آموزش طراحی سایت قسمت2

فصل دوم

Your First Web Pages 

در اين فصل شما مي توانيد اولين صفحه وب خودتان را خلق نماييد و با XHTM آشنا خواهيد شد و مرحله به مرحله كارهاي خود را در مرورگر تست ميكنيد .
بگذاريد دقيق شويم ! طراحي وب سايتی كه شما مي بينيد به سه لايه اصلي تقسيم مي شود:

يادگيري اين سه لايه شما را به يك طراح تبديل ميكند!

لايه اول لايه محتوي است كه مانند شاسي ماشين است و شامل تگهاي متفاوتي مي باشد .لايه دوم لايه نمايش است كه به عناصر HTML شكل و ظاهر مي دهد و لايه سوم لايه رفتار است كه حركت و پويايي صفحات را شامل مي شود.
چيزي كه در اين كتاب آموزش داده مي شود مربوط به 2 لايه  HTML و  CSS است.

ديدن Source برنامه:

ديدن كد برنامه مي تواند به يادگيري شما سرعت ببخشد البته بايد در انتخاب وب سايت خود دقت نماييد تا اشتباه آنها مسير يادگيري شما را تغيير ندهد. روش كار بدين صورت است كه ماوس را درروي صفحه جايي غير از تصاوير ببريد و كليك راست كنيد و view page source  يا view source را بزنيد.
بايد صفحه اي مانند زير در فايرفاكس ببينيد:

 
يا در IE

 

عناصر اصلي يك صفحهHTML :

 یک DocType
یک tag
یک  tag
یک
        
   
   
   

حالا مي خواهيم با تك تك اين عناصر آشنا شويم :

داك تايپ DocType  : Document Type Definition 

اولين آيتم صفحه است بدون فاصله. اين يك قانون است.همانطوري كه فايل word 2007 در نمايش در 2000 دچار مشكل مي شود HTML ها با داك تايپ هاي متفاوت هم نمايش متفاوت در مرورگرها خواهند داشت.
در واقع اين داك تايپ است كه به مرورگر مي گويد اين سند از چه نوعي است و بايد به چه ترتيب Render شود . نحوه رندر شدن و تفاوت هاي آنها بايد در سطح حرفه اي تري مطرح شود.
داك تايپ ها هم در طول زمان به وجود مي آيند يعني مانند word نوع هاي جديدي روي قبلي ها عرضه مي شوند مانند HTML5  كه به تازگي مطرح شده است.
براي ديدن داك تايپ هاي موجود به اين آدرس بريدhttp://reference.sitepoint.com/html/doctypes

 

"http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-strict.dtd">

به کدهای داك تايپ دقت نماييد: ما در اين خط مي گوييم نوع سند چيست و آدرسي كه بايد به اين نوع سند در وب سايت كنسرسيوم جهاني وب World Wide Web Consortium یا W3C ، اشاره كند کدام است.
در حال حاضر دو نوع داكتايپ هستند كه استفاده بيشتري دارند Transitional  و  Strict 
همانطوري كه گفتم فعلا دنبال تفاوت اين داك تايپ ها نباشيد به آن هم خواهيم رسيد .
تاكيد ميكنم : اولين آيتم صفحه است بدون فاصله. اين يك قانون است.

 

عناصر HTML  :

قبل از اين كه عناصر HTML را شرح دهم بايد با مفهوم تگ (tag)  آشناشويد. تگ يعني اسمي كه ميان اين دو <> قرار گيرد و نام تگ همان متني است كه بين اين دو <> قرار مي گيرد

تگ HTML   
تگ HEAD  

تگ ها مي توانند شامل چند attribute  (ویژگی) باشند:

http://www.w3.org/1999/xhtml "  dir="rtl" >

dir يك نام  attribute است و rtl ، value (مقدار) آن است كه بين " " قرار گرفته است.

  

تگ ها به دودسته container و empty  تقسيم مي شوند.تگ هاي container شامل يك تگ بازشونده و يك تگ بسته شونده هستند به مثال بالا دقت نماييد HTML  باز شده و بسته شده است. تگهاي empty  متفاوت هستند مانند مثال زير

تگ هاي empty  را مي توان به صورت container استفاده كرد ولي در داك تايپ هاي xhtml توصيه شده است كه تگ هاي empty را به همان شكل empty  بنويسيم
در استفاده از تگ ها بايد دانيد كه از چه نوعي هستند تا سند شما دچار error نشود بعنوان مثال اگر تگ div را به صورت empty  بنويسيم دچار error می شویم.
نگران نباشيد كم كم همه آنها را خواهيد آموخت . بياييد همين الان تو اينترنت عبارت روبرو را جستجو كنيم :

empty tag in html

بسيار عالي شما هم اين نتايج را پيدا كرديد :

• 

• 

---

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

اين را گفتم كه هيچ وقت دنياي وب و جستجو را فراموش نكنيد.

غير از داك تايپ ها تمامي عناصر صفحه داخل تگ HTML است كه شامل 2 بخش مي شود head و  body

عنصر HAED

اين يك تگ container  است و در بالاي سند قبل از body قرار مي گيرد و شامل اطلاعاتي در باره صفحه است مانند title, meta, css  و .....

عنصر  title :

يك تگ container است كه متن وسط آن در عنوان (Title) بالاي صفحه قرار ميگيرد :

به تایتل درسایت بنده توجه کنید :

 
موارد استفاده ديگر:

• اين تايتل در زمان مينيمايز كردن پنجره در taskbar windows قابل مشاهده است
• در زمان بوكمارك كردن صفحه با اين عنوان  در ليست ما ذخيره مي شود
• براي معرفي آن صفحه است 
• براي موتورهاي جستجو هم حائز اهميت مي باشد چیزی که در بهینه سازی وب سایت  وب اسکالا هم استفاده شده است

 

عنصر meta  :

متا تگ يك تگ empty است و براي  دلايل متفاوتي استفاده مي شوند اطلاعات اضافي كه در مرورگر نمايش پيدا نمي كند . به طور مثال براي نام نويسنده ويا حق كپي رايت و يا نوع كاراكتر و ....
Css و  javascript  هم در  head قرار ميگيرند كه بنا به نياز استفاده ميشوند البته براي جاوااسكريپت ميتوان يك تفاوتهايي  در طراحی های حرفه ای  قائل شد. به طور مثال سورسی که در طراحی سایت فوق استفاده شده است را مشاهده نمایید. جاوا اسکریپت در پایین صفحه درج شده است.

 

عناصر body :

هرآنچه در body قرار مي گيرد را مي توان در خروجي ديد: تيترها، پاراگراف ها, تصاوير و .......
در قسمت بعدي به طور عملي با هم يك وب سايت مي سازيم!

آموزش طراحی سایت قسمت1

فصل اول:

Setting up Shop

این فصل در واقع آماده کردن کامپیوتر برای کار، قبل از زدن اولین طرح شماست.
قبل از این که وب سایت خودتان را بسازید، می بایست کامپیوتر خود را برای کار آماده نمایید که شامل برنامه هایی است که یا در سیستم شما موجود می باشد و یا این که می بایست آن ها را نصب نمایید.
برنامه های زیادی در بازار موجود می باشد ولی در ابتدا از برنامه های رایگان و قابل دسترس استفاده می کنیم.
وسایل و برنامه های اصلی که شما نیاز دارید:

1- وسیلۀ ابتدایی برای ویرایش فایل های متنی که در واقع صفحه وب شما را شامل میشود
2- یک مرورگر (web browser) برای دیدن صفحات وب در آن
3- فرستادن صفحه وب سایت به محیط اینترنت با استفاده از ftp client

چون اکثر کاربران ما درایران از ویندوز استفاده می کنند پس ابزارهای موجود در ویندوز را بررسی خواهیم کرد.

ابزارهای اولیه در ویندوز:

1- ادیت کردن متن : برای ادیت کردن متن در ویندوز می توانید از Notepad استفاده نمایید. این متن، همان صفحۀ وب است .
برای دسترسی به این برنامه در محیط ویندوز مسیر زیر را طی کنید:

Start > All Programs > Accessories > Notepad

2- دیدن خروجی فایل : برای دیدن کار خروجی می بایست از مرورگر و یا browser استفاده کنیم. مرورگرهای متفاوتی وجود دارد که بحث آنها بسیار مفصل است ولی در محیط ویندوز مرورگر Internet Explorer در دسترس است.
شما می توانید آن را در دسکتاپ خود و یا Quick Launch ویا فولدر برنامه ها و یا در منوی start پیدا کنید.



3- برای فرستادن صفحه به محیط وب از دستور ftp استفاده خواهیم کرد که در ادامه به آن اشاره میکنم.

ابزارهای دیگر: 

برای ادیت کردن صفحات خود می توانید از برنامه NoteTab استفاده کرد .مزیت استفاده از آن اینست که می توانید تب های مختلفی را برای صفحات مختلف باز کنید و بعد از بستن هم در حافظه ش می ماند و برای دفعه بعد هم باز می ماند.


 آن را از این آدرس دانلود نمایید.  

همچنین مرورگرهای گوناگونی وجود دارد که استفاده از آن ها را در کنار Internet Explorer توصیه می کنم. اما  در اینجا از یکی از بهترین آنها را نام می برم : firefox
 


اما همه عناصر که متن نیستند شما برای ویرایش عکس هم به برنامه هایی نیاز دارید که می توانید از برنامه های زیر استفاده کنید:
Adobe photoshop
Adobe fireworks
Picasa
توصیه من استفاده از فتوشاپ است ، نگران نباشید یادگیری آن برای کاربرد وب آسان است.

مرحله آخر - درست کردن مکانی است برای فایل های ساخته شده :

بعد از ساختن فایل های خود مدیریت آنها بسیار مهم است و این که در کجا فایل اصلی و در کجا تصاویر قرار گیرد و به همین ترتیب تمام عناصر وب سایت. 
شما باید یک فولدر بسازید و تمام عناصر وب سایت خود را در آن قرار دهید. فرض کنید در دسکتاپ خود می خواهید یک وب سایت بسازید. 

Right click > new > folder

سپس نام وب سایت را انتخاب نمایید .حالا یک فولدر دارید که فایل اصلی به همراه تصاویر و css ,html ,..... را داخل آن قرار می دهید.

نگران نباشید با هم پیش میریم و به همه موارد خواهیم رسید.
در فصل بعد شما اولین وب سایت خودتان را می سازید.

شبکه کامپیوتری پوشش محلی

شبکه های کامپيوتری

 يک شبکه شامل مجموعه ای از دستگاهها ( کامپيوتر ، چاپگر و ... ) بوده که با استفاده از يک روش ارتباطی ( کابل ، امواج راديوئی ، ماهواره ) و به منظور اشتراک منابع فيزيکی ( چاپگر) و اشتراک منابع منطقی ( فايل )  به يکديگر متصل می گردند. شبکه ها می توانند با يکديگر نيز مرتبط شده و شامل زير شبکه هائی باشند.

تفسيم بندی شبکه ها 
.شبکه های کامپيوتری را بر اساس مولفه های متفاوتی تقسيم بندی می نمايند. در ادامه به برخی از متداولترين تقسيم بندی های موجود اشاره می گردد .

 تقسيم بندی بر اساس نوع وظايفکامپيوترهای موجود در شبکه را با توجه به نوع وظايف مربوطه به دو گروه عمده : سرويس دهندگان (Servers) و يا سرويس گيرندگان (Clients) تقسيم می نمايند. کامپيوترهائی در شبکه که برای ساير کامپيوترها سرويس ها و خدماتی را ارائه می نمايند ، سرويس دهنده  ناميده می گردند. کامپيوترهائی که از خدمات و سرويس های ارائه شده توسط سرويس دهندگان استفاده می کنند ، سرويس گيرنده ناميده می شوند .  در شبکه های Client-Server ، يک کامپيوتر در شبکه نمی تواند هم به عنوان سرويس دهنده و هم به عنوان سرويس گيرنده ، ايفای وظيفه نمايد.

در شبکه های Peer-To-Peer ، يک کامپيوتر می تواند هم بصورت سرويس دهنده و هم بصورت سرويس گيرنده ايفای وظيفه نمايد.

يک شبکه LAN  در ساده ترين حالت از اجزای زير تشکيل شده است :

• دو کامپيوتر شخصی . يک شبکه می تواند شامل چند صد کامپيوتر باشد. حداقل يکی از کامپيوترها می بايست به عنوان سرويس دهنده مشخص گردد. ( در صورتی که شبکه از نوع Client-Server باشد ). سرويس دهنده، کامپيوتری است که هسته اساسی سيستم عامل  بر روی آن نصب خواهد شد.

• يک عدد کارت شبکه (NIC) برای هر دستگاه. کارت شبکه نظير کارت هائی است که برای مودم و صدا در کامپيوتر استفاده می گردد.  کارت شبکه مسئول دريافت ، انتقال ، سازماندهی و ذخيره سازی موقت اطلاعات در طول شبکه است . به منظور انجام وظايف فوق کارت های شبکه دارای پردازنده ، حافظه و گذرگاه اختصاصی خود هستند.

تقسيم بندی بر اساس توپولوژی  الگوی هندسی استفاده شده جهت اتصال کامپيوترها ، توپولوژی ناميده می شود. توپولوژی انتخاب شده برای پياده سازی شبکه ها، عاملی مهم در جهت کشف و برطرف نمودن خطاء در شبکه خواهد بود. انتخاب يک توپولوژی خاص نمی تواند بدون ارتباط با محيط انتقال و روش های استفاده از خط مطرح گردد. نوع توپولوژی انتخابی جهت اتصال کامپيوترها به يکديگر ، مستقيما" بر نوع محيط انتقال و روش های استفاده از خط تاثير می گذارد. با توجه به تاثير مستقيم توپولوژی انتخابی در نوع کابل کشی و هزينه های مربوط به  آن ، می بايست با دقت و تامل به انتخاب توپولوژی يک شبکه همت گماشت . عوامل مختلفی جهت انتخاب يک توپولوژی بهينه مطرح می شود. مهمترين اين عوامل بشرح ذيل است :

- هزينه . هر نوع محيط انتقال که برای شبکه LAN انتخاب گردد، در نهايت می بايست عمليات نصب شبکه در يک ساختمان پياده سازی گردد. عمليات فوق فرآيندی طولانی جهت نصب کانال های مربوطه به کابل ها و محل عبور کابل ها در ساختمان است . در حالت ايده آل کابل کشی و  ايجاد کانال های مربوطه می بايست قبل از تصرف و بکارگيری ساختمان انجام گرفته باشد. بهرحال می بايست هزينه نصب شبکه بهينه گردد.

- انعطاف پذيری . يکی از مزايای شبکه های LAN ، توانائی پردازش داده ها و گستردگی و توزيع گره ها در يک محيط است . بدين ترتيب توان محاسباتی سيستم و منابع موجود در اختيار تمام استفاده کنندگان قرار خواهد گرفت . در ادارات همه چيز تغيير خواهد کرد.( لوازم اداری،  اتاقها و ... ) . توپولوژی انتخابی می بايست بسادگی امکان تغيير پيکربندی در شبکه را فراهم نمايد. مثلا" ايستگاهی را از نقطه ای به نقطه ديگر انتقال و يا قادر به ايجاد يک ايستگاه جديد در شبکه باشيم .

سه نوع توپولوژی رايج در شبکه های LAN استفاده می گردد :

• BUS

• STAR

• RING

توپولوژی BUS  يکی از رايجترين توپولوژی ها برای پياده سازی شبکه های LAN است . در مدل فوق از يک کابل به عنوان ستون فقرات اصلی در شبکه استفاده شده و تمام کامپيوترهای موجود در شبکه ( سرويس دهنده ، سرويس گيرنده ) به آن متصل می گردند.

مزايای توپولوژی BUS

•  کم بودن طول کابل . بدليل استفاده از يک خط انتقال جهت اتصال تمام کامپيوترها ، در توپولوژی فوق از کابل کمی استفاده می شود.موضوع فوق باعث پايين آمدن هزينه نصب و ايجاد تسهيلات لازم در جهت پشتيبانی شبکه خواهد بود.

• ساختار ساده . توپولوژی BUS دارای يک ساختار ساده است . در مدل فوق صرفا" از يک کابل برای انتقال اطلاعات استفاده می شود.

• توسعه آسان . يک کامپيوتر جديد را می توان براحتی در نقطه ای از شبکه اضافه کرد. در صورت اضافه شدن ايستگاههای بيشتر در يک سگمنت ، می توان از تقويت کننده هائی به نام Repeater استفاده کرد.

معايب توپولوژی BUS

•  مشکل بودن عيب يابی . با اينکه سادگی موجود در تويولوژی BUS امکان بروز اشتباه را کاهش می دهند، ولی در صورت بروز خطاء کشف آن ساده نخواهد بود. در شبکه هائی که از توپولوژی فوق استفاده می نمايند ، کنترل شبکه در هر گره دارای مرکزيت نبوده و در صورت بروز خطاء می بايست نقاط زيادی به منظور تشخيص خطاء بازديد و بررسی گردند.

•  ايزوله کردن خطاء مشکل است . در صورتی که يک کامپيوتر در توپولوژی فوق دچار مشکل گردد ، می بايست کامپيوتر را در محلی که به شبکه متصل است رفع عيب نمود. در موارد خاص می توان يک گره را از شبکه جدا کرد. در حالتيکه اشکال در محيط انتقال باشد ، تمام يک سگمنت می بايست از شبکه خارج گردد.

• ماهيت تکرارکننده ها . در موارديکه برای توسعه شبکه از تکرارکننده ها استفاده می گردد، ممکن است در ساختار شبکه تغييراتی نيز داده شود. موضوع فوق مستلزم بکارگيری کابل بيشتر و اضافه نمودن اتصالات مخصوص شبکه است .

توپولوژی STAR  در اين نوع توپولوژی همانگونه که از نام آن مشخص است ، از مدلی شبيه "ستاره" استفاده می گردد. در اين مدل تمام کامپيوترهای موجود در شبکه معمولا" به يک دستگاه خاص  با نام " هاب " متصل خواهند شد.

مزايای توپولوژی STAR

• سادگی سرويس شبکه . توپولوژی STAR شامل تعدادی از نقاط اتصالی در يک نقطه مرکزی است . ويژگی فوق تغيير در ساختار و سرويس  شبکه را آسان می نمايد.

• در هر اتصال يکدستگاه . نقاط اتصالی در شبکه ذاتا" مستعد اشکال هستند. در توپولوژی STAR  اشکال در يک اتصال ، باعث خروج آن خط  از شبکه و سرويس و اشکال زدائی خط مزبور است . عمليات فوق تاثيری در عملکرد ساير کامپيوترهای موجود در شبکه نخواهد گذاشت .

• کنترل مرکزی و عيب يابی . با توجه به اين مسئله که نقطه  مرکزی  مستقيما" به هر ايستگاه موجود در شبکه متصل است ، اشکالات و ايرادات در شبکه بسادگی تشخيص  و مهار خواهند گرديد.

• روش های ساده دستيابی . هر اتصال در شبکه شامل يک نقطه مرکزی و يک گره جانبی است . در چنين حالتی دستيابی به محيط انتقال حهت ارسال و دريافت اطلاعات دارای الگوريتمی ساده خواهد بود.

معايب توپولوژی STAR

• زياد بودن طول کابل . بدليل اتصال مستقيم هر گره به نقطه مرکزی ، مقدار زيادی کابل مصرف می شود. با توجه به اينکه هزينه کابل نسبت به تمام شبکه ، کم است ، تراکم در کانال کشی جهت کابل ها و مسائل مربوط به نصب و پشتيبنی آنها بطور قابل توجهی هزينه ها را افزايش خواهد داد.

• مشکل بودن توسعه . اضافه نمودن يک گره جديد به شبکه مستلزم يک اتصال از نقطه مرکزی به گره جديد است . با اينکه در زمان کابل کشی پيش بينی های لازم جهت توسعه در نظر گرفته می شود ، ولی در برخی حالات نظير زمانيکه طول زيادی از کابل مورد نياز بوده و يا اتصال مجموعه ای از گره های غير قابل پيش بينی اوليه ، توسعه شبکه را با مشکل مواجه خواهد کرد.

• وابستگی به نقطه مرکزی . در صورتی که نقطه مرکزی ( هاب ) در شبکه با مشکل مواجه شود ، تمام شبکه غيرقابل استفاده خواهد بود.

توپولوژی RING در اين نوع توپولوژی تمام کامپيوترها بصورت يک حلقه به يکديگر مرتبط می گردند. تمام کامپيوترهای موجود در شبکه ( سرويس دهنده ، سرويس گيرنده ) به يک کابل که بصورت يک دايره بسته است ، متصل می گردند. در مدل فوق  هر گره به دو و فقط دو همسايه مجاور خود متصل است . اطلاعات از گره مجاور دريافت و به گره بعدی ارسال می شوند. بنابراين داده ها فقط در يک جهت حرکت کرده و از ايستگاهی به ايستگاه ديگر انتقال پيدا می کنند.

مزايای توپولوژی RING

•  کم بودن طول کابل . طول کابلی که در اين مدل بکار گرفته می شود ، قابل مقايسه به توپولوژی BUS نبوده و طول کمی را در بردارد. ويژگی فوق باعث کاهش تعداد اتصالات ( کانکتور) در شبکه شده و ضريب اعتماد به شبکه را افزايش خواهد داد.

• نياز به فضائی خاص جهت انشعابات در کابل کشی نخواهد بود.بدليل استفاده از يک کابل جهت اتصال هر گره به گره همسايه اش ، اختصاص محل هائی خاص به منظور کابل کشی ضرورتی نخواهد داشت .

•  مناسب جهت فيبر نوری . استفاده از فيبر نوری باعث بالا رفتن نرخ سرعت انتقال اطلاعات در شبکه است.  چون در توپولوژی فوق ترافيک داده ها در يک جهت است ، می توان از فيبر نوری به منظور محيط انتقال استفاده کرد.در صورت تمايل می توان در هر بخش ازشبکه از يک نوع کابل به عنوان محيط انتقال استفاده کرد . مثلا" در محيط های ادرای از مدل های مسی و در محيط کارخانه از فيبر نوری استفاده کرد.

معايب توپولوژی RING

•  اشکال در يک گره باعث اشکال در تمام شبکه می گردد. در صورت بروز اشکال در يک گره ، تمام شبکه با اشکال مواجه خواهد شد. و تا زمانيکه گره معيوب از شبکه خارج نگردد ، هيچگونه ترافيک اطلاعاتی را روی شبکه نمی توان داشت .

•  اشکال زدائی مشکل است . بروز اشکال در يک گره می تواند روی تمام گرههای ديگر تاثير گذار باشد. به منظور عيب يابی می بايست چندين گره بررسی تا گره مورد نظر پيدا گردد.

• تغيير در ساختار شبکه مشکل است . در زمان گسترش و يا اصلاح حوزه جغرافيائی تحت پوشش شبکه ، بدليل ماهيت حلقوی شبکه مسائلی بوجود خواهد آمد .

• توپولوژی بر روی نوع دستيابی تاثير می گذارد. هر گره در شبکه دارای مسئوليت عبور دادن داده ای است که از گره مجاور دريافت داشته است . قبل از اينکه يک گره بتواند داده خود را ارسال نمايد ، می بايست به اين اطمينان برسد که محيط انتقال برای استفاده قابل دستيابی است .

تقسيم بندی بر اساس حوزه جغرافی تحت پوشش . شبکه های کامپيوتری با توجه به حوزه جغرافيائی تحت پوشش به سه گروه تقسيم می گردند :

• شبکه های محلی ( کوچک ) LAN

• شبکه های متوسط MAN

• شبکه های گسترده WAN

شبکه های LAN . حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع از شبکه ها پوشش داده می شود ، يک محيط کوچک نظير يک ساختمان اداری است . اين نوع از شبکه ها دارای ويژگی های زير می باشند :

• توانائی ارسال اطلاعات با سرعت بالا

• محدوديت فاصله

• قابليت استفاده از محيط مخابراتی ارزان نظير خطوط تلفن به منظور ارسال اطلاعات

• نرخ پايين خطاء در ارسال اطلاعات با توجه به محدود بودن فاصله

شبکه های MAN . حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه يک شهر و يا شهرستان است . ويژگی های اين نوع از شبکه ها بشرح زير است :

• پيچيدگی بيشتر نسبت به شبکه های محلی

• قابليت ارسال تصاوير  و صدا 

• قابليت ايجاد ارتباط بين چندين شبکه

شبکه های WAN . حوزه جغرافيائی که توسط اين نوع شبکه ها پوشش داده می شود ، در حد و اندازه کشور و قاره است . ويژگی اين نوع شبکه ها بشرح زير است :

• قابليت ارسال اطلاعات بين کشورها و قاره ها

• قابليت ايجاد ارتباط بين شبکه های LAN

• سرعت پايين ارسال اطلاعات نسبت به شبکه های LAN

• نرخ خطای بالا با  توجه به گستردگی محدوده تحت پوشش

کابل در شبکه

در  شبکه های محلی از کابل به عنوان محيط انتقال و به منظور ارسال اطلاعات استفاده می گردد.ازچندين نوع کابل در شبکه های محلی استفاده می گردد.  در برخی موارد ممکن است در يک شبکه  صرفا" از يک نوع کابل استفاده و يا با توجه به شرايط موجود از چندين نوع کابل استفاده گردد. نوع کابل انتخاب شده برای يک شبکه به عوامل متفاوتی نظير : توپولوژی شبکه،  پروتکل و اندازه  شبکه بستگی خواهد داشت . آگاهی از خصايص و ويژگی های متفاوت هر يک از کابل ها و تاثير هر يک از آنها بر ساير ويژگی های شبکه،  به منظور طراحی و پياده سازی يک شبکه موفق بسيار لازم است .

کابل Unshielded Twisted pair )UTP) 
متداولترين نوع کابلی که در انتقال اطلاعات استفاده می گردد ، کابل های بهم تابيده می باشند. اين نوع کابل ها دارای دو رشته سيم به هم پيچيده بوده که هر دو نسبت زمين  دارای يک امپدانش يکسان می باشند. بدين ترتيب امکان تاثير پذيری اين نوع کابل ها از کابل های مجاور و يا ساير منابع خارجی کاهش خواهد يافت . کابل های بهم تابيده دارای دو مدل متفاوت : Shielded ( روکش دار ) و Unshielded ( بدون روکش ) می باشند. کابل UTP نسبت به کابل STP بمراتب متداول تر بوده و در اکثر شبکه های محلی استفاده می گردد.کيفيت کابل های UTP متغير بوده و از کابل های معمولی استفاده شده برای تلفن تا کابل های با سرعت بالا را شامل می گردد. کابل دارای چهار زوج  سيم بوده  و درون يک روکش قرار می گيرند.  هر زوج  با تعداد مشخصی پيچ تابانده شده ( در واحد اينچ ) تا تاثير پذيری آن از ساير زوج ها و ياساير دستگاههای الکتريکی  کاهش يابد.

 کابل های UTP دارای استانداردهای متعددی بوده که در گروههای (Categories) متفاوت  زير تقسيم شده اند:

Type	کاربرد
Cat 1	فقط صوت ( کابل های تلفن )
Cat 2	داده  با سرعت 4 مگابيت در ثانيه
Cat 3	داده با سرعت 10 مگابيت در ثانيه
Cat 4	داده با سرعت 20 مگابيت در ثانيه
Cat 5	داده با سرعت 100 مگابيت در ثانيه

مزايای کابل های بهم تابيده :

• سادگی و نصب آسان

• انعطاف پذيری مناسب

• دارای وزن کم بوده و براحتی بهم تابيده می گردند.

معايب کابل های بهم تابيده :

• تضعيف فرکانس

• بدون استفاده از تکرارکننده ها ، قادر به حمل سيگنال در مسافت های طولانی نمی باشند.

• پايين بودن پهنای باند 

• بدليل پذيرش پارازيت در محيط های الکتريکی سنگين بخدمت گرفته  نمی شوند.

کانکتور استاندارد برای کابل های UTP  ، از نوع  RJ-45 می باشد. کانکتور فوق شباهت زيادی به کانکتورهای تلفن (RJ-11) دارد. هر يک از پين های کانکتور فوق می بايست بدرستی پيکربندی  گردند. (RJ:Registered Jack)

 کابل کواکسيال يکی از مهمترين محيط های انتقال در مخابرات کابل کواکسيال و يا هم محور می باشد . اين نوع کابل ها از سال 1936 برای انتقال اخبار و اطلاعات در دنيار به کار گرفته شده اند. در اين نوع کابل ها، دو سيم تشکيل دهنده يک زوج ، از حالت متقارن خارج شده و هر زوج از يک سيم در مغز و يک لايه مسی بافته شده در اطراف آن تشکيل می گردد. در نوع ديگر کابل های کواکسيال ، به حای لايه مسی بافته شده ، از تيوپ مسی استوانه ای استفاده می شود. ماده ای پلاستيکی اين دو هادی را از يکديگر جدا می کند. ماده پلاستيکی ممکن است بصورت ديسکهای پلاستيکی يا شيشه ای در فواصل مختلف استفاده و مانع از تماس دو هادی با يکديگر شود و يا ممکن است دو هادی در تمام طول کابل بوسيله مواد پلاستيکی از يکديگر جدا گردند.

مزايای کابل های کواکسيال :

• قابليت اعتماد بالا

• ظرفيت بالای انتقال ، حداکثر پهنای باند 300 مگاهرتز

• دوام و پايداری خوب

• پايطن بودن مخارج نگهداری

• قابل استفاده در سيستم های آنالوگ و ديجيتال

• هزينه پائين در زمان توسعه

• پهنای باند نسبتا" وسيع که مورد استفاده اکثر سرويس های مخابراتی از جمله تله کنفرانس صوتی و تصويری است .

معايب کابل های کواکسيال :

• مخارج بالای نصب

• نصب مشکل تر نسبت به کابل های بهم تابيده

• محدوديت فاصله

• نياز به استفاده از عناصر خاص برای انشعابات

از کانکتورهای BNC)Bayone -Neill - Concelman) بهمراه کابل های کواکسيال استفاده می گردد.  اغلب کارت های شبکه دارای کانکتورهای  لازم در اين خصوص می باشند.

فيبر  نوری 
يکی از جديدترين محيط های انتقال در شبکه های کامپيوتری ، فيبر نوری است . فيبر نوری از يک ميله استوانه ای که هسته ناميده می شود و جنس آن از سيليکات است تشکيل می گردد. شعاع استوانه بين دو تا سه ميکرون است . روی هسته ، استوانه ديگری ( از همان جنس هسته ) که غلاف ناميده می شود ، استقرار می يابد. ضريب شکست هسته را با M1 و ضريب شکست غلاف را با M2  نشان داده و همواره M1>M2 است . در اين نوع فيبرها ، نور در اثر انعکاسات کلی در فصل مشترک هسته و غلاف ، انتشار پيدا خواهد کرد. منابع نوری در اين نوع کابل ها ، ديود ليزری و يا ديودهای ساطع کننده نور می باشند.منابع فوق ، سيگنال های الکتريکی را به نور تبديل می نمايند.

مزايای فيبر نوری :

• حجم و وزن کم

• پهنای باند بالا

• تلفات  سيگنال کم و در نتيجه فاصله تقويت کننده ها زياد می گردد.

• فراوانی مواد تشکيل دهنده آنها

• مصون بودن از اثرات القاهای الکترو معناطيسی مدارات ديگر

• آتش زا نبودن آنها بدليل عدم وجود پالس الکتريکی در آنها

• مصون بودن در مقابل عوامل جوی و رطوبت

• سهولت در امر کابل کشی و نصب

• استفاده در شبکه های  مخابراتی آنالوگ و ديجيتال

• مصونيت در مقابل پارازيت

معايب فيبر نوری :

• براحتی شکسته شده و می بايست دارای يک پوشش مناسب باشند. مسئله فوق با ظهور فيبر های تمام پلاستيکی و پلاستيکی / شيشه ای کاهش پيدا کرده است .

• اتصال دو بخش از فيبر يا اتصال يک منبع نور به فيبر ، فرآيند دشواری است . در چنين حالتی می توان از فيبرهای ضخيم تر استفاده کرد اما اين مسئله باعث تلفات زياد و کم شدن پهنای باند می گردد.

• از اتصالات T شکل در فيبر نوری نمی توان جهت گرفتن انشهاب استفاده نمود. در چنين حالتی فيبر می بايست بريده شده و يک Detector اضافه گردد. دستگاه فوفق می بايست قادر به دريافت و تکرار سيگنال را داشته باشد.

• تقويت سيگنال نوری يکی از مشکلات اساسی در زمينه فيبر نوری است . برای تقويت سيگنال می بايست سيگنال های توری به سيگنال های الکتريکی تبديل ، تقويت و مجددا" به علائم نوری تبديل شوند.

کابل های استفاده شده در شبکه های اترنت

Specification	Cable Type	Maximum length
10BaseT	Unshielded Twisted Pair	100 meters
10Base2	Thin Coaxial	185 meters
10Base5	Thick Coaxial	500 meters
10BaseF	Fiber Optic	2000 meters
100BaseT	Unshielded Twisted Pair	100 meters
100BaseTX	Unshielded Twisted Pair	220 meters

 

آموزش رباتیک و مبانی آن

رباتیک چیست؟

رشد روز افزون دانش بشری انسانها را با دست آوردها و علوم جدیدی آشنا می‌سازد که قبل از آن شاید تنها ریشه در تخیل داشت رباتیک یکی از تخیلات انسانی است که کم کم پا به عرصه واقعیت نهاده و زندگی بشری را دست خوش تغییرات شگرفی خواهد کرد.

قوانین رباتیک:

کلمه ربات اولین بار توسط Karel Capek  نویسنده نمایشنامه R.U.R روبات‌های جهانی روسیه در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی (robotnic) به معنی کارگر می‌باشد.

در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بودن و دارا بودن نقاط ضعف و قوت یک انسان معمولی ، یک انسان دارای قدرت بسیار زیادی بود که در پایان نمایش نامه برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد البته لازم به ذکر است که پیش از آن یونانیان نیز مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه ماشینی بوده که ما امروزه ان را ربات می‌نامیم.

تعریف امروزه ربات از نظر عوام مردم وسیله ای است که اعمالی هوشمند شبیه انسان انجام می‌دهد در حالی که فرهنگ وبستر ربات را این‌گونه تعریف می‌کند:"یک دستگاه یا وسیله خودکاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسان‌ها نسبت داده می شود و یا مجهز به قابلیتی است که شبیه هوش بشری است".

در این راستا دانشمندان سعی بر آن دارند ربات‌هایی بسازند که به طرق مختلف نیاز ‌های انسان‌ را براورده سازند و در نهایت به رباتی با قابلیت ‌های کامل یک انسان برسند.

------------------------------------------------------------------
قوانین رباتیک مطرح شده توسط آسیموف چنین است:

• ربات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.

• رباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا کنند.

• رباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت کنند.
---------------------------------------------------------------------

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:

• مغز که معمولاً یک کامپیوتر است

•  محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و …

• سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.



بر اساس این سه قانون و سه قسمت ذکر شده به معرفی انواع ربات‌ها ، بررسی عملکرد آنها ، اخبار مسابقات ، تحلیل پیشرفت و آموزش آنها خواهیم پرداخت.

