انتشار کتاب مقدمه‌ای بر اخترفیزیک نوین

از زمانی که نخستین چاپ از کتاب "مقدمه‌ای بر اخترفیزیک نوین" و همتای خلاصه‌­تر آن کتاب "مقدمه‌ای بر اخترفیزیک ستاره‌ای" در سال‌ 1996 میلادی روانه‌ی بازار شد، انفجاری باورنکردنی در دانش­ ما از آسمان بالای سرمان رخ داده است. حدود ۲ ماه قبل از چاپ اول این کتاب بود که مایکل مایر و دیدیر کوئلوز خبر کشف جدبدشان که یک سیاره‌ی فراخورشیدی و گردش آن به دور ستاره‌ی ۵۱–فرس اعظم بود را منتشر کردند، و این نخستین سیاره­ای بود که در گردش به دور یک ستاره­ی رشته­ اصلی کشف شده بود. اکنون که در سال ۲۰۰۷ و در حال ویرایش دوم این کتاب هستیم، ۱۱ سال از این کشف می­‌گذرد و تعداد سیاره‌های فراخورشیدی شناخته‌ شده به ۱۹۳ رسیده است. این قبیل کشفیات نه تنها نور تازه­ای به نحوه­ی شکل­گیری ستارگان و سیستم­های سیاره­ای تاباندند، بلکه چگونگی تشکیل و تحول سیارات منظومه شمسی خودمان را هم برای ما آشکار کردند.

علاوه بر این، طی یک دهه‌ی گذشته شاهد اکتشافات مهمی در منظومه‌ی شمسی خودمان و در ورای مدار پلوتون بوده‌ایم، که هم­اندازه­ی این سیاره­ی کوچک هستند. در حقیقت یکی از اجرام تازه کشف شده در کمربند کوییپر، که اتحادیه بین ­المللی نجوم نام ۲۰۰۳UB313 را برای آن برگزیده و کمی بزرگ‌تر از پلوتون است، تعریف ما از سیاره و اینکه منظومه شمسی میزبان چه تعداد سیاره است را به چالش کشیده.

اکتشافات فضاپیماهای روباتیک و کاوشگرانی که به‌سوی اجسام منظومه شمسی رهسپار شده بودند اطلاعات فوق‌العاده ارزشمندی از همسایه‌های آسمانی‌مان در اختیار ما قرارداده‌اند. ناوگان مریخ‌نوردهایی که سیاره‌ی سرخ را هدف قرار داده بودند مثل روح و فرصت تأیید کردند که در روزگاری از گذشته‌ی مریخ، بر سطح این سیاره آب مایع در جریان بوده است. به‌علاوه ما تعداد زیادی کاوشگر رهسپار مشتری و زحل کرده‌ایم، سطح قمر تیتان را لمس کرده‌ایم، از میان غبارهای گیسوی دنباله‌دارها گذشته‌ایم و حتی به‌سوی قلب یخی آن‌ها نیز حمله کرده‌ایم.

مأموریت‌هایی مثل سوئیفت (swift) به ما کمک کردند تا به پاسخ این معما که منشأ پرتوهای گامای کیهانی چیست، نزدیک شویم. ما امروزه می‌دانیم که احتمالاً دو رده از پرتوهای گاما وجود دارد که یکی از انفجارهای هسته‌ی ابرنواختری سرچشمه می‌گیرد و دیگری احتمالاً در فرآیند جذب و مخلوط شدن دو ستاره‌ی نوترونی یا یک ستاره‌ی نوترونی و یک سیاه‌چاله در قالب یک منظومه دوتایی به وجود می‌آیند.

