درب التبانة

سبب التسمية

جاءت تسمية مجرة درب التبانة بأن العرب شبَّهت ما يسقط من التبن الذي كانت تحمله مواشيهم كان يظهر أثره على الأرض كأذرع ملتوية تشبه أذرع المجرة. لأن جزء منها يرى في الليالي الصافية كطريق أبيض من التبن يتمثل للرائي بسبب النور الأبيض الخافت الممتد في السماء نتيجة الملايين من النجوم السماوية المضيئة والتي تبدو رغم أبعادها الشاسعة كأنها متراصة متجاورة، كما ترى كامل المجرة من مجرة أخرى على شكل شريط أبيض باهت في السماء.
أم تسمية "The Milky Way" في اللغات الأخرى، هي ترجمة للتعبير الأغريقي Kiklos Galaxias الذي يعني الدائرة اللبنية. والقصة وراء هذا الاسم هي أن الرضيع هيراكليس (هرقل في النسخة الرومانية) حاول الرضاعة من ثدي هيرا. وفيما تعرفه الأمهات الحاضنات في كل مكان، وكإشارة إلى رد فعل خذلان قوي، انتثر بعض الحليب إلى خارج فم هيراكليس. وعندما أخفق في أن ينهل من هذا الجدول القدسي، حرم هيراكليس من فرصته في الخلود. لكن أحدا لم يعرف هذه الخصلة من النجوم ومواصفاتها قبل أن يصنع جاليليو مرقبه الأول. عند ذاك تمكن جاليليو أن يكتشف إنها تتألف من الملايين من النجوم المنفصلة.

نشأة درب التبانة

يقدر علماء الفلك أن مجرة درب التبانة تكونت قبل مدة زمنية تقدر بـ12–14 مليار سنة، فيما يعد علماء الفلك المجرة بأنها صغيرة العمر نسبيًا بالنسبة لمجرات كونية أخرى.
و تم تحديد عمر المجرة باستخدام تقانة علم التسلسل الزمني الكوني
في عام 2007، تم تقدير عمر نجم يدعى NGC 3199 ويقع خارج المجرة ويبعد عنا نحو 13.2 مليار سنة، أي ما يقارب عمر الكون (يقدر عمر الكون بنحو 13.7 مليار سنة). وهو يمثل أقدم جرم سماوي آنذاك فقد وضع حدودًا دنيا لعمر مجرة درب التبانة. تم التحقق من هذا التقدير بواسطة مطياف UV-Visual Echelle للتلسكوب العظيم.
يمكن تقدير عمر النجوم الواقعة في القرص المجري الرقيق بطريقة مشابهة لـHE 1523-0901. كانت نتائج القياسات بحدود 8.8 ± 1.7 مليار سنة مضت، وهذا يقترح بأن فجوة عمرها حوالى 5 مليار كانت هناك بين فترة تكون الهالة وبين القرص الرقيق.