از کجا شروع کنیم؟؟

به نظر بنده ورود به عرصه رباتیک مشکل ترین مرحله می باشد به طور کلی رباتیک رشته ای میان رشته ای است با ترکیبی از رشته های مهندسی برق گرایشات الکترونیک و کنترل ، مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار.

در ایران این رشته در مقطع کارشناسی ارشد، مکاترونیک نام دارد که معمولا مورد توجه دانشجویان رشته برق ، کامپیوتر و مکانیک قرار می گیرد.

رشته رباتیک قبل از رشته مکاترونیک تدرس خود را شروع کرده به طوری که رشته مهندسی رباتیک در سال 1381 در مقطع کارشناسی توسط دانشگاه صنعتی شاهرود وارد ایران شد. اما آموزش رشته مکاترونیک از سال 1383 در ایران شروع شد. 

برای اطلاعات بیشتر در زمینه رشته رباتیک، دانشگاه ها، دروس و... به لینک زیر (بخشی از سایت تخصصی مهندسی رباتیک) مراجعه فرمایید:

http://www.robotics-engineering.ir/index.php/articles/48-robotics-engineering

و مقاله "رباتیک و جایگاه آن در ایران" نوشته شده توسط آقای محسن جعفر زاده:

http://www.robotics-engineering.ir/index.php/articles/49-robotics-in-iran

واضح است زمانی که می خواهید به مقوله رباتیک بپردازید باید به بخش هایی از این 3 رشته بپردازیم در حالت کلی رباتیک را به 2 بخش شبیه سازی  (Simulation)، و ربات حقیقی (Real) تقسیم بندی می کنند. در شبیه‌سازی در حقیقت رباتی به صورت فیزیکی ساخته نمی‌شود و ساخت ربات در یک محیط مجازی شبیه سازی شده که در آن بعضی از قوانین دنیای واقعی وجود دارد صورت می‌گیرد هدف از برگزاری و کار بر روی این قسمت بیشتر کار بر روی هوش ربات ( یا همان مقوله هوش مصنوعی) می باشد. در این بخش مسابقاتی در رشته های «شبیه سازی امداد و نجات» (Rescue Simulation) و «شبیه سازی فوتبال» (Soccer Simulation) و... هرسال در جهان برگزار می‌شود. در بخش Real مسابقات بسیار متنوعتری نسبت به Simulation وجود دارد زیرا شما با ربات های حقیقی سر و کار دارید کهمهم‌ترین آنها عبارتند از: ربات‌های فوتبالیست(در چندین سطح مختلف)، ربات‌های امدادگر، ربات‌های مسیریاب (Path Finder)، ربات‌های آتش نشان (Fire Fighter)، ربات های مین یاب (Deminer)، ربات‌های لابیرنت، ربات‌های انسان نما (Humanoid)، سگها (Four legged Robot)، ربات های خانگی(At home) و... البته واضح است که ساخت ربات واقعی علاوه بر مشکلات متعددی که داراست دارای هزینه های بالاتری نیز می باشد.

ما در اینجا با بخش شبیه سازی و نیازهای اولیه ساخت ربات همچون آموزش برنامه نویسی به زبان #C و آموزش نرم افزار متلب را آغاز کرده  و سپس به ساخت ربات های سخت افزاری ساده همچون ربات خط یاب خواهیم پرداخت.

نحوه کنترل ربات

یک نوع دیگر از تقسیم بندی ربات جهت کنترل که بسیار متداول تر می باشد:

1. کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control) این نوع از کنترل ساده ترین نوع کنترل است که در حقیقت فیدبکی از خروجی به ورودی برگردانده نمی شود یک مثال خیلی ساده از مدار و یا سیستم بدون فیدبک می توان به ماشین لباسشویی اشاره کرد که تمیز یا کثیف بودن لباس ها چک نمی شود و تنها سیستم یک عمل خاص را در یک زمان خاص انجام می دهد

کنترل غیر قابل فیدبک خود بر دو نوع است

• کنترل ایست مکانیکی(Mechanical stop control):  در این روش حرکت ربات توسط مانعی که آن را ایست (stop)  می نامند معین می شود

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control): در این روش که در رباتهای هیدرولیک به کار می رود بدین صورت است که با کنترل کردن مقدار روغن داخل پمپ در بازوی ربات به اندازه ای که خواسته شده ربات حرکت می کند و کنترل می شود

2. کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control): در این نوع از کنترل ما می توانیم بدون استفاده از ایست مکانیک ها ربات را متوقف کنیم این مدار یک مدار بسته است اگر بخواهیم مثالی از آنچه در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم داشته باشیم می توان به کنترل کننده های دما اشاره کرد که مثلا شما در تابستان دما را بر روی 35 درجه قرار می دهید زمانی که دما بالای 35 درجه برود کولر روشن شده  و دما را کاهش می دهد زمانی که دما زیر 35 درجه رفت خاموش می شود این یک سیستم مدار بسته است که ورودی بازخورد خروجی است که ( خروجی دمای بیرون است) البته این روش دارای ایرادی است که آن خاموش و روشن شدن مرتب فن می باشدچون ممکن است مثلا پس از 3 دقیقه روشن شدن فن دما پایین آید پس هر 3 دقیقه یکبار فن روشن و خاموش می شود برای جلوگیری از این مشکل که سبب استهلاک و خرابی زودرس دستگاه ها می شود یک بازه تعریف میکنند مثلا دما اگر زیر 30 بود فن خاموش شود و زمانی که بالای 37 بود روشن گردد

کنترل با فیدبک نیز  به دو صورت اتفاق می افتد

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

که به توضیح مفصل هر بخش خواهیم پرداخت

ساختمان ربات

1. اندام های مکانیکی ربات: که شامل بازوهای پیوسته که به صورت لولا به هم متصلند و این مفصل ها به دو صورت عمل می کنند

• دورانی (Revolute )

• منشوری (Prismatic)

هر مفصل و بازو یک درجه آزادی را تشکیل می دهند (Degree of freedom)

در نتیجه اگر شما مثلا n مفصل و n‌ بازو داشته باشیم n‌ درجه آزادی خواهیم داشت این بازوها به بازویی که ربات به وسیله آن به جایی نصب شده متصلند این بازو به بازوی صفر مشهور است و جزء بازو های ربات محسوب نمی شود و در حرکت ربات تاثیری ندارند و به جایی مثلا زمین متصل هستند و توسط این پایه است که مختصات اولیه ربات را می سنجیم این مختصات اولیه به مختصات جهانی معروف است (World coordinate)  نحوه شماره گذاری بازوها از بازوی پایه آغاز می شود تا به بازوی انتهایی ادامه می یابد نکته حائز اهمیت آن است که هیچگاه یک ربات یک  مدار بسته را تشکیل نمی دهد

2. نیرو محرکه یا راه انداز(Actuator): تولید کننده قدرت و نیروی ربات است که توسط یک کنترل کننده دقیق به کنترل مفصل ها و بازوهای ربات می پردازد که خود شامل 3 نوع می باشد:

• پنوماتیک یا سیستم بادی ( Pneumatic system):

• هیدرولیک یا سیستم روغنی (Hydraulic System)

• سیستم برقی یا الکترونیک سیستم (Electronic System)

هر یک از این سه قسمت به طور مفطل توضیح داده خواهند شد

3. سیستم انتقال نیرو (Transmission system): واسطه ای بین سیستم اندام های مکانیکی و نیرو محرکه است که از محل تولید آن را به یکی از اندام ها منتقل می کند

4. سنسور یا حسگر(Sensor): حکم چشم ربات را دارند که شامل انواع برقی و نوری و .... می باشند

5. دستگاه کنترل یا کامپیوتر ربات (The robot Controller or computer) : در واقع برتری یک ربات از روی سیستم کنترل و میزان هوشمندی آن قابل ارزیابی است

کنترل نقطه به نقطه (PTP Control)

PTP control یا کنترل نقطه به نقطه معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت است

چنانچه در مقاله نحوه کنترل روبات عنوان شد دو نوع کنترل برای ربات وجود دارد:
کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control)

کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control) که شامل:

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

می شدند توضیح مختصری دادیم

از بین این دو نوع کنترل، کنترل با فیدبک حائز اهمیت زیادی است زیرا با توجه به خروجی می توان میزان عملکرد و کارایی ورودی را محک زد

در این مقاله به بررسی اجمالی از نوع کنترل نقطه به نقطه (point-to- point control) خواهیم پرداخت PTP control معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت باشد مسیری که ربات در این حالت طی می کند به سینماتیک ربات یا نوع حرکت شناسی ربات مرتبط است که در مورد حرکت شناسی ربات به طور کامل بحث خواهیم کرد کنترل PTP دارای دقت و قدرت تکرار زیادی برخوردار است و از کاربرد های آن می توان به

• جوشکاری نقطه ای (Spot Welding)

• انتقال و جابه جایی قطعات (مخصوصا زمانی که لازم است ماشین فاصله های طولانی را در کند مورد استفاده قرار می گیرد)

اشاره کرد

سه نوع کنترل PTP وجود دارد که شامل موارد زیر می باشند:

1. کنترل نقطه به نقطه متوالی (Sequential PTP control) : در این نوع از کنترل هر یک از محور های ربات به طور جداگانه و به نوبت حرکت می کنند و معمولا زمانی از این روش استفاده می گردد که نوع موتور استفاده شده در ربات از نوع Stepper motor یا موتور پله ای باشد در این روش کنترل توسط یک Single-Micro   اتفاق می افتد در حقیقت این میکرو در هر لحظه تنها یک محور را حرکت می دهد و این سبب می شود که کنترل در این روش بسیار آسان باشد ولی در عین حال سرعت پایینی دارد


2. کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ (Uncoordinated PTP Control) : این نوع کنترل معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که موتور استفاده شده در ربات موتور DC باشد در این نوع سرعت بالاست زیرا تمامی محورها و مفصل ها با هم می توانند حرکت کنند و هر یک از موتور ها دارا ی کنترل مکانی هستند در این روش هر یک از نیرو محرکه ها محور خود را به مقصد می رسانند ولی زمان قابل پیش بینی نیست چون هر یک به طور جداگانه این کار را انجام می دهند سرعت ربات در این نوع بستگی به سرعت کمترین نیرو محرکه دارد

3. کنترل نقطه به نقطه هماهنگ متوالی ( Terminally Coordinate PTP Control) : سرعت این نوع کنترل شبیه سرعت کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ است با این تفاوت که در این روش به علت آنکه نیرو محرکه ها هماهنگ هستند از میتوان از کنترل سرعت استفاده نمود.

روش های برنامه ریزی ربات

ربات شامل بخش های مختلفی مثلا سنسور هاست که این بخش ها ورودی های ربات هستند و قطعا باید در جایی پردازش شوند و مورد بررسی قرار گیرند تا در پروسه کنترل استفاده گردند 4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود که شامل:

• برنامه ریزی دستی (Manual Programming)

• برنامه ریزی هدایت مستقیم(Lead through Programming)

• برنامه ربزی مسیر حرکت ربات (Walk through Programming)

• برنامه ریزی ربات خارج از خط (Off- Line Programming)

می شود

در برنامه ریزی دستی اپراتور با استفاده از کلید (مثلا کلیدهای قطع و وصل و متوقف کننده)برنامه مورد نظر را بر روی ربات انجام می دهد این نحوه برنامه ریزی در کارهای خیلی ساده مورد بررسی قرار می گیرد مانند گذاشتن یا برداشتن قطعات (Pick-and-Place)

در برنامه ریزی هدایت مستقیم اپراتور از Interface  یا  Teach Pendant  استفاده می کند بدین معنی که میزان تغییر مفصل ها و یا بازوهای ربات در حافظه کنترلر ربات ضبط می شود این روش زمانی استفاده می گردد که از نظر ریاضی مشخص کردن مسیر حرکت برای ربات مشکل است ولی به راحتی می توان مسیر حرکت را توسط اپراتور نشان داد این روش می تواند مناسب ترین روش برای برنامه ریزی ربات ها باشد

برنامه ریزی مسیر حرکت ربات متداول ترین روش در رنگرزی، جوشکاری و کارهایی از این قبیل می باشد در این روش اپراتور Grip Handle  ربات را در دست می گیرد و مثلا عمل رنگ کردن جسم مورد نظر را انجام می دهد ربات تمامی مراحل کار را در حافظه می سپارد و سپس می تواند آن را مجددا بار ها و بار ها تکرار نماید کارهایی چون روشن و خاموش کردن اسپری و کنترل ورود و خروج ، سرعت و غیره را می توان با استفاده از Teach Pendant نیز برنامه ریزی نمود.

حرکت شناسی ربات

منظور از حرکت ربات: تحلیلی است از حرکت هندسی (Geometry) ربات نسبت به یک محور ثابت بدون در نظر گرفتن اثر نیرو که سبب حرکت ربات می شود.

برای حرکت شناسی ربات از دو روش استفاده می شود:

• روش مثلثاتی (Trigonometric)

• روش ماتریسی (Matrix)


هر دوی این روش ها رابطه بین حرکت مفصل ها و بازوها را فرموله می کند

روش ماتریسی بسیار مناسب تر و متداول تر از روش مثلثاتی می باشد

روش مثلثاتی دارای یک تئوری اولیه است که لازم است ابتدا به بررسی این تئوری که به تئوری روش حرکت شناسی مثلثاتی یا Trigonometric Kinematics Theoryمشهور است پردازیم این روش به دو بخش تقسیم می شود

• موقعیت فضایی: در این روش عنوان می گردد که موقعیت هر جسم در یک سطح را می توان به تنهایی نسبت به مکان x , y و نقطه مرجع P و جهت زاویه Q به مختصات x2 , Y2  منتقل کرد که (x , y , Q) را موقعیت جسم و تمامی موقعیت های موجود را موقعیت فضایی نامند پس به راحتی می توان موقعیت یک بازو را در یک مجموعه بازوی مکانیکی سنجید

• حرکت شناسی مستقیم : اگر مختصات داخلی بازویی را که به مرکز یا اولین محور نزدیک است به عنوان مرجع محور مختصات در نظر بگیریم و محور های مختصات بازوی 1 و 2 ر به ترتیب x1 , y1 , x2 , y2 در نظر بگیریم می توان به راحتی رابطه نقاط بیان شده را با یک ضرب ماتریسی به دست آورد

معرفی آی سی

IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند

مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل شده اند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع مدارهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است حال برای آشنایی بیشتر به بررسی یکی از این IC ها که دارای کاربرد زیادی نیز می باشد خواهیم پرداخت

IC Timer 555 یكی از پركاربردترین آی سی هایی است كه برای مصارف متعددی مورداستفاده قرار می گیرد و دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای كم می باشد بیشترین کاربرد آن در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت است و از دیگر کاربردهای آن کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... هم می توان اشاره کرد مشخصات کامل پایه های آن در شکل آمده است که در دو حالت آستابل و مونو آستابل کار می کند.

در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس توسط پایه شماره 2 قابل کنترل است و اما در حالت آستابل در صورتی که تغذیه مثبت و منفی آن که مطابق شکل در پایه های 1و4و8 (ولتاژ تغذیه این آی سی چیزی بین 5 تا 15 ولت و حداکثر 18 ولت است) واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 صورت پذیرد به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابتی را ایجاد می کند خروجی ای سی که می توان پالس را از آن دریافت کرد در هر دو صورت پایه شماره 3 می باشد.

میکرو کنترلر  (Microcontroller)

میکرو کنترلر به دو صورت می تواند عمل کند

بر مبنای ورودی هایی که به آن داده می شود خروجی خود را تنظیم می کند.

یا اینکه ورودی تعریف نشود و تنها بر اساس برنامه عمل کند و خروجی فقط بر اساس برنامه باشد.

به آی سی هایی که قابل برنامه ریزی می باشد و عملکرد آنها از قبل تعیین شده میکروکنترلرگویند میکرو کنترلر ها دارای ورودی - خروجی و قدرت پردازش می باشد  که از بخش های مختلفی چون

Cpu (واحد پردازش)

Alu (واحد محاسبات)

I /O (ورودی ها و خروجی ها)

Ram حافظه اصلی میکرو

Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد

Timer برای کنترل زمان ها

می باشد. علاوه برآن میکروکنترلرها دارای خانواده های مختلفی چون PIC - AVR – 8051 ها می شوند که به بررسی تک تک آنها خواهیم پرداخت از قابلیت های فوق العاده میکرو کنترلر ها و مزیت آنها قابلیت برنامه ریزی آنها می باشد و دارای کامپایلرهای خاصی می باشند که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل که قابلیت اتصال به یکی از پورت های کامپیوتر را دارد برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا می کند و در Rom (حافظه) آن ذخیره می شود این آی سی ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند و بیشتربرای کنترل استفاده می شود و طبق الگوریتم برنامه  آن عمل می شود این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کاربرد دارند. برای شروع کار با یک میکروکنترلر که در رباتیک کاربردهای فراوانی از آن را خواهید دید در ابتدا لازم است یک زبان برنامه نویسی مانند C , Basic را بیاموزید.

رگولاتور چیست؟

رگولاتورها در یک دسته بندی کلی به 3 بخش زیر تقسیم می شوند:

1. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت مثبت: که خروجی انها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می باشد که نام گذاری آنها نیز به صورت 78XX یا L78XX یا M78XX می باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور 7805 ، 5 ولت می باشد و همچنین L یا M هم نشان دهنده  حداکثر جریان دهی آن است

(L= تا 1 آمپر ،=M تا 1.5 آمپر)

2. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت منفی: که خروجی آنها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر – می باشد که نامگذاری انها به صورت 79XX می باشد.

3. رگولاتورهای ولتاژ خروجی متغیر: به وسیله این رگولاتورها می توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد. معروف ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجی – آنهاLM337 می باشد. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد.

این رگولاتورها 3 پایه دارند. مثبت + ، خروجی، زمین یا - ( قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می گوییم(Gnd))

در رگولاتورهای سری 78XX ولتاژ ورودی باید حداقل دو یا سه ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در زیر به طور مختصر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی----------------------- ولتاژ خروجی -----------------------شماره مدل

7.3---------------------------------------------5------------------------------------7805

11.5-------------------------------------------9------------------------------------7809

14.6-------------------------------------------12-----------------------------------7812

21---------------------------------------------18-----------------------------------7818

27.1------------------------------------------21------------------------------------7824

برگرفته از تبیان

اینترنت چیست و چگونه کار می کند

به جرأت می‌توان گفت که واژه «اینترنت» از آن دست لغاتی است که بسیار بیشتر از خودش در زندگی امروزی کاربرد دارد تا جایی که حتی‌ گاه در کلام پدربزرگ‌ها و مادربزرگ‌ها هم به عنوان حلال مشکلات شناخته می‌شود؛ اما این سخنان هرگز به این معنا نیست که پاسخ به «اینترنت چیست و چگونه کار می‌کند؟» حتی برای برخی از کاربران این پدیده جهانشمول هم ساده باشد؛ نقیصه‌ای عجیب که بیش از هر چیز یادمان خواهد آورد که آموزشی در این زمینه سراغ نداریم! 

به گزارش «تابناک»، امروزه «اینترنت» برای بسیاری از ما، به واژه‌ای عامیانه تبدیل شده که حتی برای برخی از امور روزمره، مجبور به استفاده از آن هستیم؛ از این روی، از لغت «اجبار» استفاده می‌کنیم که بسیاری از امور خدماتی نهاد‌ها و ارگان‌های گوناگون به دلایلی همچون افزایش سرعت ارائه خدمات و یا کاهش سفرهای درون شهری به این شبکه گسترده واگذار شده و البته هیچ کس دغدغه‌ای برای دسترسی داشتن یا نداشتن مراجعان به این پدیده ندارد. 

شبکه جهانی به شدت در حال گسترش است و هر روز شمار بیشتری خواسته یا ناخواسته به آن می‌پیوندند و البته تدابیر گوناگونی برای مقابله با برخی شاخصه‌های ـ مثبت یا منفی ـ آن اندیشیده شده است؛ اما اینکه چگونه کار می‌کند، چه اجزایی دارد و متعلق به چه کسی است و پرسش‌هایی از این دست، هنوز برای برخی مطرح است که تلاش خواهیم داشت به برخی از آن‌ها پاسخ بگوییم:

ينترنت مجموعه‌اي جهاني از شبكه‌هاي بزرگ و كوچك است كه به هم پيوسته‌اند و نام اينترنت (شبكه‌هاي در هم تنيده) از همين مجموعه گرفته شده است. به عبارتی بهتر صحبت از شبکه ای است که كارش را سال 1969 با چهار هسته يا سيستم كامپيوتري ميزبان آغاز كرد و بعدها به شدت گسترش یافت؛ شبکه‌ای است که به هيچ فرد، نهاد یا کشوری تعلق ندارد.

البته اين كه گفته مي‌شود اينترنت صاحب ندارد، بدان معنا نيست كه هيچ كس بر آن نظارت ندارد؛ يک مؤسسه غيرانتفاعي به نام انجمن اينترنت (Internet Society) كه در سال 1992 تشكيل شده، مسئول نظارت بر آن بوده و مراقب است كه پروتكل‌ها و قوانيني كه درباره اينترنت تصويب شده‌اند، در سراسر جهان اجرا شوند.

هر كامپيوتري كه به اينترنت وصل است ـ از جمله كامپيوتري كه با آن اين گزارش را مي‌خوانيد ـ بخشي از يك شبكه است. شما كه در خانه با يك مودم به يك مؤسسه ارائه دهنده سرويس‌هاي اينترنتي (ISP) وصل مي‌شويد، در محل كار بخشي از يك شبكه محلي هستيد و بيشتر مواقع باز هم با مودم به يك ISP و از آن به اينترنت و يا اينكه از طریق تلفن همراه به خدمات دهنده اینترنتی اپراتورتان متصل می‌شوید.

به عبارتی بهتر، نوع اتصال شما به هیچ وجه اهمیت نخواهد داشت، ولی روشن است که شرکت‌های کوچک و بزرگ بسیاری به کار ارائه خدمات اینترنتی مشغولند و همین نکته، موجب ایجاد مراکز تمرکز خدمات در منطقه‌های گوناگون خواهد شد که POP نامیده می‌شود؛ این نقاط، مراکزی هستند كه كاربران محلي را با استفاده از مودم و تلفن يا خطوط ارتباطي مشخصي به شبكه شركت وصل می‌کنند.

در ادامه این مراکز از طریق خطوطی به یکدیگر متصل شده و در پایان از طریق NAP ها به سایر خدمات دهنده ها متصل می‌شوند تا شبکه‌های تشکیل شده توسط شرکت‌های گوناگون به هم پیوند خورده و سرانجام اینترنت به وجود بیاید. البته شاید بد نباشد که بدانید، برای یافتن راه درست انتقال اطلاعات در این دنیای شکل گرفته، نیازمند راهنمایانی خواهیم بود که روتر نام دارند و همین ابزارها هستند که موجب ارتباط دو کاربر در دو سوی جهان در کسری از ثانیه می‌شوند.

بدین ترتیب، روند اتصالاتی که با شبکه شدن چند رایانه آغاز شده و به POP ها رسیده بود، از طریق NAP ها به هم پیوسته و سرانجام با کابل‌های بزرگ (ملقب به ستون فقرات) در اندازه یک شهر، یک استان، یک کشور و حتی قاره ای به یکدیگر پیوند می‌خورد تا جهان به صورت مجموعه‌ای به هم پیوسته و یکپارچه درآید و البته اینجاست که نوع کابل مورد استفاده، سهم بسزایی در سرعت تبادل اطلاعات ـ که در کاربرد خودمانی سرعت اینترنت هم نامیده می‌شود ـ خواهد داشت.

تا اینجای کار بستر ارتباط جهانی فراهم شده اما سیستم چگونه بین کاربری که از کشورمان به آن متصل شده و کاربری که از یک کشور دیگر به شبکه راه یافته، تمایز قائل خواهد شد؟

پاسخ این‌ پرسش در نشانی‌های اختصاصی نهفته که نشاني‌هاي IP نام گرفته و بنا بر پروتکل‌های خاصی مورد تأیید همه کشورها قرار گرفته‌اند؛ به این ترتیب که رایانه یا هر وسیله دیگری که به اينترنت متصل می‌شود، از يك شماره اختصاصي بهره خواهد برد که به آن IP مي‌گويند.

البته این آدرس‌ها، هنگامی معنادار خواهد شد که سایر نقاط متصل به اینترنت هم از آدرس بهره‌مند شده باشند و اینجاست که سيستم نام دامنه سایت‌ها (که DNS نامیده می‌شوند) طی پروتکل‌های دیگر مورد تأیید قرار گرفته و عملیات فراخوانی یک وب‌سایت کامل خواهد شد؛ همان آدرسی که در مرورگرتان تایپ می‌کنید تا به سایت خاصی رهنمون شوید.

ماجرا این گونه خواهد بود که وقتی آدرس یک سایت خاص را در مرورگرتان تایپ می‌کنید، درخواست شما از راه ابزارهایی چون راهبان‌ها (روترها)، بدون اینکه بدانید، به سرور آن سایت منتقل شده و سرانجام اطلاعات مورد تقاضای شما از طریق خطوط ارتباطی به سیستم شما منتقل خواهد شد.

این توضیحات تمام راز پیچیده‌ای را که جزيی از زندگی امروزمان به شمار می‌رود در بر گرفته، ولی بی گمان، هنگامی که سخن از مقوله‌هایی چون بومی کردن اینترنت به میان می‌آید، درخواهیم یافت که گاه همین توضیحات هم ممکن است برای راهگشایی از گره‌های پیش رویمان مفید واقع شود!

برگرفته از تابناک

ایمیل چگونه کار می کند

ایمیل به یکی از مهم ترین و کاربردی ترین جنبه های زندگی تبدیل شده است. همه ما از ایمیل برای انجام کارها و نامه نگاری های خود با دوستان و آشنایان استفاده می کنیم. اما ایمیل چگونه عمل می کند؟ حقیقت این است که ایمیل دارای تکنولوژی ساده ای است. در پس هر ایمیل موتور قدرتمندی به نام ایمیل سرور ( Email Server ) وجود دارد که ایمیل ها را در فضای وب منتشر می کند. سوال اصلی اینجاست که این ایمیل سرور چیست و چطور کار می کند؟ در ادامه این مقاله ازآچاروب، شما را با ایمیل سرورها  و طرز کار آنها آشنا می کنیم:

ایمیل چطور از فرستنده به گیرنده می رسد؟

هر ایمیل، چیزی به غیر از یک فایل متنی به همراه Attachment ها ( فایل های پیوست شده ) نیست. درست مثل هر داده رد و بدل شده در اینترنت، هر ایمیل هم به چندین بسته اطلاعاتی تقسیم می شود. وقتی فرستنده ایمیل، روی Send کلیک می کند، همه این بسته های اطلاعاتی روی یک کامپیوتر مرکزی ( ایمیل سرور ) که سرویس ایمیل را میزبانی می کند آپلود می شوند.

سپس سرویس ایمیل، بسته های اطلاعاتی را از طریق اینترنت به سروری که سرویس ایمیل گیرنده را پشتیبانی می کند ارسال می کند. ایمیل سرور گیرنده به دنبال آدرس ایمیل فرد گیرنده می گردد و پس از پیدا کردن آن، ایمیل را در اینباکس او منتشر می کند. پس از آن، تمام بسته های اطلاعاتی در هنگام انتشار در اینباکس کنار یکدیگر بازچینش می شوند و به حالت اولیه خود بازمی گردند. در نهایت کاربر وارد اینباکس خود می شود و ایمیل را همانطور که شخص فرستنده ارسال کرده بود، مشاهده می کند.

اما بسته ها چطور کنار یکدیگر بازچینش می شوند؟

ما برای ارسال ایمیل از سرویس های آنلاین  یا کلاینت ( ایستگاه پردازشگری که وظیفه دریافت اطلاعات از سرور را دارد ) های ارسال ایمیل مثل جیمیل یا یاهو میل استفاده می کنیم.

وقتی ما یک ایمیل را ارسال می کنیم، کامپیوتر ما به سرور سرویس ایمیل ما متصل می شود. یک سرور در واقع یک کامپیوتر مرکزی است که نوع خاصی از خدمات را مدیریت می کند. به عنوان مثال، یک ایمیل سرور، وظیفه مدیریت ایمیل ها را بر عهده دارد. ایمیل سروری که مسئول ارسال ایمیل ها است، سرور SMTP ( پروتوکل انتقال ساده ایمیل یا Simple Mail Transfer Protocol ) نام دارد. یک SMTP می تواند ایمیل را به یک SMTP دیگر منتقل کند و به همین ترتیب، با چندین انتقال بین SMTP ها، ایمیل به مقصد خود برسد.

هر ایمیل شامل ایمیل شخص ارسال کننده و ایمیل شخص یا اشخاص دریافت کننده است. وقتی ایمیل ارسال می شود، کلاینت ایمیل به سرور SMTP سرویس ایمیل ارسال کننده متصل می شود. این کلاینت، آدرس ارسال کننده، آدرس گیرنده و محتوای ایمیل را انتقال می دهد.

سرور SMPT برای پیدا کردن موقعیت گیرنده دست به کار می شود و با استفاده از ایمیل ID گیرنده، نام دامین ( دامنه ) او را تشخیص می دهد ( مثلا Gmail.com ). اگر این دامین با دامین ایمیل شخص ارسال کننده یکسان باشد، در این صورت SMTP ایمیل را در یک سرویس مشترک انتقال می دهد و در این حالت پروتوکل بسیار ساده تر خواهد بود.

هر نام دامین نشان دهنده یک وب آدرس منحصر به فرد است که به آدرس اینترنت پروتوکل یا همان IP آدرس گفته می شود. آن را به عنوان آدرس پستی اینترنتی در نظر بگیرید. ارتباط بین نام های دامین ها و آی پی آدرس ها در فهرست نام دامنه یا Domain Name Registry ذخیره شده است. سپس سرور SMTP به سروری که فهرست مربوطه در آن ذخیره شده است ( همان سرور DNS ) متصل می شود و سرور DNS آدرس را به سرور SMTP بازمی گرداند.

در قدم بعد سرور SMTP ایمیل را به سرور SMTP سرویس ایمیل کاربر گیرنده منتقل می کند. SMTP گیرنده در این مرحله اطلاعات ایمیل را بررسی می کند تا اطمینان حاصل شود که ایمیل به آدرس صحیح ارسال شده است. اگر آدرس درست بود، SMTP گیرنده این ایمیل را به سرور POP3 ( و یا سرور IMAP ) ارسال می کند.

سرور های Post Office Protocol ( یا POP3 )، سرور هایی هستند که وظیفه دریافت ایمیل را بر عهده دارند – عدد ۳ در POP3 نشان دهنده نسخه پروتوکل مورد استفاده است – سرور های POP3، ایمیل اکانت ها ( یا ایمیل آی دی ها ) را شامل می شوند. هر ایمیل اکانت، به ترکیبی از یک نام کاربری و رمز عبور ( Username-Password ) اشاره دارد. وقتی یک ایمیل به POP3 هدایت می شود، این ایمیل تا زمانی که کاربر وارد حساب کاربری خود شود و آن را بررسی کند در ایمیل اکانت مربوطه ذخیره و نگه داری می شود.

پس از آن کلاینت ایمیل به سرور POP3 متصل شده و به سرور دستور می دهد تا اجازه دهد ایمیل دانلود شود. پس از اینکه ایمیل روی یک دستگاه محلی دانلود شد، سرور POP3 دیگر کپی این ایمیل را در میل باکس خود نگه نمی دارد ( هر چند دیگر اکثر سرویس های ایمیل چنین امکانی را فراهم کرده اند که ایمیل ها در POP3 ذخیره شوند ). بنابراین شما نمی توانید با استفاده از کامپیوتر دیگری ایمیل خود را دانلود کنید چون قبلا دانلود شده است. برای رفع این مشکل IMAP به کمک آمد. نسخه چهارم پروتوکل دسترسی به پیام اینترنتی یا IMAP 4 ( یا همان Internet Message Access Protocol Version 4 ) وظیفه ساده ای دارد و آن هم نگه داری یک کپی از ایمیل روی سرور است. این پروتوکل به شما اجازه می دهد هر زمان که خواستید و با هر کامپیوتری به ایمیل های خود دسترسی داشته باشید.

تفاوت POP3 و IMAP4:

تفاوت آشکار این دو در آن است که POP3 از لحاظ میزان حجم ایمیل ها محدود نیست چون پس از ذخیره ایمیل روی حافظه محلی، ایمیل از POP3 حذف می شود. اما در زمان انتقال ایمیل ها یا درخواست دسترسی مجدد به ایمیل ها، POP3 دیگر جوابگو نخواهد بود.

اما با IMAP شما می توانید هر زمان که خواستید ایمیل ها را مجددا دانلود کنید. حتی ایمیل های ارسال شده و Draft ها هم روی IMAP ذخیره می شوند. تنها مشکل IMAP آن است که به دلیل عملکرد مبتنی بر سرور خود، کمی کند عمل می کند. POP3 کمی قدیمی تر است ولی IMAP جدیدتر می باشد و به دلایلی که ذکر شد، کارآمد تر هم هست.

نتیجه:

از این پس هر زمان که پشت کامپیوتر خود می نشینید تا یک ایمیل ارسال کنید یا ایمیل های دریافتی خود را بررسی کنید، دیگر می دانید که چه چرخه ای طی شده تا شما به هدف خود برسید.

موتور جست وجوگر

موتور جستجو چگونه کار می­کند؟

وقتی جستجویی در یک موتور جستجو انجام و نتایج جستجو ارائه می­شود، کاربران در ­واقع نتیجه همکاری بخش­های متفاوتی از آن را می­بینند. موتور جستجو قبلاً پایگاه داده خود را آماده کرده است و این­گونه نیست که درست در همان لحظه جستجو، تمام وب را بگردد تا پاسخی برای پرسش کاربر بیابد. بسیاری از خود می­پرسند که چگونه امکان دارد گوگل در کم‏تر از یک ثانیه تمام سایت­های وب را بگردد و میلیون­ها صفحه در خروجی خود لیست کند؟

در­حقیقت گوگل و هر موتور جستجوی دیگری توانایی انجام چنین کاری را ندارد. همه آن‏ها در زمان پاسخ­گویی به کاربران، تنها در پایگاه داده­ای که در اختیار دارند به جستجو می­پردازند و نه در همه وب!

موتور جستجو به کمک بخش­های متفاوت خود، اطلاعات مورد نیاز را قبلاً جمع­آوری، تجزیه و تحلیل می­کند، آن‏ها را در پایگاه داده­اش ذخیره می­نماید و به هنگام جستجوی کاربر، تنها در همین پایگاه داده می­گردد. موتور جستجو را می­توان شامل سه بخش اصلی دانست که عبارت­اند از:

• جمع‏آوری کننده  اطلاعات، اسپایدر
• بایگانی­کننده داده­ها، ایندکسر
• تحلیل­گر درخواست کاربر

الف ) جمع‏آوری کننده  اطلاعات

جمع‏آوری کننده اطلاعات (اسپایدر، روبوت یا کراولر)، آن بخش از موتور جستجو است که کار جمع‌آوری اطلاعات مورد نیاز آن را به عهده دارد. اسپایدر به صفحات مختلف سر­می­زند (فضولی کردن در وب)، محتوای آن‏ها را می­خواند، اطلاعات مورد نیاز را جمع­آوری می­کند و در اختیار سایر بخش­های موتور جستجو قرار می­دهد.