بعد از انتشار ویرایش اول این کتاب و بررسی‌های دقیق رصدهایی که بر مطالعه‌ی مرکز کهکشان راه‌شیری خودمان متمرکز بوده‌اند، فهمیدیم که احتمالاً بسیاری از کهکشان‌هایی که می‌شناسیم مارپیچی یا بیضوی‌اند. این مطالعات همچنین نشان دادند که احتمالاً بسیاری از این کهکشا‌ن‌ها مثل راه‌شیری خودمان در هسته‌ی خود یک سیاه‌چاله پنهان کرده‌اند و دائماً خوراک لازم برای بزرگ و بزرگ‌تر شدن این سیاه‌چاله‌ها را تأمین می‌کنند: بنابراین امروزه چنین به نظر می‌رسد که بیشتر سیاه‌چاله‌های ابر پرجرمی که در مرکز این کهکشان‌ها قرار دارند، مسئول تابش‌های پرانرژی و گامایی هستند که مبدأشان را به نام کهکشان‌های رادیویی، پلیزر یا کوازار گذاشته‌اند.

همچنین در یک دهه‌ی گذشته فهمیده‌ایم که نه‌تنها انبساط جهان رو به کند شدن نیست، بلکه در حال شتاب گرفتن نیز هست! همین رصدها به ما نشان داده‌اند که ما امروزه در عالمی زندگی می‌کنیم که در حجم انبوهی از انرژی تاریک غوطه‌ور است که در آن ثابت کیهان‌شناختی آلبرت اینیشتن (که خود او آن را بزرگ‌ترین اشتباهش نامیده بود) نقش مهمی در فهم ما از کیهان بازی می‌کند. در هنگام چاپ ویرایش اول این کتاب حتی احتمال وجود انرژی تاریک هم عاقلانه به نظر نمی‌رسید.

  درواقع بعد از چاپ ویرایش اول این کتاب، کیهان‌شناسی وارد حیطه‌ی جدید اندازه‌گیری‌های دقیق شده است. بعد از استخراج اطلاعات حاصل از بررسی‌های تداخل‌سنج میکرو موج زمینه‌ی ویلکینسون (WMAP) سن کیهان با دقتی بیشتر در حدود ۲% کاهش پیدا کرد و به چیزی در حدود 13.7 Jyr رسید. علاوه بر این مطالعات دقیق‌تر در حوزه‌ی تحولات ستاره‌ای هم نشان داد که این سن جدید اندازه‌گیری شده از ستاره‌های پیر مسن‌ترین خوشه‌های ستاره‌ای مطابقت کامل دارد.

ما در مقدمه‌ی ویرایش اول این کتاب نوشته بودیم: "هیچ زمانی تا بدین اندازه اخترفیزیک مدرن را بررسی نکرده بودیم". این جمله عطف به بررسی‌های پیشرفته‌ی ترمودینامیکی نوشته بود که در دهه‌ی قبل از آن به انجام می‌رسید. بدیهی است که این مقدمه در یک دهه‌ی بعدازآن پیشرفت‌های بزرگ‌تری را باعث شد. پیوستن تلسکوپ فضایی هابل و تصویربرداری‌های باکیفیت بالای آن، رصدخانه‌ی پرتو X چاندرا و تلسکوپ فروسرخ اسپیترز از همراهان اصلی ما در این مسیر بوده‌اند. از روی زمین هم، تلسکوپ‌های غول‌پیکری به بزرگی ۸ متر به جمع کاوشگران کیهان پیوستند. پروژه‌های جاه‌طلبانه‌ای که روزگاری شاید در مخیله‌ی اخترشناسان نیز نشانی از آن‌ها یافت نمی‌شد، توانستند اطلاعات قابل‌تحلیل زیادی را استخراج کنند. پویش دیجیتالی آسمان (اسلون)، بررسی انتقال ‌به‌ سرخ دومیکرونی موسوم به ZdF، تصاویر عمیق هابل و بسیاری ابزار ریزودرشت دیگر ما را دررسیدن به اکتشافات جدید و مطالعات دقیق‌ترمان، همراهی کرده‌اند. همچنین در این مدت از رصدها و رصدخانه‌هایی در ارتفاعات بالا (۵۰۰۰ متر)، آرایه‌های ریز میلی‌متری آتاکاما و سنجنده‌های دقیقی مثل تلسکوپ فضایی گایا یا جستجوگر سیاره‌ای SIM نیز استفاده کرده‌ایم. اما هنوز به اکتشافات درون منظومه‌ی خودمان هم مشغولیم و مدارگردهای زیادی را روانه‌ی سیاره‌ی سرخ‌کرده‌ایم.