الشكل العام

يصعب دراسة بنية المجرة بسبب وجودنا داخلها ووجود غبار فيها يحجب عنا شيئا من الضوء. خلاف إمكانية دراسة اشكال وفيزياء المجرات الأخرى التي تبعد عنا فنحن نراها من الخارج.
وقد ساعدنا كثيرا دراسة الأشعة القادمة من مجرتنا في نطاق الأشعة تحت الحمراء بالأقمار الصناعية ، وكذلك ببناء مراصدا على الأرض ترصد الموجات الراديوية القادمة منها . ومع ذلك لا تزال طلاسم تحيط بالبنية التفصيلية للمجرة ، وتحتاج إلى المزيد من الرصد وتجميع البيانات وتفسيرها.
اعتبر في الماضي بأن مجرتنا لها أربعة أو خمسة أذرع تزداد فيها كثافة النجوم والغبار، ونحن نعلم الآن بأن لها حوصلة ضلعية وليست كروية.وتتكون من 100 إلى 300 مليار من النجوم وكميات هائلة من الغبار الكوني تكفي لتكوين نحو 600 مليون إلى 1 مليار نجم جديد. وتقدر كمية المادة في المجرة نحو 3,6 × 10⁴¹ كيلوجرام. ويبلغ قطر قرصها نحو 100.000 سنة ضوئية)أو 30 كيلو فرسخ فلكي). ويبلغ سمك القرص 3.000 سنة ضوئية ويبلغ حجم الحوصلة المركزية نحو 16.000 سنة ضوئية.
بالمقارنة بمجرة المرأة المسلسلة فالآخرى ذات قطر 150.000 سنة ضوئية، كما يوجد في مجموعتنا المحلية العضو الثالث من ناحية الكبر وهي مجرة المثلث ويسمى مسييه 33 طبقا لفهرس مسييه، ويبلغ قطر مجرة المثلث نحو 50.000 سنة ضوئية. وربما كان سمك مجرتنا أكثر ثلاثة مرات عن الرقم المعطى أعلاه بحسب العالم الأسترالي بريان جينزلر ومجموعته الذين قاموا بنشر بحث في هذا الموضوع حديثا عام 2008.
تبين حركة الغاز بالقرب من المركز وتوزيع النجوم أن مركز المجرة ليس كري الشكل وإنما ضلعي مستقيم. ويصنع هذا الضلع الوسطي زاوية قدرها 45 درجة مع الخط الواصل من شمسنا إلى مركز المجرة. وتعتبر الفلكيون الآن أن امجرة بذلك من التصنيف SBc طبقا لتصنيف هابل.
وقد بين الرصد بواسطة مقراب سبيتزر الفضائي الذي يقيس الضوء في نطاق الأشعة تحت الحمراء أن امتداد الضلع يصل إلى نحو 27.000 سنة ضوئية.
على أساس معرفتنا بسرعة دوران الشمس وتقدر ب 276 كم في الثانية وبالتالي المجموعة الشمسية حول الضلع المركزي للمجرة وبُعد الشمس عن المركز يمكن بتطبيق قوانين كبلر حساب كمية المادة في الجزء الداخلي من المجرة.
وتقدر كمية المادة الكلية في مجرتنا بين 1,0 - 1,9 مليار كتلة شمسية, 
وتقدر كتلة مجرة المرأة المسلسلة نحو 1.2 مليار كتلة شمسية.

القرص

تعتبر معظم النجوم مجمعة في قرص المجرة توزيعها يكاد يكون منتظما. وهو يحتوي بصفة أساسية على نجوم من التصنيف 2 التي تحتوي على نسبة كبيرة من المعادن (يقصد بالمعادن هنا عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم).

نجوم القرص

تحوي مستوي القرص ذو سمك 700 إلى 800 سنة ضوئية نجوما شديدة الضياء التي لا تبعد عن نحو 500 سنة ضوئية في القرص وكذلك نجوم الأذرعة المجرية وهي من التصنيفات A وF، وبعض النجوم العملاقة من التصنيفات A وF وG وK. كذلك توجد في القرص أقزام ذات التصنيف النجمي Gو K وM وأقزام بيضاء.
وتماثل معدنية تلك النجوم معدنية الشمس. وربما تصل معدنيتها أحيانا ضعف ما لدى الشمس من نسبة معدنية، وتبلغ أعمارها نحو 1 مليار سنة.
ثم توجد مجموعة النجوم ذات اعمار متوسطة، أي تبلغ أعمارها نحو 5 مليار سنة، ومن ضمنها شمسنا وبعض النجوم القزمة ذات أطياف من تصنيف 
Gو K وM وبعض العمالقة الحمر. وتبلغ نسبة معدنية تلك النجوم أقل من معدنية الشمس بنحو 50%. كما تزداد مدارات النجوم في شكل القطع الناقص ولكنها لا تبعد عن مستوي القرص أكثر من 1500 سنة ضوئية.
عند السمك 2500 سنة ضوئية فوق وتحت مستوي المجرة يوجد ما يسمى " القرص السميك " يوجد به أقزام من الأنواع K وM الحمر ووأقزام بيضاء وبعض من النجوم العملاقة، وكذلك متغيرات ذات دورات تغيير طويلة. يصل عمرها إلى نحو 10 مليار وهي تكون فقيرة في معدنيتها (نحو ربع نسبة معدنية الشمس). وتشبه تلك المجموعة نجوم الحوصلة.
مستوي قرص المجرة ليس مستويا تماما وإنما معوج بعض الشيء من جهة مجرة ماجلان الكبرى وسحابة ماجلان الصغرى وهما مجرتان صغيرتان تتبعان مجرتنا وتؤثر على مجرتنا كما تؤثر المجرة عليهما بقوة، وتبعد مجرتي ماجلان الكبرى والصغرى عنا نحو 160.000 سنة ضوئية (بالمقارنة تبعد المرأة المسلسلة (مجرة) عنا نحو 5و2 مليون سنة ضوئية وتتبعنا في مجموعة المجرات المحلية.