اسپایدر مشخص می­کند که کدام صفحات را مورد بازدید قرار دهد. در واقع تصمیم می­گیرد که کدام یک از لینک­های موجود در هر صفحه را دنبال کند. ممکن است همه لینک­ها را دنبال کند، برخی از آن‏ها را و یا هیچ کدام را دنبال نکند. اسپایدر، ممکن است قبلاً به گونه­ای برنامه­ریزی شده باشد که تنها صفحات خاصی از هر سایت را ببیند.

دنبال کردن لینک­های یک صفحه بستگی به میزان تمایل و توانایی موتور جستجو در ذخیره اطلاعات یک سایت در پایگاه داده خود دارد. معمولاً موتورهای جستجو دوست دارند صفحات مهم و مورد نیاز کاربران را بایگانی کنند. این­گونه صفحات نیز در سایت­های مهم و محبوب بیش‏تر دیده می‏شود تا سایت­های کم­ارزش. دقت کنید که گفتم سایت­های کم­ارزش و نه سایت­های کوچک! سایت کوچک لزوماً کم­ارزش یا بی­ارزش نیست. بعداً خواهید آموخت که چگونه سایت خود را مهم جلوه دهید حتی اگر تنها یک صفحه داشته باشد! در واقع بسیاری از سایت­ها نادانسته خود را بسیار کم‏تر از آن چه که واقعاً هستند، نشان می­دهند!

همچنین ممکن است اجازه مرور و خواندن محتوای بعضی از صفحات به موتورهای جستجو داده نشده باشد. شما به عنوان دارنده سایت، همان­طور که دوست دارید موتورهای جستجو اطلاعات سایت شما را با خود ببرند، می­توانید آن‏ها را از بعضی صفحات سایت­تان دور کنید و اجازه خواندن و بایگانی کردن محتوای آن صفحات را ندهید. موتور جستجو اگر مؤدب باشد؛ قبل از ورود به هر سایتی ابتدا قوانین دسترسی به محتوای آن را بررسی می­کند و از حقوق دسترسی خود اطلاع می­یابد.

تنظیم میزان دسترسی موتورهای جستجو به محتوای یک سایت توسط پروتکل و دستوراتی خاص انجام می­شود که در بخش‌های بعد بررسی شده است.

کار اسپایدر، بسیار شبیه کار کاربران وب است. همان­گونه که کاربران، صفحات مختلف را بازدید می­کنند، اسپایدر هم درست همین کار را انجام می­دهد، با این تفاوت که اسپایدر کدهای سازنده صفحات و کاربران نتیجه حاصل از کنار هم قرار گرفتن این کدها را می­بینند.

page1.html، صفحه­ای است که کاربران آن را به شکل زیر می­بینند:

نمونه­ای از صفحات وب که توسط مرورگرها نشان داده می شود.

اما اسپایدر آن را چگونه می­بیند؟

برای این که شما هم بتوانید دنیای وب را از دیدگاه یک اسپایدر ببینید، کافی است که کدهای سازنده صفحات را مشاهده کنید. برای این کار در مرورگر خود، مسیر نشان داده شده زیر را دنبال کنید:

Firefox: View > Page Source (Ctrl+U)

IE: Page > View Source (Ctrl+S)

فراموش نکنید شما باید توانایی کار با هر دو مرورگر فایرفاکس و اینترنت اکسپلورر را به خوبی بدانید و سایت خود را در هر دو مرورگر اشاره شده بازدید و بررسی کنید تا سایت برای اغلب کاربران وب ظاهر مناسبی داشته باشد.

کدهای اچ­تی­ام­ال صفحه page1.html به صورت زیر است:

کدهای اچ­تی­ام­ال یک صفحه وب

آیا این دنیای متنی برای شما جذاب است؟

رد پای اسپایدر به هنگام مشاهده صفحات یک سایت روی سرور آن می­ماند. شما اگر اجازه دسترسی به آمار دید و بازدیدهای صورت گرفته از یک سایت و اتفاقات انجام­شده در آن را داشته باشید، می‌توانید مشخص کنید که اسپایدر کدام یک از موتورهای جستجو صفحات سایت را مورد بازدید قرار داده ­­است.

یکی از فعالیت­های مهمی که در بازاریابی با موتورهای جستجو انجام می­شود، تحلیل همین دید و بازدیدهاست. در بخش­های آتی کتاب به موضوع تحلیل آمار سایت پرداخته شده است.

ب) بایگانی کننده داده­ها

تمام اطلاعات جمع­آوری شده توسط اسپایدر در اختیار ایندکسر قرار می­گیرد. در این بخش اطلاعات ارسالی مورد تجزیه و تحلیل قرار می­گیرند و به تکه­های متفاوتی تقسیم می­شوند. تجزیه و تحلیل به این معناست که مشخص می­شود اطلاعات از کدام صفحه ارسال شده است، چه حجمی دارد، کلمات موجود در آن کدام­اند، کلمات چندبار تکرار شده­اند و در کجای صفحه قرار دارند، صفحه چه زمانی بروز رسانی شده است و…

در حقیقت ایندکسر، صفحه را به پارامترهای آن خرد می­کند و تمام این پارامترها را به یک مقیاس عددی تبدیل می­کند تا سیستم رتبه­بندی بتواند پارامترهای صفحات مختلف را با هم مقایسه کند. تمام داده­ها تجزیه و تحلیل شده، گروه­بندی، کدگذاری و ذخیره می­شوند. همچنین داده­ها قبل از آن که ذخیره شوند، طبق تکنیک­های خاصی فشرده می­شوند تا حجم کمی را اشغال کند.

یک موتور جستجو باید پایگاه داده عظیمی داشته باشد و به طور مداوم حجم محتوای آن را گسترش دهد. بزرگی و بروز بودن پایگاه داده یک موتور جستجو برای آن امتیاز محسوب می­گردد.

حجم پایگاه داده موتورهای جستجو و روش ذخیره­سازی داده­ها در آن، متفاوت است. زمانی رقابت شدیدی در اعلام بزرگی پایگاه داده میان موتورهای جستجو وجود داشت. بعد از آن که گوگل دیگر به ارائه آمار پایگاه داده­اش ادامه نداد، عملاً رقابت به جبهه­های دیگری منتقل شد. هر چند بزرگی پایگاه داده امتیاز محسوب می­شود اما به نظر می­رسد کیفیت در ارائه نتایج جستجو همچنان مورد‏توجه­ترین فاکتور برای رقابت است.

ج) تحلیل­گر درخواست کاربر

پس از انجام تمامی مراحل گفته شده، موتور جستجو آماده پاسخ­گویی به کاربران است. آن‏ها چند کلمه را در فیلد جستجو وارد می­کنند و سپس با فشردن دکمه جستجو، منتظر پــاسخ موتور جستجو می‌مانند. برای پاسخ­گویی به درخواست کاربر، ابتدا تمامی صفحات مرتبط موجود در پایگاه داده، مشخص می‌شوند. پس از آن عمل رتبه­بندی صورت می­گیرد. به عبارت دیگر صفحات جمع‏آوری شده، از بیش‏ترین ارتباط تا کم‏ترین ارتباط با موضوع مطرح شده، به عنوان نتایج جستجو به کاربر نشان داده می­شوند.

حتی اگر موتور جستجو بهترین و کامل­ترین پایگاه داده را داشته باشد اما نتواند پاسخ­های مرتبطی ارائه کند، یک موتور جستجوی ضعیف به‌شمار می­آید. آلتاویستا[۱۰] زمانی مهم‏ترین موتور جستجو در وب بود اما تنها به همین دلیل بازی را به گوگلِ تازه­وارد باخت. در حقیقت سیستم رتبه­بندی قلب تپنده یک موتور جستجو است. تفاوت اصلی موتورهای جستجو نیز در سیستم رتبه­بندی می­باشد.

سیستم رتبه­بندی برای پاسخ­گویی به سؤالات کاربران، پارامترهای بسیاری را در نظر می­گیرد تا بتواند بهترین پاسخ­ها را در اختیار آن‏ها قرار دهد. به این سیستم رتبه­بندی، الگوریتم گفته می­شود. الگوریتم، مجموعه­ای از دستورالعمل­هاست که موتور جستجو با اعمال آن‏ها بر پارامترهای صفحات موجود در پایگاه داده­اش، تصمیم می­گیرد که صفحات مرتبط را چگونه در نتایج جستجو مرتب کند.

در حال حاضر قدرتمندترین سیستم رتبه­بندی را گوگل در اختیار دارد. سیستم رتبه­بندی گوگل پیج­رنک[۱۱] نام دارد 

به طور خلاصه می­توانیم فعالیت موتور جستجو را در سه مورد زیر بگنجانیم:

• مراجعه به صفحات و خواندن محتوای آن‏ها
• بایگانی اطلاعات خوانده شده
• رتبه­بندی صفحات متناسب با کلمات جستجو شده

آموزش ساخت موشک آبی

موشك هاي آبي كه با نام موشك هاي بطري اي (Bottle rocket) شناخته ميشوند  و دراين نوع موشك ها خلاف موشك هاي ديگر كه  از سوخت (پيشران) ها ي گران قيمت  و خطرناك استفاده مي كنند از سوختي بسيار بي خطر و فراوان كمك مي گيرند . همانطور كه از نام اين موشك ها پيداست از آب براي حركت موشك استفاده مي شود. ما براي ايجاد نيروي پيشران در موشك هاي آبي با استفاده از يك تلمبه ، علاوه بر آب موجود در بطري ، هوا را در بطري فشرده و جمع مي كنيم و با آزاد كردن دهانه خروج آب (گلوگاه بطري) ،انرژي زيادي كه در بطري ذخيره شده آزاد مي شود وآب را با فشار زيادي از دهانه خارج مي كند و اين عمل باعث حركت موشك به سمت مخالف خروج آب مي شود.

چگونه موشك آبي بسازيم ؟

در ساختن موشك آبي هيچ عجله اي به خرج نديد موشك شما در اندازه ها و رنگ هاي مختلف در اطرافتان هستند . مطمئنا شما نوشابه آن هم از نوع بزرگش را مصرف كرده وبطري آن را دور انداخته ايد. اما از اين پس اين بطري هاي بي مصرف مي توانند بسيار مفيد و سرگرم كننده باشند چرا كه آنها به عنوان موشك شما استفاده خواهند شد. كافي است كه شما يكي از آنها را انتخاب كنيد.

هر بطري نوشابه اي كه در دسترس شماست كار يك موشك را انجام مي دهد شما مي توانيد با چسبندن بطري ها به هم البته طوري كه راهي براي خروج هوا وجود نداشته باشد موشكي قوي تر با برد بيشتر خواهيد داشت .

و يا باساخت باله هايي از جنس كاغذ بطري خود را بيشتر شبيه به موشك كنيد و يا با كمي حوصله و دقت و با استفاده از آكاسيو باله هايي با آيرو ديناميك بهتر براي موشك خود بسازيد و از پرواز موشك لذت ببريد.

   

همچنين مي توانيد با ساخت شيپوري براي موشك خود مقاومت هوا را در زمان پرتاب موشكتان به حداقل برسانيد و پرتابي زيبا تر را تجربه كنيد .

    

و با كمي ابتكار مي توانيد موشك هايي 1 تا 2متر و يا بيشتر را بسازيد .

اما در موشك آبي مهمترين قسمت سكوي پرتاب آن است كه موشك بر روي آن مستقر مي شود و تمام فشار هوا قبل از پرتاب موشك به سكو وارد مي شود .

زبان برنامه نویسی

زبان‌های برنامه‌نویسی ساختارهای زبانی دستورمداری در رایانه‌ها هستند که به‌وسیلهٔ آنها می‌توان یک الگوریتم را به‌وسیلهٔ ساختارهای دستوری متفاوت برای اجرای رایانه توصیف کرد و با این روش امکان نوشتن برنامه جهت تولید نرم‌افزارهای جدید بوجود می‌آید. معمولاً هر زبان برنامه‌نویسی دارای یک محیط نرم‌افزاری برای وارد کردن متن برنامه، اجرا، همگردانی و رفع اشکال آن هستند. عموماً زبانهای برنامه نویسی را به پنج نسل تقسیم می‌کنند:

• نسل اول زبان ماشین - زبان صفرو یک
• نسل دوم زبانهایی مانند اسمبلی -قابل فهم تر برای انسان
• نسل سوم زبانهایی مانند کوبول و پی ال وان و... -دستورات قابل فهم تر برای انسان و نیاز به کمپایلرها
• نسل چهارم مثل زبانهای اوراکل و فاکس پرو و اس کیو الها - نزدیک به محاوره‌های انسانی
• نسل پنج زبانهایی مانند prolog , ops5 - تمرکز بر حل مسئله و استفاده از الگوریتمهای نوشته شده توسط برنامه نویس

یک زبان برنامه نویسی یک زبان مصنوعی است که برای بیان محاسباتی که توسط یک ماشین (مخصوصا رایانه) قابل انجام است، طراحی شده‌است.زبان‌های برنامه نویسی برای ایجاد برنامه‌هایی به کار می‌روند که رفتار یک ماشین را مشخص می‌کنند، الگوریتم دقیق را بیان می‌کنند، و یا روشی برای ارتباط انسانند. بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی تعدادی قالب از ویژگی‌های نوشته شده دستوری(syntax) و معناشناسی (semantics) دارند، چرا که رایانه‌ها دستورات دقیقا مشخص نیاز دارند. برخی توسط سند خصوصیات (specification document) تعیین شده‌اند. (برای مثال یک استاندارد ISO)، در حالی که برخی دیگر دارای پیاده سازی غالبی می‌باشند.(مانند Perl) اولین زبان برنامه نویسی به قبل از اختراع رایانه باز می‌گردد، و برای هدایت رفتار ماشین‌هایی مانند دستگاه‌های نساجی اتوماتیک و نوازنده‌های پیانو به کار می‌رفت. هزاران زبان برنامه نویسی خلق شده‌اند، بیشتر در زمینهٔ رایانه، زمینه‌ای که هر ساله بسیاری دیگر ایجاد می‌شوند.

تقسیم‌بندی[ویرایش]

زبان‌های برنامه نویسی را می‌توان از چهار دیدگاه متفاوت مورد بررسی قرار داده و تقسیم بندی کرد: الف)روش‌های برنامه نویسی ۱-زیر روالی ۲-ساخت یافته ۳-مدولار ۴-شئ گرا ب)نزدیکی به زبان ماشین ۱-سطح پایین ۲-سطح میانی ۳-سطح بالا ج)نوع ترجمه ۱-مفسری ۲-کامپایلری د)رابط برنامه نویسی ۱-مبتنی بر متن ۲-مبتنی بر گرافیک (ویژوال)

تعاریف[ویرایش]

ویژگی‌هایی که غالبا برای تشکیل یک زبان برنامه نویسی مهم شمرده می‌شوند:

• تابع :یک زبان برنامه نویسی، زبانی است که برای نوشتن برنامه‌های رایانه‌ای به کار می‌رود که رایانه‌ای را برای انجام محاسبات یا اجرای الگوریتم و یا احتمالا کنترل دستگاه‌های خارجی مثل چاپگر، ربات و... درگیر می‌کنند.
• هدف: زبان‌های برنامه نویسی با زبان‌های طبیعی تفاوت دارند و آن اینکه زبان‌های طبیعی فقط برای فعل و انفعالات بین مردم به کار می‌روند، در حالیکه زبان‌های برنامه نویسی همچنین به انسانها اجازه می‌دهد که از طریق دستورات با ماشین‌ها ارتباط برقرار کنند. برخی زبان‌های برنامه نویسی بوسیله یک دستگاه استفاده می‌شوند تا دستگاه دیگری را کنترل کند. برای مثال برنامه‌های پست اسکریپت(post script) غالبا توسط برنامه دیگری برای کنترل یک چاپگر و یا نمایشگر ایجاد می‌شوند.
• ساختارها: زبان‌های برنامه نویسی ممکن است ساختارهایی برای تعریف و تغییر داده ساختارها یا کنترل جریان اجرا داشته باشند.
• توان بیانگر: نظریه محاسبات، زبان‌ها را بوسیله محاسباتی که توان بیان آنها را دارند طبقه بندی می‌کند. تمام زبان‌های "کامل تورینگ" می‌توانند مجموعه یکسانی از الگوریتم‌ها را پیاده سازی کنند.ANSI/ISO SQL و Charity مثال‌هایی هستند از زبان‌هایی که کامل تورینگ نیستند، ولی غالبا زبان برنامه نویسی نامیده می‌شوند.

برخی مولفین اصطلاح" زبان برنامه نویسی" را محدود به آنهایی می‌کنند که می‌توانند تمام الگوریتم‌های ممکن را پیاده سازی کنند، گاهی اوقات اصطلاح" زبان رایانه" برای زبان‌های برنامه نویسی محدودتر به کار می‌رود. زبان‌های غیر محاسباتی، مانند زبان‌های مارک آپ(markup) HTML یا گرامرهای قراردادی مثل BNF، معمولاً زبان برنامه نویسی محسوب نمی‌شوند. یک زبان برنامه نویسی(که می‌تواند کامل تورینگ نباشد) ممکن است در این زبان‌های غیر محاسباتی (میزبان) تعبیه شوند.

کاربرد[ویرایش]

زبان برنامه نویسی یک مکانیزم ساخت یافته برای تعریف داده‌ها، و عملیات یا تبدیل‌هایی که ممکن است بطور اتوماتیک روی آن داده انجام شوند، فراهم می‌کند. یک برنامه نویس از انتزاعات آماده در زبان استفاده می‌کند تا مفاهیم به کار رفته در محاسبات را بیان کند. این مفاهیم به عنوان یک مجموعه از ساده‌ترین عناصر موجود بیان می‌شوند(مفاهیم ابتدایی نامیده می‌شوند). زبان‌های برنامه نویسی با غالب زبان‌های انسانی تفاوتی دارد و آن این است که نیاز به بیان دقیق تر و کامل تری دارد. هنگام استفاده از زبان‌های طبیعی برای ارتباط با دیگر انسان‌ها، نویسندگان و گویندگان می‌توانند مبهم باشند و اشتباهات کوچک داشته باشند، و همچنان انتظار داشته باشند که مخاطب آنها متوجه شده باشد. اگرچه، مجازا، رایانه‌ها "دقیقا آنچه که به آنها گفته شده را انجام می‌دهند." و نمی‌توانند "بفهمند" که نویسنده دقیقا چه کدی مد نظر نویسنده بوده‌است] البته امروزه برنامه‌هایی برای انجام این کار تولید شده‌اند و تلاش‌های بسیاری در این زمینه انجام شده ولی هنوز به نتیجهٔ رضایت بخشی نرسیده است[. ترکیب تعریف زبان، یک برنامه، و ورودی برنامه بطور کامل رفتار خروجی را به هنگام اجرای برنامه (در محدوده کنترل آن برنامه) مشخص می‌کند. برنامه‌های یک رایانه ممکن است در یک فرآیند ناپیوسته بدون دخالت انسان اجرا شوند، یا یک کاربر ممکن است دستورات را در یک مرحله فعل و انفعال مفسر تایپ کند.در این حالت "دستور"ها همان برنامه‌ها هستند، که اجرای آنها زنجیروار به هم مرتبطند.به زبانی که برای دستور دادن به برنامه‌ای استفاده می‌شود، زبان اسکریپت می‌گویند. بسیاری از زبان‌ها کنار گذاشته شده‌اند، برای رفع نیازهای جدید جایگزین شده‌اند، با برنامه‌های دیگر ترکیب شده‌اند و در نهایت استعمال آنها متوقف شده‌است. با وجود اینکه تلاش‌هایی برای طراحی یک زبان رایانه" کامل" شده‌است که تمام اهداف را تحت پوشش قرار دهد، هیچ یک نتوانستند بطور کلی این جایگاه را پر کنند. نیاز به زبان‌های رایانه‌ای گسترده از گستردگی زمینه‌هایی که زبان‌ها استفاده می‌شوند، ناشی می‌شود: • محدوده برنامه‌ها از متون بسیار کوچک نوشته شده توسط افراد عادی تا سیستم‌های بسیار بزرگ نوشته شده توسط صدها برنامه نویس است • توانایی برنامه نویس‌ها: از تازه کارهایی که بیش از هر چیز به سادگی نیاز دارند تا حرفه‌ای‌هایی که با پیچیدگی قابل توجهی کنار می‌آیند. • برنامه‌ها باید سرعت، اندازه و سادگی را بسته به سیستم‌ها از ریزپردازندها تا ابر رایانه‌ها متناسب نگه دارند. • برنامه‌ها ممکن است یک بار نوشته شوند و تا نسل‌ها تغییر نکنند، و یا ممکن است پیوسته اصلاح شوند. • در نهایت، برنامه نویس‌ها ممکن است در علایق متفاوت باشند: آنها ممکن است به بیان مسائل با زبانی خاص خو گرفته باشند.

یک سیر رایج در گسترش زبان‌های برنامه نویسی این است که قابلیت حل مسائلی با درجات انتزاعی بالاتری را اضافه کنند. زبان‌های برنامه نویسی اولیه به سخت‌افزار رایانه گره خورده بودند. همانطور که زبان‌های برنامه نویسی جدید گسترش پیدا کرده‌اند، ویژگی‌هایی به برنامه‌ها افزوده شده که به برنامه نویس اجازه دهد که ایده‌هایی که از ترجمه ساده به دستورات سخت‌افزار دورتر هستند نیز استفاده کند. چون برنامه نویس‌ها کمتر به پیچیدگی رایانه محدود شده‌اند، برنامه‌های آنها می‌تواند محاسبات بیشتری با تلاش کمتر از سوی برنامه نویس انجام دهند. این به آنها این امکان را می‌دهد که کارایی بیشتردر واحد زمان داشته باشند. "پردازنده‌های زبان طبیعی" به عنوان راهی برای ازبین بردن نیاز به زبان‌های اختصاصی برنامه نویسی پیشنهاد شده‌اند. هرچند، این هدف دور است و فواید آن قابل بحث است. "ادسگر دیجسترا" موافق بود که استفاده از یک زبان رسمی برای جلوگیری از مقدمه سازی ساختارهای بی معنی واجب است، و زبان برنامه نویسی طبیعی را با عنوان "احمقانه" رد کرد، "آلن پرلیس" نیز مشابها این ایده را رد کرد. مطابق با متدولوژی نامتجانس استفاده شده توسط langpop.com در سال ۲۰۰۸، ۱۲ زبان پرکاربرد عبارتند از: C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, Python, Ruby, Shell, SQL, and Visual Basic.

المان‌ها[ویرایش]

تمام زبان‌های بزنامه نویسی تعدادی بلوک‌های ابتدایی برای توضیح داده و پردازش یا تبدیل آنها(مانند جمع کردن دو عدد با انتخاب یک عضو از یک مجموعه)دارند. این " عناصرابتدایی" بوسیله قوانین معناشناسی و دستوری تعریف می‌شوند که ساختار و معنای مربوطه را توضیح می‌دهند.

دستور(syntax)[ویرایش]

فرم سطحی یک زبان برنامه نویسی دستور آن نامیده می‌شود. غالب زبان‌های برنامه نویسی کاملا متنی اند؛ و از دنبالهٔ متون شامل کلمات، اعداد، نشانگذاری، بسیار شبیه زبان نوشتاری طبیعی استفاده می‌کنند. از طرف دیگر، برنامه‌هایی نیز وجود دارند که بیشتر گرافیکی اند، و از روابط بصری بین سمبل‌ها برای مشخص کردن برنامه استفاده می‌کنند. دستور یک زبان ترکیبات ممکن سمبل‌ها برای ایجاد یک برنامهٔ درست را از نظر دستوری مشخص می‌کند. معنایی که به یک ترکیب سمبل‌ها داده می‌شود با معناشناسی اداره می‌شود(قراردادی یا نوشته شده در پیاده سازی منبع). از آنجا که اغلب زبان‌ها متنی هستند، این مقاله دستور متنی را مورد بحث قرار می‌دهد.

دستور زبان برنامه نویسی معمولاً بوسیله ترکیب عبارات معین(برای ساختار لغوی) و فرم توضیح اعمال(برای ساختار گرامری) تعریف می‌شوند. متن زیر یک گرامر ساده، به زبان lisp است: expression ::= atom | list atom  ::= number | symbol number  ::= [+-]?['۰'-'۹']+ symbol  ::= ['A'-'Za'-'z'].* list  ::= '(' expression* ')' این گرامر موارد ذیل را مشخص می‌کند:

• یک عبارت یا atom است و یا یک لیست
• یک atom یا یک عدد است و یا یک سمبل
• یک عدد دنباله ناشکسته‌ای از یک یا تعداد بیشتری اعداد دهدهی است، که یک علامت مثبت و یا منفی می‌تواند پیش از آن بیاید.
• یک سمبل حرفی است که بعد از هیچ یا تعدادی کاراکتر (جز فاصله) می‌آید.
• یک لیست تعدادی پرانتز است که می‌تواند صفر یا چند عبارت در خود داشته باشد.

"۱۲۳۴۵"، "()"، "(a b c۲۳۲ (۱))" مثال‌هایی هستند از دنباله‌های خوش فرم در این گرامر.

همه برنامه‌هایی که از لحاظ دستوری درست هستند، از نظر معنا درست نیستند. بسیاری از برنامه‌های درست دستوری، بد فرم اند، با توجه به قوانین زبان؛ و ممکن است (بسته به خصوصیات زبان و درست بودن پیاده سازی) به خطای ترجمه و یا استثنا(exception) منتج شود. در برخی موارد، چنین برنامه‌هایی ممکن است رفتار نامشخصی از خود نشان دهند. حتی اگر یک برنامه در یک زبان به خوبی بیان شده باشد، ممکن است دقیقا مطلوب نویسنده آن نبوده باشد.

به عنوان مثال در زبان طبیعی، ممکن نیست به برخی از جملات درست از لحاظ گرامری، معنای خاصی اطلاق کرد و یا ممکن است جمله نادرست باشد:

• "ایده‌های بی رنگ سبز با خشم می‌خوابند."از نظر دستوری خوش فرم است ولی معنای مورد قبولی ندارد.
• "جان یک مجرد متاهل است." از نظر دستوری درست است، ولی معنایی را بیان می‌کند که نمی‌تواند درست باشد.

این قسمت از زبان C از نظر دستوری درست است، اما دستوری را انجام می‌دهد که از نظرمعنایی تعریف نشده است(چون p یک اشاره گر خالی است، عمل p->real,p->im معنای خاصی ندارد.) complex *p = NULL; complex abs_p = sqrt (p->real * p->real + p->im * p->im);

گرامر مورد نیاز برای مشخص کردن یک زبان برنامه نویسی می‌تواند با جایگاهش در "سلسله مراتب چامسکی" طبقه بندی شود. دستور اغلب زبان‌های برنامه نویسی می‌تواند بوسیله یک گرامر نوع ۲ مشخص گردد، برای مثال، گرامرهای مستقل از متن.

معناشناسی ایستا[ویرایش]

معناشناسی ایستا محدودیت‌هایی بر روی ساختار مجاز متن‌ها تعیین می‌کند که بیان آنها در فرمول دستوری استاندارد مشکل و یا غیر ممکن است. مهمترین این محدودیت‌ها به وسیله سیستم نوع گذاری انجام می‌شود.

سیستم نوع گذاری[ویرایش]

یک سیستم نوع گذاری مشخص می‌کند که یک زبان برنامه نویسی چگونه مقادیر و عبارات را در نوع(type) دسته بندی می‌کند، چگونه می‌تواند آن نوع‌ها را تغییر دهد و رفتار متقابل آن‌ها چگونه‌است. این کارعموما توضیح داده ساختارهایی که می‌توانند در آن زبان ایجاد شوند را شامل می‌شود. طراحی و مطالعه سیستم‌های نوع گذاری بوسیله ریاضیات قراردادی را تئوری نوع گذاری گویند.

زبان‌های نوع گذاری شده و بدون نوع گذاری[ویرایش]

یک زبان نوع گذاری شده‌است اگر مشخصات هر عملیات، نوع داده‌های قابل اجرا توسط آن را با نشان دادن نوع‌هایی که برای آنها قابل اجرا نیست، تعیین کند. برای مثال، "این متن درون گیومه قرار دارد" یک رشته‌است. در غالب زبان‌های برنامه نویسی، تقسیم یک رشته با یک عدد معنایی ندارد. در نتیجه غالب زبان‌های برنامه نویسی مدرن ممکن است اجرای این عملیات را توسط برنامه‌ها رد کنند. در برخی زبان‌ها، عبارات بی معنی ممکن است هنگام ترجمه(compile) پیدا شود(چک کننده نوع ایستا)، و توسط کامپایلر رد شود، در حالی که در سایر برنامه‌ها، هنگام اجرا پیدا شود.(چک کننده نوع دینامیک) که به استثنای در حال اجرا منتج شود(runtime exception). حالت خاص زبان‌های نوع دار زبان‌های تک نوعند. این زبان‌ها غالبا اسکریپتی و یا مارک آپ هستند، مانند rexx وSGML و فقط یک داده گونه دارند—غالبا رشته‌های کاراکتری که هم برای داده‌های عددی و هم برای داده‌های سمبلی کاربرد دارند. در مقابل، یک زبان بدون نوع گذاری، مثل اکثر زبان‌های اسمبلی، این امکان را می‌دهد که هر عملیاتی روی هر داده‌ای انجام شود، که معمولاً دنباله‌ای از بیت‌ها با طول‌های متفاوت در نظر گرفته می‌شوند. زبان‌های سطح بالا که بی نوع هستند شامل زبان‌های ساده رایانه‌ای و برخی از انواع زبان‌های نسل چهارم.

در عمل، در حالیکه تعداد بسیار کمی از دیدگاه نظریه نوع، نوع گذاری شده تلقی می‌شوند(چک کردن یا رد کردن تمام عملیات‌ها)، غالب زبان‌های امروزی درجه‌ای از نوع گذاری را فراهم می‌کنند. بسیاری از زبان‌های تولیدکننده راهی را برای گذشتن یا موقوف کردن سیستم نوع فراهم می‌کنند.

نوع گذاری ایستا و متحرک[ویرایش]

در نوع گذاری ایستا تمام عبارات نوع‌های خود را قبل از اجرای برنامه تعیین می‌کنند(معمولا در زمان کامپایل). برای مثال، ۱ و (۲+۲) عبارات عددی هستند؛ آنها نمی‌توانند به تابعی که نیاز به یک رشته دارد داده شوند، یا در متغیری که تعریف شده تا تاریخ را نگه دارد، ذخیره شوند.

زبان‌های نوع گذاری شده ایستا می‌توانند با مانیفست نوع گذاری شوند یا با استفاده از نوع استنباط شوند. در حالت اول، برنامه نویس بیشتر صریحا نوع‌ها را در جایگاه‌های منتنی مشخص می‌نویسد(برای مثال، در تعریف متغیرها). در حالت دوم، کامپایلر نوع عبارات و تعریف‌ها را بر اساس متن استنباط می‌کند. غالب زبان‌های مسیر اصلی(mainstream) ایستا نوع گذاری شده، مانند C#,C++ و Java، با مانیفست نوع گذاری می‌شوند

نوع گذاری قوی و ضعیف[ویرایش]

نوع گذاری ضعیف این امکان را ایجاد می‌کند که با متغیری به جای متغیری دیگر برخورد شود، برای مثال رفتار با یک رشته به عنوان یک عدد. این ویژگی بعضی اوقات ممکن است مفید باشد، اما ممکن است باعث ایجاد برخی مشکلات برنامه شود که موقع کامپایل و حتی اجرا پنهان بمانند.

نوع گذاری قوی مانع رخ دادن مشکل فوق می‌شود. تلاش برای انجام عملیات روی نوع نادرست متغیر منجر به رخ دادن خطا می‌شود. زبان‌هایی که نوع گذاری قوی دارند غالبا با نام "نوع-امن" و یا امن شناخته می‌شوند. تمام تعاریف جایگزین برای "ضعیف نوع گذاری شده" به زبان‌ها اشاره می‌کند، مثل perl, JavaScript, C++، که اجازه تعداد زیادی تبدیل نوع داخلی را می‌دهند. در جاوااسکریپت، برای مثال، عبارت ۲*x به صورت ضمنی x را به عدد تبدیل می‌کند، و این تبدیل موفقیت آمیز خواهد بود حتی اگر x خالی، تعریف نشده، یک آرایه، و یا رشته‌ای از حروف باشد. چنین تبدیلات ضمنی غالبا مفیدند، اما خطاهای برنامه نویسی را پنهان می‌کنند.

قوی و ایستا در حال حاضر عموما دو مفهوم متعامد فرض می‌شوند، اما استفاده در ادبیات تفاوت دارد، برخی عبارت "قوی نوع گذاری شده" را به کار می‌برند و منظورشان قوی، ایستایی نوع گذاری شده‌است، و یا، حتی گیچ کننده تر، منظورشان همان ایستایی نوع گذاری شده‌است. بنابراین C هم قوی نوع گذاری شده و هم ضعیف و ایستایی نوع گذاری شده نامیده می‌شود.

معناشناسی اجرا[ویرایش]

وقتی که داده مشخص شد، ماشین باید هدایت شود تا عملیات‌ها را روی داده انجام دهد. معناشناسی اجرا ی یک زبان تعیین می‌کند که چگونه و چه زمانی ساختارهای گوناگون یک زبان باید رفتار برنامه را ایجاد کنند.

برای مثال، معناشناسی ممکن است استراتژی را که بویسله آن عبارات ارزیابی می‌شوند را تعریف کند و یا حالتی را که ساختارهای کنترلی تحت شرایطی دستورها را اجرا می‌کنند.

کتابخانه هسته[ویرایش]

اغلب زبان‌های برنامه نویسی یک کتابخانه هسته مرتبط دارند(گاهی اوقات "کتابخانه استاندارد" نامیده می‌شوند، مخصوصا وقتی که به عنوان قسمتی از یک زبان استاندارد ارائه شده باشد)، که به طور قراردادی توسط تمام پیاده سازی‌های زبان در دسترس قرار گرفته باشند. کتابخانه هسته معمولاً تعریف الگوریتم‌ها، داده ساختارها و مکانیزم‌های ورودی و خروجی پرکاربرد را در خود دارد. کاربران یک زبان، غالبا با کتابخانه هسته به عنوان قسمتی از آن رفتار می‌کنند، اگرچه طراحان ممکن است با آن به صورت یک مفهوم مجزا رفتار کرده باشند. بسیاری از خصوصیات زبان هسته‌ای را مشخص می‌کنند که باید در تمام پیاده سازی‌ها موجود باشند، و در زبان‌های استاندارد شده این کتابخانه هسته ممکن است نیاز باشد. بنابراین خط بین زبان و کتابخانه هسته آن از زبانی به زبان دیگر متفاوت است. درواقع، برخی زبان‌ها به گونه‌ای تعریف شده‌اند که برخی از ساختارهای دستوری بدون اشاره به کتابخانه هسته قابل استفاده نیستند. برای مثالف در جاوا، یک رشته به عنوان نمونه‌ای از کلاس “java.lang.String” تعریف شده است؛ مشابها، در سمال تاک(smalltalk) یک تابع بی نام(یک "بلاک") نمونه‌ای از کلاس BlockContext کتابخانه می‌سازد. بطور معکوس، Scheme دارای چندین زیرمجموعه مرتبط برای ایجاد سایر ماکروهای زبان می‌باشد، و در نتیجه طراحان زبان حتی این زحمت را نیز تحمل نمی‌کنند که بگویند کدام قسمت زبان به عنوان ساختارهای زبان باید پیاده سازی شوند، و کدام یک به عنوان بخشی ازکتابخانه.