از سوی دیگر در طی یک دهه‌ی گذشته ما یک انقلاب اطلاعاتی را هم‌پشت سر گذاشته‌ایم. آن روزهایی که ویرایش اول کتاب به چاپ رسید شبکه‌ی جهانی وب بسیار محدودتر بود، در آن روزها شاید کسی تصور نمی‌کرد که به این سرعت شبکه‌ای به وجود بیاید که با استفاده از یک موتور جستجوگر و چند کلیک ماوس، حجم انبوهی از اطلاعات، آرشیو آخرین مقالات ژورنال‌ها و یک دوجین اطلاعات ریزودرشت دیگر پیش‌ روی شما قرار بگیرد.

بعد از نسخه‌ی اول این کتاب ویرایش دوم آن روانه‌ی بازار شد که بیشتر دانشجویان آن را با نام «کتاب نارنجی بزرگ»‌ به یاد می‌آورند. این ویرایش از کتاب بر اخترفیزیک ستاره‌ای متمرکز شده بود و انتشار آن تقریباً هم‌زمان بود با چاپ کتاب

An introduction to modern Galactic Astrophysics and Cosmology

ازآنجا که این نسخه هم خیلی زود با استقبال دانشجویان روبرو شد، به‌سرعت و چندین بار در کلاس‌های درس مورد ارزیابی قرار گرفت و بارها و بارها نکاتی از سوی اساتید و دانشجویان به ما یادآوری می‌شد که نکاتی از کتاب از قلم ‌افتاده است.

از سوی دیگر در نسخه‌ی دوم کتاب تمامی واحدها را از سیستم cgs به سیستم متداول‌تر SI تغییر دادیم. یا مثلاً در نسخه‌های قبلی از واحد ارگ بر ثانیه برای تعریف درخشندگی استفاده می‌کردیم چرا که به نظرمان، واحد معقول‌تری بود اما خیلی زود دیدیم که دانشجویان مثل ما فکر نمی‌کنند و ترجیح می‌دهند واحدها برحسب وات باشند. به همین ترتیب واحدهای دیگری که با اعداد عجیب و قریب بزرگ هم سروکار داشتند را برحسب مقادیر متعارف‌تری از مرتبه‌ی جرم خورشید و درخشندگی خورشید بازنویسی کردیم تا دانشجویان کمتر درگیر بازی‌های عددی پیچیده شوند.

هدف ما از نوشتن این کتاب، باز کردن دریچه‌ی نویی بود به دنیای پر رمز و راز اخترفیزیک که در آن تنها از ابزار پایه‌ای و فیزیک مقدماتی استفاده می‌شد. هیچ‌چیز زیباتر و راضی‌کننده‌تر از این نیست که بتوانیم نمایش کیهان را با استفاده از قواعد تحلیلی فیزیک درک کنیم. ریاضیات تنها ابزاری است سودمند، که این تحلیل‌ها را برای ما ساده‌تر می‌کند. فیلسوف مشهور یونانی، افلاطون بزرگ چنین می‌نویسد:

آیا باور ندارید که یک ستاره‌شناس واقعی باید فرد باهوش و دانایی باشد؟ من این حرف را به چند دلیل بیان می‌کنم. نخست و مهم‌ترین دلیل آن‌که چنین فردی باید با اعداد عجیب زیاد کار بکند. در مسیر مطالعاتش باید از روش‌های هندسی، دستگاه‌های مختلف عددی و بسیاری تحلیل‌هایی استفاده کند که به‌مانند یک نمایش‌نامه با دقت در کنار هم چیده شده‌اند و هیچ‌یک به‌تنهایی معنایی ندارند. به عقیده‌ی من، درک این نمایش امکان‌پذیر نخواهد بود، مگر با روش‌های ریاضیات.

