رأينا أن تردد الضوء المرئي، يمكن أن تغيره حركة المصدر. ويسبب وجود تأثير (دوبار)، نستطيع أن ننظر إلى الضوء المنبعث من أجزاء متباينة من مجرة تدور ونتبين كم هي سرعة تحرك هذه الأجزاء في السطح المستوى لتلك المجرة، كما هو موضح في الشكل (1) والسرعات التي نحصل عليها بهذه الطريقة - عندما تخطط بيانيا على لوحة - تشكل ما نطلق عليه منحنى الدوران المجرى.

وثمة أشكال متعددة ممكنة، يمكن أن يتخذها منحنى الدوران، ولكل منها شبيه في خبراتنا اليومية. فعلى سبيل المثال، عندما تركب لعبة الدوارة سوف ترى أنك سوف تصاب بالدوار بشكل أشد بكثير، إذا كنت فى الحافة الخارجية، عما لو كنت في الداخل. وهذا هو السبب في أننا نجعل الصغار يبدأون بامتطاء الخيول الخشبية الداخلية، ثم يتخذون طريقهم إلى الخيول الخارجية كلما تقدموا في السن، والسبب في حدوث هذه الظاهرة بسيط: إن لعبة الدوارة عبارة عن قطعة صلبة، وعندما تدور، فإن الجزء الخارجى يجب أن يتحرك بسرعة أكبر، ليساير الجزء الداخلي. وهذا النوع من الحركة ينشئ منحنى دوران مثل الموضح إلى اليسار في الشكل 2 وهو منحنى تزداد فيه السرعة كلما ابتعدنا عن المركز. وهذا يطلق عليه "عجلة التدفق"، في لغة الفيزيائيين، وذلك لأسباب واضحة ونتوقع أن نجدها ، كلما كانت المادة مكدسة بإحكام معاء كما هي الحال في لعبة الدوارة.

الشكل1

ويمكنك أن تتصور نوعاً شائعاً آخر من التدفق، إذا فكرت في مجموعة من العدائين داخل ملعب رياضي كل واحد منهم في أحد الممرات المحددة، التي تمتد من الداخل

إلى الخارج على سطح مضمار العدو. هب أن كل العدائين على درجة واحدة من المهارة، ومن ثم سوف ينطلقون جميعاً بنفس السرعة، وإذا كان هناك منحني في مضمار العدو، عندئذ سوف يبدأ طابور العدائين في الانحناء، وبالنسبة للعدائين الداخليين، فإنهم سوف ينطلقون في خط مستقيم، ذلك أن عليهم اجتياز مسافة أقل. وإذا قمت بقياس منحنى الدوران للعدائين، سوف تحصل على شيء ما مثل الموضح في وسط الشكل (4-6 . وسوف يعبر كل العدائين الخط التخيلي بنفس السرعة، ولهذا

سوف يصبح المنحنى خطا أفقياً مستقيماً. إن الحقيقة بأنهم اجتازوا الخط التخيلي في أوقات متباينة. يعد خارجا عن الموضوع، ما دام الأمر يتعلق بجسيمات القياس هذه. إن كل ما يهم هو كم السرعة التي يتحركون بها، عندما يجتازون هذا الخط التخيلي)، وسوف نطلق على هذا الموقف تدفق السرعة الدائمة. وستحدث، متناغمة مع منحنى الدوران الأفقى المميز، وقتما تتحرك كل الأشياء بنفس السرعة، بغض النظر عن بعدهم من المركز. وتدفق السرعة الدائمة، يقود بالضرورة إلى الدوران التفاضلي نفس الشيء الذى نراه في فنجان القهوة - ذلك أن النقاط الخارجية، الذي عليها أن تنطلق إلى مسافة أبعد، ملزمة بأن تتحرك بنفس سرعة النقاط الداخلية النظيرة لها.

الشكل 2

وبالإضافة إلى ذلك، إنه التأثير الذي نناقشه هنا، مسئول عن الحقيقة بأن العدائين يعطون تعاقب الترتيب في منافسات مضمار العدو إن موازنة مواقع البداية قد صممت لتعويض العدائين عن الاختلافات في المسافات المقاسة على طول داخل مضمار العدو وخارجه.

