درسنامه آموزشی علوم تجربی کلاس نهم
فصل 10: نگاهی به فضا
پس از غروب آفتاب، وقتی به آسمان نگاه میکنید، زیبایی و نقاط روشن آن باعث میشود که پرسشهای زیادی در ذهن شما بهوجود آید. این نقاط روشن در آسمان ستارهاند یا سیاره؟ آیا این نقاط همهٔ آن چیزی است که در آسمان وجود دارد؟ آیا آنها در محل خود ثابتاند یا جابهجا میشوند؟ و... . با توسعهٔ ابزارهای مشاهدهٔ آسمان، اطلاعات و یافته های بشر نسبت به فضای اطراف زمین افزایش یافته است. امروزه انسان با سفر به فضا، در پی کشف اسرار جهان هستی و حیات در سیارات و سامانههای فراخورشیدی است. در این فصل با علم نجوم و برخی کاربردهای آن در زندگی خود آشنا میشوید.
علم نجوم
از هزاران سال پیش انسان به آسمان شب، ماه و خورشید و دیگر اجرام آسمانی توجه داشته است. درحدود هزار سال قبل، همزمان با شکوفایی علم در جوامع اسلامی، مطالعات نجومی نیز مورد توجه منجمان ایرانی و مسلمان سایر کشورها، قرار گرفت. در علم نجوم، آنها به مشاهدهٔ آسمان و مطالعهٔ اجرام آسمانی میپرداختند و با ساخت ابزار نجومی، مانند اُسطُرلاب (شکل 1- الف) و احداث رصدخانه و ارائه جداول دقیق نجومی، کمک زیادی به توسعهٔ علم نجوم نمودند. آنها از اسطرلاب برای تعیین زاویه ارتفاع ستارگان و سایر مطالعات نجومی استفاده مینمودند (شکل 1- ب).
فعالیت (صفحهٔ 108 تا 109 کتاب درسی)
وسایل و مواد لازم: کاغذ مقوایی به ابعاد $12 \times 12$ سانتیمتر - نی نوشابه به طول 12 سانتیمتر - نخ ضخیم به طول 20 سانتیمتر - وزنه چند گرمی - پرگار - مداد - قیچی - چسب مایع و نواری - نقاله - خطکش.
روش ساخت:
1- دو خط عمود بر هم با فاصلهٔ یک سانتیمتر از لبه کاغذ رسم کنید.
2- با استفاده از پرگار، ربع دایرهای به شعاع 10 سانتیمتر و 11 سانتیمتر از تقاطع دو کمان رسم کنید و با قیچی مقوا را از روی کمان 11 سانتیمتر ببرید.
3- با استفاده از نقاله، ربع دایره را به 9 قسمت 10 درجهای تقسیم کنید و از 0 تا 90 را در کنار هر خط بنویسید.
4- با چسب، نی را بر روی خط 90 درجه بچسبانید.
5- وزنه را به یک سر نخ گره بزنید و سر دیگر نخ را با چسب مایع روی تقاطع دو خط یا مرکز ربع دایره بچسبانید.
6- با استفاده از اسطرلابی که ساختهاید، زاویه ارتفاع چند ستاره را اندازه گیری نمایید. برای این کار، اسطرلاب را در دست بگیرید و از داخل نی به ستاره مورد نظر نگاه کنید. زاویه ارتفاع را به وسیله نخ و وزنه بخوانید.

در قرن هفتم هجری قمری توانمندیهای علمی مسلمانان به اوج خود رسید و به همت خواجه نصیرالدین طوسی رصدخانه مراغه، تأسیس شد و محیطی علمی در اختیار ستارهشناسان قرار گرفت و همچنین باعث گسترش تفکر ساخت چنین رصدخانههایی در دیگر نقاط جهان شد.