عمل[ویرایش]

طراحان زبان و کاربران باید مصنوعاتی ایجاد کنند تا برنامه نویسی را در عمل ممکن سازند و کنترل کنند. مهمترین این مصنوعات خصوصیات و پیاده سازی‌های زبان هستند.

خصوصیات[ویرایش]

خصوصیات یک زبان برنامه نویسی باید تعریفی فراهم کند که کاربران و پیاده کننده‌های زبان می‌توانند از آن استفاده کنند تا مشخص کنند که رفتار یک برنامه درست است. با داشتن کد منبع: خصوصیات یک زبان برنامه نویسی چندین قالب می‌تواند بگیرد، مانند مثال‌های زیر:

• تعریف صریح دستور، معناشناسی ایستا، ومعناشناسی اجرای زبان. درحالیکه دستور معمولاً با یک معناشناسی قراردادی مشخص می‌شود، تعاریف معناشناسی ممکن است در زبان طبیعی نوشته شده باشند (مثل زبان C)، یا معناشناسی قراردادی(مثل StandardML ,Scheme)
• توضیح رفتار یک مترجم برای زبان(مثل C,fortran). دستور و معناشناسی یک زبان باید از این توضیح استنتاج شوند، که ممکن است به زبان طبیعی یا قراردادی نوشته شود.
• پیاده سازی منبع یا مدل. گاهی اوقات در زبان‌های مشخص شده(مثل: prolog,ANSI REXX).دستور و معناشناسی صریحا در رفتار پیاده سازی مدل موجودند.

پیاده سازی[ویرایش]

پیاده سازی یک زبان برنامه نویسی امکان اجرای آن برنامه را روی پیکربندی مشخصی از سخت‌افزار و نرم‌افزار را فراهم می‌کند. بطور وسیع، دو راه رسیدن به پیاده سازی زبان برنامه نویسی وجود دارد. کامپایل کردن و تفسیر کردن. بطور کلی با هر بک از ابن دو روش می‌توان یک زبان را پیاده سازی کرد.

خروجی یک کامپایلر ممکن است با سخت‌افزار و یا برنامه‌ای به نام مفسر اجرا شود. در برخی پیاده سازی‌ها که از مفسر استفاده می‌شود، مرز مشخصی بین کامپایل و تفسیر وجود ندارد. برای مثال، برخی پیاده سازی‌های زبان برنامه نویسی بیسیک کامپایل می‌کنند و سپس کد را خط به خط اجرا می‌کنند.

برنامه‌هایی که مستقیما روی سخت‌افزار اجرا می‌شوند چندین برابر سریعتر از برنامه‌هایی که با کمک نرم‌افزار اجرا می‌شوند، انجام می‌شوند.

یک تکنیک برای بهبود عملکرد برنامه‌های تفسیر شده کامپایل در لحظه آن است. در این روش ماشین مجازی، دقیقا قبل از اجرا، بلوک‌های کدهای بایتی که قرار است استفاده شوند را برای اجرای مستقیم روی سخت‌افزار ترجمه می‌کند.

تاریخچه[ویرایش]

پیشرفت‌های اولیه[ویرایش]

اولین زبان برنامه نویسی به قبل از رایانه‌های مدرن باز می‌گردد. قرن ۱۹ دستگاه‌های نساجی و متون نوازنده پیانو قابل برنامه نویسی داشت که امروزه به عنوان مثال‌هایی از زبان‌های برنامه نویسی با حوزه مشخص شناخته می‌شوند. با شروع قرن بیستم، پانچ کارت‌ها داده را کد گذاری کردند و پردازش مکانیکی را هدایت کردند. در دهه ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰، صورت گرایی حساب لاندای آلونزو چرچ و ماشین تورینگ آلن تورینگ مفاهیم ریاضی بیان الگوریتم‌ها را فراهم کردند؛ حساب لاندا همچنان در طراحی زبان موثر است.

در دهه ۴۰، اولین رایانه‌های دیجیتال که توسط برق تغذیه می‌شدند ایجاد شدند. اولین زبان برنامه نویسی سطح بالا طراحی شده برای کامپیوتر پلانکالکول بود، که بین سال‌های ۱۹۴۵ و ۱۹۴۳ توسط کنراد زوس برای ز۳ آلمان طراحی شد.

کامپیوترهای اوایل ۱۹۵۰، بطور خاص ÜNIVAC ۱ و IBM ۷۰۱ از برنامه‌های زبان ماشین استفاده می‌کردند. برنامه نویسی زبان ماشین نسل اول توسط نسل دومی که زبان اسمبلی نامیده می‌شوند جایگزین شد. در سال‌های بعد دهه ۵۰، زبان برنامه نویسی اسمبلی، که برای استفاده از دستورات ماکرو تکامل یافته بود، توسط سه زبان برنامه نویسی سطح بالا دیگر: FORTRAN,LISP , COBOL مورد استفاده قرار گرفت. نسخه‌های به روز شده این برنامه‌ها همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند، و هر کدام قویا توسعه زبان‌های بعد را تحت تاثیر قرار دادند. در پایان دهه ۵۰ زبان algol ۶۰ معرفی شد، و بسیاری از زبان‌های برنامه نویسی بعد، با ملاحظه بسیار، از نسل algol هستند. قالب و استفاده از زبان‌های برنامه نویسی به شدت متاثر از محدودیت‌های رابط بودند.

پالایش[ویرایش]

دوره دهه ۶۰ تا اواخر دهه ۷۰ گسترش مثال‌های عمده زبان پرکاربرد امروز را به همراه داشت. با این حال بسیاری از جنبه‌های آن بهینه سازی ایده‌های اولیه نسل سوم زبان برنامه نویسی بود:

• APL برنامه نویسی آرایه‌ای را معرفی کرد و برنامه نویسی کاربردی را تحت تاثیر قرار داد.
• PL/i(NPL) دراوایل دهه ۶۰ طراحی شده بود تا ایده‌های خوب فورترن و کوبول را بهم پیوند دهد.
• در دهه ۶۰، Simula اولین زبانی بود که برنامه نویسی شئ گرا را پشتیبانی می‌کرد، در اواسط دهه۷۰. Smalltalk به دنبال آن به

عنوان اولین زبان کاملا شئ گرا معرفی شد.

• C بین سال‌های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۳ به عنوان زبان برنامه نویسی سیستمی طراحی شد و همچنان محبوب است.
• Prolog، طراحی شده در ۱۹۷۲، اولین زبان برنامه نویسی منطقی بود.
• در ۱۹۷۸ ML سیستم نوع چند ریخت روی لیسپ ایجاد کرد، و در زبان‌های برنامه نویسی کاربردی ایستا نوع گذاری شده پیشگام شد.

هر یک از این زبان‌ها یک خانواده بزرگ از وارثین از خود به جای گذاشت، و مدرنترین زبان‌ها از تبار حداقل یکی از زبان‌های فوق به شمار می‌آیند.

دهه‌های ۶۰ و ۷۰ مناقشات بسیاری روی برنامه نویسی ساخت یافته به خود دیدند، و اینکه آیا زبان‌های برنامه نویسی باید طوری طراحی شوند که آنها را پشتیبانی کنند.

"ادسگر دیکسترا" در نامه‌ای معروف در ۱۹۶۸ که در ارتباطات ACM منتشر شد، استدلال کرد که دستورgoto باید از تمام زبان‌های سطح بالا حذف شود.

در دهه‌های ۶۰ و ۷۰ توسعهٔ تکنیک‌هایی صورت گرفت که اثر یک برنامه را کاهش می‌داد و در عین حال بهره وری برنامه نویس و کاربر را بهبود بخشید. دسته کارت برای ۴GL اولیه بسیار کوچکتر از برنامهٔ هم سطح بود که با ۳GL deck نوشته شده بود.

یکپارچگی و رشد[ویرایش]

دهه ۸۰ سال‌های یکپارچگی نسبی بود. C++ برنامه نویسی شئ گرا و برنامه نویسی سیستمی را ترکیب کرده بود. ایالات متحده ایدا(زبان برنامه نویسی سیستمی که بیشتر برای استفاده توسط پیمان کاران دفاعی بود) را استاندارد سازی کرد. در ژاپن و جاهای دیگر، هزینه‌های گزافی صرف تحقیق در مورد زبان نسل پنجم می‌شد که دارای ساختارهای برنامه نویسی منطقی بود. انجمن زبان کاربردی به سمت استانداردسازی ML و Lisp حرکت کرد. به جای ایجاد مثال‌های جدید، تمام این تلاش‌ها ایده‌هایی که در دهه‌های قبل حلق شده بودند را بهتر کرد.

یک گرایش مهم در طراحی زبان در دهه ۸۰ تمرکز بیشتر روی برنامه نویسی برای سیستم‌های بزرگ از طریق مدول‌ها، و یا واحدهای کدهای سازمانی بزرگ مقیاس بود. مدول-۲، ایدا. و ML همگی سیستم‌های مدولی برجسته‌ای را در دهه ۸۰ توسعه دادند. با وجود اینکه زبان‌های دیگر، مثل PL/i، پشتیبانی بسیار خوبی برای برنامه نویسی مدولی داشتند. سیستم‌های مدولی غالبا با ساختارهای برنامه نویسی عام همراه شده‌اند.

رشد سریع اینترنت در میانه دهه ۹۰ فرصت‌های ایجاد زبان‌های جدید را فراهم کرد. Perl، در اصل یک ابزار نوشتن یونیکس بود که اولین بار در سال ۱۹۸۷ منتشر شد، در وب‌گاه‌های دینامیک متداول شد. جاوا برای برنامه نویسی جنب سروری مورد استفاده قرار گرفت. این توسعه‌ها اساسا نو نبودند، بلکه بیشتر بهینه سازی شده زبان و مثال‌های موجود بودند، و بیشتر بر اساس خانواده زبان برنامه نویسی C بودند. پیشرفت زبان برنامه نویسی همچنان ادامه پیدا می‌کند، هم در تحقیقات و هم در صنعت. جهت‌های فعلی شامل امنیت و وارسی قابلیت اعتماد است، گونه‌های جدید مدولی(mixin، نماینده‌ها، جنبه‌ها) و تجمع پایگاه داده.

۴GLها نمونه‌ای از زبان‌هایی هستند که محدوده استفاده آنها مشخص است، مثل SQL. که به جای اینکه داده‌های اسکالر را برگردانند، مجموعه‌هایی را تغییر داده و بر می‌گردانند که برای اکثر زبان‌ها متعارفند. Perl برای مثال، با "مدرک اینجا" خود می‌تواند چندین برنامه ۴GL را نگه دارد، مانند چند برنامه جاوا سکریبت، در قسمتی از کد پرل خود و برای پشتیبانی از چندین زبان برنامه نویسی با تناسب متغیر در "مدرک اینجا" استفاده کند.

سنجش استفاده از زبان[ویرایش]

مشکل است که مشخص کنیم کدام زبان برنامه نویسی بیشتر مورد استفاده‌است، و اینکه کاربرد چه معنی می‌دهد با توجه به زمینه تغییر می‌کند. یک زبان ممکن است زمان بیشتری از برنامه نویس بگیرد، زبان دیگر ممکن است خطوط بیشتری داشته باشد، و دیگری ممکن است زمان بیشتری از پردازنده را مصرف کند. برخی زبان‌ها برای کاربردهای خاص بسیار محبوبند. برای مثال: کوبول همچنان در مراکزداده متحد، غالبا روی کامپیوترهای بزرگ توانا است؛ fortran در مهندسی برنامه‌های کاربردی، C در برنامه‌های تعبیه شده و سیستم‌های عامل؛ و بقیه برنامه‌ها معمولاً برای نوشتن انواع دیگر برنامه‌ها کاربرد دارند. روش‌های مختلفی برای سنجش محبوبیت زبان‌ها، هر یک متناسب یا یک ویژگی محوری متفاوت پیشنهاد شده‌است:

• شمارش تعداد تبلیغات شغلی که از آن زبان نام می‌برند.
• تعداد کتاب‌های آموزشی و شرح دهندهٔ آن زبان که فروش رفته‌است.
• تخمین تعداد خطوطی که در آن زبان نوشته شده اند- که ممکن است زبان‌هایی را که در جستجوها کمتر پیدا می‌شوند دست کم گرفته شوند.
• شمارش ارجاع‌های زبان(برای مثال، به اسم زبان) در موتورهای جستجوهای اینترنت.

طبقه بندی‌ها هیچ برنامه غالبی برای دسته بندی زبان‌های برنامه نویسی وجود ندارد. یک زبان مشخص معمولاً یک زبان اجدادی ندارد. زبان‌ها معمولاً با ترکیب المان‌های چند زبان پیشینه بوجود می‌آیند که هربار ایده‌های جدید درگردشند. ایده‌هایی که در یک زبان ایجاد می‌شوند در یک خانواده از زبان‌های مرتبط پخش می‌شوند، و سپس از بین خلاهای بین خانواده‌ها منتقل شده و در خانواده‌های دیگر ظاهر می‌شوند.

این حقیقت که این دسته بندی ممکن است در راستای محورهای مختلف انجام شوند، این وظیفه را پیچیده تر می‌کند؛ برای مثال، جاوا هم یک زبان شیءگرا(چون به برنامه نویسی شیءگرا تشویق می‌کند) و زبان همزمان(چون ساختارهای داخلی برای اجرای چندین جریان موازی دارد) است. پایتون یک زبان اسکریپتی شیءگراست.

در نگاه کلی، زبان‌های برنامه نویسی به مثال‌های برنامه نویسی و یک دسته بندی بر اساس محدوده استفاده تقسیم می‌شوند. مثال‌ها شامل برنامه نویسی رویه‌ای، برنامه نویسی شیءگرا، برنامه نویسی کاربردی، وبرنامه نویسی منطقی؛ برخی زبان‌ها ترکیب چند مثالند. یک زبان اسمبلی مثالی از یک مدل مستقیم متضمن معماری ماشین نیست. با توجه به هدف، زبان‌های برنامه نویسی ممکن است همه منظوره باشند، زبان‌های برنامه نویسی سیستمی، زبان‌های اسکریپتی، زبان‌های محدوده مشخص، زبان‌های همزمان/ گسترده(و یا ترکیب اینها). برخی زبان‌های همه منظوره تا حد زیادی برای اهداف آموزشی طراحی شده‌اند.

یک زبان برنامه نویسی ممکن است با فاکتورهای غیر مرتبط به مثال‌های برنامه نویسی دسته بندی شود. برای مثال، غالب زبان‌های برنامه نویسی کلمات کلیدی زبان انگلیسی را استفاده می‌کنند، در حالیکه تعداد کمی این کار را نمی‌کنند. سایر زبان‌ها ممکن است براساس داخلی بودن یا نبودن دسته بندی شوند.

شروع کار بر نامه نویسی اندروید

خوشبختانه شروع کار برای برنامه نویسی اندروید بسیار راحت است. حتی نیاز نیست که یک موبایل اندروید داشته باشید. فقط نیاز به یک کامپیوتر دارید که SDK را بر روی آن نصب کنید و یک ایمولاتور موبایل. در این پست سعی میکنم نشان دهم چطور ابزار مورد نیاز را بر روی کامپیوتر نصب کنید و آماده شوید تا برنامه نویسی برای اندروید را شروع کنیم. (در پایین صفحه و در قسمت مراجع میتوانید راهنمای نصب را به زبان انگلیسی مشاهده کنید. ضمناً یک فیلم هم قرار داده ام که اگر حوصله خواندن مطلب را ندارید میتوانید به آن رجوع کنید.)

کیت توسعه نرم افزاری (software development kit) اندروید قابل نصب بر روی سیستم عامل های ویندوز، لینوکس و مک OS X میباشد. بدیهی است اپلیکیشنی که ساخته میشود قابل استفاده بر روی تمامی محصولات مبتنی بر اندروید خواهد بود. قبل از اینکه شروع به برنامه نویسی کنید احتیاج است تا جاوا، محیط توسعه (IDE) و کیت توسعه نرم افزار را بر روی کامپیوتر خود نصب کنید.

جاوا ۵٫۰ یا جدیدتر

قبل از هر چیز به یک کپی از جاوا نیاز دارید. تمام ابزارهای توسعه اندروید به آن نیاز دارند و تمام برنامه هایی که برای تولید اپلیکیشت مینویسید براساس آن خواهد بود.  بنابراین حد اقل به جاوا ۵٫۰ یا ۶٫۰ که بر روی سیستم تان نصب باشد نیاز دارید.

تنها داشتن JRE هم کافی نیست، شما احتیاج به کیت کامل توسعه نیز دارید. من پیشنهاد میکنم آخرین نسخه آن را (که در زمان نوشتن این پست JDK SE 6 است) از سایت شرکت سان (که البته امیاز این شرکت توسط شرکت اوراکل خریداری شده است) دانلود نمایید. کاربران مک OSx هم می بایست آخرین نسخه این سیستم عامل به همراه JDK را از سایت اپل دانلود نمایند. سپس فایل دانلود شده را بر روی سیتم تان نصب کنید.

برای اینکه از متوجه شوید ورژن مورد قبول را بر روی سیتم تان دارید یا خیر، کامند زیر را در Command Prompt (روی استارت منو کلیک کنید، در قسمت جستجو تایپ کنید cmd) اجرا کنید:

C:\> java -version

میبایست جوابی مانند تصویر زیر دریافت کنید.

اکلیپس (Eclipse)

حالا نیاز است تا محیط توسعه جاوا را بر روی سیستمتان نصب کنید. محیط توصیه شده برای استفاده و برنامه نویسی از طرف گوگل، اکلیپس معرفی شده است. استفاده از این محیط هم رایگان است و هم گوگل از آن پشتیبانی کامل میکند. (محیط های دیگری هم هستند مانند نت بینز که میتوانید بجای اکلیپس از آن استفاده کنید. مراحل نصب در ویکی نت بینز شرح داده شده است.) به صفحه دانلود سایت اکلیپس بروید و Eclipse IDE for Java Developers را دانلود کنید. توجه کنید به چیزی بیشتر از Eclipse SDK classic نیاز دارید، پس آنرا دانلود نکنید. پکیج را دانلود کنید و در قسمت دلخواهس از کامپیوتر از حالت پک خارج کنید (اگر از winzip یا نرم افزارهای مشابه استفاده میکنید بر روی فایل دانلود شده راست کلیک کنید و سپس از منوی باز شده بر روی Extract Here کلیک کنید). مثلاً در ویندوز C:\Eclipse و در مک /Aplications/Eclipse .

اندروید SDK

کیت توسعه اندروید به دو قسمت تقسیم شده است. the SDK Starter Package و the SDK Components. به صفحه دانلود SDK بروید و پکیج مورد نظرتان را دانلود کنید. سپس در محل دلخواهی از کامپیوتر آنرا از حالت پک خارج کنید (مانند روشی که در بالا گفته شد). حواستان باشد که کجا این فایل را از حالت پک خارج کردید چون بعداً باید آدرس آنرا به عنوان محل نصب SDK به اکلیپس بدهیم.

حالا نوبت نصب  اندروید SDK Components است. در ویندوز بر روی SDK Setup کلیک کنید. در لینوکس و مک tools/android را اجرا کنید. تمامی گزینه ها را انتخاب کنید و بر روی دکمه نصب کلیک کنید. برنامه نصب لیستی از کامپوننت های موجود به همراه مستندات، پلتفرم ها، کتابخانه های اضافه شده و درایور USB را نشان خواهد داد. بر روی دکمه قبول (Accept) کلیک کنید و منتظر شوید تا نصب کامل شود (این قسمت خیلی کسل کنندست چون مدت زمان زیادی طول میکشه تا دانلود کامل بشه. اگر اشتباه نکنم با سرعت خط من که ۱ مگ هست تقریباً ۲-۳ ساعت طول کشید! ولی امید داشته باشید که من اشتباه کنم  ). تمامی کامپوننت ها دانلود خواهد شد و در دایرکتوری SDK ذخیره میشود.

اگر با پیغام خطای HTTS SSL Error مواجه شدید پنجره را ببندید و به منوی تنظیمات (setting) بروید و //:HTTPS را به //:HTTP تغییر دهید. حالا روند نصب را مجدداً تکرار کنید. قدم آخر اجرای اکلیپس و تنظیم آن میباشد.

پلاگین اکلیپس (Eclipse Plug-In)

برای راحتی بیشتر توسعه دهندگان، گوگل پلاگینی آماده کرده است و آن را Android Development Toolkit یا باختصار ADT نامیده است. برای نصب پلاگین مراحل زیر را دنبال کنید (این مراحل بر اساس اکلیپس ۳٫۵ نوشته شده است. ورژن های مختلف ممکن کمی تغییر نسبت به این داشته باشند.).

۱- اکلیپس را اجرا کنید.

۲- از منوی Help بر روی Install new software کلیک کنید.

۳- بر روی لینک Available Software Sites کلیک کنید (زیر دکمه Add).

4- بر روی دکمه Add کلیک کنید

۵- در قسمت نام، نامی دلخواه را وارد کنید (پیشنهاد من: Android Development Tools) و در قسمت محل (Location) آدرس https://dl-ssl.google.com/android/eclipse را بدهید. به شکل زیر دقت کنید.

۶- بر روی OK کلیک کنید تا به لیست برگردید و بر روی تست کانکشن کلیک کنید تا ببینید ارتباط تان با سایت برقرار است. اگر مشکلی پیش آمد در قسمت آدرس Https را به Http تغییر دهید. و دوباره این مرحله را تکرار کنید. سپس بر روی OK کلیک کنید تا به پنجره اصلی نصب بازگردید.

۷- منتظر شوید تا نصب به پایان برسد (این هم کلی وقت گیره! ) سپس اکلیپس را ببندید و مجدداً باز کنید (Restart).

8- وقتی مجدداً اکلیپس راه اندازی میشود ممکن چند پیغام خطا نشان دهد، نگران نباشید. چون باید به اکلیپس بگویید که SDK کجاست. در ویندوز به Window > Preferences > Android بروید (در مک به Eclipse > Preferences) و آدرس محلی نصب SDK را به اکلیپس بدهید.

خب، خسته نباشید. بالاخره تموم شد. خوشبختانه شما این کار را فقط یک بار انجام میدهید (یا حداقل یک بار وقتی ورژن جدیدی از اکلیپس یا ADT بیاید). حالا همه چیز تمام شده و شما آماده شروع برنامه نویسی هستید.

میکرو کنترولر

میکروکنترلر (به انگلیسی: Microcontroller)‏ نوعی ریزپردازنده است که دارای حافظهٔ دسترسی تصادفی (RAM) و حافظهٔ فقط خواندنی (ROM)، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی (I/O) و درگاه ترتیبی (Serial Port پورت سریال) در درون خود تراشهمی‌باشد و می‌تواند به تنهایی بر روی ابزارهای دیگری کنترل اعمال کند. به عبارت دیگر یک میکرو کنترلر، مدار مجتمع کوچکی است که از یک CPU کوچک و اجزای دیگری نظیر نوسان ساز کریستالی، تایمر، درگاه‌های ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال و حافظه تشکیل شده‌است.

در واقع یک ریزپردازنده در درون ریزکنترلگر قرار داده شده‌است که ریزکنترلگر با استفاده از آن می‌تواند محاسبات منطقی و حسابی را انجام دهد.

وجود RAM و ROM و پورت‌های I/O در میکرو کنترلرها آنها را یک انتخاب ایده ال برای کاربردهایی می‌کند که قیمت و فضا در آنها مهم است. در بسیاری از کاربردها مثل کنترل از راه دور تلویزیون نیازی به محاسبات سنگین در حد یک ۴۸۶ یا حتی ۸۰۸۶ وجود ندارد. در این گونه موارد و بسیاری دیگر از کاربردها فضای مورد استفاده توان مصرفی و قیمت هر واحد مهم تر از قدرت محاسبات است. در این گونه موارد اغلب لازم است تعدادی I/O خوانده شده و بیت‌های مشخصی را خاموش یا روشن کند. به همین دلیل این گونه پردازنده‌ها را (IBP(ITTY-BITTY PROCESSOR نیز می‌نامند.

میکروکنترلرها عموما برای کاربردهای کوچک طراحی می‌شوند، بنابراین برخلاف ریزپردازنده‌ها در این جا مهمترین مسائل، سادگی و مصرف کم توان است.^[۱]

برخی از وسایل که از میکرو کنترلر استفاده می‌کنند: تلفن، موبایل، سیستم، ایمنی، دربازکن گاراژ، دستگاه فاکس، کامپیوتر شخصی PC، ویدئو، دوربین ویدئویی، چرخ خیاطی، سیستم‌های تهویه، سرعت سنج

اجزا[ویرایش]

یک ریزکنترل کننده از سخت‌افزارهایی مانند پردازنده، RAM، ROM و یک سری پایانه ( یا پورت یا درگاه) تشکیل شده‌است.

از سوی دیگر، از آنجا که این قطعات در اکثر حالات برای مقاصد کنترلی استفاده می‌شوند، نیاز به برقراری ارتباط با دستگاه تحت کنترل خود را دارند. اما از آنجا که اکثر سیگنال‌های لازم برای این منظور سیگنالهای آنالوگ هستند، باید ابتدا این سیگنال‌ها به صورت دودویی تبدیل شوند تا برای پردازنده قابل درک باشند. این کار توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال صورت می‌گیرد. همچنین در برخی از میکروکنترلرها مبدل دیجیتال به آنالوگی هم وجود دارد که امکان فرمان دادن میکروکنترلر به دستگاه‌های با ورودی آنالوگ را فراهم می‌کند.

از دیگر اجزای معمول و پرکاربرد در میکروکنترلرها، تایمرها هستند. تایمرها عموما از یک شمارنده تشکیل می‌شوند که پس از تعداد مشخصی از شمارش، تولید یک وقفه می‌کنند که می‌تواند برای بررسی متوالی یک روال یا انجام متوالی یک کار مورد استفاده قرار گیرد.

بسیاری از میکروکنترلرها از واحدهای مدولاسیون عرض پالس نیز برخوردارند. این واحدها به خصوص در کاربردهای الکترونیک قدرت و کنترل موتور و نیز به عنوان مبدل دیجیتال به آنالوگ کاربرد دارند.^[۲]

میکروکنترلرهای رایج[ویرایش]

از مهم‌ترین و بزرگ‌ترین تولیدکنندگان میکرو کنترلرها می‌توان از شرکت اَتمِل (به انگلیسی: Atmel)‏ نام برد که در حال حاضر سری ای‌وی‌آر و ۸۰۵۱ میکروکنترلرهای این شرکت در ایران بدلیل سهولت استفاده مورد توجه‌است.

برنامه ریزی میکروکنترلرهای AVR بیشتر با زبان C و با کامپایلر codevision، و یا با زبان بیسیک و توسط نرم‌افزار BASCOM انجام می‌شود. یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ میکروکنترلرها شرکت Microchip است که میکروکنترلرهای این شرکت با نام‌های تجاری PIC و dsPIC نیز از محبوبیت زیادی برخوردار است.^[۳]

شرکت‌های بزرگ دیگری نیز در زمینه تولید میکروکنترلر فعالیت می‌کنند که از آن جمله می‌توان بهTI، موتورولا و فیلیپس اشاره کرد.شرکت intel هم نقش بسیار مهمی در تولید میکروکنترلرهای خانوادهٔ ۸۰۵۱ دارد.

البته اخیراً با قدرتنمایی میکروکنترلرهای آرم، این میکروکنترلرهای 32 بیتی با شدت بسیار زیادی در حال فراگیر شدن است و از رشد بسیار زیادی در بازار برخوردار است . میکروکنترلرهای آرم موجود در ایران توسط سه شرکت NXP، اتمل و ST تولید می شوند، که در این میان سهم میکروکنترلرهای NXP و اتمل بیشتر است .

تفاوت میکرو کنترولر و میکرو پروسسور[ویرایش]

میکرو کنترولر و میکروپروسسور تقریبا از یک شاخه تکنولوژیک وساختاری هستند اما در اجزای وابسته، با هم تفاوت های عمده دارند در میکرو پروسسورها فقط واحد پردازش به صورت مجزا به صورت یک ای سی وجود دارد که رم و رام و حتی ثبات ها در ای سی های مجزا به میکروپروسسور وصل و تشکیل یک میکرو کامپیوتر را می دهند اما در میکرو کنترلر تمام واحد های یک کامپیوتر از جمله رم و رام و ثبات ها در درون یک ای سی به صورت فشرده به نام میکرو کنترولر وجود دارد که معمولا در دستگاه های تجاری برای کاهش قیمت دستگاه مانند تلویزیون و ماکروویو و غیره استفاده می شود.^[

سخت افزار

سخت‌افزار رایانه مجموعه‌ای از اجزای فیزیکی است که یک سیستم رایانه را تشکیل می‌دهند. سخت‌افزار رایانه به قسمت‌های فیزیکی و یا اجزای یک رایانه مانند صفحه نمایش، صفحه کلید، حافظه‌های رایانه، دیسک سخت، ماوس، چاپگرها، سی‌پی‌یو (کارت گرافیک، کارت صدا، حافظه، مادربورد و چیپ‌ها) و همه اجزای فیزیکی که می‌توان آن را لمس کرد (مشاهده کرد). در مقابل آن نرم‌افزار قابل لمس نیست. نرم‌افزار مجموعه‌ای از ایده‌ها، مفاهیم و نمادها است. ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار یک سیستم محاسباتی قابل استفاده را تشکیل می‌دهد.

نرم افزار

دو گروه کلی نرم افزارها[ویرایش]

نرم‌افزارهای رایانه را به دو دسته بزرگ می‌توان تقسیم بندی کرد:

• نرم‌افزار سیستم (به انگلیسی: System Sotfware)
• نرم‌افزار کاربردی (به انگلیسی: Application Software)

می توان گفت نرم‌افزار کاربردی برنامه های مورد استفاده ی کاربرند و نرم‌افزار سیستم مدیریت رایانه را برعهده دارند. مهم ترین نرم افزار سیستم،سیستم عامل است.

سیستم عامل[ویرایش]

وقتی برنامه‌ای را روی رایانه خود نصب می‌کنید، اجزای سخت افزاری آن به فرمان آن برنامه در می‌آیند. برای نمونه هنگامی که با یک برنامه اجرای موسیقی کار می‌کنید، کارت صدای رایانه تان با برنامه پخش موسیقی همکاری می‌کند و یک آهنگ یا پرونده (فایل) صوتی را از طریق بلندگوی رایانه تان پخش می‌کند.

این ارتباط میان نرم افزار و سخت افزار توسط سیستم عامل انجام می‌‌شود. این تنها قسمتی از کار سیستم عامل است.

سه گروه کلی نرم افزارهای معماری[ویرایش]

از دیدگاه ساختواره (architecture)، نرم افزار ها به دسته های زیر تقسیم می شوند:

• کاربر-بنیان یا client Base
• کارگزار-بنیان یا Server Base
• کاربر کارگزار بنیان یا Client-Server Base

امروزه واژه نرم‌افزار را در معناهایی به جز معنی برنامه رایانه‌ای نیز به‌کار می‌برند. مثلاً در دانش مدیریت برای اشاره به روش‌ها و دانش فنی (در برابر وسایل و تجهیزات و نیروی انسانی). نرم افزارها انواع گوناگونی دارند که مهم ترین دسته بندی آنها دسته ی تجاری و آزاد است.به ویژه با رویکردهای طرح های گنو و لینوکس معنای ژرف تری به نرم افزارهای آزاد داده شده تا آنجا که برخی نرم افزار ها را نماد فرهنگ می دانند. نرم افزار ها را برنامه نویسان تدوین کرده و انتشار می دهند .این برنامه نویسان ممکن است در یک شرکت مشغول کار باشند یا در خانه برنامه نویسی کنند مانند برنامه نویسان برخی نرم افزارهای لینوکس. امروزه بیشتر کاربران تنها با ظاهر گرافیکی این برنامه ها کار می کنند و اقدامات بسیاری از آنها از دید کاربر پنهان می ماند به عبارتی هر نرم افزار مجموعه ای از رمزها است که از الگوریتمی خاص پشتیبانی می کنند این رمزها خود با رمزهای گرافیکی آمیخته شده و بسیاری از اقدامات برنامه به دور از چشم کاربر عادی رخ می دهد. برنامه ها با رمزهایی نوشته می شوند که بعداً یک رمزخوان آن را در رایانه کاربر اجرا میکند.

رقابت نرم‌افزاری[ویرایش]

در حال حاضر نرم‌افزارهای کامپیوتری فراوان را می‌توان در بازار یافت که به طور جدی به رقابت خود برای بقا ادامه می‌دهند. از مسائل قابل ذکر در این مورد می‌توان به خرید سهام شرکت‌های نرم‌افزاری کوچک و بزرگ توسط شرکت‌های دیگر اشاره نمود. همچنان که شرکت بزرگ گوگل به خرید سهام شرکت‌های بزرگ همچنان ادامه می‌دهد، در مدت کمی توانسته بسیاری از شرکت‌ها را تحت سلطه خود درآورد.

ربات

ربات دستگاهی الکترو-مکانیکی برای انجام وظایف گوناگون است. یک ماشین که می‌تواند برای عمل به دستورهای گوناگون برنامه‌ریزی گردد و یا یک سری کارهای ویژه انجام دهد. به ویژه آن دسته از کارها که فراتر از توانایی‌های طبیعی و سرشتی بشر باشند. این ماشین‌های مکانیکی برای بهتر به انجام رساندن کارهایی چون احساس کردن، دریافت نمودن و جابجایی اشیا یا کارهای تکراری مانند جوشکاری فراوری می‌شوند.

تولید جهانی[ویرایش]

در ۶ ژانویه ۲۰۱۳ چین اعلام کرد که در خصوص تولید و توسعه فناوری ساخت ربات‌های صنعتی پیشرفت چشمگیری داشته است. مقام‌های این کشور نرخ پیشرفت این صنعت را ۱۰% در یک سال گزارش کرده‌اند.^[۱]

ساختار ربات[ویرایش]

یک ربات معمولاً یک سیستم الکترومکانیکی می‌باشد که با حرکت یا ظاهرش مفهومی از خود یا از ارباب خود را انتقال می‌دهد. از جایی‌که واژهٔ «ربات» هم به ربات‌های فیزیکی و هم به ربات‌های مجازی اطلاق می‌شود، برای ربات‌های مجازی لفظ «بات» بکار برده می‌شود که معمولاً بصورت نمایندگان نرم‌افزاری^[۲] می‌باشند. برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به پایگاه خبری و آموزشی ربات نیوز به آدرس www.robotnews.ir مراجعه نمایید این پرتال توسط بیش از 50 پژوهشگر حوزه رباتیک و به مدیریت مصطفی خواست خدایی کنترل می گردد.

