוים בוחן את תנועות הגלקסיות. אם נסתכל על איך הגלקסיות נעות כרגע, אולי נוכל להבין היכן הן היו בעבר. אם נצליח להבין היכן היו הגלקסיות בעבר, זה עשוי לומר לנו משהו על המקום שבו החל היקום.
האתגר שלכם הוא לשלב את התוצאות שלכם לגבי מרחק גלקסיות, עם נתונים שפורסמו על מהירות הגלקסיות. זאת במטרה לראות אם אתם יכולים לגלות חוקיות כלשהי ביחס לתנועה של הגלקסיות שצילמתם. לאחר מכן תנסה להשתמש בחוקיות שגילתם כדי להבין מהו גיל היקום!
דיון בצוות.
להלן שלוש אפשרויות מתחרות כיצד יכולות הגלקסיות שלכם לנוע. עליכם לדון בכל שלוש האפשרויות. לאחר מכן להעלות השערה משלכם לגבי דרך קביעת גיל היקום.
אפשרות 1. "כוח המשיכה שולט!"
כל הגלקסיות נעות לעברנו. "כוח המשיכה מושך, לכן סביר שכל הגופים ביקום צריכים ליפול
יַחַד. כנראה שכל הגלקסיות בחוץ נעות לקראת האחת לקראת השנייה, וגם לקראת גלקסיית שביל החלב שלנו. במוקדם או במאוחר הגלקסיות יתנגשו יחד!"
אם התיאוריה הזו נכונה, איך היה נראה היקום לפני זמן רב בעבר הרחוק?
______________________________________________
______________________________________________
אם התיאוריה הזו נכונה, איך היקום עשוי להיראות בעוד זמן רב בעתיד?
__________________________________________________
__________________________________________________
אפשרות 2: "שיווי משקל"
אולי גלקסיות אינן זזות בכלל. "אנחנו חושבים שהיקום חייב להיות באיזון מושלם. אם הגלקסיותהיו נופלות זו לקראת זו, לא היה היקום
התמוטטות הזמן?
איכשהו, היקום חייב להיות באיזון. אנחנו חושבים שהגלקסיות אינן זזות בכלל".
אם התיאוריה הזו נכונה, איך היה נראה היקום לפני זמן רב?
__________________________________________________
__________________________________________________
אם התיאוריה הזו נכונה, איך יראה היקום בעוד זמן רב בעתיד?
__________________________________________________
__________________________________________________
אפשרות 3: "נחיל דבורים!" 
הגלקסיות עשויות לנוע באקראי.
"אני חושב שהגלקסיות רחוקות מדי מכדי שכוח הכבידה יכול ליצור שינוי במהירותן. אולי הגלקסיות כולן נעות באקראי, כמו נחיל דבורים ביום חם. כמה גלקסיות נעות לקראתנו, וחלק מהן מתרחקות".
אם התיאוריה הזו נכונה, איך נראה היקום לפני זמן רב?
__________________________________________________
__________________________________________________
אם התיאוריה הזו נכונה, איך יראה היקום בעוד זמן רב בעתיד?
__________________________________________________
_________________________________________________
התחזית שלך.
איזו אפשרות מבין האפשרויות שהוצגו אתם חושבים שתמצאו כשתבדקו את
תנועות הגלקסיות? עליכם לבחור אפשרות אחת
_____ אני חושב שהגלקסיות כולן ינועו לקראתנו. כוח המשיכה שולט!
_____ אני חושב שגלקסיות ינועו באקראי. קרוב רחוק…לא משנה!
_____ אני חושב שהגלקסיות כולן יהיו נייחות. היקום באיזון!
_____ אחר. להלן דפוס התנועה שאני מצפה לו, ולמה:
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
איסוף הראיות:
"האם יש חוקיות לתנועת הגלקסיות שלנו?"
עד כה, גיליתם עד כמה רחוקה כל אחת מהגלקסיות שלכם מכדור הארץ. עכשיו אתם עומדים לגלות מהי המהירות של הגלקסיות שלכם ביחס לכדור הארץ. אתם עומדים להכין גרף המתאר את המהירות של כל גלקסיה לעומת המרחק שלה מכדור הארץ, ולראות האם ניתן למצוא חוקיות בנתונים שאספתם.
בחלק האחרון של הפעילות יהיה עליכם לפרש את התוצאות שקבלתם.
מצאו את מהירות הגלקסיות.
בחלק 2, גיליתם שגלקסיות כל כך רחוקות עד שאי אפשר לראות אותו זזות ישירות באמצעות טלסקופ. למעשה, אף אסטרונום לא ראה גלקסיה נעה, אפילו במשך כל חייו; הגלקסיות פשוט רחוקות מדי.
אבל אסטרונומים יכולים לדעת אם גלקסיה נעה לעברנו או מאתנו והלאה, ומהי מהירותה. המידה מבוססת על אותו העיקרון המאפשר את מדידת המהירות של רכב (ראו תיבה, בעמוד הבא.) תוכל ללמוד עוד על שיטה זו על ידי הקלה בקישור הזה . כדי לגלות מהי המהירות שבה נעה כל אחת מהגלקסיות, תשתמש בנתונים שאסטרונומים כבר פרסמו בעולם ברשת האינטרנט.