حدود 400 سال پیش، گالیله با ساخت اولین تلسکوپ و رصد آسمان به وسیله آن، پنجرهٔ جدیدی به سوی شناخت دقیقتر جهان گشود. پس از وی، منجمان با ساخت ابزارهای نجومی پیشرفتهتر، مطالعات خود را بهصورت علمی و منسجم از سامانه خورشیدی به فضاهای کهکشانی، گسترش دادند. امروزه دانشمندان با بهرهگیری از تجهیزات مدرن (شکل زیر)، درصدد کشف ناشناختههای جهان هستی میباشند.
کهکشان
کهکشان، مجموعهای عظیم از ستارگان، گازها، گردوغبار و فضای بین ستارهای است که تحت تأثیر نیروی جاذبه گرانشی متقابل، در کنار هم، جمع شدهاند (شکل زیر). برخی از آنها بدون استفاده از تلسکوپ و با چشم غیرمسلح، قابل رؤیتاند. سامانه خورشیدی، بخش بسیارکوچکی از کهکشان راه شیری است. کهکشان ما، خود بخش بسیار کوچکی از جهان هستی (کیهان) است و کیهان خود از میلیاردها کهکشان دیگر تشکیل شده است.
ستارگان
ما برای زندگی به نور و گرما نیاز داریم. خورشید به عنوان تنها ستارهٔ سامانه خورشیدی، نور و گرمای مورد نیاز ما را تأمین میکند. ستارهها پیوسته در حال تغییرند. زمانی متولد میشوند و میلیاردها سال بعد میمیرند. نزدیکترین ستاره به زمین، خورشید است که در فاصلهٔ حدود یکصد و پنجاه میلیون کیلومتری آن واقع شده است. به این فاصله، یک واحد نجومی اطلاق میشود. در علم نجوم برای بیان فواصل خیلی دور از واحد دیگری به نام سال نوری استفاده میشود. به فاصلهای که نور در مدت زمان یک سال طی میکند، یک سال نوری گفته میشود.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 110 کتاب درسی)
نور فاصلهٔ زمین تا خورشید را در مدت هشت دقیقه و بیست ثانیه طی میکند.یعنی نور خورشید را که اکنون میبینید، هشت دقیقه و بیست ثانیه قبل از خورشید جدا شده است. با توجه به تندی نور، فاصلهٔ خورشید تا زمین را محاسبه کنید.
خورشید کرهٔ عظیمی از گازهای بسیار داغ است و چند صد برابر مجموع سیارههای منظومه شمسی، جرم دارد. ترکیب اصلی خورشید در حال حاضر از هیدروژن و هلیم تشکیل شده است (شکل زیر) که به طور مداوم هیدروژن به هلیم، تبدیل میشود. این تبدیل همراه با کاهش جرم و تولید انرژی به صورت گرما و نور است. کاهش جرم تا زمانی ادامه خواهد یافت که خورشید به پایان زندگی خود برسد.
فکر کنید (صفحهٔ 111 کتاب درسی)
1) گرم کردن کرهٔ زمین 2) ایجاد چرخهٔ فصول 3) ایجاد چرخهٔ آب 4) ایجاد بادها و طوفانها 5) ایجاد موج برای تصفیه آب دریاها 6) انرژی خورشیدی جزو انرژیهای پاک 7) فراهم کردن انرژی لازم برای فتوسنتز گیاهان و سپس انرژی برای تمام جانداران
صورتهای فلکی
موقعیت ستارگان در آسمان به گونهای است که وقتی به آنها نگاه میکنیم، تعدادی از آنها ممکن است به صورتها و شکلهای خاصی دیده شوند. این شکلها را به اشیا و حیوانات تشبیه میکنند و به آن صورت فلکی میگویند (شکل زیر). این صورتهای فلکی همیشه و بهطور ثابت در آسمان دیده نمیشوند، بلکه هر یک در زمان مشخص و موقعیت خاص قابل رؤیت رؤیت هستند. به همین دلیل در قدیم، انسانها از آنها به عنوان تقویم استفاده میکردند. همچنین از ستارگان و صورتهای فلکی برای جهتیابی در شب نیز میتوان استفاده نمود. البته امروزه در شهرهای بزرگ، به دلیل وجود نور فراوان لامپهای روشنایی در آسمان شهر، امکان رؤیت ستارگان در شب به خوبی وجود ندارد، که به این پدیده آلودگی نوری گفته میشود. افزون بر آن آلودگی هوا نیز در رصد آسمان مؤثر است. وجود ابرها در آسمان نیز از موانع رصد آسمان میباشد.