تاریخچه[ویرایش]

یکی از اولین ربات‌ها، ربات‌های Hidden Mafia ساختهٔ جورج دوول و جو انگلبرگر در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی بودند. انگلبرگر اولین شرکت رباتیک را با نام «RoboBand» بنیان نهاد و خود وی نیز امروزه پدر علم رباتیک لقب گرفته‌است.^[۳] از انواع ربات می‌توان به

• ربات‌های پرتده
• ربات‌های جنگجو
• ربات‌های فوتبالیست
• ربات انسان‌نما
• ربات مین یاب
• ربات مسیریاب
• ربات البیوت
• ربات بیوت یائسات

اشاره کرد

ابر رایانه

تاریخ مختصر صنعتی[ویرایش]

پروژه رایانه کولاسوس در ۱۹۴۴

ابررایانه‌هایی را که در دههٔ ۱۹۶۰ ساخته و ارائه شدند سیمور کری از بنگاه کنترل اطلاعات (CDC) طراحی کرده بود و تا دههٔ ۱۹۹۰ هم بازار در دست این سوپرکامپیوترها بود. زمانی که سیمورکری جدا شد و رفت تا شرکت خودش به نام تحقیقات سیمور را راه اندازی و اداره کند با طرح‌های جدیدش بازار سوپرکامپیوترها را در دست گرفت و تا پنج سال (۱۹۸۵-۱۹۹۰) یکه تاز بازار ابرمحاسبه بود. خود کری هرگز واژهٔ سوپرکامپیوتر را استفاده نکرد و کمتر کسی به خاطر دارد که او تنها کلمهٔ کامپیوتر را استفاده می‌کرد. در سال ۱۹۸۰ هم زمان با ظهور بازار مینی کامپیوترها که یک دهه قبل به وجود آمده بودند تعداد زیادی رقبای کوچک وارد بازار شدند. اما بسیاری از این‌ها در دههٔ ۱۹۹۰ با بروز مبارزات بازار سوپرکامپیوتر حذف شدند. امروزه سوپرکامپیوترها طراحی‌های سفارشی کم نظیری هستند که شرکت‌های صنعتی مثل IBM و hp تولید می‌کنند. همان شرکت هایی که بسیاری کمپانی‌های دههٔ ۹۰ را خریدند تا از تجربه‌شان استفاده کنند. البته بنگاه کری هنوز به صورت حرفه‌ای به ساخت سوپرکامپیوتر ادامه می‌دهد. اصطلاح سوپرکامپیوتر چندان پایدار و ثابت نیست. ممکن است سوپرکامپیوتر امروز فردا تبدیل به یک کامپیوتر معمولی شود. اولین دستگاه‌های CDC پردازنده‌های نرده‌ای (اسکالر) خیلی سریع بودند؛ ده برابر سریع تر از سریع‌ترین ماشین‌های سیر شرکت ها. در دههٔ ۱۹۷۰ اکثر سوپرکامپیوترها به انجام محاسبات برداری پرداختند و بسیاری رقبا و تولید کنندگان جدید پردازنده‌های خودشان را با قیمت پایین با همان روش کار به بازار ارائه کردند تا در بازار حاضر شوند. در ابتدا و میانهٔ دههٔ ۱۹۸۰ ماشین هایی با پردازنده‌های اندک برداری که به صورت موازی کار می‌کردند تبدیل به استاندارد شدند. هر ماشینی معمولاً چهارده تا شانزده پردازندهٔ برداری داشت. در اواخر دهٔ ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ مجدداً توجه‌ها از پردازنده‌های برداری به سیستم‌های پردازندهٔ موازی معمول معطوف شد که هزاران ریزپردازنده معمولی داشتند و برخی از ان‌ها نمونه‌های آماده و برخی هم سفارش‌های مشتریان بودند (در اصطلاح کاری این را حملهٔ میکروهای کشنده می نامند). امروزه طرح‌های موازی بر اساس میکروپروسسورهای آمادهٔ نوع سرور ساخته می‌شوند از جمله power pc، Itanium، x۸۶-۶۴ و مدرن‌ترین سوپرکامپیوترها بسته (کلاستر)های کامپیوتری با تنظیمات دقیق هستند که پردازنده‌های کم حجم و رابط‌های داخلی سفارشی و بسته به مورد دارند.

ابزارهای نرم‌افزاری[ویرایش]

ابزارهای نرم‌افزاری برای پردازش توزیع شده شامل APIهای استاندارد از جمله MPI، PVM و ابزارهای نرم‌افزاری متن باز ازجمله Beowulf، Warewulf، Open mosix هستند که ساختن یک سوپرکامپیوتر را از تعدادی سرورها یا واحدهای کاری ممکن می‌کنند. تکنولوژی هایی مثل ZerConf (Rendez-Vous/Bonjourقرار ملاقات/سلام) برای ساخت بسته‌های کامپیوتری موردنیاز برای نرم‌افزارهای تخصصی مثل shake اپل هستند. در علوم کامپیوتر هنوز یک زبان برنامه نویسی ساده برای ابرکامپیوترها نیست و موضوع خوبی برای تحقیق خواهد بود. برنامه‌های کاربردی هزاران دلار هزینه داشت اما امروزه به لطف جامعهٔ متن باز (که گاهی در این زمینه تکنولوژی‌های جالب توجهی به وجود می‌آورد) رایگان هستند.

استفاده‌های عمومی[ویرایش]

سوپرکامپیوترها با رم‌ها و کار آیی‌های بسیاری که دارند معمولاً برای عملیات حساس روی محاسبه از جمله مسائل فیزیک وانتوم، هواشناسی، تحقیقات آب و هوا (از جمله تحقیق در مورد گرم شدن کرهٔ زمین) مدل سازی مولکولی (مطالعهٔ ساختارها و محتویات ترکیبات شیمیایی، ماکرومولکول‌های بیولوژیکی، پلیمرها و بلورها) شبیه سازی‌های فیزیکی (مثل شبیه سازی هواپیماها در تونل‌های هوا، شبیه سازی انفجار سلاح‌های هسته‌ای و تحقیق در مورد پیوست هسته ای) تحلیل مخفی و ... استفاده می‌شوند. دانشگاه‌های بزرگ، مراکز نظامی و آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی بزرگ‌ترین کاربران آن هستند. نوع خاصی از مسائل به نام مسائل بسیار مشکل، مسائلی که حل کامل شان نیازمند منابع کامپیوتری نیمه بی پایان هستند. یک مطلب قابل توجه در این مقال تفاوت بین محاسبهٔ، توانایی محاسبه و ظرفیت است چنان که گراهام و همکارانش بررسی کرده‌اند. محاسبهٔ توانایی یعنی استفاده از ماکزیمم توان محاسبه برای حل یه مسئلهٔ بزرگ در کم‌ترین زمان. این سیستم اغلب می‌تواند مسئلهٔ را با حجم و پیچیدگی که هیچ کامپیوتر دیگری نمی‌تواند حل کند حل نماید. اما محاسبهٔ ظرفیت یعنی استفاده از توان محاسبهٔ مقرون به صرفه و کارآمد برای حل مسائل کم و بیش بزرگ یا تعداد زیادی مسائل کوچک یا آمادگی برای اجرا روی سیستم توانایی استفاده می‌شود.

طراحی سخت‌افزار و نرم‌افزار[ویرایش]

سوپرکامپیوتر هایی که پردازنده‌های سفارشی داشتند قبلاً سرعتی که روی کامپیوترهای معمولی داشتند را از طراحی‌های ابتکاری شان به دست می‌آوردند که اجازه می‌داد مثل یک مهندسی به هم پیچیده چند کار را به صورت موازی انجام دهند. آن‌ها را تنها برای انواع مشخصی از محاسبات مثل محاسبات عددی استفاده می‌کردند و در محاسبات کلی تر کامپیوتری ضعیف عمل می‌کردند. سلسله مراتب حافظهٔ آن‌ها به دقت طراحی می‌شد تا دائماً اطلاعات و دستور العمل در دسترس پردازنده قرار گیرد. در اصل عمده‌ترین تفاوت بین سوپرکامپیوترهاو کامپیوترهای کندتر در سلسله مراتب حافظه‌شان است. سیستم ورودی/خروجی آنها برای پهنای باندهای بالا با توقف (latency) بسیار پایین طراحی شده است چرا که اساساً ابرکامپیوترها برای پردازش انتقالات طراحی نشده اند. در این جا هم مثل هر سیستم موازی قانون آمدال صدق می‌کند. طراحی‌های مختلف سوپرکامپیوترها برای حذف تتابع (serialization) نرم‌افزارها تلاش بسیاری می‌کنند و برای رفع مشکلات و تنگناهای باقی‌مانده و تسریع آن‌ها از سخت‌افزار استفاده می‌کنند.

تکنولوژی‌ها و دشواری‌های سوپرکامپیوترها[ویرایش]

یک کلاستر بیوولف

• یک سوپرکامپیوتر گرمای زیادی تولید می‌کند و باید خنک شود. خنک کردن بسیاری سوپرکامپیوترها مسئلهٔ بسیار بزرگی برای HVAC است.
• اطلاعات نمی‌توانند با سرعتی بالاتر از سرعت نور بین دو بخش کامپیوتر جابجا شوند. به همین دلیل یک سوپرکامپیوتر چندمتری (با عرض چندمتر) باید توقف (latency) بین قطعاتش در حد چند ده نانوثانیه باشد. به خاطر همین مشکل طراحی‌های سیمور کری کوشیدند در حد امکان از طول کابل‌های کمتراستفاده کنند شکل استوانهٔ کری هم به همین ترتیب به وجود آمد. در سوپرکامپیوتر هایی که تعداد بسیار زیادی cpu دارند که موازی هم کار می‌کنند برای فرستادن پیام بین پردازنده‌ها توقف یک تا پنج میکرو ثانیه معمول است.
• برای فرستادن پیام بین پردازنده‌هاها حجم بسیار بالای اطلاعات را در مدت زمان کوتاه مصرف و تولید می‌کنند. کن بچر می‌گوید : برای فرستادن پیام بین پردازنده‌ها وسیله‌ای است که مسائل محدود به محاسبه را محدود به I/O می‌کند. برای حصول اطمینان از انتقال سریع و ذخیرهٔ و بازیابی صحیح اطلاعات باید روی پهنای باند ذخیرهٔ خارجی کار زیادی انجام بدهیم.

تکنولوژی‌های تولید شده برای سوپرکامپیوترها شامل این‌ها می‌شوند:

• پردازش برداری
• خنک کنندگی مایع
• دسترسی ناهمشکل به حافظه (NUMA)
• دیسک‌های راه راه (اولین نمونه از آنچه بعدها نامش RAID شد)
• فایل سیستم‌های موازی

تکنیک‌های پردازش[ویرایش]

تکنیک‌های پردازش برداری اوائل برای سوپرکامپیوترها طراحی و ایجاد شده‌اند و برای کاربردهای سطح بالا و تخصصی استفاده می‌شوند. این تکنیک‌ها به وفور وارد بازار معماری DSP و راهکارهای پردازش SIMD کامپیوترهای همه منظوره هم شده‌اند. خصوصاً کنسول‌های جدید بازی‌های کامپیوتری از SIMD خیلی استفاده می‌کنند و به این دلیل است که برخی تولیدکنندگان ادعا می‌کنند ماشین‌های بازی شان سوپرکامپیوتر هستند. واقعیت این است که برخی کارت‌های گرافیک توان محاسبهٔ چندین ترافلاپ (teraFLOP) را دارند. اولین پردازش‌های کامپیوتری طبیعتی داشت که هدف خاصی را دنبال می‌کرد و کاربردهایی که می‌توان برای این قدرت داشت را محدود می‌کرد با پیش رفته تر شدن بازی‌های کامپیوتری واحدهای پردازش گرافیکی (GPUها) متحول شده است به عنوان پردازنده‌های برداری همه منظوره مفیدتر شده‌اند و یک دیسیپلین کامل علوم کامپیوتری به وجود آمد تا از این توانایی استفاده کند به نام محاسبه‌های همه منظوره بر واحدهای پردازش گرافیکی(GPGPU).

سیستم‌عامل[ویرایش]

سیستم‌عامل سوپرکامپیوترها که اغلب امروزه انواعی از لینوکس و یونیکس هستند و اگر پیچیده تر از ماشین‌های کوچک تر نباشند همان قدر پیچیده هستند. ظاهری که کاربر می بیند ساده تر است چون سازندگان OSها منابع برتامه نویسی کمتری برای سرمایه گذاری بر بخش‌های غیرضروری OSها (یعنی بخش هایی که مستقیماً به بهترین کاربرد سخت‌افزار نمی‌شود) دارند. دلیل اصلی آن این است که این کامپیوترها میلیون‌ها دلار قیمت دارند امابازار خریدشان بسیار کوچک است لذا بودجه‌های R&D شان اغلب محدود است. وجود یونیکس و لینوکس اجازه می‌دهد ظاهر کاربرد (user interface) نرم‌افزار دسکتاپ معمولی دوباره مورد استفاده قرار بگیرد. جالب آنجا ست که در تاریخ صنعت سوپرکامپیوترها این روند هم چنان ادامه پیدا کرده است و رهبران قدیمی این تکنولوژی از جمله Silicon Graphics در برابر امثال nVIDIA عقب نشسته‌اند چرا که این‌ها می‌توانند محصولات ابتکاری ارزان و پرفایده و پرکاربرد را به لطف مشتریان بسیارشان که R&D آن‌ها را تامین می‌کنند تولید نمایند. از نظر تاریخی تا ایتدا و میانهٔ دههٔ سوپرکامپیوترها اغلب سازگاری گروه دستورات و قابلیت جابجایی کدها را فدای عملکرد و سرعت پردازش و دست رسی به حافظهٔ کامپیوتر می‌کردند. اغلب سوپرکامپیوترها تا به امروز برخلاف کامپیوترهای گران قیمت فنی high end main frames سیستم‌های عامل بسیار متفاوتی دارند. Cray-۱ به تنهایی شش OS مخصوص خودش را داشت که جامعهٔ کامپیوتر هیچ خبری از آن‌ها نداشت. مشابه آن کامپایلرهای برداری کننده و مواز یکنندهٔ بسیاری هم برای فرترن موجد بود. اگر به خاطر سازگاری گروه دستورات اولیه بین Cray-۱ و Cray x-mp و پذیرش انواع OSهای یونیکس مثل CrayUnicos و لینوکس نبود این اتفاق برای ETA-۱۰ هم می افتاد. به همین دلیل در آینده سیستم هایی با بالاترین کاربرد احتمالاً رنگ و بویی از یونیکس خواهند داشت اما با خاصیت‌های مخصوص سیستم ناسازگار خصوصاً برای سیستم‌های بسیار فنی و گران قیمت با امکانات امن مطمئن.

برنامه نویسی[ویرایش]

معماری موازی سوپرکامپیوترها ایجاب می‌کند تکنیک‌های برنامه نویسی خاصی برای سرعت بالایشان استفاده شود. کامپایلرهای هدفمند فرتران معمولاً می‌توانند کدهای سریع تری از C یا C++ تولید کنند. به این دلیل فرتران همچنان بهترین انتخاب برای برنامه نویسی علمی و البته برای اکثر برنامه‌هایی که روی سوپرکامپیوترها جرا می‌شود باقی می ماند. برای بهره وری از موازی بودن سوپرکامپیوترها، محیط‌های برنامه نویسی خاصی برای برنامه نویسی آن‌ها استفاده می‌شود از جمله برای بسته‌های کامپیوتری پراکنده و دور از هم PVM و MPI و برای ماشین‌های حافظه اشتراکی بسیار نزدیک به هم OpenMP استفاده می‌شود.

معماری سوپرکامپیوتر مدرن[ویرایش]

چنان که در فهرست نوامبر ۲۰۰۶ می بینیم ده کامپیوتر برتر فهرست پانصد کامپیوتر برتر (و البته بسیاری کامپیوتر دیگر در این لیست) معماری سطح بالا اما مشابهی دارند. هر کدام مجموعه‌ای از مولتی پروسسورهای تماماً SIMD هستند. هر سوپرکامپیوتری بسته به تعداد مولتی پروسسورهای مجموعه، تعداد پروسسورهای هر مولتی پروسسور و نیز تعداد عملیاتی که می‌تواند به صورا هم زمان در هر پروسسور SIMD انجام بدهد از سایر سوپرکامپیوترها متفاوت می‌شود. در این سلسله چنین چیزهایی داریم :

• یک مجموعه کامپیوتری که کامپیوترهای آن از طریق شبکهٔ سرعت بالا یا شبکهٔ تعویض (switching fabric) اتصال بسیار مفصلی با هم دارند. هر کامپیوتر هم تحت نمونهٔ مجزایی از OS کار می‌کند.
• کمپیوتر مولتی پروسسور کامپیوتری است که تحت OS مشخصی کار می‌کند و بیش از یک CPU دارد و در آن نرم‌افزار سطح عملکرد از تعداد پروسسورها مستقل است. وظایفی مثل مولتی پروسسینگ متقارن (SMP) و دسترسی غیرهمشکل به حافظه (NUMA) را با هم انجام می‌دهند.
• یک پروسسور SIMD یک دستور را بر چندین دسته اطلاعات به صورت هم زمان اجرا می‌کند. پردازنده می‌تواند چندمنظوره یا برداری با کاربرد خاص باشد. سطح عملکرد هم می‌تواند بالا یا پایین باشد.

طبق بررسی ماه نوامبر سال ۲۰۰۶ قانون مور (Moore) و اقتضا مقیاسی (economy of scale) فاکتور اصلی در طراحی سوپرکامپیوترها هستند. یک PC دسکتاپ مدرن امروزه قوی تر از یک سوپرکامپیوتر پانزده سال پیش است و این طراحی هایی که سابقاً اجازه می‌داد سوپرکامپیوترها از ماشین‌های دسکتاپ بهتر عمل کنند در طراحی PCها استفاده می‌شوند. به علاوه هزینه‌های ایجاد تراشه‌ها (چیپchip) باعث می‌شود طراحی تراشه‌های سفارشی برای کاربرد محدود مقرون به صرفه باشد بلکه تولید انبوه تراشه‌ها را تایید می‌کند که مشتری داشته باشند و هزینهٔ تولید را پوشش بدهد. یک واحد کاری مدل هسته چهارگانه Xeon با عملکرد GHz۲٫۶۶ از یک سوپرکامپیوتر C۹۰ کری چند میلیون دلاری که در دههٔ ۱۹۹۰ استفاده می‌شد بهتر است و حجم بسیار بالایی از کار که در دههٔ ۱۹۹۰ به چنین سوپرکامپیوتری نیاز داشت امروزه با یک واحد کاری کمتر از ۴۰۰۰ دلاری انجام می‌شود. مسایلی که سوپرکامپیوترها آن‌ها را حل می‌کردند اکثراً باید موازی سازی می‌شدند (یعنی تقسیم کار بزرگ به چند کار کوچک تر برای انجام هم زمان) آن هم به قطعات بزرگ تا حجم اطلاعاتی که بین واحدهیای پردازندهٔ مستقل انتقال پیدا یم کرد کاهش پیدا کند. این است که می‌توان به جای بسیاری سوپرکامپیوترهای سنتی از بسته‌های طراحی استاندارد بهره برد که با برنامه ریزی قابلیت عملکرد یگانه و همگرا را دارند.

سوپرکامپیوترهای هدفمند و دارای کاربرد خاص[ویرایش]

ابررایانه بلو جین، محصول آی بی ام در آزمایشگاه ملی آرگون

سوپرکامپیوتر هدفمند ابزارهای محاسباتی با عملکرد بسیار سطح بالا و معماری سخت‌افزاری مناسب حل یک مسئلهٔ خاص هستند. می‌توان در آن‌ها از تراشه‌های FPGA برنامه ریزی شده یا چیپ‌های VLSI سفارشی استفاده نمود که عمومیت شان را از دست می‌دهند اما در عوض نسبت قیمت به کاربرد بالاتری ارائه می‌دهند. از آن‌ها برای محاسبات نجومی و کد شکنی‌های بسیار قوی استفاده می‌شود. پیش آمده است که یک سوپرکامپیوتر هدفمند جدید از برخی نظرها از سریع‌ترین سوپرکامپیوتر وقت سریع تر عمل کند مثلاً GRAPE-۶ که در سال ۲۰۰۲ در برخی مسائل سریع تر از شبیه ساز زمین عمل کرد. مثال هایی از سوپرکامپیوتر هدفمند

• DEEP BLUE برای بازی شطرنج
• ماشین‌ها یا ابزار و قطعات ماشین‌های محاسیبهٔ قابل پیکربندی مجدد
• GRAPE برای فیزیک نجوم و دینامیک مولکول
• DEEP CRACK برای رمزشکنی DES

سریع‌ترین سوپرکامپیوتر روز[ویرایش]

محاسبهٔ سرعت سوپرکامپیوتر[ویرایش]

سرعت سوپرکامپیوتر بر اساس FLOPS محاسبه می‌شود که مخفف عملیات دقیق شناور در هر لحظه می‌باشد و معمولاً هم یک پسوند SI مثل ترا یا پتا با آن است. در حالت ترا بودن آن را TFLOPS ترافلاپ ده به توان ۱۲ FLOPو در حالت پتا بودن PFLOPS پتافلاپ ده به توان پانزده می‌گویند. این محاسبهٔ بر اساس مقیاسی که مارتیس بزرگ را تجزیه ی(LU decomposition می‌کند صورت می‌گیرد. این نمونه مسائل حقیقی را بررسی می‌کند اما خیلی راحت تر از محاسبهٔ مسائل دنیای واقعی است.

فهرست پانصد عنوان برتر[ویرایش]

از سال ۱۹۹۳ نتایج LINPAK پانصد سوپرکامپیوتر سریع دنیا را همواره رتبه بندی نموده است. البته ادعا نمی‌شود این فهرست کاملاً بی ایراد است اما بهترین از سرعت کامپیوتر را در هر زمان دارد.

سریع‌ترین سوپرکامپیوتر فعلی[ویرایش]

پس از Tianhe-1A، نوبت به این غول چینی رسید تا رکورد سرعت را با ثبت عدد 33.86 پتافلاپس بشکند. Tianhe-2 از پردازنده های Xeons و Xeon Phi اینتل از سری آیوی بریج استفاده می کند و در مجموع 3 میلیون و 120 هزار هسته پردازشی دارد. این ابر کامپیوتر که 17,808 کیلووات مصرف انرژی دارد، بر روی کاغذ قادر است به سرعت 54.9 پتافلاپس هم دست یابد. پس اگر لازم شد، شاید بتواند برای حفظ جایگاه خود، سرسختانه بجنگد. منبع

ابر شبه محاسبه (کازی سوپر کامپیوتینگ quasi super computing)[ویرایش]

برخی انواع محاسبات توزیع شدهٔ مقیاس وسیع برای مسائل بسیار موازی سازی شده را می‌توان اوج ابرمحاسبهٔ دسته بندی شده نامید. مثلاً پلتفرم BOINC (که میزبان تعدادی پروژهٔ محاسبهٔ توزیع شده هستند) در بیست و هفتم مارس سال ۲۰۰۷ از طریق ۱۷۹۷۰۰۰ کامپیوتر اضافه روی شبکه بالای ۵۳۰٫۷ ترافلاپ سرعت عملکرد به ثبت رساند. سریع‌ترین پروژه بود SETI@home که با ۱۳۹۰۰۰۰ کامپیوتر اضافه ۲۷۶٫۳ ترافلاپ کار می‌کرد. یک پروژهٔ توزیع شدهٔ دیگر Folding@home بود که در اواخر سپتامبر ۲۰۰۷ قدرت عملکرد برابر ۱٫۳ پتافلاپ گزارش داد. مشتریانی که از پلی استیشن استفاده می‌کنند از توان محاسبهٔ بالا ۱ پتافلاپ استفاده می‌کنند. تحقیق Mersenne Prime توزیع شدهٔ GIMP تا اکتبر ۲۰۰۷ قدرت برابر ۲۳ ترافلاپ به ثبت رسانده اند. سیستم موتور جستجوی گوگل با ۱۲۶ تا ۳۱۶ ترافلاپ احتمالاً سریع‌ترین باشد.