این کتاب­ها زاده­ی دورانی هستند که ما دوره­های اخترفیزیک سال سوم دانشگاه را تدریس می­کردیم، و خودمان از برخی منابع محروم بودیم. متون موجود در آن زمان، اکثرا توصیفی بودند و کمتر محاسبات ریاضی داشتند. دانشجویانی که در کلاس­های دیگر معادله­ی شرودینگر، توابع پارش و بسط­های چندگانه را یاد می­گرفتند، احساس ناامیدی می‌کردند زیرا کتاب­های درسی­شان از آموخته­‌های فیزیکی آنها بهره­ای نمی­بردند و این باعث سرافکندگی دوچندان ما می­شد. زیرا اخترفیزیک فرصت منحصر به­فردی را در اختیار افراد می­گذارد تا با به کارگیری عملی دانش فیزیکی خود بسیاری از پدیده‌های هیجان­انگیز نجومی را درک کنند. علاوه بر این، اخترفیزیک به عنوان یک رشته، واقعا تمامی جنبه­‌های فیزیک را به تصویر می­کشاند. به همین دلیل اخترفیزیک به دانشجویان این فرصت را می­دهد تا دانش خود را مرور کرده و گسترش دهند.

هر شخصی که یک دوره­ی مقدماتی فیزیک محاسباتی را گذرانده باشد تقریبا می­تواند تمامی مفاهیم اصلی اخترفیزیک مدرن را درک کند. سطح فیزیک استفاده شده در بخش‌های مختلف این کتاب، به میزان قابل توجهی متفاوت است. همان‌طور که در ادامه خواهید دید در یک فصل از کتاب به معرفی نظریه نسبیت خاص پرداخته­ایم و در فصل دیگری فیزیک کوانتومی را آورده­ایم تا پیش­زمینه­های فیزیکی لازم برای بحث‌های جدی‌تر را فراهم کنند. سایر مطالب به صورت خودآموز بوده و با مراجعه به بخش­های دیگر همین کتاب قابل فهم می­شوند و خللی در زنجیره­ی استدالال­ها و درک خواننده از مفاهیم و ایده‌های نجومی ایجاد نمی­کنند.

اگرچه در این کتاب تلاش کرده­ایم نسبتا دقیق باشیم، با این حال تمایل داشتیم تا محاسبات مربوطه را آنقدر ساده و دمِ­دستی کنیم تا با استفاده از مدل­های ساده به مطالعه­ی سیستم­های مورد نظر بپردازیم. نسبت نتیجه به تلاش؛ در این حالت بسیار زیاد است به طوری که ۸۰ درصد از یادگیری با ۲۰ درصد تلاش به دست می­آید و این نوع محاسبات سریع باید بخشی از ابزار هر اخترفیزیک­دانی باشد. در واقع، زمانی که این کتاب را می­نوشتیم دائم از تعداد پدیده­هایی که با این روش قابل توصیف می­شدند شگفت­زده می­شدیم. با وجود همه این­ها تلاش ما خدمت صادقانه به شما بوده است و هر کجا به مفاهیم مهمی که نیاز به درک بیشتری داشتند رسیدیم (مانند درون ستارگان، جوّهای ستاره­ای، نسبیت عام و کیهان­شناسی)، سعی کردیم تا دست از ساده­سازی مساله برداریم و به جای توصیف سطحیِ محض، به تشریح عمیق و مفهومی آن­ها بپردازیم.