فعالیت (صفحهٔ 112 کتاب درسی)
در محلی که ستارگان به خوبی در شب قابل رؤیت هستند، صورت فلکی دب اکبر را پیدا کنید، سپس ستارهٔ ششم را به ستارهٔ هفتم با یک خط وصل کنید و خط را حدود 5 برابر فاصله بین دو ستاره امتداد دهید (مطابق شکل). به ستارهای خواهید رسید که چندان هم پرنور نیست. آن ستارهٔ قطبی است. وقتی رو به آن بایستید، به سمت قطب شمال زمین ایستادهاید. ستارهٔ قطبی، دم صورت فلکی دب اصغر است. در صورت امکان تصویر و فیلم تهیه و به کلاس ارائه نمایید.

جهتیابی با استفاده از ستارگان منحصر به شب نیست و در روز نیز میتوان با استفاده از نور خورشید جهتهای جغرافیایی را تعیین نمود.
فعالیت (صفحهٔ 112 کتاب درسی)
هدف: تعیین جهت شمال وجنوب جغرافیایی در روز
1- میلهای به طول 0/5 متر را در مکانی آفتابی به طور عمود روی زمین نصب و دایرهای به شعاع یک متر و به مرکز میله رسم کنید.
2- هنگام طلوع خورشید، طول سایهٔ میله، بزرگتر از شعاع دایره است. به مرور زمان، طول سایهٔ میله به شعاع دایره نزدیک میشود. زمانی که طول سایه با شعاع دایره برابر شد، بر روی دایره علامتی بگذارید.
3- در هنگام ظهر، طول سایهٔ میله به کوتاهترین مقدار خود میرسد و بعدازظهر، به مرور زمان طول سایهٔ میله افزایش مییابد. وقتی سایهٔ میله مجدد برابر با شعاع دایره شد، بر روی دایره علامت بگذارید.
4- دو نقطهٔ علامتگذاری شده بر روی دایره را با استفاده از خطکش به هم وصل کنید (خط چین آبی)
5- وسط خط مذکور را تعیین نمایید و از آن نقطه خطی به میله وصل کنید. خط حاصل جهت شمال و جنوب جغرافیایی را نشان میدهد. سمتی که سایه تشکیل میشود، جهت شمال و سمت مقابل، جهت جنوب جغرافیایی میباشد.
در درس مطالعات اجتماعی خواندید که جهت قبله در ایران همواره به سمت جنوب غربی است. بنابراین با داشتن جهت جنوب جغرافیایی و زاویهٔ میل قبله نسبت به آن در محل سکونت خود، میتوانید جهت قبله را تعیین کنید. زاویهٔ میل قبله در شهرهای مختلف متفاوت است (جدول 1)
| نام شهر | زاویهٔ میل قبله (درجه) از جنوب به سمت غرب |
نام شهر | زاویهٔ میل قبله (درجه) از جنوب به سمت غرب |
| اراک | 37 | اردبیل | 26 |
| ارومیه | 17 | اصفهان | 46 |
| اهواز | 41 | ایلام | 27 |
| بجنورد | 48 | بندر عباس | 72 |
| بوشهر | 55 | بیرجند | 61 |
| تبریز | 20 | تهران | 38 |
| خرم آباد | 34 | رشت | 31 |
| زاهدان | 72 | زنجان | 29 |
| ساری | 41 | سمنان | 44 |
| سنندج | 26 | شهرکرد | 44 |
| شیراز | 57 | قزوین | 33 |
| قم | 39 | کرج | 37 |
| کرمان | 64 | کرمانشاه | 28 |
| گرگان | 43 | مشهد | 54 |
| همدان | 32 | یاسوج | 51 |
|
یزد |
54 |
فعالیت (صفحهٔ 113 کتاب درسی)
1- کمترین و بیشترین زاویه میل قبله مربوط به کدام استانهاست؟
کمترین انحراف مربوط به استان آذربایجان شرقی شهر ارومیه (17 درجه) و بیشترین انحراف مربوط به استان هرمزگان شهر بندرعباس میباشد. (5/72 درجه)
2- زاویه میل قبله در استان محل سکونت شما چقدر است؟
در استان تهران زاویه ی انحراف 5/38 درجه میباشد. هر فرد با توجه به استان خود از روی جدول 1 میتواند میزان زاویه انحراف قبله را اندازه بگیرد.