کامپیوتر

در زبان انگلیسی «کامپیوتر» به دستگاه خودکاری می‌گفتند که محاسبات ریاضی را انجام می‌داد. بر پایهٔ «واژه‌نامه ریشه‌یابی Barnhart Concise» واژهٔ کامپیوتر در سال ۱۶۴۶ به زبان انگلیسی وارد گردید که به معنی «شخصی که محاسبه می‌کند» بوده‌است و سپس از سال ۱۸۹۷ به ماشین‌های محاسبه مکانیکی گفته می‌شد. در هنگام جنگ جهانی دوم «کامپیوتر» به زنان نظامی انگلیسی و آمریکایی که کارشان محاسبه مسیرهای شلیک توپ‌های بزرگ جنگی به وسیله ابزار مشابهی بود، اشاره می‌کرد[نیازمند منبع].
البته در اوایل دهه ۵۰ میلادی هنوز اصطلاح ماشین حساب (computing machines) برای معرفی این ماشین‌ها به‌کار می‌رفت. پس از آن عبارت کوتاه‌تر کامپیوتر (computer) به‌جای آن به‌کار گرفته شد. ورود این ماشین به ایران در اوائل دهه ۱۳۴۰ بود و در فارسی از آن زمان به آن «کامپیوتر» می‌گفتند. واژه رایانه در دو دهه اخیر در فارسی رایج شده است.
برابر این واژه در زبان‌های دیگر حتماً همان واژه زبان انگلیسی نیست. در زبان فرانسوی واژه "ordinateur"، که معادل «سازمان‌ده» یا «ماشین مرتب‌ساز» می‌باشد به‌کار می‌رود. در اسپانیایی "ordenador" با معنایی مشابه استفاده می‌شود، همچنین در دیگر کشورهای اسپانیایی زبان computadora بصورت انگلیسی‌مآبانه‌ای ادا می‌شود. در پرتغالی واژه computador به‌کار می‌رود که از واژه computar گرفته شده و به معنای «محاسبه کردن» می‌باشد. در ایتالیایی واژه "calcolatore" که معنای ماشین حساب بکار می‌رود که بیشتر روی ویژگی حسابگری منطقی آن تاکید دارد. در سوئدی رایانه "dator" خوانده می‌شود که از "data" (داده‌ها) برگرفته شده‌است. به فنلاندی "tietokone" خوانده می‌شود که به معنی «ماشین اطلاعات» می‌باشد. اما در زبان ایسلندی توصیف شاعرانه‌تری بکار می‌رود، «tölva» که واژه‌ایست مرکب و به معنای «زن پیشگوی شمارشگر» می‌باشد. در چینی رایانه «dian nao» یا «مغز برقی» خوانده می‌شود. در انگلیسی واژه‌ها و تعابیر گوناگونی استفاده می‌شود، به‌عنوان مثال دستگاه داده‌پرداز («data processing machine»).[نیازمند منبع] اما اکنون اکثر انسان‌ها کامپیوتر را مهمترین نیاز بشر می‌دانند. کامپیوتر در زبان فارسی به رایانه معروف است.معنای واژهٔ فارسی رایانه[ویرایش]
واژهٔ رایانه از مصدر رایانیدن ساخته شده که در فارسی میانه به شکلِ rāyēnīdan و به معنای «سنجیدن، سبک و سنگین کردن، مقایسه کردن» یا «مرتّب کردن، نظم بخشیدن و سامان دادن» بوده‌است.[نیازمند منبع] این مصدر در زبان فارسی میانه یا همان پهلوی کاربرد فراوانی داشته و مشتق‌های زیادی نیز از آن گرفته شده بوده. در زبان فارسی نو یا همان فارسی (دری) این فعل و مشتق‌هایش به کار نرفته‌اند.[نیازمند منبع] برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ واژهً دهخدا چنین آمده:رایاندن[ دَ ] (مص) رهنمائی نمودن به بیرون. هدایت کردن. (ناظم الاطباء). اما در مآخذ دیگر دیده نشد.[نیازمند منبع]
و گویا تنها در فرهنگ ناظم الاطبا آمده‌است.
شکلِ فارسی میانهٔ این واژه rāyēnīdan بوده و اگر می‌خواسته به فارسی نو برسد به شکل رایانیدن/ رایاندن درمی‌آمده. (بسنجید با واژه‌یِ فارسیِ میانه‌یِ āgāhēnīdan که در فارسیِ نو آگاهانیدن/ آگاهاندن شده‌است).
این واژه از ریشه‌یِ فرضیِ ایرانیِ باستانِ –radz* است که به معنایِ «مرتّب کردن» بوده. این ریشه به‌صورتِ –rad به فارسیِ باستان رسیده و به شکلِ rāy در فارسیِ میانه (پهلوی) به‌کار رفته. از این ریشه ستاک‌هایِ حالِ و واژه‌هایِ زیر در فارسیِ میانه و نو به‌کار رفته‌اند:-ā-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -ā-rāy ِ فارسی میانه که در واژه‌یِ آرایشِ فارسیِ نو دیده می‌شود.-pati-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -pē-rāy ِ فارسی میانه که در واژه‌یِ پیرایشِ فارسیِ نو دیده می‌شود؛ و-rādz-ta*یِ ایرانیِ باستان> rāst ِ فارسی میانه که در واژه‌یِ راستِ فارسیِ نو دیده می‌شود.این ریشه‌یِ ایرانی از ریشه‌یِ هندواروپاییِ -reĝ* به معنایِ «مرتّب کردن و نظم دادن» آمده‌است. از این ریشه درهندی rāj-a به معنیِ «هدایت‌کننده، شاه» (یعنی کسی که نظم می‌دهد)؛لاتینی rect-us به معنیِ «راست، مستقیم»،فرانسه di-rect به معنیِ «راست، مستقیم»،آلمانی richt به معنیِ «راست، مستقیم کردن» وانگلیسی right به معنیِ «راست، مستقیم، درست»
برجای مانده‌است.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= /e/ در فارسی رسمی ایران و /a/ در فارسی رسمی افغانستان و تاجیکستان) را به ستاکِ حالِ فعل‌ها می‌چسبانند تا نامِ ابزارِ آن فعل‌ها به‌دست آید (البته با این فرمول مشتق‌های دیگری نیز ساخته می‌شود، امّا در اینجا تنها نامِ ابزار مدِّ نظر است)؛ برای نمونه ازمالـ- (یعنی ستاکِ حالِ مالیدن) + -ـه، ماله «ابزار مالیدنِ سیمان و گچِ خیس»گیر- (یعنی ستاکِ حالِ گرفتن) + -ـه، گیره «ابزار گرفتن»پوشـ- (یعنی ستاکِ حالِ پوشیدن) + -ـه، پوشه «ابزار پوشیدن» (خود را جایِ کاغذهایی بگذارید که پوشه را می‌پوشند!)رسانـ- (یعنی ستاکِ حالِ رساندن) + -ـه، رسانه «ابزار رساندنِ اطّلاعات و برنامه‌هایِ دیداری و شنیداری»
حاصل می‌گردد.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= e- یا همان a-) را به ستاکِ حالِ "رایانیدن" یعنی رایانـ- چسبانده‌اند تا نامِ ابزارِ این فعل ساخته شود؛ یعنی "رایانه" به معنایِ «ابزارِ نظم بخشیدن و سازماندهی (ِ داده‌ها)» است.
سازندگان این واژه به واژه‌یِ فرانسویِ این مفهوم، یعنی ordinateurتوجّه داشته‌اند[۲] که در فرانسه از مصدرِ ordre«ترتیب و نظم دادن و سازمان بخشیدن» ساخته شده. به هرحال، معنادهیِ واژه‌یِ رایانه برایِ این دستگاه جامع‌تر و رساتر از کامپیوتر است. یادآور می‌شود که computerبه معنایِ «حسابگر» یا «مقایسه‌گر» است، حال آن‌که کارِ این دستگاه براستی فراتر از "حساب کردن" است.تاریخچه[ویرایش]نوشتار اصلی: تاریخچه رایانه
در گذشته دستگاه‌های مختلف مکانیکی ساده‌ای مثل خط‌کش محاسبه و چرتکه نیز رایانه خوانده می‌شدند. در برخی موارد از آن‌ها به‌عنوان رایانه قیاسی نام برده می‌شود. البته لازم به ذکر است که کاربرد واژهٔ رایانه آنالوگ در علوم مختلف بیش از این است که به چرتکه و خطکش محاسبه محدود شود. به طور مثال در علوم الکترونیک، مخابرات و کنترل روشی برای محاسبه مشتق و انتگرال توابع ریاضی و معادلات دیفرانسیل توسط تقویت کننده‌های عملیاتی، مقاومت، سلف و خازن متداول است که به مجموعهٔ سیستم مداری Analog Computer گفته می‌شود [۳]. چرا که برخلاف رایانه‌های رقمی، اعداد را نه به‌صورت اعداد در پایه دو بلکه به‌صورت کمیت‌های فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش می‌دهند. چیزی که امروزه از آن به‌عنوان «رایانه» یاد می‌شود در گذشته به عنوان «رایانه رقمی (دیجیتال)» یاد می‌شد تا آن‌ها را از انواع «رایانه آنالوگ» جدا سازند.
به تصریح دانشنامه انگلیسی ویکی‌پدیا، بدیع‌الزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزاز جَزَری (درگذشتهٔ ۶۰۲ ق.) یکی از نخستین ماشین‌های اتوماتا را که جد رایانه‌های امروزین است، ساخته بوده‌است. این مهندس مکانیک مسلمان از دیاربکر در شرق آناتولی بوده‌است. رایانه یکی از دو چیز برجسته‌ای است که بشر در سدهٔ بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت اولین تلاش در راه ساخت دستگاه‌های محاسب خودکار بود. پاسکال آن دستگاه را که پس از چرتکه دومیت ابزار ساخت بشر بود، برای یاری رساندن به پدرش ساخت. پدر وی حسابدار دولتی بود و با کمک این دستگاه می‌توانست همه اعدادشش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.[۴]
لایبنیتز ریاضی‌دان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب می‌کرد.[۴]
در سدهٔ هجدهم میلادی هم تلاش‌های فراوانی برای ساخت دستگاه‌های محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ۱۸۷۵ میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام می‌داد، به نام خود ثبت کرد.[۴]
از جمله تلاش‌های نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز ببیج ریاضی‌دان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ۱۸۱۰ در اندیشهٔ ساخت دستگاهی بود که بتواند بر روی اعداد بیست و شش رقمی محاسبه انجام دهد. او بیست سال از عمرش را در راه ساخت آن صرف کرد اما در پایان آن را نیمه‌کاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلی می‌نامید آغاز کند. او می‌خواست دستگاهی برنامه‌پذیر بسازد که همه عملیاتی را که می‌خواستند دستگاه برروی عددها انجام دهد، قبلا برنامه‌شان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات برروی آن‌ها به یاری کارت‌های سوراخ‌دار وارد شوند. بابیچ در سال ۱۸۷۱ مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.[۴]
کارهای بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری‌شدهٔ آلمانی‌ها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت آی‌بی‌ام و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ۱۹۴۴ انجامید. این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، می‌توانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آن‌ها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخدار برنامه‌ریزی می‌شد و همهٔ بخش‌های آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود.[۴]تعریف داده و اطلاعات[ویرایش]
داده به آن دسته از ورودی‌هایی خام گفته می‌شود که برای پردازش به رایانه ارسال می‌شوند.
اطّلاعات به داده‌های پردازش شده می‌گویند.رایانه‌ها چگونه کار می‌کنند؟[ویرایش]
از زمان رایانه‌های اولیه که در سال ۱۹۴۱ ساخته شده بودند تا کنون فناوری‌های دیجیتالی رشد نموده‌است، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف می‌کند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی (که جمعا I/O نامیده می‌شود). این بخش‌ها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.حافظه[ویرایش]تصویری از یک هارددیسک
در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانه‌ها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از داده‌ها می‌باشند. داده‌ها ممکن است دستورالعمل‌هایی باشند که به رایانه می‌گویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانه‌ها، در رایانهٔ مختلف متفاوت است، همچنین فناوری‌های بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانه‌ای به رایانه دیگر در تغییر است(از بازپخش‌کننده‌های الکترومکانیکی تا تیوپ‌ها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریس‌های ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمع‌ها با میلیون‌ها فیوز نیمه هادی یا MOSFETهایی با عملکردی شبیه ظرفیت خازنی روی یک تراشه تنها).پردازش[ویرایش]تصویری از یک CPU یا واحد پردازشگر مرکزی
واحد محاسبه و منطق یا ALU دستگاهی است که عملیات پایه مانند چهار عمل اصلی حساب (جمع و تفریق و ضرب و تقسیم)، عملیات منطقی (و، یا، نقیض)، عملیات قیاسی (برای مثال مقایسه دو بایت برای شرط برابری) و دستورات انتصابی برای مقدار دادن به یک متغیر را انجام می‌دهد. این واحد جائیست که «کار واقعی» در آن صورت می‌پذیرد.
البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی می‌شوند. نوع اول پردازش‌گرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده می‌باشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستوراتی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی می‌باشند. تنوع دستورات این دسته از پردازنده‌ها تا حدی است که توضیحات آن‌ها خود می‌تواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازنده‌های مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش می‌دهند و در حقیقت برای برنامه‌نویسی برای این پردازنده‌ها بار نسبتاً سنگینی بر دوش برنامه‌نویس است. این پردازنده‌ها تنها حاوی ۴ عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسه‌ای به علاوه چند دستور بی‌اهمیت دیگر می‌باشند. هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شده‌اند و برای پیاده‌سازی این دستورات در معماری‌های مختلف از پیاده‌سازی سخت‌افزاری(معماری CISC) و پیاده‌سازی نرم‌افزاری(معماری RISC) استفاده می‌شود.
(قابل ذکر است پردازنده‌های اینتل از نوع پردازنده مبتنی بر اعمال پیچیده می‌باشند.)
واحد کنترل همچنین این مطلب را که کدامین بایت از حافظه حاوی دستورالعمل فعلی اجرا شونده‌است را تعقیب می‌کند، سپس به واحد محاسبه و منطق اعلام می‌کند که کدام عمل اجرا و از حافظه دریافت شود و نتایج به بخش اختصاص داده شده از حافظه ارسال گردد. بعد از یک بار عمل، واحد کنترل به دستورالعمل بعدی ارجاع می‌کند(که معمولاً در خانه حافظه بعدی قرار دارد، مگر اینکه دستورالعمل جهش دستورالعمل بعدی باشد که به رایانه اعلام می‌کند دستورالعمل بعدی در خانه دیگر قرار گرفته‌است).ورودی/خروجی[ویرایش]تصویری از یک رایانه، صفحه نمایشگر(Monitor) نقش خروجی و صفحه کلید(keyboard) نقش ورودی را دارد.
بخش ورودی/خروجی (I/O) این امکان را به رایانه می‌دهد تا اطلاعات را از جهان بیرون تهیه و نتایج آن‌ها را به همان جا برگرداند. محدوده فوق العاده وسیعی از دستگاه‌های ورودی/خروجی وجود دارد، از خانواده آشنای صفحه‌کلیدها، نمایشگرها، نَرم‌دیسک گرفته تا دستگاه‌های کمی غریب مانند رایابین‌ها (webcams). (از سایر ورودی/خروجی‌ها می‌توان موشواره mouse، قلم نوری، چاپگرها (printer)، اسکنرها، انواع لوح‌های فشرده(CD, DVD) را نام برد).
چیزی که تمامی دستگاه‌های عمومی در آن اشتراک دارند این است که آن‌ها رمزکننده اطلاعات از نوعی به نوع دیگر که بتواند مورد استفاده سیستم‌های رایانه دیجیتالی قرار گیرد، هستند. از سوی دیگر، دستگاه‌های خروجی آن اطلاعات به رمز شده را رمزگشایی می‌کنند تا کاربران آن‌ها را دریافت نمایند. از این رو یک سیستم رایانه دیجیتالی یک نمونه از یک سامانه داده‌پردازی می‌باشد.دستورالعمل‌ها[ویرایش]
هر رایانه تنها دارای یک مجموعه کم تعداد از دستورالعمل‌های ساده و تعریف شده می‌باشد. از انواع پرکاربردشان می‌توان به دستورالعمل «محتوای خانه ۱۲۳ را در خانه ۴۵۶ کپی کن!»، «محتوای خانه ۶۶۶ را با محتوای خانه ۰۴۲ جمع کن، نتایج را در خانه ۰۱۳ کن!»، «اگر محتوای خانه ۹۹۹ برابر با صفر است، به دستورالعمل واقع در خانه ۳۴۵ رجوع کن!».
دستورالعمل‌ها در داخل رایانه بصورت اعداد مشخص شده‌اند - مثلاً کد دستور العمل (copy instruction) برابر ۰۰۱ می‌تواند باشد. مجموعه معین دستورالعمل‌های تعریف شده که توسط یک رایانه ویژه پشتیبانی می‌شود را زبان ماشین می‌نامند. در واقعیت، اشخاص معمولاً به زبان ماشین دستورالعمل نمی‌نویسند بلکه بیشتر به نوعی از انواع سطح بالای زبان‌های برنامه‌نویسی، برنامه‌نویسی می‌کنند تا سپس توسط برنامه ویژه‌ای (تفسیرگرها (interpreters) یا همگردان‌ها (compilers) به دستورالعمل ویژه ماشین تبدیل گردد. برخی زبان‌های برنامه‌نویسی از نوع بسیار شبیه و نزدیک به زبان ماشین که اسمبلر (یک زبان سطح پایین) نامیده می‌شود، استفاده می‌کنند؛ همچنین زبان‌های سطح بالای دیگری نیز مانند پرولوگ نیز از یک زبان انتزاعی و چکیده که با زبان ماشین تفاوت دارد بجای دستورالعمل‌های ویژه ماشین استفاده می‌کنند.معماری‌ها[ویرایش]
در رایانه‌های معاصر واحد محاسبه و منطق را به همراه واحد کنترل در یک مدار مجتمع که واحد پردازشی مرکزی (CPU) نامیده می‌شود، جمع نموده‌اند. عموما، حافظه رایانه روی یک مدار مجتمع کوچک نزدیک CPU قرار گرفته. اکثریت قاطع بخش‌های رایانه تشکیل شده‌اند از سامانه‌های فرعی (به عنوان نمونه، منبع تغذیه رایانه) و یا دستگاه‌های ورودی/خروجی.
برخی رایانه‌های بزرگ‌تر چندین CPU و واحد کنترل دارند که بصورت هم‌زمان با یکدیگر درحال کارند. این‌گونه رایانه‌ها بیشتر برای کاربردهای پژوهشی و محاسبات علمی بکار می‌روند.
کارایی رایانه‌ها بنا به تئوری کاملاً درست است. رایانه داده‌ها و دستورالعمل‌ها را از حافظه‌اش واکشی (fetch) می‌کند. دستورالعمل‌ها اجرا می‌شوند، نتایج ذخیره می‌شوند، دستورالعمل بعدی واکشی می‌شود. این رویه تا زمانی که رایانه خاموش شود ادامه پیدا می‌کند. واحد پردازنده مرکزی در رایانه‌های شخصی امروزی مانند پردازنده‌های شرکت ای-ام-دی و شرکت اینتل از معماری موسوم به خط لوله استفاده می‌شود و در زمانی که پردازنده در حال ذخیره نتیجه یک دستور است مرحله اجرای دستور قبلی و مرحله واکشی دستور قبل از آن را آغاز می‌کند. همچنین این رایانه‌ها از سطوح مختلف حافظه نهانگاهی استفاده می‌کنند که در زمان دسترسی به حافظه اصلی صرفه‌جویی کنند.برنامه‌ها[ویرایش]
برنامه رایانه‌ای فهرست‌های بزرگی از دستورالعمل‌ها (احتمالاً به همراه جدول‌هائی از داده) برای اجرا روی رایانه هستند. خیلی از رایانه‌ها حاوی میلیون‌ها دستورالعمل هستند، و بسیاری از این دستورها به تکرار اجرا می‌شوند. یک رایانه شخصی نوین نوعی (درسال ۲۰۰۳) می‌تواند در ثانیه میان ۲ تا ۳ میلیارد دستورالعمل را پیاده نماید. رایانه‌ها این مقدار محاسبه را صرف انجام دستورالعمل‌های پیچیده نمی‌کنند. بیشتر میلیون‌ها دستورالعمل ساده را که توسط اشخاص باهوشی «برنامه نویسان» در کنار یکدیگر چیده شده‌اند را اجرا می‌کنند. برنامه‌نویسان خوب مجموعه‌هایی از دستورالعمل‌ها را توسعه می‌دهند تا یکسری از وظایف عمومی را انجام دهند(برای نمونه، رسم یک نقطه روی صفحه) و سپس آن مجموعه دستورالعمل‌ها را برای دیگر برنامه‌نویسان در دسترس قرار می‌دهند. (اگر مایلید «یک برنامه‌نویس خوب» باشید به این مطلب مراجعه نمایید.)
رایانه‌های امروزه، قادرند چندین برنامه را در آن واحد اجرا نمایند. از این قابلیت به عنوان چندکارگی (multitasking) نام برده می‌شود. در واقع، CPU یک رشته دستورالعمل‌ها را از یک برنامه اجرا می‌کند، سپس پس از یک مقطع ویژه زمانی دستورالعمل‌هایی از یک برنامه دیگر را اجرا می‌کند. این فاصله زمانی اکثرا به‌عنوان یک برش زمانی (time slice) نام برده می‌شود. این ویژگی که CPU زمان اجرا را بین برنامه‌ها تقسیم می‌کند، این توهم را بوجود می‌آورد که رایانه هم‌زمان مشغول اجرای چند برنامه‌است. این شبیه به چگونگی نمایش فریم‌های یک فیلم است، که فریم‌ها با سرعت بالا در حال حرکت هستند و به نظر می‌رسد که صفحه ثابتی تصاویر را نمایش می‌دهد. سیستم‌عامل همان برنامه‌ای است که این اشتراک زمانی را بین برنامه‌های دیگر تعیین می‌کند.سیستم‌عامل[ویرایش]
کامپیوتر همیشه نیاز دارد تا برای بکار انداختنش حداقل یک برنامه روی آن در حال اجرا باشد. تحت عملکردهای عادی این برنامه همان سیستم‌عامل یا OS که مخفف واژه‌های Operating System است. سیستم یا سامانه عامل بر اساس پیشفرض‌ها تصمیم می‌گیرد که کدام برنامه برای انجام چه وظیفه‌ای اجرا شود، چه زمان، از کدام منابع (مثل حافظه، ورودی/خروجی و...) استفاده شود. همچنین سیستم‌عامل یک لایه انتزاعی بین سخت‌افزار و برنامه‌های دیگر که می‌خواهند از سخت‌افزار استفاده کنند، می‌باشد، که این امکان را به برنامه نویسان می‌دهد تا بدون اینکه جزئیات ریز هر قطعه الکترونیکی از سخت‌افزار را بدانند بتوانند برای آن قطعه برنامه‌نویسی نمایند. در گذشته یک اصطلاح متداول بود که گفته می‌شد با تمام این وجود کامپیوترها نمی‌توانند برخی از مسائل را حل کنند که به این مسائل حل نشدنی گفته می‌شود مانند مسائلی که در مسیر حلشان در حلقه بی نهایت می‌افتند. به همین دلیل نیاز است که با کمک روشهای خاص بطور مثال به چند بخش تقسیم نمودن مساله یا روشهای متداول دیگر از رخ دادن این خطا تا حد امکان جلوگیری نمود. از جمله سیستم عامل های امروزی میتوان به مایروسافت ویندوز ، مکینتاش اپل و لینوکس و بی اس دی اشاره کرد.کاربردهای رایانه[ویرایش]
نخستین رایانه‌های رقمی، با قیمت‌های زیاد و حجم بزرگشان، در اصل محاسبات علمی را انجام می‌دادند، انیاک یک رایانهٔ قدیمی ایالات متحده اصولاً طراحی شده تا محاسبات پرتابه‌ای توپخانه و محاسبات مربوط به جدول چگالی نوترونی را انجام دهد. (این محاسبات بین دسامبر ۱۹۴۱ تا ژانویه ۱۹۴۶ روی حجمی بالغ بر یک میلیون کارت پانچ انجام پذیرفت! که این خود طراحی و سپس تصمیم نادرست بکارگرفته شده را نشان می‌دهد) بسیاری از ابررایانه‌های امروزی صرفاً برای کارهای ویژهٔ محاسبات جنگ افزار هسته‌ای استفاده می‌گردد[نیازمند منبع].
CSIR Mk I نیز که نخستین رایانه استرالیایی بود برای ارزیابی میزان بارندگی در کوه‌های اسنوئی (Snowy)این کشور بکاررفت، این محاسبات در چارچوب یک پروژه عظیم تولید برقابی انجام گرفت.
برخی رایانه‌ها نیز برای انجام رمزگشایی بکارگرفته می‌شد، برای مثال Colossus که در جریان جنگ جهانی دوم ساخته شد، جزو اولین کامپیوترهای برنامه‌پذیر بود(البته ماشین تورینگ کامل نبود). هرچند رایانه‌های بعدی می‌توانستند برنامه‌ریزی شوند تا شطرنج بازی کنند یا تصویر نمایش دهند و سایر کاربردها را نشان دهد.
سیاست‌مداران و شرکت‌های بزرگ نیز رایانه‌های اولیه را برای خودکارسازی بسیاری از مجموعه‌های داده و پردازش کارهایی که قبلا توسط انسان‌ها انجام می‌گرفت، بکار بستند - برای مثال، نگهداری و بروزرسانی حساب‌ها و دارایی‌ها. در موسسات پژوهشی نیز دانشمندان رشته‌های مختلف شروع به استفاده از رایانه برای مقاصدشان نمودند.
کاهش پیوسته قیمت‌های رایانه باعث شد تا سازمان‌های کوچک‌تر نیز بتوانند آن‌ها را در اختیار بگیرند. بازرگانان، سازمان‌ها، و سیاست‌مداران اغلب تعداد زیادی از کامپیوترهای کوچک را برای تکمیل وظایفی که قبلا برای تکمیلشان نیاز به رایانه بزرگ (mainframe) گران قیمت و بزرگ بود، به کار بگیرند. مجموعه‌هایی از رایانه‌های کوچک‌تر در یک محل اغلب به‌عنوان خادم سرا[نیازمند منبع] (server farm) نام برده می‌شود.
با اختراع ریزپردازنده‌ها در دههٔ ۱۹۷۰ این امکان که بتوان رایانه‌هایی بسیار ارزان قیمت را تولید نمود بوجود آمد. رایانه‌های شخصی برای انجام وظایف بسیاری محبوب گشتند، از جمله کتابداری، نوشتن و چاپ مستندات. محاسبات پیش بینی‌ها و کارهای تکراری ریاضی توسط صفحات گسترده (spreadsheet)، ارتباطات توسط پست الکترونیک، و اینترنت. حضور گسترده رایانه‌ها و سفارشی کردن آسانشان باعث شد تا در امورات بسیار دیگری بکارگرفته شوند.
در همان زمان، رایانه‌های کوچک، که معمولاً با یک برنامه ثابت ارائه می‌شدند، راهشان را بسوی کاربردهای دیگری باز می‌نمودند، کاربردهایی چون لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، و ابزار صنعتی. این پردازشگرهای جاسازی شده کنترل رفتارهای آن لوازم را ساده‌تر کردند، همچنین امکان انجام رفتارهای پیچیده را نیز فراهم نمودند (برای نمونه، ترمزهای ضدقفل در خودروها[۵]). با شروع قرن بیست و یکم، اغلب دستگاه‌های الکتریکی، اغلب حالت‌های انتقال نیرو، اغلب خطوط تولید کارخانه‌ها توسط رایانه‌ها کنترل می‌شوند. اکثر مهندسان پیش بینی می‌کنند که این روند همچنان به پیش برود... یکی از کارهایی که می‌توان به‌وسیله رایانه انجام داد برنامه گیرنده ماهواره‌است.انواع رایانه[ویرایش]رایانه‌های توکار (جاسازی شده)[ویرایش]
رایانه‌هایی هم وجود دارند که تنها برای کاربردهای خاص طراحی می‌شوند. در ۲۰ سال گذشته، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونه‌های قابل ذکر آن می‌توان جعبه‌های بازی‌های ویدئویی را که بعدها در دستگاه‌های دیگری از جمله تلفن همراه، دوربین‌های ضبط ویدئویی، و PDAها و ده‌ها هزار وسیله خانگی، صنعتی، خودروسازی و تمام ابزاری که در درون آنها مدارهایی که نیازهای ماشین تورینگ را مهیا ساخته‌اند، گسترش یافت، را نام برد(اغلب این لوازم برنامه‌هایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشه‌هایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند، نگاشته شده‌اند). این رایانه‌ها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شده‌اند «ریزکنترل‌گرها» یا رایانه‌های توکار" (Embedded Computers) نامیده می‌شوند. بنابراین تعریف این رایانه‌ها به‌عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطّلاعات طراحی گردیده محدودیت‌هایی دارد.بیشتر می‌توان آنها را به ماشین‌هایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگ‌تر به‌عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاه‌های تلفن،ماکروفرهاو یاهواپیما که این رایانه‌ها بدون تغییر فیزیکی توسط کاربر می‌توانند برای مقاصد مختلفی بکارگرفته شوند.رایانه‌های شخصی[ویرایش]
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانه‌ها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی که رایانه شخصی (PC) نامیده می‌شوند استفاده می‌کنند. رایانه‌ای است که از اجزای الکترونیکی میکرو (ریز)تشکیل شده که جزو کوچکترین و ارزان ترین کامپیوترها محسوب می‌شود و کاربردهای خانگی و اداری دارد شرکت آی‌بی‌ام رایانه شخصی در سال ۱۹۸۱ میلادی به جهان معرفی کرد
اولین کامپیوتر IBM از برخی از ماشین حساب‌های امروزی نیز ضعیف تر است ولی در آن زمان شگفت انگیز بود.کامپیوتر شخصی سی سال پیش دارای حافظه ROM با ظرفیت 40K و حافظه RAM با ظرفیت 64K بود البته کاربر می‌توانست حافظه RAM را تا 256K افزایش دهد. قیمت هر ماژول 64K حافظه نیز تنها ۴۹۵ دلار قیمت داشت! قیمت آن کامپیوتر نیز ۳٬۰۰۵ دلار بود و IBM در آن زمان توانست ۶۷۱٬۵۳۷ دستگاه از آن را بفروشد.

پروکسیما قنطورس

روکسیما قنطورس(به انگلیسی: Proxima Centauri)‏(به لاتین: proximus, proxima, proximum به معنی «نزدیک»)‏^[۶] یک ستاره کوتوله قرمز با فاصله ۴.۲ سال نوری و نزدیک‌ترین ستاره به زمین^[۷] در صورت فلکی قنطورس است. این ستاره در سال۱۹۱۵ و توسط رابرت اینز، رئیس رصدخانه ملی آفریقای جنوبی کشف شد.

پروکسیما قنطورس جزئی از سامانه ستاره‌ای آلفا قنطورس به‌شمار می‌آید و نزدیک‌ترین ستاره به خورشید ما است. از آنجایی که این ستاره نسبت به دیگر ستاره‌ها به زمین بسیار نزدیک است، می‌توان اندازه قطر زاویه‌ای آن را به طور مستقیم اندازه گرفت که این مقدار یک هفتم قطر زاویه‌ای خورشید محاسبه شده‌است. پروکسیما قنطورس جرمی حدود یک هشتم جرم خورشید دارد و میانگین چگالی آن ۴۰ برابر خورشید است.^{[پانویس ۱]} و درخشندگی بسیار پائینی دارد، این ستاره یک ستارهشراره‌ای است^[۸] و تغییرات زیادی در قدر ظاهری آن دیده می‌شود.^[۹]

میدان مغناطیسی این ستاره از انتقال گرمای درون و بیرون ستاره تشکیل شده‌است. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد پرتوهای ایکس منتشر شده از این ستاره بسیار به خورشید شباهت دارد^[۱۰] و تولید انرژی پائین در ستاره نشان می‌دهد که این ستاره ۴ تریلیون سال دیگر در رشته اصلی خواهد ماند.^[۱۱] یا حدود ۳۰۰ برابر سن جهان.^[۱۲]

جستجوهای که جهت پیدا کردن همدم این ستاره انجام گرفته تاکنون ناموفق بوده‌است؛ اگرچه این تلاش‌ها نشان داد که این همدم می‌تواند فقط در کنار یک کوتوله قهوه‌ای یا یک سیاره پرجرم باشد. برای کشف این‌گونه اجرام، ماموریت فضاییتداخل‌سنجی نیز انجام شده‌است. از آنجا که پروکسیما قنطورس یک کوتوله قرمز و یک ستاره شعله‌زن است در صورت داشتن سیاره، این سیاره قطعاً فاقد زیست خواهد بود. پروکسیما قنطورس را به علت نزدیک بودن به عنوان یکی از گزینه‌های مسافرت میان‌ستاره‌ای پیشنهاد کرده‌اند.

رصد[ویرایش]

رابرت اینز(به انگلیسی: Robert Innes)‏، مسئول رصدخانه ملی آفریقای جنوبی در ژوهانسبورگ و در سال ۱۹۱۵ این ستاره را کشف کرد زیرا این جسم حرکت مخصوصی برابر حرکت آلفا قنطورس داشت.^[۱۴] او همچنین نام این ستاره را پروکسیما قنطورس نامید.^[۱۵] در سال ۱۹۱۷، در رصدخانه سلطنتی کیپ هوپ گود اخترشناس هلندی جوان وت(به هلندی: Joan Voûte)‏، اختلاف منظر این ستاره را اندازه گرفت و نشان داد که این ستاره دقیقا همان فاصله آلفا قنطورس از زمین را دارد.^[۱۶] در سال ۱۹۵۱ اخترشناس آمریکایی هارلو شپلی (به انگلیسی: Harlow Shapley)‏ نشان داد که این ستاره یک نوع از ستارگان است که شعله‌هایی به شکل زبانه از خود بیرون می‌دهد. تصاویر بعدی نشان داد که این ستاره تا ۸ درصد در قدر ظاهری خود افزایش می‌یابد و بنابراین فعال‌ترین ستاره شراره‌ای محسوب می‌شود.^[۱۷]

نزدیکی این ستاره اجازه می‌دهد تا میزان فعالیت در شعله‌زنی ستاره را بررسی کنیم.در سال ۱۹۸۰ رصدخانه اینشتین منحنی تولید پرتو ایکس توسط پروکسیما قنطورس را اعلام نمود در ادامه ماهواره‌های EXOSAT و ROSAT فعالیت شعله‌زنی آن را ثبت نمودند و در سال ۱۹۹۵ توسط ماهواره ژاپنی ASCA پرتوهای ایکس مشابه پرتوهای خورشیدی ثبت شد.^[۱۸] پروکسیما قنطورس موضوع مورد مطالعه رصدخانه‌های پرتو ایکس زیادی شامل XMM-نیوتون و چاندرا بوده‌است.^[۱۹]

از آن‌جایی که این ستاره میل جنوبی دارد از عرض‌های جنوبی‌تر از ۲۷ درجه شمالی دیده می‌شود، که شامل میامی، فلوریدا و جنوب آن می‌شود.

کوتوله‌های قرمز بسیار کم‌نورتر از آن هستند که با چشم غیرمسلح دیده شوند ولی چون این ستاره به زمین بسیار نزدیک استرجل قنطورس و آلفا قنطورس بی ستارگانی از قدر پنجم بوده.^[۲۰][۲۱] و این ستاره از قدر ۱۱ است و بنابرین با تلسکوپی با قطر آینه(یا عدسی) ۸ سانتی‌متر (۳.۱ اینچ) و در شرایط ایده‌آل دیده می‌شود.^[۲۲]

مشخصات[ویرایش]

پروکسیما قنطورس به عنوان یک ستاره کوتوله قرمز شناخته می‌شود زیرا این ستاره در رشته اصلی قرار داشته و رده طیفی M 5.5 را داردبه همین دلیل در دسته ستارگان کوتوله جای می‌گیرد، معنی M 5.5 این است که این ستاره جرم بسیار کمی دارد. قدر مطلق این ستاره(یعنی قدر ظاهری آن اگر در فاصله ۱۰ پارسکی قرار داشت.^[۲۳]) برابر ۱۵.۵ است.^[۳]درخشندگی آن در مجموع تمام طول موج‌ها برابر ۰.۱۷٪ خورشید است، ولی هنگامی از نور مرئی آن دیده می‌شود درخشندگی آن فقط ۰.۰۰۵۶ درصد درخشندگی خورشید در نور مرئی است.^[۲۴] بیش از ۸۵ درصد تابش در طول موج مادون قرمز است.^[۲۵]

این طراحی اندازه ستاره‌ها را نشان می‌دهد از چپ به راست خورشید، آلفا قنطورس ای، آلفا قنطورس بی و پروکسیما قنطورس

در سال ۲۰۰۲، بررسی نوری تلسکوپ بزرگ (VLTI) قطر زاویه‌ای پروکسیما قنطورس را 1.02 ± 0.08 میلی‌ثانیه قوسی اندازه گرفت.از آنجایی که فاصله آن معلوم است محاسبه می‌شود که قطر واقعی آن یک هفتم قطر خورشید و ۱.۵ برابر قطر مشتریاست.^[۱۴] جرم آن ۱۲.۳٪ جرم خورشید و ۱۲۹ برابر جرم مشتری است. در ستارگان رشته اصلی چگالی با کاهش جرم افزایش می‌یابد,^[۲۶] و پروکسیما قنطورس استثنا نیست به همین جهت چگالی آن 56,800 kg/m³ تخمین زده می‌شود، و چگالی خورشید برابر است با 1,409 kg/m³.^{[پانویس ۱]}

یک کوتوله قرمز با جرم پروکسیما قنطورس حدود چهار تریلیون سال در رشته اصلی می‌ماند.در این مدت به آرامی هیدروژن ستاره از طریق گداخت به هلیوم تبدیل شده و به همین علت داغ‌تر و کوچکتر می‌شود و رنگش به آبی می‌گراید. و در نزدیکی پایان این دوره درخشندگی‌اش به ۲.۵ درصد درخشندگی خورشید می‌رسد و هنگامی که سوخت هیدروژن آن تمام شد به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود (بدون رد کردن فاز غول سرخی) و به طور ثابت انرژی از دست می‌دهد.^[۱۱]

از آنجایی که این ستاره جرم کمی دارد پس انتقال حرارتی آن بسیار خوب انجام می‌شود، به همین علت انتقال انرژی آن مستقیم و از طریق حرکت‌های فیزیکی انجام می‌شود.برخلاف خورشید که اگر ۱۰٪ هیدروژنش را از دست بدهد از رشته اصلی خارج خواهد شد این ستاره تا زمانی که سوخت هیدروژن دارد از رشته اصلی خارج نخواهد شد.^[۱۱]

این انتقال گرما همراه با مقاومت میدان مغناطیسی به دلیل همین کش‌مکش سطح ستاره ناپایدار شده و شعله‌های خاصی نسبت زیاد ببیرون زده و قدر ستاره تغییر می‌دهد این شعله‌های می‌توانند دمای سطح ستاره را تا ۲۷ میلیون درجه کلوین افزایش دهند^[۱۹]—گرمایی که برای تابش پرتو ایکس کافی است.^[۲۷] شار خروجی پرتو ایکس این ستاره حدودا (4–16) × ۱۰²⁶ ارگ/s ((4–16) × ۱۰¹⁹ W) تخمین زده می‌شود، این مقدار از شار خروجی خورشید بیشتر است. قله‌های پرتو ایکس این ستاره تا مقدار 10²⁸ erg/s (10²¹ W.) نیز رسیده‌اند^[۱۹]

از طریق بررسی خطوط طیفی کشف شده‌است که فام‌سپهر (کروموسفر) ستاره دارای مقادیر قابل توجهی منگنز با طول موج نشری 280 ن‌م است.^[۲۸] گمان می‌رود ۸۸ درصد سطح ستاره فعال باشد که این از خورشید و حتی در دوره خورشید نیز که هر ۱۱ سال یک‌بار رخ می‌دهد نیز بیش‌تراست. و محاسبه شده‌است که تاج این ستاره تا 3.5 میلیون K دما دارد، در صورتی که این مقدار برای خورشید فقط 2 میلیون درجه کلوین است.^[۲۹] اگرچه این ستاره در رده M قرار می‌گیرد و یک کوتوله قرمز است،^[۱۰] این ستاره هر ۴۴۲ روز یک‌بار فعال می‌شود که این مقدار از ۱۱ سال دوره خورشیدی بسیار کوتاه‌تر است.^[۳۰]

پروکسیما قنطورس بادهای ستاره‌ای ضعیفی دارد، که جرم این بادها ۲۰ درصد بادهای خورشیدی هستند. زیرا این ستاره بسیار از خورشید کوچک‌تر است، اگرچه مقدار کاهش جرم بر واحد سطح پروکسیما قنطورس هشت برابر خورشید است.^[۳۱]

فاصله و حرکت[ویرایش]

با اختلاف منظر ۷۷۲٫۳ ± ۲٫۴ دقیقه قوسی اندازه گیری شده توسط ابرخس(اندازه گیری توسط تلسکوپ فضایی هابل مقدار ۷۶۸٫۷ ± ۰٫۳^[۳۲] دقیقه قوسی می‌دهد)، پروکسیما قنطورس با زمین ۴٫۲ سال نوری فاصله دارد^{[پانویس ۲]}، یا ۲۷۰٬۰۰۰ برابر فاصله خورشید تا زمین. از بهترین نقطه زمین زاویه جدایی برابر ۲٫۱۸° خواهد بود^[۳۳] یا چهار برابر قطر زاویه‌ای ماه کامل.^[۳۴] پروکسیما همچنین حرکت مخصوص ۳٫۸۵ ثانیه قوسی در هر سال دارد.^[۳۵] و سرعت شعاعی  km/s۲۱٫۷ نیز دارد.^[۱]

به علت حرکت پروکسیما قنطورس، این ستاره فقط در ۳۲٬۰۰۰ سال آینده نزدیک‌ترین ستاره به زمین خواهد بود و بعد از آن ستاره‌ای با نام رز ۲۴۸ نزدیک‌ترین ستاره به زمین خواهد بود.^[۳۶] فاصله پروکسیما قنطورس تا زمین ۳٫۱۱ سال نوری است و تا ۲۶٬۷۰۰ سال آینده همین مقدار را تقریبا خواهد داشت. .^[۳۷] فاصلهٔ چرخش پروکسیما قنطورس از مرکز کهکشان راه شیری بین ۸٫۳ تا ۹٫۵ کیلوپارسک متغیر است و خروج از مرکز این مدار ۰٫۰۰۷ محاسبه شده‌است.

صورت فلکی قنطورس

قنطورس نام یکی از صورت‌های فلکی است. این صورت آسمانی از ابتدایی ترین نقوش شناخته شده برای بشر است و در اساطیر سومری سمبلی است از ایزد جنگ با تیر و کمان و پس از سومریان در نزد یونانیان نیز بود. صورت فلکی قوس منظره عظیمی از کمانداری با بالاتنه انسان و پایین تنه اسبی است که کمانی در دست دارد. اسطوره شناسان یونانی این حیوان افسانه ای عظیم را در این شمایل می شناختند در حالی که تمدن های جدیدتر مثل بابلیان آن را ایزدی با دو بال و سر شیر فرض می کردند. در افسانه های یونانی، اغلب اوقات او را در جایگاه شارون، که عاقل ترین قنطورس بود، می شناختند، به باور آن ها او کمانش را به طرف عقرب هدف گیری کرده است. البته این تفکر افسانه ای به دوره سومریان باز میگردد. با وجود این توصیف آن چیزی که بیشترین مقبولیت را دارد تعیین هویت شارون با صورت فلکی نیمه انسان و نیمه اسب است. شارون محترم ترین معلم و آموزگار برای ایزدان بزرگی چون خدای طب، قهرمان و فاتح یونانی تسیوس، آشیل، جیسون و هرکول بود. افسانه دیگر این است که قوس تیری را که قنطورس به سمت عقاب پرتاب کرده است تا او را بکشد را با دستانش گرفته و در کمانش گذاشته و دوباره به سمت خود قنطورس پرتاب میکند.

البته برخی دیگر معتقدند این صورت فلکی مانند یک قوری عظیم می پنداشتند که بر دم عقرب آب جوش می ریزد و راه شیری مانند بخاری از لوله قوری خارج می گردد

آلفا قنطورس

لفا قِنطورِس (Alpha Centauri) یا رجل قنطورس (پای اسب‌مرد) یا ظُلمان (شترمرغ‌ها) نام ستاره‌ای است در صورت فلکی قنطورس.

آلفا قنطورس یک ستارهٔ دوتایی است که به همراه پروکسیما قنطورس که بسیار کم‌نورتر است یک سامانهٔ سه‌گانه تشکیل می‌دهد. این سامانه، از همهٔ ستاره‌ها به منظومهٔ خورشیدی ما نزدیک‌تر است و با چشم غیر مسلح به صورت چهارمین ستاره درخشان آسمان شب دیده می‌شود. فاصلهٔ آلفا قنطورس از خورشید ۴٫۳۶ سال نوری است. شعاع آلفا قنطورس اِی ۲۳ درصد از خورشید بیشتر است و چگالی آن نیز ۱۰ درصد بیشتر از خورشید ما است.^[۴]

ستاره دوتایی رجل قنطورس، از دو ستاره اِی و بی تشکیل شده که حدوداً هر ۸۰ سال یک‌بار گرد مدار خود می‌گردند. فاصله ستاره اِی از ستاره بی در حدود ۲۳٫۷ واحد نجومی است که قابل مقایسه‌است با فاصله سیاره اورانوس از خورشید. البته این فاصله، میانگینی از فاصله دو ستاره اِی و بی است و به خاطر مدارهای بسیار ناهم‌مرکز این دو پیکر آسمانی، فاصله آن‌ها نسبت به هم میان ۱۱ تا ۳۵ واحد نجومی نوسان می‌کند.

زیست‌پذیری[ویرایش]

به خاطر نزدیکی زیاد این دو ستاره به هم، ناحیه‌ای کوچک، در حدود ۲ واحد نجومی، میانشان وجود دارد که در آن گردش مداری حالتی پایدار دارد و بنابر این احتمال وجود سیارات در آن هست. این فاصله کم هم‌چنین باعث می‌شود که غول‌های گازینتوانند در آن شکل بگیرند. ناحیه «زیست‌پذیر» رجل قنطورس نیز در همین محدوده قرار گرفته و شرایط در آن به‌گونه‌ای است که وجود موجودات زنده در آن را نمی‌شود منتفی فرض کرد.