وثمة نوع ثالث من منحنيات الدوران، يمكن فهمه بالتفكير فى الكواكب في المنظومة الشمسية. من المعروف جيداً أن طول "السنة" - الزمن اللازم لإتمام دورة واحدة - يتباين باختلاف الكواكب. ويتراوح بين ثمانية وثمانين يوما لكوكب عطارد إلى نحو مائتين وخمسين عاما لكوكب بلوتو  وإلى حد ما، فإن هذا مرده إلى الحقيقة بأن الكواكب الخارجية تستغرق وقتا أطول لإتمام دورة كاملة، بيد أن هذا مجرد جزء من القصة. وكذلك اتضح أنه كلما كانت المسافة بين الكوكب والشمس أطول، تحرك ببطء أكثر. ومنحنى الدوران لمنظومة مثل الكواكب، موضحة إلى اليمين في (الشكل 2).

والمنحنى من هذا النوع يسمى كبلرى تيمنا بالفلكى الألماني يوهانس كبلر) (1071 - (1930)، وهو الذي صاغ القوانين الصحيحة المدارات الكواكب، ونتوقع أن نجد ذلك المنحنى، فى أى موقع، حيث توجد الكتلة التي تمارس قوة الجاذبية، في مركز المنظومة، كما تفعل في حالة الشمس والكواكب. ومن الأهمية، أن ندرك أن هذا المتطلب، لا يعنى ضرورة أن تكون الكتلة المركزية صغيرة الحجم. وبالتأكيد، فإن الشمس ليست جرماً فضائيا صغيراً. وتعد المنظومة الشمسية كبلرية، ذلك أن حجم الشمس صغير، مقارنة بالمسافات إلى الكواكب، وبنفس المفهوم، لو بعدنا كثيراً عن التركيزات الأساسية للكتلة في المجرة إلى الحد أن منحنى الدوران سوف يكون بالتأكيد "كبلريا". وتلك نقطة بالغة الأهمية، ومن ثم دعني أشرحها بالتفصيل في عجالة. افترض - لمجرد تبادل وجهات النظر - أن كل المادة في المجرة، كانت مركزة في شكل كروى قطره مائة ألف سنة ضوئية، أى إنه يتطابق - بمعنى آخر – مع توزيع المادة المضيئة عندئذ، إذا كان هناك بعض التوابع (شموس مثلاً أو حتى كواكب منفردة) تدور على بعد مائتي ألف أو ثلاثمائة ألف سنة ضوئية، فإننا نتوقع أن تكون منحنيات دورانها كبرارية وكلما كانت هذه الأجرام الفضائية أكثر بعداً، فإنها يجب أن تتحرك أشد بطنا .

وموضح في شكل (3) منحنى دوران نموذجي مقاس لإحدى المجرات. وفي اتجاه نواة المجرات، حيث تتكدس وتتماسك المادة، سوف نلاحظ أن السرعات تتصاعد مع زيادة المسافة أى تدفق العجلة. وكما ابتعدنا أكثر، اختفت مستويات الانحناء . ونرى أنفسنا في منظومة يتحرك فيها كل شيء تقريبا بنفس السرعة، ومن ثم، يظهر نوع من الالتواء) الذي يصاحب الدوران التفاضلي. ويمتد هذا الجزء من المنحنى كثيراً إلى ما بعد المائة ألف سنة ضوئية، وبالتالي، يصل إلى ما وراء تلك المنطقة، التي يمكننا أن نراها بالفعل، عندما ننظر إلى مجرة ما . وربما ينتابك العجب، وتتساءل كيف نستطيع أن نتعرف عن سلوك المادة، فيما وراء المنطقة المرئية؟ ومن الواضح أنه ليس ثمة أي ضوء مرئى يصل إلينا مما قد يوجد بعيداً هناك، بيد أن هذا لا يعني عدم وجود أي إشعاع على الإطلاق. إذ توجد غيوم رفيعة ورقيقة من غاز الهيدروجين في تلك المنطقة، ويبث هذا الغاز الموجات الراديوية، التي يمكن رصدها بواسطة مستقبلات فوق كوكب الأرض. ونوع تحليل دويلر الذي تم شرحه فيما سبق، للضوء المرئي يمكن إجراؤه على الموجات الراديوية، ومن ثم، يمكننا بالفعل التعرف على سرعة تحرك الهيدروجين.