3- با جستوجو در منابع معتبر و اینترنت، زاویه میل قبله سایر شهرستانهای استان محل سکونت خود را پیدا کنید و با استفاده از روش بالا، جهت قبله مدرسه یا منزل خود را تعیین کنید.
با کمک معلم خود جهت قبله مدرسه را تعیین کنید. ابتدا شمال و جنوب مدرسه را تعیین کرده و جنوب غرب آن را مییابیم سپس با توجه به زاویه انحراف قبله شهر خود، قبله را تعیین میکنیم.
سامانهٔ خورشیدی
سامانهٔ خورشیدی شامل هشت سیاره و قریب به دویست قمر طبیعی، چند خردهسیاره، میلیونها سیارک و اجسام سنگی دیگر است که حجم بزرگی از فضا را اشغال کردهاند و همگی به دور خورشید در حال گردش هستند (شکل زیر). بیشتر ستارهشناسان معتقدند که همه اعضای سامانه خورشیدی، از ابر عظیم و چرخانی متشکل از گاز و غبار به نام سحابی خورشیدی تشکیل شدهاند.
جمع آوری اطلاعات (صفحهٔ 114 کتاب درسی)
1) سیارات از خود نور ندارند ولی ستارگان از خود نور تولید میکنند. 2) سیارات به دور ستارگان میچرخند. 3) جرم سیارات بسیار کمتر از جرم ستارگان میباشد. 4) نیروی گرانشی ستارگان از سیارات بیشتر است.
سیارات
در دوره ابتدایی آموختید که سیارات از خود نور ندارند و به دور یک ستاره در گردشاند و ممکن است دارای یک یا چند قمر نیز باشند. امروزه دانشمندان معتقدند که سیاره به جرمی گفته میشود که در مداری به دور خورشید میچرخد و دارای جرم کافی برای ایجاد شکل کروی و جذب اجرام کوچکتر اطراف مدار خود باشد. سیارات به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند: گروه اول که شامل تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین (ارض) و بهرام (مریخ) است را سیارههای سنگی (درونی) مینامند و گروه دوم که شامل مشتری (برجیس)، کیوان (زحل)، اورانوس و نپتون است را سیارههای گازی (بیرونی) مینامند.
| سیاره | زمان حرکت انتقالی | قطر (کیلومتر) | دما (سانتی گراد) | تعداد قمر ها | جنس |
| تیر / عطارد | 88 شبانه روز | 4880 | 427+ | - | سنگی |
| ناهید / زهره | 225 شبانه روز | 12100 | 437+ | - | سنگی |
| زمین / ارض | 365 شبانه روز | 12756 | 27+ | 1 | سنگی |
| بهرام / مریخ | 678 شبانه روز | 6788 | 18- | 2 | سنگی |
| مشتری / برجیس | 11/86 سال | 137400 | 65- | 79 | گازی |
| کیوان / زحل | 29/44 سال | 115100 | 178- | 62 | گازی |
| اورانوس | 84 سال | 50100 | 215- | 27 | گازی |
| نپتون | 164/8 سال | 49400 | 217- | 14 | گازی |
فعالیت (صفحهٔ 115 کتاب درسی)
با توجه به جدول ویژگی سیارات، در شکل زیر نام سیارههای واقع در محدودههای الف، ب، پ و ت را بنویسید.