پژوهش‌ها و رصدهایی که تاکنون انجام شده هنوز موفق به یافتن سیاره‌ای پیرامون این سامانه ستاره‌ای نشده‌است اما شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهد که احتمال وجود یک سیاره در فاصله ۱٫۱ واحد نجومی (۱۶۰ میلیون کیلومتری) ستاره آلفا قنطورس بی، زیاد است و مدار چنین سیاره‌ای می‌تواند دست کم در مدت ۲۵۰ میلیون سال پایدار بماند.^[۵]

این احتمالات باعث شده تا دانشمندان آلفا قنطورس را نخستین هدف برنامه‌های آینده سفرهای میان‌ستاره‌ای بدانند و در برخی فیلم‌های تخیلی نیز سامانه آلفا قنطورس صحنه وجود کره‌های دارای زیست باشد. از آن جمله در فیلم آواتار (ساخته سال ۲۰۰۹)، قمر سرسبز پاندورا، به عنوان یکی از ماه‌های یک غول گازی تخیلی در سامانه آلفا قنطورس در نظر گرفته شده‌است.

کهکشان آندرومدا

آندرومدا یا زن بر زنجیر یک کهکشان مارپیچی واقع در صورت فلکی آندرومدا است که حدود ۲٫۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. با این‌که آندرومدا نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی به کهکشان راه شیری است ولی نزدیک‌ترین کهکشان نیست. آندرومدا بزرگ‌ترین کهکشان از گروه کهکشانی محلی است که شامل راه شیری، آندرومدا، سه‌تکه و ۳۰ کهکشان کوچک‌تر است.

احتمال دارد که کهکشان‌های راه‌شیری و آندرومدا حدود ۳ تا ۵ میلیارد سال آینده با یکدیگر برخورد کنند.

نام‌ها[ویرایش]

تصویر کهکشان زن برزنجیر (M۳۱) گرفته شده توط اسپیتزر در مادون قرمز, MIPS, ۲۴ میکرومتر

این کهکشان در فهرست مسیه M۳۱ نام دارد و در کاتالوگ عمومی جدید NGC۲۲۴؛ نام انگلیسی آن Andromeda (از یونانی Ανδρομέδη — آندرومده — و نام یک شاهزاده در اسطوره‌های یونان باستان) است و در زبان عربی به آن امراةالمسلسه (زن برزنجیر) می‌گویند.

درباره[ویرایش]

نخستین رصد ثبت‌شده از کهکشان آندرومدا، در سال ۹۶۴ میلادی توسط منجم ایرانی، عبدالرحمان صوفی انجام گرفت که از آن به عنوان" ابر کوچک" نام برد. اولین توصیف از جرم بر پایه رصد تلسکوپی، توسط منجم آلمانی به نام سیمون ماریوس۱ در سال ۱۶۱۲صورت گرفت. شارل مسیه در سال ۱۷۶۴ این جرم را در فهرست خود تحت نام M۳۱ دسته‌بندی کرد و به طور غلط کاشف آن را ماریوس نامید در صورتی که عبدالرحمان صوفی پیش از او به وجود این کهکشان پی برد. در سال ۱۷۸۵ منجمی به نام ویلیام هرشل یک منطقه قرمز رنگ کم فروغی را در هسته M۳۱ ثبت کرد. او این جرم را سحابی بزرگ نامید و بر پایه رنگ و قدر سحابی به اشتباه حدس زد که فاصله آن از ما بیشتر از ۲ هزار برابر فاصله ستاره شباهنگ از ما نیست.

ویلیام هرشل در سال ۱۸۶۴، طیف M۳۱ را مشاهده کرد و متوجه شد که طیف آن با طیف یک سحابی گازی فرق دارد. M۳۱ دارای طیفی پیوسته به همراه خطوط جذبی تاریک بود با استفاده از این خطوط جذبی می‌توان به ترکیبات شیمیایی یک جرم پی برد. طیف سحابی آندرومدا بسیار شبیه به طیف اختصاصی ستارگان بود و به این ترتیب او نتیجه گرفت که M۳۱ یک طبیعت شبه‌ستاره‌ای دارد. در سال ۱۸۸۵، یک ابرنواختر (با نام S آندرومدا) در M۳۱ دیده شد.

اولین عکس‌ها از M۳۱ در سال ۱۸۸۷ توسط "آیزاک روبرت" در رصدخانه خصوصی‌اش در ساسکس انگلستان گرفته شد. نوردهی طولانی مدت سبب شد که برای اولین بار ساختمان مارپیچی کهکشان دیده شود. در آن زمان همچنان اعتقاد داشتند که این جرم یک سحابی در کهکشان ماست. در سال ۱۹۱۲، سرعت شعاعی این جرم نسبت به منظومه شمسی ما توسط "وستو اسلیفر"۳ در رصدخانه لاول با استفاده از طیف‌نما اندازه‌گیری شد. نتیجه به‌دست آمده بزرگ‌ترین سرعت ثبت شده در آن زمان بود. آنها متوجه شدند که این جرم با سرعت ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه به سمت خورشید حرکت می‌کند.

در شبی که ماه در آسمان وجود ندارد شما می‌توانید این کهکشان را به صورت یک لکه مات با چشم غیرمسلح ببینید. در حقیقت آندرومدا دورترین جرم قابل رویت بدون استفاده از ابزار اپتیکی است. حتی شما می‌توانید این جرم را از درون شهر با دوربین دوچشمی رصد کنید. آندرومدا بزرگ‌ترین کهکشان گروه محلی است. کهکشان‌های گروه محلی عبارتند از: کهکشان آندرومدا، کهکشان راه شیری، کهکشان مثلث و در حدود ۳۰ کهکشان کوچک دیگر.

با این که آندرومدا بزرگ‌ترین کهکشان این گروه است اما لزوما پرجرم‌ترین آنها نیست، یافته‌های اخیر نشان می‌دهند که کهکشان راه شیری شامل ماده تاریک بیشتری است و ممکن است پرجرم‌ترین کهکشان در گروه محلی باشد.

با توجه به رصدهایی که توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر در سال ۲۰۰۶ صورت گرفت، مشخص شد که M۳۱ شامل یک تریلیون ستاره است. در صورتی‌که کهکشان ما ۲۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد ستاره دارد. با این حال برآوردهای سال ۲۰۰۶ نشان داد که جرم کهکشان راه شیری تقریبا ۸۰ درصد جرم آندرومداست یعنی۷/۱× ۱۰۱۱ برابر جرم خورشید. براساس مطالعه‌ای که در سال ۲۰۰۹ صورت گرفت می‌توان نتیجه گرفت که جرم کهکشان ما و آندرومدا تقریبا با هم برابر است.

کهکشان آندرومدا با قدر ظاهری ۴/۳ یکی از درخشنده‌ترین اجرام مسیه است. به همین دلیل این جرم را می‌توان حتی در مناطقی که دارای آلودگی نوری هستند با چشم غیرمسلح مشاهده کرد. اگرچه با عکاسی توسط یک تلسکوپ بزرگ‌تر پهنای این کهکشان بیش از ۶ برابر ماه بدر دیده می‌شود، اما تنها بخش مرکزی درخشان‌تر آن با چشم غیرمسلح یا یک تلسکوپ و یا دوربین دوچشمی‌کوچک قابل رویت است.

تاریخچه رصدی[ویرایش]

نخستین رصد ثبت‌شده از کهکشان آندرومدا، در سال ۹۶۴ میلادی توسط منجم ایرانی، عبدالرحمان صوفی انجام گرفت که از آن به عنوان" ابر کوچک" نام برد. اولین توصیف از جرم بر پایه رصد تلسکوپی، توسط منجم آلمانی به نام سیمون ماریوس۱ در سال ۱۶۱۲صورت گرفت. شارل مسیه در سال ۱۷۶۴ این جرم را در فهرست خود تحت نام M۳۱ دسته‌بندی کرد و به طور غلط کاشف آن را ماریوس نامید در صورتی که عبدالرحمان صوفی پیش از او به وجود این کهکشان پی برد. در سال ۱۷۸۵ منجمی به نام ویلیام هرشل یک منطقه قرمز رنگ کم فروغی را در هسته M۳۱ ثبت کرد. او این جرم را سحابی بزرگ نامید و بر پایه رنگ و قدر سحابی به اشتباه حدس زد که فاصله آن از ما بیشتر از ۲ هزار برابر فاصله ستاره شباهنگ از ما نیست.

ویلیام هرشل در سال ۱۸۶۴، طیف M۳۱ را مشاهده کرد و متوجه شد که طیف آن با طیف یک سحابی گازی فرق دارد. M۳۱ دارای طیفی پیوسته به همراه خطوط جذبی تاریک بود با استفاده از این خطوط جذبی می‌توان به ترکیبات شیمیایی یک جرم پی برد. طیف سحابی آندرومدا بسیار شبیه به طیف اختصاصی ستارگان بود و به این ترتیب او نتیجه گرفت که M۳۱ یک طبیعت شبه‌ستاره‌ای دارد. در سال ۱۸۸۵، یک ابرنواختر (با نام S آندرومدا) در M۳۱ دیده شد.

اولین عکس‌ها از M۳۱ در سال ۱۸۸۷ توسط "آیزاک روبرت" در رصدخانه خصوصی‌اش در ساسکس انگلستان گرفته شد. نوردهی طولانی مدت سبب شد که برای اولین بار ساختمان مارپیچی کهکشان دیده شود. در آن زمان همچنان اعتقاد داشتند که این جرم یک سحابی در کهکشان ماست. در سال ۱۹۱۲، سرعت شعاعی این جرم نسبت به منظومه شمسی ما توسط "وستو اسلیفر"۳ در رصدخانه لاول با استفاده از طیف‌نما اندازه‌گیری شد. نتیجه به‌دست آمده بزرگ‌ترین سرعت ثبت شده در آن زمان بود. آنها متوجه شدند که این جرم با سرعت ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه به سمت خورشید حرکت می‌کند.

جهان جزیره[ویرایش]

در سال ۱۹۱۷ منجم آمریکایی به نام هبر کورتیس یک نواختر درون M۳۱ کشف کرد. با جست‌وجو به روش ثبت عکاسی، ۱۱ نواختر دیگری کشف شد. کورتیس متوجه شد که این نواخترها به طور متوسط ۱۰ قدر کم نورتر از نواخترهای درون کهکشان ماست. به عنوان یک نتیجه، او فاصله M۳۱ را از ما ۵۰۰ هزار سال نوری (۳/۲×۱۰۱۰ AU) تخمین زد. او با فرضیه "جهان جزیره‌" موافق بود و معتقد بود که M۳۱ یک کهکشان مستقل است.

در سال ۱۹۲۲، "ارنست اوپیک"۵ با استفاده از یک روش اخترفیزیکی، فاصله M۳۱ را تخمین زد. او پی برد که M۳۱ در خارج از کهکشان ما و در فاصله‌ای در حدود ۴۵۰ کیلو پارسک معادل ۱۵۰۰ کیلو سال نوری قرار دارد. در سال ۱۹۲۵، "ادوین هابل" برای اولین بار در عکس‌هایی که از M۳۱ گرفته شده بود، ستاره‌های متغیر قیفاووسی را در خارج از کهکشان خودمان مشاهده کرد. این عکس‌ها با استفاده از تلسکوپ ۵/۲ متری "هوکر"۶ گرفته شده بودند. به این ترتیب با استفاده از متغیرهای قیفاووسی او توانست فاصله آندرومدا از ما را تعیین کند. اندازه‌گیری او نشان داد که به طور قطع M۳۱ یک خوشه ستاره‌ای در کهکشان ما نیست. بلکه این جرم یک کهکشان مجزا در فاصله‌ای مشخص از کهکشان ماست.

آندرومدا نقشی مهم در مطالعات کهکشانی ما دارد زیرا نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی (البته نزدیک‌ترین کهکشان نیست) به ماست.

گسیل امواج رادیویی از کهکشان آندرومدا اولین بار توسط "گروت روبر"۷ در سال ۱۹۴۰آشکار شد. اولین نقشه‌های رادیویی از آندرومدا در سال ۱۹۵۰ میلادی توسط "جان بالدوین"۸ و همکارانش در انجمن نجوم رادیویی کمبریج ساخته شد.

برآورد جرم و درخشندگی[ویرایش]

جرمی که برای هاله آندرومدا (شامل ماده تاریک) حدس زده می‌شود، مقداری تقریبا معادل با × ۱۰۱۲۲۳/۱ برابر جرم خورشید (یا ۲/۱ میلیون میلیون برابر جرم خورشید) است در صورتی‌که جرم کهکشان راه شیری × ۱۰۱۲۹/۱ برابر جرم خورشید است. بنابراین احتمالا M۳۱ کم جرم‌تر از کهکشان ماست البته محدوده خطا بسیار بزرگ است بنابراین نمی‌توان در این مورد نظر قطعی داد. درخشندگی M۳۱، تقریبا × ۱۰۱۰۶/۲ برابر درخشندگی خورشید، یعنی ۲۵ درصد درخشنده‌تر از کهکشان ماست.

برخورد کهکشان راه شیری و آندرومدا در آینده[ویرایش]

کهکشان آندرومدا با سرعتی در حدود ۱۰۰ تا ۱۴۰ کیلومتر در ثانیه در حال نزدیک شدن به کهکشان ماست. بنابراین آندرومدا یکی از معدود کهکشان‌های انتقال به آبی است. انتظار می‌رود که این دو کهکشان در ۵/۴ میلیارد سال آینده با یکدیگر برخورد کنند. البته جزئیات این برخورد نامشخص است. شاید این دو کهکشان پس از برخورد با یکدیگر ادغام شده و یک کهکشان غول‌پیکر بیضوی را شکل دهند. این‌گونه اتفاقات در گروه‌های کهکشانی تکرار می‌شوند. در حال حاضر سرنوشت زمین و منظومه شمسی پس از این برخورد مشخص نیست. اگر کهکشان‌ها در هم ادغام نشوند شاید منظومه شمسی از راه شیری جدا شده یا به آندرومدا بپیوندد.

سیارات دوردست

ا کنون بیش از ۱۰۰ سیاره فراخورشیدی کشف شده است . این سیارات آنقدر به ستاره اصلی شان نزدیک هستند که به علت شدت نور ستاره رصد مستقیم آنها تقریبا" غیر ممکن است. اخترشناسان از روشهای مختلفی برای تشخیص این سیارات استفاده می کنند. یکی از متداول ترین روشها ، استفاده از جابجایی دوپلری است . وقتی سیاره ای به دور ستارهای در حال گردش است می تواند با نیروی گرانش ناچیز خود ستاره را جابه جا کند .

اخترشناسان با بررسی جا به جایی ستاره با کمک اثردوپلر می توانند به حضور سیاره پی ببرند و تخمینی از جرم سیاره به دست بیاورند.اما این روش دو اشکال اساسی دارد . یکی اینکه با این روش تنها می توان کمینه جرم سیاره را به دست آورد و تخمین دقیق جرم سیاره ممکن نیست. ( چون ما فقط شاهد جابه جایی شعاعی سیاره هستیم ) و دیگر اینکه برای کشف سیارات با این روش احتیاج به خدمت گرفتن تلسکوپهای بزرگ به مدت طولانی است . اما روشهای دیگری نیز وجود دارد. یکی از آنها بر نورسنجی ستاره ای مبتنی است. وقتی سیاره از جلوی ستاره خود « عبور » می کند. به علت پوشیدگی بخش کوچکی از ستاره ، در خشندگی ستاره کاهش می یابد. اخترشناسان با بررسی این تغییرات و اطمینان از اینکه تغییر درخشندگی مربوط به خود ستاره نیست می توانند به وجود سیاره پی ببرند.

در ۷ نوامبر ۱۹۹۹ , ستاره HD۲۰۹۴۵۸ به مدت چند ساعت به تدریج کم نور شد و سپس به درخشندگی اولیه خود برگشت.تجزیه و تحلیل این رصد و رصد های بعدی منجمان را قانع کرد که شاهد عبور یک سیاره فرا خورشیدی هستند. همان پدیده ای که از آن به عنوان « گذر سیاره ای » یاد می شود. در ادامه دو گروه از منجمان به طور مستقل با کمک اندازه گیری دو پلری به بررسی این سیاره فرضی پرداختند . نتایج مشخص کردکه این سیاره مشتری مانند در فاصله ۲۰/١ واحد نجومی از ستاره خود قرار دارد.

این سیاره اولین موردی بود که روش« گذر سیاره ای » منجر به کشف آن شد. سیاره احتمالی HD ۲۰۹۴۵۸ خیلی به مادر خودش نزدیک است بنابراین احتمال گذر آن از مقابل ستاره افزایش می یابد به عنوان مقایسه برای یک منجم فرا زمینی احتمال مشاهده گذر زمین از مقابل خورشید یک دهم این مورد مشابه خواهد بود. البته چون ما منظومه HD۲۰۹۴۵۸ را از پهلو می بینیم و سیاره دقیقا۶۴۶۰۷; از مقابل قرص ستاره عبور می کند, احتمال مشاهده گذر بالا می رود . در واقع این روش فقط در مورد سیاراتی کاربرد داردکه مدار آنها در خط دید ما قرار داشته باشد . اختر شناسان توانستند مشخصه های این سیاره را اندازه گیری کنند.

سیاره های قابل سکونت دور دست

با یافتن برون سیاره های سنگی، شور و شوق اخترشناسان هم برای مشاهده سیاراتی هم اندازه زمین و پس از آن کاوش حیات افزایش یافته است. تصور نامطلوب هجوم بیگانگان و رفتارهای پرخاشگرانه آنها، تمدن فرا زمینی را به چیزی بی خاصیت در ذهنیت عامه بدل ساخته، که گویی وجود یا عدم وجود آن تفاوتی ندارد. کلارک در نوشته های خویش به وجود حیات فرا زمینی باور دارد و حتی در برخی آثارش آنها را با ظاهری مسالمت آمیز و پیشرفته تر از گونه انسان ترسیم کرده است. گفته او چیزی را به ما یادآوری می کند که هرگز به آن توجه نکرده ایم: تنهایی ما در جهان چه وحشتناک است. 
•••

رقابت میان اخترشناسان بالا گرفته است. در طول شب گروه های مختلف در سرمای طاقت فرسای بیابان مرتفع شیلی و ارتفاعات خالی از اکسیژن آتشفشان های هاوایی بیدار می مانند تا از تصاویر تلسکوپ های فضایی هابل و اسپیتزر سر در بیاورند و کنفرانس های خبری یکدیگر را تحت تاثیر قرار دهند.همه این کارها برای جست وجوی کوچک ترین و کم نورترین ذرات آفرینش است که امکان دارد در معمول ترین ذرات غباری به دور باغ متنوع ستارگان در گردش باشند. در اینجا در محیط آرام و ملال آور کهکشان راه شیری، به دور از فوران های مهلک ذرات پرانرژی، انبوه شهابسنگ های قاتل و سیاهچاله های گرسنه است که ما باید برای یافتن حیات احتمالی و اقامتگاه های قابل سکونت فرصت را مغتنم بشماریم. این مهیج ترین و شگفت آورترین پدیده تاریخ علم، یکی از معدود نتایج اخترشناسی است که به فراتر از علم هم سرایت می کند و دیدگاه ما را درباره جایگاهمان به عنوان مستاجران این اقامتگاه شگفت ستارگان تحت تاثیر قرار می دهد. در بهار گذشته جست وجو با اکتشاف یک سیاره از سوی اخترشناسان یک گام به پیش رفت. این سیاره با جرمی هفت برابر زمین به دور ستاره ای کم نور به نام Gliese۸۷۶ در صورت فلکی دلو می گردد و برای نخستین بار است که اخترشناسان به جای کیسه های گازی، مانند مشتری و نپتون، یک گوی سنگی مشابه زمین یافته اند. کاشفان حدس می زنند این سیاره جدید از آهن و سیلیکات تشکیل شده و قطر آن ۷۰درصد بزرگ تر از قطر زمین است.علاوه بر این مانند منظومه شمسی سیارات بزرگ تری مشابه مشتری در فواصل دورتر به دور Gliese۸۷۶ می گردند. این سیاره به قدری به خورشیدش نزدیک است که می توان روی سطح آن لازانیا پخت. اما اهمیت کشف این سیاره از آن جهت است که نشانه ای از کیهان پذیرای ما است و دیر یا زود شکارگران سیارات، دنیاهایی به کوچکی زمین خواهند یافت تا سرانجام بفهمیم آیا ما در این جهان تنها هستیم؟جفری مارسی (Geoffary Marcy) رهبر گروه اکتشافی سیاره Gliese از دانشگاه کالیفرنیا اشاره می کند: «ما تازه در راه یافتن فک و فامیلمان در میان ستاره ها هستیم.» و لذت این تجدید دیدار خانوادگی حدود ده سال است که میان اخترشناسان بر سر زبان ها افتاده است. درست در ۴ جولای ۱۹۹۵ بود که در جنوب فرانسه مایکل میر و دانشجویش دیدیه کوئلز ساعت ۴ صبح همسرانشان را برای نوشیدن به افتخار کشف بزرگشان بیدار کردند. این اخترشناسان دانشگاه ژنوا تایید کردند که یک شیء نامرئی با جرمی حدود نصف جرم مشتری گرد ستاره Pegasi ۵۱ می گردد و هر چهار روز یک بار آن را پس و پیش می کشد. این اولین سیاره کشف شده ای بود که به دور ستاره ای شبیه خورشید ما می گشت. دکتر میر و همکارش از یک تلسکوپ بازتابی دست دوم و معمولی که تنها ۷۶ اینچ (cm۱۹۳) قطر داشت استفاده می کردند که در قیاس با غول های ۳۲۰ اینچی (cm۸۱۳) که بعدها برای کیهان شناسی ساخته شد، بسیار کوچک بود. رقیبان آنها دکتر مارسی و پل باتلر پروفسورهای دانشگاه سانفرانسیسکو هم در شرایط مشابهی در رصدخانه لیک کار می کردند. دکتر مارسی در جواب یک نامه الکترونیکی می گوید: «رصدخانه تنها دو شب در سال در اختیار ما بود آن هم دقیقاً شب هایی که ماه کامل بود و کسی به تلسکوپ نیاز نداشت.»با نگاهی به گذشته طبیعی است نخستین منظومه های سیاره ای کشف شده غول های پریشانی باشند خلاف آنچه قبل از آن تصور می شد. یک سیاره هرچه غول آساتر باشد و در مدار نزدیک تری به دور ستاره اش بگردد، لرزش گرانشی اش چشمگیرتر است و در نتیجه راحت تر دیده می شود. بنابراین اولین سیاره ها که به «مشتری های سوزان» معروف اند به جای چندین سال تنها طی چند روز به دور ستاره شان می گردند و به طرز وحشتناکی سوزان و چگال هستند. با گذشت زمان و مقایسه اطلاعات منظومه های مختلف، محققان سیارات کوچک تری یافتند که در فواصل دورتری از ستاره شان می گردیدند.اخترشناسان از این پدیده به عنوان «کنار زدن پرده ها» یاد می کنند. اخترشناسان اخیراً از کشف سیاره ای با سه خورشید خبر دادند که نظریه پردازان اگرچه وجود آن را غیرممکن نمی دانستند اما بسیار دور از ذهن بود. دکتر مارسی در گفت وگویی اشاره کرد که پس از خوابیدن سر و صداها انتظار داشت منظومه های سیاره ای با ساختاری شبیه منظومه ما کمیاب باشند (سیاراتی هم جرم مشتری در مدارهای خارجی که فرصت وجود سیارات کوچک تر را در مدارهای نزدیکتر و دور از بارش شهابسنگ ها فراهم می کنند) «اما نه آنقدرها کمیاب». اما اینکه این سیارات پذیرای حیات و هوش خواهند بود یا نه مطلب دیگری است و فراتر از اخترشناسی به متافیزیک و الهیات هم گسترش می یابد. همان گونه که می دانیم شرایط پیدایش حیات به قدری سختگیرانه است که سیارات خوش شانسی مانند زمین، کمیاب هستند یا حتی وجود خارجی ندارند. فهرست شرایط حیات از دید اخترشناسان هر سال بلندتر و سختگیرانه تر می شود. از جمله اینکه خورشید باید به اندازه کافی از مرکز کهکشانی دور باشد تا از هنرنمایی های سیاهچاله در امان بماند! ولی نه آنقدر دور در نقاط سوت و کور کهکشان که تکامل ستاره ای هنوز عناصر سنگین تری چون اکسیژن و آهن را برای پیدایش حیات ایجاد نکرده است. همچنین ستاره باید دارای آب به صورت مایع، میدان مغناطیسی برای در امان ماندن از پرتوهای کیهانی، صفحات تکتونیکی برای جلوگیری از لرزش ها، یک سیاره غول آسا برای دور نگه داشتن شهاب ها و سیارک ها و یک قمر بزرگ برای پایدار ساختن محور دورانی باشد. چه کسری از ۲۰۰ میلیارد ستاره کهکشان راه شیری، منظومه خوش اقبال تری برای برنده شدن در این لاتاری کیهانی دارد؟ به دلیل اطلاعات اندک، حدسیات اخترشناسان بسیار متفاوت است و گزینه ها از صدها هزار تا یک (تنها زمین خودمان) تغییر می کند. در میان اعضای گروه سیاره ای، فرانک دریک از اخترشناسان انستیتو SETI و پیشگام طرح شنیداری امواج بیگانه با رادیوتلسکوپ ها، یکی از خوشبین ترین آنها است. او اخیراً در سایت انستیتویش با اشاره به ستاره های کم نور سرخی چون۸۷۶ Gliese می گوید: «سیاره های دوردستی که قابل سکونت ترند، بیش از سایر ستاره ها، گرد کوتوله های M یافت می شوند.» انستیتوی SETI کنفرانسی را درباره قابل سکونت بودن سیاره های متعلق به این ستاره ها برگزار خواهد کرد.

از طرف دیگر افراد بدبین تری هم هستند که اعتقاد دارند سیاره هایی مشابه زمین و در نتیجه شکل های ساده حیات کمیابند. یکی از آنها بن زوکرمن اخترشناس و کاشف برون سیاره ها در دانشگاه کالیفرنیا و لس آنجلس است که در پیامی اینترنتی تاکید می کند: «در حقیقت پاسخ صحیح در میان حدسیات قرار دارد و دامنه حدسیات بسیار گسترده است.» اما تاکید می کند پاسخ این پرسش با تحقیقات فضایی آینده مشخص می شود، تحقیقاتی مانند «جست وجوگر سیارات خاکی» (Terrestrial Planet Finder) و «کپلر» (Kepler) که سیارات قابل سکونت را در همین گوشه از کهکشان راه شیری جست وجو و شمارش می کنند.یک پاسخ بی ارزش انسان ها را در کهکشان یا حتی در تمام جهان تنها می داند. این استدلال علمی صرفاً جالب با فیلم «سیاره ممتاز» که ویژگی های خوشایند زمین را تصادفی نمی داند هم عقیده است. این فیلم توسط Illustra Media در کالیفرنیا ساخته شده و از کتابی به همین نام از گوئیلرمو گونزالز اخترشناس ایالت Iowa و جی ریچاردز فیلسوف و معاون انستیتو دیسکاوری سیاتل اقتباس شده است. «اگر این لاتاری کیهانی نبود چه؟» این پرسش را دکتر ریچاردز مطرح می کند و عقیده دارد زمین به قدری منحصر به فرد و دور از انتظار است که باید کار یک «طراح هوشمند» باشد. انستیتو دیسکاوری از ایده «طراح هوشمند» جانبداری می کند. تصوری که به دخالت یک طراح- الهی یا غیر الهی- در منشأ و تاریخ حیات، به عنوان جایگزینی برای زیست شناسی تکاملی باور دارد. Illustra Media هم در حمایت از این ایده یک سری کلیپ های ویدئویی تهیه کرده است. نمایش این فیلم در موزه تاریخ طبیعی اسمیتسونیان در ماه گذشته این نگرانی را در میان اخترشناسان تشدید کرده که شاید نظریه مهبانگ هدف بعدی خلقت باوران باشد.

کیهان شناسان هنوز هم از رابطه مسالمت آمیز جهان با شکل های حیاتی کربن بنیاد (مشابه خود ما) شگفت زده اند. وظیفه دانشمندان که همواره باید به دنبال دلایل و توضیحات بدیهی باشند و به دلایل ماوراءالطبیعه اکتفا نکنند، باعث می شود تصور خالق همواره به عنوان تفکری غیر علمی مردود شمرده شود. یکی از توصیفاتی که به منحصربه فرد بودن زمین می پردازد، ناشی از نظریه های کیهان شناسی و فیزیک ذرات بنیادی نوین است. این نظریه به مهبانگ های متعددی اشاره می کند که سرانجام منجر به کثرت جهان ها شده اند. ما اکنون در جهانی مناسب حالمان زندگی می کنیم، درست مشابه ماهی هایی که در دریا (محیطی متفاوت) زنده اند. کریستف شانبرن یکی از کاردینال های مشهور کلیسای کاتولیک اخیراً در مقاله خود در نیویورک تایمز به انتقاد از این ایده و همچنین نظریه تکامل پرداخت. «کلیسا باید از خرد انسانی در برابر ادعاهای علمی مانند نوداروینیسم و فرضیه های چند جهانی کیهان شناسی دفاع کند. این فرضیه ها برای اجتناب از مدارکی قاطع تراشیده شده اند که نشانه هایی از هدف و خلقت در علم نوین فراهم می آورند.» اما بسیاری از دانشمندان این بحث ها را حاشیه ای می دانند. چارلز استیونسن دانشمند سیاره ای از اینکه زمین اینقدر مناسب نیازهای ماست اظهار شگفتی نمی کند. «این درست همان چیزی است که تکامل داروینی از آن سخن می گوید. ما با دنیای خویش سازگار شده ایم.»

با گذشت زمان چه چیزی اتم ها را در مجموعه پیچیده و مشترکشان، وادار به واکنش نسبت به محیط اطراف خواهد کرد؟ بدون دست یافتن به نظریه نهایی فیزیک یا چگونگی ساختار منظومه های سیاره ای، یا شکلی غیر از شکل شناخته شده حیات (در زیست کره زمین) دانشمندان از چگونگی ویژگی های متنوع و غیر منتظره حیات و جهان اطلاعی نخواهند داشت.همه هم عقیده اند که «حیات تکنولوژیکی هوشمند» بلندپروازی بزرگ تری است اما دانستن اینکه چه کسانی حاضرند حداقل برای جست وجوی آن شرط بندی کنند، آموزنده خواهد بود. در میان حامیان مالی طرح جست وجوی هوش فرا زمینی (SETI) افرادی مانند پل آلن یکی از دو موسس مایکروسافت، بارنی الیور فقید، ویلیام هیولت و دیوید پاکارد، گوردون مور موسس اینتل و آرتور سی کلارک رمان نویس و خالق ایده ماهواره های ارتباطی وجود دارند. در علم دسترنج همیشه غافلگیر کننده است.

کهکشان راه شیری

کَهکِشان راهِ شیری، نوار شیری‌رنگی است که در شب‌های تیره در نواحی بدون آلودگی نوری در آسمان دیده می‌شود. این نوار در حقیقت مکان هندسی ستارگان تشکیل‌دهنده قرص کهکشان ماست که از آسمان به طور دوبعدی دیده می‌شود.

تصویری از بازوهای کهکشان راه شیری

این کهکشان کهکشانی است مارپیچی و متناهی که بخشی از گروه کهکشان‌های همجوار است. این کهکشان یکی از میلیاردها کهکشان در جهان قابل مشاهده است.

نام آن ترجمهٔ اصطلاح لاتین via lactea است که دلیل این نام‌گذاری دیده شدن نوارهٔ کم‌رنگی از نور تشکیل شده توسط ستاره‌های وابسته به کهکشان است که از زمین این‌گونه دیده می‌شود. برخی منابع به طور قاطع راجع به این موضوع اعلام نظر کرده‌اند که عبارت راه شیری منحصرا اشاره به نواره نوری دارد که خود کهکشان در شب تولید می‌کند، در حالی که نام کهکشان راه شیری باید برای اشاره به خود کهکشان هم به‌کار رود. با این حال، معلوم نیست گستردگی این قرار داد چگونه است، و عبارت راه شیری به طور مداوم در هر دو مفهوم استفاده می‌شود.

کهکشان راه شیری، از روی زمین که در یکی از شاخه‌های بازوهای مارپیچی کهکشان قرار دارد هم‌چون نواری مه‌آلود و سفید و روشن در بالای آسمان در سراسر فلک به نظر می‌رسد.

این نور از ستاره‌ها و دیگر موادی که در درون سطح هموار کهکشان قرار دارند سرچشمه می‌گیرد. قطب شمال کهکشانی در بُعد (طول جغرافیایی) ۱۲ ساعت و ۴۹ دقیقه واقع شده‌است و میل آن +27.4° و نزدیک به ستارهٔ بتا گیسوی برنیکه است. قطب جنوبی کهکشان نزدیک به ستارهٔ آلفا سنگتراش قرار گرفته‌است.

مرکز کهکشان در راستای صورت فلکی کمان قرار دارد، و در اینجاست که راه شیری، درخشان‌ترین نور خود را دارد.

سطح هموار راه شیری به خاطر انحراف محور گردش زمین، در حدود ۶۰ درجه به سمت دایرةالبروج منحرف شده‌است. این سطح کهکشانی در سنجش با استوای آسمانی در شمالی‌ترین حالت خود از صورت فلکی ذات‌الکرسی می‌گذرد و در جنوبی‌ترین حالت از صورت فلکی چلیپا گذر می‌کند. این امر نشان‌دهنده انحراف بالای صفحهٔ استوایی زمین و صفحه دایرةالبروج نسبت به صفحهٔ کهکشانی است.

از صورت فلکی قوسی کهکشان راه شیری به نظر می‌رسد به غرب به سمت صورتهای فلکی ای از کژدم، آرا، گونیا، مثلث جنوبی، دو پرگار، قنطورس، مگس جنوبی، چلیپا، شاه تخته، بادبان، کشتیدم، سگ بزرگ، تک شاخ، شکارچی و دو پیکر، برج ثور، ارابهران، برساووش، آندرومدا، ذات الکرسی، قیفاووس و چلپاسه، ماکیان، روباهک، پیکان، عقاب، مارافسای، سپر، و برج قوس حرکت می‌کند. این واقعیت که راه شیری آسمان شب را به دو نیم کرهٔ مساوی تقسیم می‌کند، نشان دهندهٔ این است که منظومهٔ حورشیدی نزدیک صفحهٔ کهکشانی قرار گرفته‌است. کهکشان راه شیری به دلیل فضای میان ستاره‌ای که سطح کهکشان را پر کرده‌است درخشندگی نسبتا کمی دارد، که همین امر مانع می‌شود که ما مرکز روشن کهکشان را ببینیم، و به دلیل آلودگی نوری دیدن آن از هر نقطهٔ شهری یا برون شهری سخت است.