- מצא את התוצאות שפורסמו מהי המהירות שבה נעה כל אחת מהגלקסיות. פנה אל NASA's Extra-Galactic Database (NED) באמצעות כתובת האינטרנט הזו: http://nedwww.ipac.caltech.edu/forms/z.html
- באתר, הזן את השם או המספר של הגלקסיה שלך. (אין להשתמש במקפים. למשל: M33 או M 33 או NGC 2300 בסדר.)
- לחץ על הכפתור המסומן "redshift".
- השתמש בשורה הראשונה של הנתונים. העמודה המסומנת "קמ"ש" מפרטת את מהירות הגלקסיה שלך בקילומטרים לשנייה. סימן מינוס (-) פירושו שהגלקסיה נעה לקראתנו. סימן פלוס (+) או אין סימן אומר שהגלקסיה מתרחקת מאתנו.
- עבור כל גלקסיה בדף הנתונים שלך, הזן את המהירות של הגלקסיה והאם היא נעה אלינו (-) או מתרחקת מאתנו (+).
גרף הנתונים שלכם.
עכשיו אתם מוכנים לראות אם יש קשר כלשהו בין המרחק לכל גלקסיה לבין מהירות תנועתה. בסיוע הצוותים האחרים בכיתה שלכם, צרו גרף של המרחק אל כל גלקסיה לעומת מהירות הגלקסיה. השתמש באחד התקורה במקרן המחשב או בנייר הסימון המופיע בעמוד זה. זכרו לסמן את גלקסיות הנעות לעברנו מתחת לציר וגלקסיות שמתרחקות מאתנו מעל הציר.
גרף המתאר את מהירות הגלקסיות ביחס למרחק מהן.
בדיקת התוצאות
האם היקום מתרחב?
האם רוב הגלקסיות נעות לכיוון כדור הארץ, או מתרחקות מכדור הארץ?
האם אתה מופתע?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
האם קיימת חוקיות בנתונים שאספתם? באופן כללי, גלקסיות הרחוקות מכדור הארץ נעות בצורה שונה מגלקסיות שקרובות אל כדור הארץ?
אם כן באיזו דרך?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
בהתבסס על החוקיות של תנועת הגלקסיות שמצאתם, איך היקום נראה לפני זמן רב?
__________________________________________________
__________________________________________________
האם התוצאה הזו מה שציפיתם למצוא? (השוו את התוצאות עם התחזית שלכם.)
__________________________________________________
__________________________________________________
האם אתם חושבים שהגלקסיות הקרובות ביותר עשויות להתקדם לעברנוּ? מדוע ייתכן שחלק מהגלקסיות לא מתאימות לחוקיות שמצאתם?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
גיל היקום
דמיינו לעצמכם מרוץ שבו כל הרצים רצים במהירויות שונות. הרצים המהירים ביותר יהיו רחוקים מקו הזינוק בהשוואה לרצים איטיים יותר. האיור שלהלן מציג את המהירויות והמרחקים מקו הזינוק של שלושה רצים. בדקו האם אתם יכולים לדעת לפי המידות באיור: לפני כמה זמן התחיל המירוץ?
5 קמ"ש 4 קמ"ש 2 קמ"ש
נניח שהאצים נעשו איטיים יותר ככל שהמרוץ נמשך. איך תשפיע עובדה זו על ההערכה שלכם לפני כמה זמן המירוץ החל?
__________________________________________________
__________________________________________________
נסו להריץ את הגרף שלכם אחורה בזמן כדי להעריך מתי החל "מירוץ הגלקסיות".
היכן היו אז הגלקסיות זו ביחס לזו?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
בהתבסס על הנתונים בגרף שלכם, לפני מתי התלכדו הגלקסיות (או החומר ממנו הם עשויות) במקום אחד?
(ניתן להניחס שכל גלקסות נעו תמיד באותה מְהִירוּת.)
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
בהתבסס על הממצאים שלכם, הערכו: במשך כמה זמן היקום מתפשט?
היקום מתפשט במשך כ____________ שנים.
אם תנועת הגלקסיות הואטה בהדרגה במהלך הזמן, האם היקום יהיה מבוגר או צעיר יותר בהשוואה להערכה שלכם?
למה?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________
מה גודלו של היקום הנצפה?
עכשיו ניתן לחזור על השאלה, כמה רחוק נוכל לקוות לראות עם הטלסקופים שלנו? נניח שיש גלקסיות, במרחק 200 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. האם תוכל לראות את הגלקסיות האלה, אם היה לך טלסקופ חזק מספיק?
במהלך ההתמודדות עם שאלה זו, שאל את עצמך, "האם היה לאור מספיק זמן מאז תחילת היקום לנוע מאותן גלקסיות רחוקות מאוד אל טֵלֶסקוֹפּ? אם לא, מה תראה כשתסתכל דרך הטלסקופ?
__________________________________________________
__________________________________________________
__________________________________________________