الف) مشتری (برجیس)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون - سیارات
ب) مشتری (برجیس)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون - سیارات
پ) بهرام (مریخ)، مشتری (برجیس)، اورانوس، نپتون - سیارات
ت) مشتری (برجیس)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون
فکر کنید (صفحهٔ 115 کتاب درسی)
قمر
به جرمی آسمانی که تحت تأثیر نیروی گرانش، به دور یک سیاره در گردش است، قمر گفته میشود. زمین تنها دارای یک قمر است که ماه نام دارد. ماه با تندی متوسط یک کیلومتر در ثانیه در مدار بیضی به دور زمین میگردد. فاصلهٔ متوسط مدار چرخش ماه به دور زمین حدود 380000 کیلومتر است. ماهوارهها نیز بهعنوان قمرهای مصنوعی در مدارهای معین به دور زمین میچرخند (شکل زیر). آنها بر اساس نوع مأموریت و کاربرد در ارتفاع متفاوتی به دور زمین میگردند. کار ماهوارههای مخابراتی، امکان ارتباطات تلفنی، ارسال برنامههای رادیو و تلویزیونی و امواج راداری است. ماهوارههای هواشناسی در پیشبینی وضعیت هوا، به هواشناسان کمک میکنند. یکی دیگر از کاربردهای ماهوارهها، تعیین موقعیت و مسیریابی است. آیا میدانید سازوکار سامانه موقعیتیاب جهانی (GPS) چگونه است؟
فعالیت (صفحهٔ 116 کتاب درسی)
روش اجرا:
1- یک دایره به شعاع 3 سانتیمتر بر روی کاغذ رسم کنید.
2- با فاصله 4 سانتیمتر از مرکز دایره اول، یک دایرهٔ دیگر به شعاع 3 سانتیمتر رسم کنید.
3- دو دایره در چند نقطه یکدیگر را قطع کردهاند؟
4- دایرهٔ سوم را با همان شعاع 3 سانتیمتر، به فاصلهای از دو دایرهٔ قبلی به گونهای رسم کنید که، محیط آن منطبق بر یکی از نقاط تلاقی دو دایرهٔ قبلی باشد.
5- نقطهٔ اشتراک سه دایره را علامت گذاری کنید. سازوکار سامانه موقعیت یاب (GPS) نیز این گونه است.

سامانه موقعیتیاب جهانی از 24 ماهواره تشکیل شده است. هر ماهواره، مساحت محدودی از سطح زمین را به صورت دایرهای پوشش میدهد. فاصلهٔ ماهوارهها به گونهای است که همیشه منطقهای بهصورت اشتراک بین دو ماهوارهٔ مجاور هم ایجاد میشود. در هر نقطه از زمین، هنگامی که یک سامانه موقعیتیاب جهانی روشن میشود، ابتدا از نزدیکترین ماهوارهٔ اطراف خود، امواج دریافت میکند و در دایرهٔ تحت پوشش آن قرار میگیرد. در این حالت سامانه موقعیتیاب جهانی، در هر نقطهای از دایره ممکن است باشد. بنابراین موقعیت دقیق آن قابل اندازهگیری نیست. سپس سامانه موقعیتیاب جهانی، با دومین ماهواره ارتباط برقرار میکند و جای GPS بین منطقهٔ مشترک دو دایره میباشد و هنوز GPS قادر به تشخیص دقیق موقعیت نیست. سپس سامانه موقعیتیاب جهانی با سومین ماهواره، ارتباط برقرار میکند و یک نقطهٔ مشترک بین سه ماهواره بهدست میآورد. نقطهٔ حاصل، موقعیت سامانه موقعیتیاب جهانی است (شکل زیر).
جمع آوری اطلاعات (صفحهٔ 117 کتاب درسی)
1) ماهواره های مخابراتی: ارتباط مخابراتی بین کشورها را برقرار می سازند و در ارسال برنامه های رادیویی و تلویزیونی کاربرد دارند.
2) ماهوارههای هواشناسی: گرفتن تصاویر ماهواره ای از اتمسفر زمین و ابرها و کمک به هواشناسان در پیشبینی وضع هوا.
