انحراف الضوء
انحناء الأضواء القادمة إلينا من الفضاء
أشارت نظرية النسبية العامة التي نشرت عام 1915 للعالم الألماني ألبرت آينشتاين أن الضوء القادم إلينا من الأجسام السماوية البعيدة يغير من مساره لو مر خلال رحلته الطويلة في مجال جاذبية مجرة أو نجم .
وكان من المعتقد أن الموجات الضوئية تنتشر في خطوط مستقيمة حتى تصل إلينا وأنه ليس هناك أية قوة مؤثرة يمكنها أن تحنى الإشعاعات والموجات وأن تغير من مسار الضوء ، وتؤكد نظرية النسبية العامة أن الفضاء مرتبط بالزمن ، وتستخدم قوى الجاذبية للربط بينهما ، وأن الكون ليس مجالا ً للخطوط المستقيمة لأنه منحن أو مقوس وأن الأجسام السماوية الضخمة سواء أكانت نجوما ً أو مجرات أو مجموعاتها تعمل على تقوس (( الزمن – الفضاء )) من حولها بفعل جاذبيتها وأن الإشعاعات الكهرومغناطيسية والموجات الضوئية فضلا ً عن الأجسام السماوية القريبة الأخرى سوف تحاول أن تتبع هذا الانحناء أو التقوس في مسارها لو مرت بالقرب منه ، فالخطوط المستقيمة بإبعادها الثلاثة في المساحة الهندسية أو الجيوميترية الإقليدية تصلح فقط للأماكن المسطحة حيث يمكن تطبيقها تجاوزا ً على مساحات صغيرة من الأرض رغم أنها كروية ، ولكنها لاتصلح للمساحات الكبيرة حيث يجب استخدام الخطوط المحنية ، فالطيران من الرياض إلى نيويورك يجب أن يكون خطا ً مقوسا ً مع انحناء الأفق ، أما في الفضاء فيجب استخدام المساحة التطبيقية أو الجيوديسية الكروية Spherical geodesy حيث الخطوط المنحنية بإبعادها الأربعة باعتبار الزمن – الفضاء بعدا ً رابعا ً بجانب الطول والعرض والارتفاع يجب أخذه في الاعتبار ، وحالت ظروف الحرب العالمية الأولى دون إجراء التجارب لإثابت الجزئية الخاصة بتغيير مسار الضوء القادم إلينا عند مرورنا بجاذبية نجم .
وكان آينشتاين قد اقتراح رصد الشمس كنجم خلال الكسوف الكلي وأثناء مرور النجوم من خلفها خلال فترة الكسوف ، حيث يمكن في هذه الحالة رصد الضوء القادم من النجم خلف الشمس وعندما يمر بحافتها تماما ً . وأكد آينشتاين بالحسابات الرياضية أن مقدار انحراف الضوء القادم إلينا من النجم عندما يمر بحافة الشمس وجاذبيتها سوف يبلغ 1.75 ثانية قوسية عن مساره الأصلي .
وفي عام 1919 كان هناك كسوف كلي للشمس ، وفرصة لإثبات جانب من نظرية محيرة ، حيث قام العالم الفلكي آندرو كروملين برصد كسوف الشمس في منطقة سوبرال بالبرازيل ، وحساب انحراف الضوء القادم من النجوم خلف قرص الشمس وكانت الشمس في ذلك الوقت قريبة من مجموعة النجوم المفتوحة ((القلاص)) Hyades في كوكبة الثور ، وبلغ انحراف ضوء النجوم القادمة إلينا بعد مرورها على جاذبية الشمس 1.98 ثانية قوسية عن مسارها الأصلي ، وفي نفس الوقت كان العالم الفلكي البريطاني آرثر إدينجتون يقوم بعمليات الرصد في خليج غينيا في غرب إفريقيا وسجل انحرافا ً لمسار ضوء النجوم قدره 1.61 ثانية قوسية عن مسارها الأصلى .
وفي عام 1922 حدث كسوف كلى للشمس وسجل العلماء انحرافا ً للموجات الضوئية القادمة من النجوم قدره 1.72 ثانية قوسية ، وكان العالم البريطاني إسحاق نيوتن قد ظن أن الموجات الضوئية لها كتلة وبناء على نظريته في الجاذبية فإن الانحراف أو التغيير في مسار الضوء القادم من النجوم عند مرورها بجاذبية الشمس سوف يبلغ 87 من مائة من الثانية القوسية الواحدة ، ومن الواضح أن حسابات آينشتاين الرياضية أدق من نيوتن وإن كانت النتائج المسجلة متفاوتة قليلا ً لأن هناك عوامل أخرى تعمل أيضا ً على انحراف وتغيير مسار ضوء النجوم والمجرات القادم إلينا من بعد .
وخلال السنوات الماضية اكتشف جانب آخر لتغيير مسار الضوء عند مروره بحقل من الجاذبية ، فعند مرور الضوء القادم إلينا من كويزر بعيدا ً جدا ً قد يخترق أجساما ً سماوية ضخمة كمجرة مثلا ص ، فتعمل عمل العدسة حيث ينتج عن ذلك صورة مزدوجة للكويزر البعيد ، ولذلك يطلق على هذه الحالة اسم عدسات الجاذبية . وقد تأكد ذلك لأول مرة بالراديو تليسكوب ، ثم تأكدت أيضا ً بالتلسكوبات البصرية في حالات أخرى ، وكانت الأجسام السماوية المعترضة لمسار الموجات الضوئية مجرات ضخمة كاملة عن بعد أيضا ، قامت بدورالعدسة الكاسرة للضوء وتغيير مساره .