المركز

مقال رئيسي: مركز المجرة
يرى مركز المجرة في كوكبة رامي القوس (كوكبة) وهو يختفي خلف سحب كثيفة قاتمة تحجب رؤياه مباشرة في نطاق الضوء المرئي. بدأ العلماء خلال السنوات الخمسينية من القرن الماضي رصد مركز المجرة بواسطة تلسكوبات الأشعة الراديوية وتلسكوبات الأشعة تحت الحمراء ومسبارات الأشعة السينية فأتاحت لنا اكتساب صورة عن مركز المجرة والمنطقة القريبة منها.
وجد علماء الفلك في المركز مصدرا قويا يشع موجات راديوية وأسموه الرامي أ* وتأتي التلك الأشعة من منطقة صغيرة في المركز. وتوجد في تلك المنطقة تجمعات هائلة من النجوم محصورة في منطقة قطرها نحو 1 سنة ضوئية وتدور فيها حول المركز بدورات تبلغ 100 سنة. علاوة على ذلك وجدوا ثقبا أسودا يحوي نحو 1300 كتلة شمسية تدور حوله نجوم. وأقرب نجم يدور حول هذا الثقب الأسود هو النجم إس2 ويبعد عن مركز المجرة 17 ساعة ضوئية في دورة تبلغ 2و15 سنة. وقد استطاع العلماء تحديد مساره بكل دقة عبر دورة كاملة، ويستنتجون من حركة النجوم في مركزية أنه لا بد وأن توجد في تلك المنطقة - واتساعها نحو 15 مليون كيلومتر - كتلة تقدر بنحو 3و4 مليون كتلة شمسية (نشر البحث عام 2009). 
والتفسير المعقول والذي يتمشى مع مشاهدة ذلك التجمع الهائل للمادة لا بد وأن يكون وجود ثقب أسود هائل في مركزالمجرة.

إصدارات أشعة غاما

في يوم 9 نوفمبر 2010 اكتشف العلم الفلكي دوج فينكبانر من مركز هارفارد- سمثسونيان للأبحات الفلكية فقعتين ضخمتين شديدتي الطاقة تنطلقان من وسط المجرة إلى الشمال وإلى الجنوب . وتم اكتشاف ذلك بواسطة مرصد فيرمي الفضائي لأشعة غاما أيضا. ويبلغ قطر الفقاعة منهما نحو 25.000 سنة ضوئية وتمتد عبر الفضاء في الجنوب من كوكبة العذراء إلى كوكبة الكركي. ولا يزال تفسيرها غامضا.

مقارنة الأحجام

يمكن تصور عظمة كبر مجرتنا بما تحويه من 100 مليار إلى 300 مليار نجم عندما نقيسها بمقياس رسم 
1:10¹⁷. إذا عادلت قرص قطره 10 كيلومتر وارتفاعه 1 كيلومتر ويشغله في المتوسط 200 مليار جرثومة لكان كل متر مكعب منها به 3 جراثيم، ولكانت الشمس جرثومة بمقاييس 10 نانومتر. وحتى مدار بلوتو لكان يبلغ 1و0 مليمتر، ولكان بلوتو نفسه صغير مثل الأرض لاصبح في حجم ذرة واحدة. من ذلك يتبين كيف أن كثافة النجوم في المجرة بالغة الصغر والمسافات بينها شاسعة.