3) ماهوارههای نظامی: عکس برداری از مراکز نظامی دشمن و تحرکات نظامی دشمن و ابزار نظامی دشمن و هدایت موشکها.
4) ماهواره های جاسوسی: عکس برداری از مراکز حساس کشورها مثل مراکز نظامی، امنیتی، هستهای و شنود مکالمات.
5) ماهواره های تحقیقات فضایی: برای تحقیقات فضایی و عکس برداری از اجرام موجود در فضا و...
6) ماهوارههای تحقیقات زمینی: برای تحقیقات زمینی مثل اکتشافات جغرافیایی، معادن و گسترش در بیابانها استفاده میشود.
7) ماهوارههای نقشه برداری: برای نقشه برداری از دور از تمامی مناطق زمین مورد استفاده قرار میگیرد.
8) ماهوارههای هدایت دریایی و کشتیها
9) ماهوارههای کشاورزی
10) ماهوارههای موقعیتیاب
سپس تمام ماهوارهها پس از اتمام مأموریت خود به داخل جو زمین سقوط کرده و میسوزند و نابود میشوند برخی نیز در فضا رها میشوند.
سیارکها
در سامانه خورشیدی افزون بر سیارهها و قمرهای آنها، میلیاردها جرم فضایی دیگر به نام سیارک درحال چرخش به دور خورشید هستند. بیش از 90 درصد این سنگهای فضایی در ناحیهای به نام کمربند اصلی سیارکها، که بین مدار مریخ و مشتری واقع شده است، تمرکز یافت هاند (شکل زیر)
شهابسنگها
هر ساله هزاران سنگ فضایی، وارد جو زمین میشوند و به سطح زمین برخورد میکنند. این سنگها، شهاب سنگ (شخانه) نام دارند. بیشتر شهاب سنگها در اقیانوسها سقوط میکنند و از آنهایی که بر سطح خشکیها برخورد میکنند، فقط تعداد کمی از آنها، در مناطق مسکونی و یا نزدیک به آن سقوط میکنند و توسط انسانها، پیدا میشوند (شکل زیر). اگر یکی از این سنگها به یک سفینه فضایی یا ماهوارهها برخورد کند، میتواند در فعالیت آن اختلال به وجود آورد و یا آن را از بین ببرد. این مشکلی است که هر لحظه، پیچیدهترین فناوریهای دستساز انسان را تهدید میکند.
فکر کنید (صفحهٔ 118 کتاب درسی)
هر شب میتوان در آسمان، تیرهای درخشان نور را دید که به سرعت، میگذرند. آنها شهاب نام دارند. قطعاتی از سنگ و غبار رها شده از مدار سیارکها، که در هنگام ورود به جوّ زمین میسوزند و شهابها را به وجود میآورند. این ذرات در سراسر سامانه خورشیدی پراکنده و سرگردان هستند.
سفر به فضا
بحث فضا و سفر به آن از گذشته دور مورد توجه بوده است. انسانها میدانند افزون بر زمین فقط سیاره مریخ قابلیت بررسی شرایط حیات را دارد ولی سایر سیارات سامانهٔ خورشیدی قابلیت حیات ندارند. به همین دلیل ذهن انسان درگیر یافتن حیات در سیارات فرا خورشیدی است. اکنون به روشهای مختلف و غیر مشاهدهای بیش از هزار سامانه فراخورشیدی کشف شده است و انسان سعی دارد تا با ارسال سفینههای فضایی، اطلاعات بیشتری را کسب نماید. سفر به فضا همان قدر که هیجان انگیز است مشکلات خاص خود را نیز دارد. انسان، ماهها در سفینههای فضایی به دور زمین، گردش کرده و تا سطح ماه نیز پیش رفته است. دانشمندان تجهیزات علمی و دوربینهای پیشرفتهای را در سفینههای بدون سرنشین نصب کردهاند و آنها از فضای میان سیارهای و سیارات مختلف، اطلاعات و عکسهای بینظیری به زمین ارسال کردهاند.
جمع آوری اطلاعات (صفحهٔ 119 کتاب درسی)