وقد يؤدي الانكسار إلى تغيير مسار الضوء أيضا ً عندما يخترق الشعاع الضوئي طبقات الغلاف الجوي للأرض ذات الكثافة المختلفة عن الفضاء الخارجي ، وتزداد قيمة انكسار أو انحراف الضوء كلما زادت كثافة الغلاف الجوي طبقا للظواهر الجوية المختلفة ، وأيضا ً كلما زادت زاوية السقوط . ومن الصعب وضع قوانين محددة وجداول بقيمة انكسار أو انحراف الضوء بسبب طبيعة التقلبات التي تحدث في طبقات الغلاف الجوي والتي تعتمد على الكثافة والضغط والحرارة وكلها عوامل غير ثابتة . ومع ذلك فهناك جداول تقريبية لقيمة انكسار الضوء فالشعاع القادم عموديا ً – أي في سمت السماء تماما ً – لن يعاني من الانكسار ، فإذا كانت زاوية المسافة السمتية 10 درجات فإن الانكسار للضوء سوف يبلغ 10.6 ثوان قوسية ، وإذا كانت الزاوية من سمت السماء 50 درجة بلغ متوسط الانكسار دقيقة واحدة قوسية و 11.5 ثانية قوسية . وعند زاوية المسافة السمتية 80 درجة أي قرب الأفق فإن متوسط الانكسار خمس دقائق قوسية و29.9 ثانية قوسية ، وأثر من ذلك تكون التقديرات سليمة ،فعند الأفق مثلا ً أي بزاوية 90 درجة عن المسافة السميكة يكون متوسط الانكسار 35 دقيقة قوسية ، وقيمة الانكسار هنا محسوبة بطريقة تقريبية وبناء على نظريات مختلفة ، ولا يمكن أن تكون دقيقة .
والزيغ الضوئي Aberretion of Light يؤدي أيضا ً إلى تغيير في مواقع الأجسام السماوية بسبب حركة الأرض التي يتم منها عمليات الرصد الفلكي ، فالضوء القادم من النجم يستغرق وقتا ً للوصول إلى الأرض – بسرعة الضوء – يكون النجم نفسه خلالها قد تحرك وتكون الأرض أيضاً قد تحركت ، ولذلك يشير الشعاع الضوئي الذي نستقبله إلى المكان الذي كان عليه وضع النجم ولكنه لم يعد موجودا ً الآن في هذا المكان ، ولابد من تحريك التليسكوب في الاتجاه المحتمل أن يتواجد فيه النجم حيث إن الضوء القادم إلينا لايشير حقيقة إلى المكان الحقيقي للنجم ، فهناك زاوية لهذا الزيغ أو لهذا التحول أو الانحراف الضوئي للنجم لابد من أخذها بعين الاعتبار ، وتعتمد زاوية الزيغ على نسبة سرعة التليسكوب إلى سرعة الضوء وأيضا على الزاوية الواقعة بين اتجاه حركة التليسكوبات وبين اتجاه الضوء القادم إلينا .
وعادة فإن زاوية الزيغ صغيرة لأن سرعة حركة التليسكوب بالنسبة إلى سرعة الضوء صغيرة أيضا ً ، وتكون زاوية الزيغ في أكبر معدلاتها عندما يكون اتجاه حركة التليسكوب في اتجاه سقوط الضوء، ويجب التفرقة بين أنواع التحولات التي تحدث للضوء بسبب حركة الأرض ، ولذلك فهناك زيغ اليومي Diurnal الناتج عن دوران الأرض حول محورها ، ولذلك فإن زاوية الزيغ بالنسبة للراصد على خط الاستواء تبلغ 32 من مائة من الثانية القوسية ، ومن ناحية الشرق لو نظرنا من فوق القطب الشمالي ن وكلما كان الرصد على خط عرض أعلى تقل زاوية الزيغ اليومي حتى تكون صفراً عند القطبين ، أما الزيغ السنوي Annual فبسبب دوران الأرض حول الشمس ، ولذلك فإن زاوية الزيغ تختلف على مدار العام ، ولكن بالنسبة للنجوم الواقعة في القطبيين الشمالي والجنوبي فإن زاوية الزيغ ثابتة وهي 20.47 ثانية قوسية لأن النجوم في هذه المنطقة تبدو وكأنها تدور حول نجم القطب بعكس اتجاه عقارب الساعة .
وهي مثل النجوم الأخرى في حركتها الظاهرية تشرق من الشرق وتغرب إلى الغرب ولأنها تقع في قطبي الدائرة البروجية الخُسان Circumpolar Star أي التي لاتغرب أو تختفي ، في حركتها الظاهرية من الشرق إلى الغرب ، وتبدو وكأنها تدور حول نجم القطب الشمالي أو الجنوبي ، وهناك أيضا ً الزيغ القرني الناتج عن حركة المجموعة الشمسية بأكملها داخل المجرة ، حيث تغير الأرض – مكان الرصد – من موقعها على مدى قرن ، ولكن ليس له أهمية كبيرة في الرصد الفلكي . وقد اكتشف الزيغ لأول مرة العالم الفلكي جيمس برادلي James Bradley عام 1728 م .
من قدرة إشعاعه ، وتتناسب مدة عمره مع القوة 3 لكتلته. أي أن :