شكل3

وإذا كان الغاز في منطقة فضاء فارغة  سوف يتخذ له مدارا حول المجرة، أنواع من التوابع الذرية في هذه الحالة، يجب أن نرى منحنى الدوران، وقد تحول إلى شكل كبلرى، ومن ناحية أخرى، إذا تدفق الغاز إلى الأمام بتأثير مادة غير مرئية كحطام السفينة الطافى على سطح نهر صغير - عندئذ سوف يصبح منحنى الدوران للهيدروجين، مماثلاً لتلك المادة غير المرئية، المطمور فيها.

وكما ترى في الشكل (3) ، يظل منحنى الدوران المجرة نموذجية، مسطحاً تماماً خارج المنطقة، حيث يتم بث الضوء المرئي. وفي واقع الأمر، فلم يلاحظ قط تحول أي منحنی دوران مجرى، ليصبح كبلرياً، بل بقيت كلها مسطحة إلى مسافات تصل إلى مائتي ألف وثلاثمائة ألف سنة ضوئية، أكثر بعدة مرات من الجزء المرئى من المجرة. وهذا حقيقي بالنسبة للعديد من المجرات التي تم رصدها وقياسها. ومن ثم، فمن الأرجح – إلى حد بعيد - أنه حقيقى أيضاً بالنسبة لمجرة الطريق اللبنى.

ونعلم أننا بمجرد وصولنا إلى نقطة، حيث نكون خارج معظم المادة في المجرة سوف يصبح منحنى الدوران كبلريا ، ويبدأ الزوال والحقيقة أنه لم يلاحظ يفعل هذا، یعنی شيئًا واحدا حتى على بعد مسافات مروعة من المركز، مسافات بعيدة تماماً عن تخوم المجرة المرئية. ثمة كميات هائلة من المادة. ربما لا نستطيع رؤيتها، بيد أ نعرف أنها هناك . بسبب التأثيرات التجاذبية، التي تمارسها على منحنى الدوران.

أننا وفي الواقع، فإنه يمكننا تقدير كمية المادة الإضافية في مجرة الطريق اللبني والمجرات الأخرى، عن طريق دراسة مدارات التوابع المجرية. كم قدر الكتلة التي يمكنها إنتاج منحنيات الدوران التي أمكن رصدها وملاحظتها؟ والإجابة هي أنه لابد من وجود - على الأقل - عشرة أمثال من المادة غير المرئية في المجرات عن المادة المرئية بها. وبمعنى آخر فإنه على الأقل، تسعين بالمائة من المادة التي في مجرة مثل مجرتنا، في شكل لا يبعث بضوء مرئى أو أى إشعاع أخر، وأن أحداً لم تساوره الشكوك في وجودها، حتى السبعينيات من القرن العشرين ومن ثم كان من الملائم أن يطلق الفلكيون على هذه المادة المادة المظلمة". وتنتشر تلك المادة المظلمة، خلال هالة كروية تحيط بالمناطق المرئية من المجرة (انظر الشكل4 .

شكل4

مواضيع ذات صلة

أطوار القمر

حركة الشمس في البروج

الحركة اليومية للشمس في السماء

الكون المفتوح والمغلق فى النظرية النسبية العامة لأينشتين

المادة المظلمة الباردة والتحيز

الطريق اللبني .. نموذج للمجرة الحلزونية

الكون الإسفنجي

الفراغات الكونية

اكتشاف بنية كونية ذات أبعاد مروّعة

العناقيد المجرية مدن عملاقة في قلب الكون

المريخ أساطير وخرافات وحقائق

الانفجار الأعظم