امروزه اخترفیزیک محاسباتی (با کمک رایانه) نقشی اساسی در پیشرفت درک ما از نجوم داشته­ است و از این روست که توانسته­ایم تعداد بی­شمار از مسائل رایانه­ای را با کدنویسی تحلیل کرده و نتایج را در قالب مواد درسی در کتب نجومی بیاوریم. اکنون شما می­توانید مدارهای سیاره­ای و نیز ویژگی­های رصدی سیستم­های ستاره­ای دوتایی را محاسبه کنید، همچنین علاوه بر مدل­سازی سیستم­های ستاره­ای دلخواهتان می­توانید برهم­کنش­های گرانشی بین کهکشان­ها را هم بازسازی کنید. این کدها باعث ساده­تر شدن پیچیدگی­های آموزشی می­شوند و شما به­راحتی می­توانید کدهایی که ما در اختیارتان گذاشته­ایم را بسط و گسترش دهید. اخترفیزیک­دان­ها از گذشته در تصویرسازی و محاسبه­ی بزرگ مقیاس پیش‌قدم بوده­اند، اکنون نیز ما تلاش می­کنیم شما را با این آمیزه­ی علم و هنر آشنا کنیم.

اساتید محترم می­توانند متون این کتاب را به فراخور نیازهای ویژه­ی خود انتخاب کرده و با رویکرد اخترفیزیکی، میز مناسبی از غذاهای اخترفیزیکی را برای دانشجویان خود آماده­ی سرو کنند. ما خودمان  با انتخاب صحیح مباحث مربوطه از بین ۱۸ فصل اول، از این کتاب برای تدریس یک دوره­ی یک ترمی اخترفیزیک ستاره­ای استفاده کرده‌ایم. سپس دانشجویان علاقه­مند را، به گذراندن یک دوره­ی تکمیلی کیهان­شناسی سوق دادیم. از سوی دیگر، استفاده از کل مطالب کتاب، به­خوبی یک دوره­ی یک ساله را پر می­کند و تمامی مباحث اخترفیزیک مدرن را پوشش می­دهد. برای کمک به تشخیص و انتخاب مباحث مهم بخش­های کتاب، عناوین و سرفصل­های فرعی را به ویرایش دوم کتاب اضافه کرده‌ایم.

وب سایتی با آدرس http://www.aw-bc.com/astrophysics به مطالب این کتاب اختصاص یافته و شامل نسخه­های قابل دانلودی از کدهای کامپیوتری به زبان­های برنامه­ نویسی مختلف مانند فورترن، C++ و در برخی موارد جاوا است. همچنین به برخی از مهم­ترین وب سایت­های نجومی و نیز برخی تصاویر مرتبط با کتاب لینک داده شده است. ضمنا اساتید می­توانند کتابچه­ی پاسخ­های تشریحی را مستقیما از ناشر دریافت کنند.

---

مقدمه‌ی مترجم

به جرات می‌توان گفت پیشرفت‌های چشم‌گیر علوم‌پایه به ویژه نجوم در نیمه دوم قرن بیستم به حدی بوده است که منابع درسی این رشته‌ی جذاب دانشگاهی پیوسته تغییر کرده یا اصلاح شده است. یکی از شاخه‌های متحول شده‌ی علم نجوم در دو دهه‌ی اخیر، اخترفیزیک بوده است که این مهم نیز بی اغراق به لطف پیشرفت شگرف فناوری، طراحی، ساخت و استفاده از ابزارهای رصدی و تحلیلی بسیار پیشرفته محقق شده است. در این بین سه گانه‌های معروف آقایان Carrollو Ostlieبه نام های "An Introduction to Modern Astrophysics"، "An Introduction to Modern Stellar Astrophysics"و "An introduction to Modern Galactic Astrophysics and Cosmology" سهم زیادی در معرفی و آشنا کردن دانشجویان و علاقه­مندان نجوم با جنبه‌های مختلف علم اخترفیزیک داشته است، به طوریکه امروزه در بسیاری از دانشگاه‌های دنیا به عنوان یکی از منابع اصلی تدریس به دانشجویان سال چهارم دوره­ی لیسانس و مقطع فوق لیسانس شناخته می­شوند.