جيراننا من المجرات القزمة

توجد عدة مجرات قزمة حولنا في حدود 300.000 سنة ضوئية، من ضمنها مجرة ماجلان الكبرى وسحابة ماجلان الصغرى، وهما تابعتان لمجرتنا. ثم توجد مجرة قزمة وهي مجرة الكلب الأكبر (كوكبة) وتبعد عنا مركز مجرتنا نحو 42.000 سنة ضوئية وعن الشمس نحو 25.000 سنة ضوئية. 
هذه المجرة القزمة تتأثر ب قوة المد والجزر الناشئة من مجرتنا وتتفكك من بعضها مخلفة ورائها فتيل من النجوم يتداخل في مجرتنا. ثم نجد مجرة قزمة أخرى وهي مجرة قزمة الرامي تبعد نحو 50.000 سنة ضوئية وتدور حول درب التبانة في دورات حلزونية ، ومجرتنا في سبيل ابتلاعها.
وتعمل مجرتنا على جذب تلك الجيران القريبة نسبيا وهي في سبيل ابتلاعهم وتكتسب بذلك مادة ونجوم. وأثناء عملية الجذب والابتلاع تتخلف من المجرات القزمة تيارات من النجوم ومادة كونية متأثرة بقوي المد والجزر. بذلك تتكون تكوينات مثل " تيار ماجلان" و"تيار العذراء" وغيرها من السحب السريعة على مقربة من المجرة.

المجموعة المحلية

كان العلماء ومنهم أينشتاين يعتقدون حتى عام 1929 أن الكون يتكون من مجرتنا، مجرة درب التبانة فقط ؛ والتي تحتوي على نحو 200 إلى 300 مليار من النجوم. ثم بينت القياسات التي أجراها إدوين هابل خلال الأعوام 1927 إلى 1929 أن مجرة المرأة المسلسلة هي مجرة مستقلة بنفسها وأنها تبعد عنا بنحو 5و2 مليون سنة ضوئية. ولم تنحصر قياسات هابل على ذلك فقط فقد قام بقياس المئات من المجرات الأخرى التي اكتشفها ، وهي تبعد عنا أبعادا عظيمة جدا تفوق بعد مجرة المرأة المسلسلة عنا. ونحن نعرف اليوم أن الكون يحوي أكثر من 100 مليار من المجرات منها الكبير والصغير.
كما يبين الرصد الفلكي الحديث أن مجرتنا تنضم إلى تجمع مجرات قريب منا يسمى المجموعة المحلية Local Group، ومنها مجرة المرأة المسلسلة . ومجرة المرأة المسلسلة أكبر من مجرتنا حيث يبلع قطرها نحو 150 ألف سنة ضوئية - بينما يبلغ قطر مجرتنا نحو 100 ألف سنة ضوئية فقط. وتحوي المجموعة المحلية نحو 30 مجرة هي أقرب المجرات لنا وأكبرهم هي مجرة المرأة المسلسلة  ومجرتنا وأما المجرات الأخرى فتعتبر مجرات قزمة.
ويقع مركز المجموعة بين مجرة المرأة المسلسلة [أندروميدا] التي تبعد عنا نحو 2.5 مليون سنة ضوئية وبيننا . تشغل المجموعة مكانا في الفضاء يبلغ قطره 10 مليون سنة ضوئية. أهم أعضاء المجموعة المحلية تشكلها مجرتنا درب التبانة، والمرأة المسلسلة ومجرة المثلث Triangulum.
وتبلغ كتلة المجموعة المحلية نحو (1.29 ± 0.14)×10¹² كتلة شمسية. كما أن المجموعة المحلية تنتمي إلى مجموعة أكبر وهي مجموعة العذراءالعظمى Virgo Super cluster، وهي تبعد عنا نحو 50 مليون سنة ضوئية.