در ایران نیز طی چند سال گذشته کتاب نخست از این مجموعه یعنی "An Introduction to Modern Astrophysics" (که ابتدا در سال ۱۹۹۶ تالیف و سپس در سال­های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۷ ویرایش و به روز رسانی شد) به عنوان منبع درسی در بسیاری از دانشگاه‌ها معرفی و مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین جامعیت مباحث، گام به گام بودن و سطح قابل فهم آن (که تنها مستلزم آشنایی با فیزیک دوره­ی دبیرستان و ریاضیات سال اول دانشگاه است)، این کتاب را به منبعی بسیار عالی برای دانش‌آموزان شرکت کننده در المپیاد نجوم و اخترفیزیک تبدیل کرده است.

توضیخات فوق، اینجانبان را بر آن داشت تا نسبت به ترجمه­ی این کتاب با عنوان "مقدمه ای اخترفیزیک مدرن" در چهار جلد اقدام کنیم. اگرچه مطالعه­ی کل کتاب برای دانشجویان رشته نجوم ضروری است،  با وجود این جلد اول شامل ۱۰ فصل نخست کتاب اصلی و مناسب دانش‌آموزان شرکت‌کننده در مرحله دوم المپیاد نجوم است. جلد دوم، دربرگیرنده­ی فصل‌های ۱۱-۱۸  (عمدتا شامل اخترفیزیک پیشرفته)، جلد سوم دربرگیرنده­ی فصل‌های ۱۹-۲۳ (منظومه شمسی)، جلد چهارم فصل‌های ۲۴-۳۰ (شامل دینامیک کهکشانی و کیهان شناسی) نیز بهترین منابع برای دانش‌آموزان شرکت کننده در مرحله سوم و جهانی المپیاد نجوم و اخترفیزیک محسوب می­شوند.

اگرچه طولانی شدن مراحل ترجمه، مقابله خوانی، ویرایش، صفحه‌آرایی، اخذ مجوز و چاپ کتاب باعث شد تا در این میان شاهد انتشار ترجمه‌ای دیگر از این اثر باشیم، لیکن کیفیت عالی چاپ، روان بودن ترجمه، انتخاب صحیح و دقیق معادل فارسی اصطلاحات تخصصی و از همه مهمتر برطرف کردن غلط­های علمی! موجود در کتاب اصلی (که بالغ بر ۳۱ مورد می‌شد)، به گواه برخی اساتید محترم که نسخه­ی پیش از چاپ را مشاهده کرده­اند، بی­شک این کتاب را به اثری ماندگار و کم نظیر در میان کتب تخصصی نجوم موجود در کشور تبدیل خواهد کرد. ان شاءالله.

در پایان هم بر خود لازم می‌دانیم از دوستان ارجمند؛ آقایان مرتضی محمدآبادی، دکتر علی یوسفی، سید مصطفی حیدریان، امیر حسن‌زاده، ذوالفقار دانشی‌نسب، آتیلا پرو، فرهاد ذکاوت، فرامرز الهی‌پناه، امیررضا ابری، امیررضا امیرالهی، شهریار جاویدی، رامین افضلی، محمدرضا نورمندی‌پور، پارسا نوروزی، آرش حزینی، امیر پارسایی، امیرحسین جمال‌لیوانی، علی رقایی، سعید مذهب، امید مرتضوی، معین حشمتی، محمد حسین جوادی، محمد حسین طباطبایی، صمد غلامی، حامد عرب، امین عظیمی و خانم‌ها مهیا ایرانمنش، سارا خالقی‌زاده، پاک‌نژاد و تمامی دوستانی که در طی این چند سال نکاتی را برای هر چه بهتر شدن این اثر و در فرآیند آماده‌سازی، ویرایش، تایپ و چاپ متذکر شدند و به علت کثرت و ضعف حافظه نام تک تک ایشان بخاطرمان نمانده است، تشکر و قدردانی می‌نماییم.

احسان مهرجو –کامبیز خالقی