اندازه[ویرایش]

صفحهٔ ستاره‌ای راه شیری درحدود ۱۰۰۰۰۰سال نوری قطر دارد و ضخامت آن به طور میانگین ۱۰۰۰ سال نوری است. تخمین زده شده که کهکشان راه شیری ۲۰۰بیلیون و یا احتمالا بالای ۴۰۰بیلیون ستاره دارد. رقم دقیق بسته به ستاره‌های با حجم بسیار کم است، که تعدادشان بسیار زیاد است. این را می‌توان با یک تریلیون ستارهٔ کهکشان مجاور، آندرومدا، مقایسه کرد. صفحهٔ ستاره‌ای لبهٔ تیزی ندارد و شعاع آن تا جایی است که هیچ ستاره‌ای وجود ندارد.

آنسوی صفحهٔ ستارهای، صفحهٔ ضخیم‌تر گازی است. مشاهدات اخیر نشان می‌دهد که صفحهٔ گازی راه شیری ۱۲۰۰۰سال نوری ضخامت دارد که دو برابر مقداری است که قبلا تصور می‌شد. به عنوان یک راهنمایی برای مقیاس‌های فیزیکی راه شیری، اگر قطر آنرا به ۱۰متر کاهش دهیم، منظومهٔ شمسی، با در نظر گرفتن ابر فرضی اورت، عرضی بیشتر از ۱/۰میلی متر نخواهد داشت.

هالهٔ کهکشانی که تا بیرون از کهکشان هم ادمه پیدا می‌کند، توسط گردش دو قمر راه شیری، یعنی همان ابرهای بزرگ و کوچک مگلانیک محدود می‌شود. در این فاصله یا فراتر از آن، گردش بیشتر اشیاء هاله دار توسط ابرهای مگتانیک مختل می‌شود، و اشیاء ممکن است از راه شیری به بیرون پرتاب شوند.

اندازه گیری‌های اخیر توسط (VLBA) نشان داده‌است که کهکشان راه شیری بسیار حجیم تر از آن است که قبلا تصور می‌شد. جرم کهکشان ما در حال حاضر مشابه با جرم بزرگترین کهکشان همسایه، آندرومدا، در نظر گرفته می‌شود. محققان با استفاده از (VLBA) و با استفاده از فرضیات کمتری نسبت به تلاش قبلی، قادر به اندازه گیری تغییرات ظاهری کهکشان و مناطق پرت و دور افتاده‌ای که ستاره‌ها در آنجا شکل می‌گیرند، هستند. البته در زمانی که زمین در سمت مخالف خورشید باشد. جدیدترین و دقیق‌ترین سرعتی که برای چرخش کهکشان در نظر گرفته می‌شود، در حدود ۲۵۴ کیلومتر بر ثانیه‌است، و این به میزان قابل توجهی بیشتر از مقدار قبلی یعنی ۲۲۰کیلو متر بر ثانیه‌است. و این موضوع به روشنی بیان می‌کند که راه شیری جرم کلی در حدود ۳ تریلیون برابر جرم خورشید دارد، که حدود ۵۰ در صد بیشتر از جرمی است که قبلا برای آن در نظر گرفته می‌شد.

کهکشان راه شیری از کنار

سن[ویرایش]

نوشتار اصلی:شکل گیری کهکشان و تکامل آن.

یک شهاب سنگ برساووشی سبز و قرمز که در زیر کهکشان راه شیری در آگوست 2007 میلادی در عرض آسمان حرکت می‌کند

سن قدیمی‌ترین ستاره‌ای که تا کنون در کهکشان کشف شده(HE ۱۵۲۳-۰۹۰۱) در حدود ۶/۱۳بیلیون سال تخمین زده شده‌است، تقریبا به قدمت جهان، که با استفاده از اشعهٔ ماورای بنفش طیف سنج بزرگبرای اندازه گیری حجم برلیم دو ستارهٔ خوشه دی کروی تخمین زده شده‌است. زمان سپری شده بین ظهور اولین نسل ستاره در کهکشان راه شیری و اولین نسل ستاره در خوشه بین ۲۰۰تا۳۰۰میلیون سال استنباط شده‌است. با در نظر گرفتن اینکه سن تخمین زده شده برای ستاره‌ها در خوشهٔ کروی۸/۰±۴/۱۳ بیلیون سال است سن قدیمی‌ترین ستاره‌ها در راه شیری در حدود ۸/۰±۶/۱۳بیلیون سال تخمین زده می‌شود. صفحهٔ نازک کهکشانی نیز بین ۵/۶ تا۱/۱۰ بیلیون سال پیش شکل گرفته‌است.

ساختار[ویرایش]

کهکشان متشکل از یک صفحهٔ نواری شکل است که توسط صفحه‌ای از گاز، غبار و چهار بازوی ستاره شکل احاطه شده که ساختار مارپیچی به سمت بیرون دارند. توزیع جرم کهکشان بسیار شبیه طبقه بندی Sbc Hubble است، که یک کهکشان مارپیچی است. ستاره شناسان در سال ۱۹۹۰به مدت یک دهه گمان می‌کردند که راه شیری یک کهکشان مارپیچی محدود است، به جای اینکه یک کهکشان مارپیچی معمولی باشد، در سال ۲۰۰۵ با مشاهدات تلسکوپ اسپیتزرکه نشان داد نوار مرکزی کهکشان بزرگتر از آن است که قبلا تصور می‌شد، شک آنها برطرف شد.

مرکز کهکشانی در راستای صورت فلکی قوسی

به نظر می‌رسد که جرم کهکشان راه شیری در حدود ۱۰۱۱× ۸/۵ برابر جرم خورشید است و شامل ۲۰۰تا۴۰۰بیلیون ستاره‌است. تصور می‌شود که بیشتر جرم کهکشان مربوط به مواد تاریک است، جرم مادهٔ تاریک هاله مانند ۶۰۰تا۳۰۰۰برابر جرم خورشید است که به طور یکنواخت توضیع شده‌است.

مرکز[ویرایش]

در فاصله بین ۷۰ تا ۱۰۰ هزار سال نوری از خورشید مرکز کهکشان وجود دارد که یک سیاه‌چاله کلان‌جرم و خوشه‌های ستاره‌ای کروی زیادی وجود دارد.

ساختار بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری که ستارهٔ خورشید در شکل مشخص می‌باشد

راه شیری

صفحهٔ کهکشانی که برآمدگی ای به سمت بیرون دارد، دارای قطری در حدود ۷۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ سال نوری است. فاصلهٔ صفحهٔ کهکشانی تا خورشید۱۴۰۰±۲۶۰۰۰ سال نوری تخمین زده شده، در حالی که تخمین قبلی خورشید را دورتر ۳۵۰۰۰سال نوری از مرکز برآمدگی قرار می‌داد.

مرکز کهکشانی یک جسم بزرگ به هم پیوسته است که به نظر می‌رسد بقیه مواد به دور آن می‌چرخند. یک منبع رادیویی قوی با نام کماندار به این فکر افتاده‌است که از مرکز کهکشان راه شیری عکس برداری کند، که اخیرا تایید شده که دارای یک سیاه چالهٔ بسیار حجیم در مرکز آن است. تصور می‌شود که بیشتر کهکشان‌ها دارای یک سیاه چالهٔ بسیار بزرگ در مرکزشان هستند.

نوار کهکشان راه شیری که به نظر می‌رسد۲۷۰۰۰سال نوری درازا دارد، به سمت مرکز کهکشان ادامه پیدا می‌کند با زاویه‌ای حدود ۱۰±۴۴درجه نسبت به خط بین خورشید و کهکشان. که در درجهٔ اول از ستاره‌های سرخ تشکیل شده، و این یک باور باستانی است. این نوار توسط حلقه‌ای احاطه شده که به حلقهٔ kpc-۵معروف است، که شامل بخش بزرگی از هیدروژن مولکولی حاضر در کهکشان است. همچنین بیشتر ستاره‌های راه شیری ستاره‌های فعالی هستند، که از کهکشان همسایه، آندرومدا، دیده می‌شوند. که این امر بیانگر قابلیت بالای کهکشان ما است.

بازوهای مارپیچ[ویرایش]

تصویر شماتیک از بازوهای کهکشان راه شیری

هر بازوی چرخشی توصیف یک لگاریتم است، با انحرافی در حدود ۱۲ درجه. تا همین اواخر باور بر این بود که ۴ بازوی مارپیچی بزرگ وجود دارد که همه از نزدیکی مرکز کهکشان شروع می‌شوند، که اسمی آنها از قرار زیر است:

کله غازی:۳-kpc و بازوی برساووش.

بنفش:بازوی گونیا خارجی(بلند به همراه محتویات تازه کشف شده)

سبز:بازوی سپر-چلیپا

صورتی :شاه تخته و بازوی کمان.

نارنجی:شکارچی و بازوی ماکیان(که شامل خورشید و منظومهٔ شمسی است)

مشاهدات رابرت بنیامین در سال ۲۰۰۸ از دانشگاه ویسکانسین- وایت واتر اریه شد که نشان می‌داد که راه شیری تنها دارای دو بازوی بزرگ ستاره‌ای است: بازوی برساووش و بازوی سپر-قنطورس، بقیه بازوها یا گوچک هستند یا الحاقی. و این به این معناست که کهکشان راه شیری از نظر ظاهر شبیه NGC ۱۳۶۵ است. خارج از بازوهای بزرگ چرخشی حلقهٔ تکشاخ یا حلقهٔ بیرونی قرار دارد، پیشنهادی توسط دو ستاره شناس با نامهای برایان یانی و هیدی جو نیوبرگ اریه شده مبنی بر اینکه حلقهٔ گاز و ستاره را بیلیون‌ها سال پیش از کهکشان جدا شده.

همان طور که برای بیشتر کهکشان‌ها مرسوم است، توضیع جرم در کهکشان راه شیری به گونه‌ای است که سرعت مداری بیشتر ستاره‌ها بستگی چندانی به فاصله از مرکز ندارد. به دور از برآمدگی مرکزی یا لبهٔ بیرونی، سرعت رایج ستاره‌ای بین ۲۱۰ تا۲۴۰ کیلو متر بر ثانیه‌است. از این رو سرعت مداری ستاره مستقیما متناسب است با طول مسیری که می‌پیماید. این برخلاف وضعیت در داخل منظومهٔ شمسی است، که نیروی جاذبهٔ دو جسم و اجسامی که می‌چرخند دارای سرعت‌های متفاوت ولی مرتبط هستند.

این تفاوت یکی از شواهد دال بر وجود جسم سیاه است. یکی دیگر از جنبه‌های جالب اصطلاح«باد کردن» بازوهای مارپیچی است.اگر قسمت داخلی بازوها سریعتر از قسمت خارجی بچرخدساختار مارپیچی بازوها از بین خواهد رفت.اما چنین چیزی در کهکشان‌های مارپیچی دیده نشده، به جای آن، ستاره شناسان فرض می‌کنند کهالگوی چرخشی یک موج چگال است که از مرکز کهکشان نشات می‌گیرد.و این شبیه ترافبک در بزرگراه هاست که ماشین‌ها همه در حال حرکت هستند، اما همیشه قسمتی وجود دارد که در آن ماشین‌ها آهسته حرکت می‌کنند. این مدل تصدیق این واقعیت است که تراکم ستاره‌ها در داخل یا نزدیک بازوهای چرخشی بیشتر است.

هاله[ویرایش]

صفحهٔ کهکشانی احاطه شده توسط هاله‌ای کروی از ستاره‌های قدیمی و خوشه‌های کروی، که ۹۰درصد آنها در فاصلهٔ ۱۰۰۰۰۰سال نوری قرار گرفته‌اند.فرض بر این است که قطر هالهٔ ستاره‌ای در حدود۲۰۰۰۰۰سال نوری است.با این حال تعداد بسیار کمی خوشهٔ کروی در فواصل دورتر پیدا شده‌است، مانندPLA۴ و AM۱ که در فاصله‌ای دورتر از۲۰۰۰۰۰سال نوری از مرکز کهکشان قرار دارند.در حدود ۴۰ درصد این خوشه‌ها حرکتی برگشت دهنده دارند، یعنی حرکت آنها خلاف جهت چرخش راه شیری است. صفحهٔ گازی در برخی طول موج‌ها کدر به نظر می‌رسد، در حالی که مولفهی کروی اینطور نیست.شکل گیری و چیدمان ستاره‌های فعال در این صفحه انجام می‌گیرد، نه در هاله.خوشه‌های باز نیز عمدتا در این صفحه رخ می‌دهند. اکتشافات اخیر بر دانش ما نسبت به ساختار منظومهٔ شمسی افزوده‌است.با این کشف که صفحهٔ کهکشانی کهکشان آندرومدا بسیار بزرگتر از آن است که قبلا تصور می‌شد، این احتمال که صفحهٔ کهکشانی راه شیری گسترش بیشتری داشته باشد قوی تر می‌شود.و این گواه بر کشف جدید، بازوی صلیب شمالی است.با کشف کماندار کهکشان بیضوی کوتوله کشف شد.نوار کهکشانی باقیمانده به عنوان اجرام چرخنده‌ای که مربوط به کوتوله‌است و بر هم کنش آن با راه شیری باعث از بین رفتن آن می‌شود.مشابها با کشف کهکشان کوتولهٔ سگ بزرگ، این امر نمایان شد که حلقهٔ باقیماندهٔ کهکشان که از برهم کنش با راه شیری بوجود آمده، صفحهٔ کهکشانی را محصور می‌کند. در ۹ ژانویهٔ سال ۲۰۰۶ماریو جوریس و عده‌ای دیگر، از دانشگاه پرینستون اعلام کردند که شبیه ساز آسمان شمالی یک ساختار بزرگ خنثی در داخل منظومه یشمسی پیدا کرده که با مدل قبلی سازگاری ندارد.مجموعه‌ای از ستاره‌ها بالا می‌روند و نزدیک می‌شوند به خط عمود بر بازوهای مارپیچی کهکشان.تفسیر پیشنهاذی اینست که کوتولهٔ کهکشان به احتمال زیاد با راه شیری ادغام می‌شوداین کهکشان به طور آزمایشی به دوشیزهٔ ستارگان روان نام گرفت که در جهت خود دوشیزه استبا فاصله‌ای در حدود ۳۰۰۰۰سال نوری.

مکان خورشید و همسایگی آن[ویرایش]

خورشید ممکن است در نزدیکی لبهٔ داخلی بازوی شکارچی کهکشان، در پف کردگی محلی در داخل حباب، و در کمربند گولد در فاصلهٔ ۱۰۰۰±۲۵۰۰۰ سال نوری از مرکز یافت شود.خورشید در حال حاضر در ۳۰-۵پارسک از صفحهٔ مرکزی کهکشان قرار دارد.فاصلهٔ بین بازوی محلی و بازوی بعد، بازوی برساووش، در حدود ۶۵۰۰ سال نوری است.خورشید و متعاقبا منظومهٔ شمسی در منطقهٔ قابل سکونت کهکشان یافت می‌شوند.

در حدود ۲۰۸ ستاره با درخشندگی بیشتر از ۵/۸در ۱۵ پارسکی خورشید قرار دارند. به عبارت دیگر ۶۴ ستاره ناشناخته در ۵ پارسکی خورشید قرار دارد. چگالی ای در حدود ۱۲۲/۰در هر مکعب در یک پارسک.و این نشان دهندهٔ این واقعیت است که بیشتر ستاره‌ها از درخشندگی کمتر از ۵/۸برخوردارند.

نقطهٔ اوج حرکت خورشید، یا نقطهٔ اوج خورشیدی، در جهتی است که خورشید در فضا در کهکشان راه شیری حرکت می‌کند.جهت عمومی حرکت خورشید به سمت ستارهٔ وگا بدر نزدیکی صورت فلکی هرکول با زاویهٔ ۶۰ درجهٔ آسمانی در جهت مرکز کهکشان است.انتظار می‌رود که مدار خورشیدی در اطراف کهکشان بیضوی باشد، به دلیل بازوهای مارپیچی و توضیع غیر یکنواخت توده‌ها.به علاوه خورشید به سمت بالا و پایین نوسان می‌کند به خاطره صفحهٔ کهکشانی به تعداد ۷/۲بار در هر چرخش. و این بسیار شبیه کار کردن نوسانگری است که بدون اعمال هیچ نیرویی نوسان می‌کند.

بین ۲۲۵تا ۲۵۰ میلیون سال طول می‌کشد تا منظومهٔ شمسی یک دور کامل در راه شیری بزند(سال کهکشانی).بنابراین به نظر می‌رسد ۲۰تا۲۵ دور کامل در طول عمر خورشید بزند.سرعت چرخش منظومهٔ شمسی حول مرکز در حدود ۲۲۰کیلو متر بر ثانیه است در این سرعت 1363 سال طول می‌کشد که منظومهٔ شمسی یک سال نوری را طی کند.

محیط[ویرایش]

گروهی از ستاره‌شناسان با استفاده از یکتلسکوپ قدرتمند لیزری کهکشان راه‌شیری را مشاهده می‌کنند.

کهکشان راه شیری وکهکشان آندرومدا یک سیستم دوتایی از کهکشان بزرگ مارپیچی هستند، که خود آن قسمتی از ابر خوشهٔ دوشیزه هستنئد.

در ژانویه سال ۲۰۰۶، محققان گزارش داد که که پیش از این پیچ و تاب غیر قابل توضیح در دیسک از کهکشان راه شیری تا به حال نقشه برداری شده‌است و یافت می‌شود بطور موجی حرکت کردن، یا لرزش از طرف ابرهای ماژلانی کوچک وبزرگ به عنوان دایره کهکشان دایر کردند، باعث ارتعاش در فرکانس‌های خاص می‌شود هنگامی که لبه‌های آنها را از طریق آن منتقل می‌شود. قبلأ، این دو کهکشان، در حدود ۲ ٪ از جرم کهکشان راه شیری، خیلی کوچک برای تاثیر گذاری در کهکشان راه شیری در نظر گرفته شد. با این حال، با در نظر گرفتن ماده تاریک، حرکت این دو کهکشان ایجاد تأثیرات بزرگتر کهکشان راه شیری می‌شوند. با توجه به ماده تاریک نتایجاز حساب در حدود بیست برابر در توده برای کهکشان افزایش میابد. این محاسبه بر اساس مدل کامپیوتری ساخته شده توسط مارتین واینبرگ از دانشگاه ماساچوست امهرست. در این مدل، مادهٔ تاریک در حال گسترش خارج از دیسک کهکشانی با لایه گاز شناخته شده‌است. در نتیجه، مدل پیش بینی می‌کند که تاثیر گرانشی از ابرهای ماژانی است به عنوان تقویت شده که از طریق آنها، کهکشان منتقل می‌شود.

در اندازه گیری‌های کنونی پیشنهاد می‌شود که کهکشان آندرومدا است که ۱۰۰ - ۱۴۰ کیلومتر در ثانیه در نزدیک ما است. راه شیری می‌تواند در ۳ تا ۴ میلیارد سال با آن برخورد کند، به اهمیت اجزاء جانبی ناشناخته که در کهکشان حرکت نسبی دارند بستگی دارد. اگر آنها با هم برخورد، ستاره‌های فردی در داخل کهکشان با هم برخورد نخواهند کرد، اما در عوض دو کهکشان ادغام خواهد شد یک کهکشان بیضوی تنهابیشتر از مسافتی در حدود یک میلیارد سال را می‌پیماید.

مفهوم کلی سرعت خالص از هر جسم درمیان فضا بر طبق سوال نظریه نسبی EinsteinS معنادار نیست که اظهار کرد «ترجیح» شکل اینرسی مرجع در فضا است که حرکت اجسام را مقایسه می‌کند وجود ندارد.(حرکت باید همیشه نسبت به دیگر اجسام معین ومشخص شود).وقتی که حرکت کهکشان مورد بحث است، باید در ذهن نگه داشته شود.

اخترشناسان معتقدند که راه شیری تقریبا با ۶۳۰ کیلومتر بر ثانیه نسبت به شکلهای محلی حرکت مرجع است که حرکتشان از hobble ناشی است حرکت می‌کند.اگر کهکشان با۶۰۰ کیلو متر بر ثانیه حرکت کند زمین با ۵۱٫۸۴ میلیون کیلو متر بر روز یا بیشتر از ۱۱۸٫۹ بیلیون کیلومتر بر سال حرکت می‌کنند.

راه شیری، تصور می‌شود که در جهت مجذوب کننده بزرگ حرکت می‌کند.گروه محلی (یک خوشه گرانش، شامل کهکشان‌های مقید، در میان دیگران، کهکشان راه شیری وکهکشان آندرومدا)قسمتی از ابر خوشه‌است که ابر خوشه محلی نام دارد. در نزدیکی مرکز خوشه دوشیزه‌است:اگرچه آنها دور از یکدیگردر ۹۶۷ کیلومتر بر ثانیه درقسمتی از جریان هابل حرکت می‌کنند. انتظار است که سرعت کمتر خواهد شد. درنتیجه جازبه گرانشی بین گروه‌های محلی و خوشه دوشیزه فاصله ی۱۶٫۸ میلیون PCرا می‌گیرد.

شکل دیگر مرجع توسط تابش زمینه کیهانی آماده شده‌است. راه شیری با دور۵۵۲ کیلو متر بر ثانیه نسبت به فوتون‌ها در CMB به سوی ۱۰٫۵و۲۴° شیب(میل) در حال حرکت است. (عصر J۲۰۰۰، نزدیک مر کز Hydra). حر کت آن توسط ماهواره‌هایی از قبیل Comic Background Explorer(COME) و Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP) وسهم دو قطبی درCMB مشاهده می‌شود. به طو ری که فوتون‌های در حال تعادل در CMB، در جهت حرکت به رنگ آبی منتقل کنید و در جهت مخالف قرمز منتقل کنید.

کهکشان برطبق نمودار بالستیکی در حرکت وضعی همانطور که در شکل نشان داده شده، در اطراف مرکزش می‌چرخد.اختلافی بین مشاهدهٔ نمودار بالستیکی (نسبتا یکنواخت) ونمودار بالستیکی مستقر بر روی دانستن جرم ستاره‌ها و گازها در راه شیری (محو شدن نمودار بالستیکی) به ماده تاریک نسبت داد.

جریان ذرات در مرکز کهکشان[ویرایش]

در ژانویه ۲۰۱۳ یک جریان خروجی بسیار بزرگ از ذرات شارژ شده که به شکل یک آبفشان است، در مرکز کهکشان راه شیری کشف گردید. این جریان خروجی به کشیدگی و درازای ۵۰٬۰۰۰ سال نوری از صفحه کهکشانی است. محققین بر این باورند که سوخت و انرژِی این جریان شدید ذرات، از شکل‌گیری ستاره‌ها تأمین می‌شود.^[۳][۴]

اختر شناسی

اخترشناسی که در زبان یونانی از ترکیب اجزای αστρονομία = άστρον + νόμος, astronomia = astron + nomos (به معنای قانون ستارگان) تشکیل شده‌است علم اشیاء سماوی (مانند ستارگان، سیارات، ستاره‏های دنباله‏دار‎، کهکشان‌ها و پدیده‏هایی است که منشاء آنها در خارج از جو زمین است (مانند پدیده شفق قطبی (Aurora) و تشعشعات پس زمینه‌ای فضا). این رشته با رشته‌هایی مانند فیزیک، شیمی و فیزیک حرکت ارتباط تنگاتنگ دارد و همچنین با رشته فضاشناسی فیزیکی (پیدایش و تکامل جهان) ارتباط نزدیکی دارد. اخترشناسی یکی از قدیمی ترین علوم است. ستاره شناسان در تمدن‌های اولیه بشری به دقت آسمان شب را بررسی می‌کردند و ابزارهای ساده ستاره شناسی از همان ابتدا شناخته شده بودند. با اختراع تلسکوپ، تحولی عظیم در این رشته ایجاد شد و دوران ستاره شناسی جدید آغاز گردید.

در قرن ۲۰، رشته اخترشناسی به دو رشته اخترشناسی شهودی و فیزیک کیهان نظری تبدیل شد. در اخترشناسی شهودی به دنبال جمع آوری داده‌ها و پردازش آنها و همچنین ساخت و نگهداری ابزارهای اخترشناسی هستیم. در فیزیک کیهان نظری به دنبال کسب اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از مدل‌های تحلیلی و تحلیل‌های کامپیوتری هستیم. این دو رشته در کنار یکدیگر رشته‌های کامل را ایجاد می‌کنند که اخترشناسی نظری نام دارد و به دنبال توصیف یافته‌های شهودی است. با استفاده از یافته‌های اخترشناسی می‌توان نظریه‌های بنیادین فیزیک مانند نظریه نسبیت عام را آزمایش کرد. در طول تاریخ، اخترشناسان آماتور در بسیاری از کشف‌های مهم ستاره شناسی نقش داشته‌اند و اخترشناسی یکی از محدود رشته‌هایی است که در آن افراد آماتور نقشی بسیار فعال دارند و مخصوصاً در کشف و مشاهده پدیده‌های گذرا و محلی امیدوارکننده ظاهر شده‌اند. علم ستاره شناسی مدرن را نباید با علم احکام نجوم (طالع بینی) مقایسه کنید چرا که در طالع بینی اعتقاد بر آن است که امور انسان‌ها با موقعیت اشیاء سماوی در ارتباط است. اگرچه اخترشناسی و طالع بینی دو رشته‌ای هستند که منشأ یکسانی دارند اما اغلب متفکران بر این باورند که این دو رشته از هم جدا شده‌اند وتفاوت‌های بسیاری بین آنها وجود دارد.

سیاره زهره

زهره (ونوس) 

نگاه اجمالی

زهره یکی از سیاره‌هایی است که می‌توان آن را به آسانی در آسمان پیدا کرد. زهره گاهی 'ستاره شام' نامیده می‌شود. این سیاره درخشان بیش از هر سیاره دیگر ، به زمین نزدیک می‌شود و در نزدیکترین نقطه به 42 میلیون کیلومتری ما می‌رسد. در روشنترین حالت ، پس از ماه ، درخشنده‌ترین جرم آسمانی است. هنگام طلوع خورشید در مشرق دیده می‌شود و هنگام غروب خورشید در مغرب. شعاع زهره نزدیک به 6100 کیلومتر و چگالی آن 501 گرم بر سانتیمتر مکعب است. 

سیاره دوقلوی زمین

زهره دومین سیاره خاکی از طرف خورشید و نزدیکترین سیاره به زمین است. زهره 'الهه عشق' نامیده می‌شود و شباهت زیادی در اندازه و جرم به زمین دارد. زهره و زمین دوقلو هستند، زیرا جرم و اندازه تقریبا یکسانی دارند. با وجود این در سایر جهات به مقدار زیادی متفاوت هستند. 

جو زهره

جو زمین و زهره بسیار متفاوت است. اکسیژن و نیتروژن گازهای اصلی جو زمین هستند، ولی در جو زهره ، گاز مسموم کننده دی‌اکسید کربن وجود دارد. در بالای جو زهره ، حتی ابرهایی از اسید سولفوریک نیز یافت می‌شود. یکی از ویژگیهای مهم جو زهره آن است که مانند شیشه گلخانه عمل می‌کند. شیشه‌های گلخانه ، پرتوهای پرانرژی خورشید را به درون گلخانه راه می‌دهند و در نتیجه خاک گرمای کافی به‌دست می‌آورد. اما این شیشه‌ها از خروج انرژی که بوسیله خاک و گیاهان تولید می‌شود، جلوگیری می‌کنند. از اینرو ، انرژی در گلخانه حفظ می‌شود و دمای آنجا بالا می‌رود (اثر گلخانه‌ای). 

گرمای به دام افتاده
در اثر گلخانه‌ای ، گرمای منعکس شده از سطح
سیاره (فلش قرمز رنگ) توسط جو سیاره به
دام می‌افتد، مانند حفظ گرما در گلخانه‌ها.

در زهره نیز گاز چگال دی‌اکسید کربن تقریبا همین رفتار را دارد. حفظ شدن گرما در آن ، دمای زهره را به 500 درجه سانتیگراد می‌رساند، که از دمای سطحی عطارد (نزدیکترین سیاره به خورشید) نیز بیشتر است. در جو زهره ، به قدری دی‌اکسید کربن وجود دارد که فشار ناشی از آن ، حدود یکصد برابر فشار جو زمین است. این فشار برابر است با فشاری که در عمق یک کیلومتری اقیانوسهای زمین وارد می‌شود. 

حرکت ظاهری

تقریبا چرخش دایره‌ای (e=0.0068) مدار زهره نسبت به دایرة ‌البروج 3.39 درجه شیب دارد و دارای نیم قطر اطول 0.7233 Au و دوره تناوب مداری نجومی 224.70 شبانه ‌روز می‌باشد. در هر مدار زهره ، عطارد و زمین سیاره‌های فوق‌العاده درخشانی هستند. مطالعات انتقال دوپلری راداری نشان می‌دهند که سیاره‌ای با یک دوره تناوب نجومی‌ 243.01 شبانه‌روز با حرکت برگشتی می‌چرخد و شیب صفحه مدار نسبت به استوایش فقط 3 درجه است. چرخش این سیاره به دور محور خود ، معکوس است و یک دور آن 243 روز زمینی طول می‌کشد. در حالی که در 225 روز ، یک بار خورشید را دور می‌زند. روز خورشیدی در زهره برابر 118 روز زمین است، یعنی هر سال آن دو شبانه‌روز طول می‌کشد. 

فاصله متوسط از خورشید	108/20 کیلومتر
قطر استوا	12104 کیلومتر
مدت حرکت وضعی	243/01 روز زمینی
مدت حرکت انتقالی	224/70 روز زمینی
سرعت مداری	35/03 کیلومتر در ثانیه
دمای سطحی	480 درجه سانتیگراد
جرم (زمین=1)	0/81
چگالی متوسط (آب=1)	5/25
جاذبه (زمین=1)	0/93
تعداد قمر	0

مشخصه‌های فیزیکی

فاصله زمین تا زهره را می‌توان مستقیما توسط رادار اندازه گرفت، سپس شعاع فیزیکی آن را از روی قطر زاویه‌ای بدست آورد. زهره دارای شعاع 6052 کیلومتر است که فقط 5 درصد از شعاع زمین کوچکتر می‌باشد. زهره مانند عطارد هیچ قمر طبیعی شناخته شده‌ای ندارد و بنابراین تنها وقتی که یک فضاپیما از آن می‌گذرد، یا آنرا دور می‌زند، می‌توان به دقت جرم آنرا محاسبه کرد. بسیاری از سفینه‌های فضایی که سعی داشتند در سطح زهره فرود آیند در اثر تراکم جو و گرمای زیاد آن نابود شده‌اند، ولی سرانجام در 1975 میلادی (1354شمسی) دو سفینه روسی ، که شبیه به دستگاههای اکتشاف اعماق دریا بودند، نخستین عکسها را با موفقیت از سطح آن به زمین مخابره کردند. در این عکسها ، منظره‌ای از صخره‌های تیز و نمودهای هموار دیده می‌شود. اندازه بیشتر صخره‌ها از 30 تا 60 سانتیمتر است. 

اشکال سطحی

سطح زهره را با ارسال خاک ‌نشینهایی برای عکسبرداری یا انتشار علامتهای راداری برای نقشه‌برداری از عوارض آن می‌توان مورد بررسی قرار داد. این کار اخیر فلات بلند ، آتشفشانهای غول پیکر ، حفره‌های بهم فشرده و شکافهای طولانی دره‌ها را آشکار کرده است. سرتاسر زهره کاملا مسطح به نظر می‌رسد. اختلافات ارتفاعات سطحی کوچکند و به استثنا تعداد کمی از ‌نواحی مرتفع ، آنها 2 تا 3 کیلومتر ارتفاع دارند.

در سطح زهره اختلاف بین سطوح بلند و پست 112 کیلومتر است. در حالی که این اختلاف برای ماه و عطارد 4 کیلومتر و برای مریخ 25 کیلومتر و برای زمین 9 تا 20 کیلومتر است. سیمای نقشه‌برداری شده زهره ، در دو نیمه جنوبی و شمالی ، بطور قابل توجهی با یکدیگر اختلاف دارد. ناحیه شمال ، کوهستانی با فلاتهای مرتفع بدون آتشفشان است. در مقابل ، قسمت جنوبی ، شامل سطح نسبتا تخت آتشفشانی زمینی می‌باشد. 

میدان مغناطیسی

یک هسته آهن _ نیکل که قسمتی از آن مایع است ، در مقایسه با زمین ، دلالت بر این دارد که بایستی زهره یک میدان مغناطیسیداشته باشد. چون زهره 43 مرتبه آهسته‌تر از زمین می‌چرخد، انتظار داریم که دیناموی ذاتی آن ضعیف‌تر و شدت میدان مغناطیسی آن کمتر از زمین باشد، اما تا به امروز هیچ وسیله‌ای هیچگونه میدان مغناطیسی‌ای را آشکار نکرده است. اگر میدان مغناطیسی وجود داشته باشد، اندازه‌گیریها دلالت می‌کنند که بایستی حداقل ^14-10 برابر میدان مغناطیسی زمین باشد، اما این مقدار خیلی ضعیفتر از میدان مغناطیسی است که از یک مدل دیناموی ساده انتظار می‌رود.

یک توضیح ممکن آن است که: می‌دانیم که میدان مغناطیسی ضرورتا صفر است. بنابراین ، ممکن است وضعیت کنونی زهره نیز چنین باشد (معکوس شدن اخیر قطبهای زمین تقریبا هر یک میلیون سال یا در آن حدود اتفاق افتاده است). 

تصویری از سطح سیاره زهره

تحول سطح

پوسته زهره همانطور که تحت تاثیر ظهور دره‌های تنگ و عمیق ، جایی که صفحات کمی ‌جدا شده‌اند و نیز جلگه‌های کوهستانی مرتفع ، محلی که صفحات باهم تصادم کرده‌اند، قرار گرفته است. این صفحات مقداری جابه‌جایی‌های سطحی نیز دارند. ناحیه حفره‌ای پراکنده شده زمینی بر این دلالت دارد که حرکات صفحات سطحی یک فرآیند گسترده سیاره‌ای نبوده‌اند. در صورتی‌که ، بر روی زمین این چنین بوده است.

تاریخ اولیه زهره (دیرتر از چهار میلیارد سال قبل) بایستی از تاریخ زمین پیروی کرده باشد، زیرا این دو سیاره ، چگالی ، جرم و اندازه‌های مشابهی دارند. حدس می‌زنیم که زهره در حدود 4.6 میلیارد سال قبل با سایر سیارات خاکی شکل گرفته باشد. لایه‌های داخلی زهره ، همانطور که برای زمین اتفاق افتاده است، به سبب گرمای داخلی تشکیل شده‌اند. 

رصد زهره

فضاپیماها توانسته‌اند با استفاده از رادار ، نقشه 98 درصد سطح سیاره زهره را ترسیم کنند. روی هم رفته ، سطح زهره صافتر از سطح زمین است و صحراهای داغ و دشتهای وسیع آتشفشانی حدود دو سوم سیاره را پوشانده‌اند. نواحی فلاتی متعددی نیز به ارتفاع چند کیلومتر در دشتها وجود دارند. ناحیه کوهستانی ماکسول مونته با ارتفاعی حدود 11 کیلومتر (6.8 مایل) بیش از حد متوسط ارتفاع ، مرتفعترین نقطه سیاره زهره است. آتشفشانها در تمام سطح سیاره پراکنده شده‌اند که وسعت بعضیها به 160 کیلومتر (10 مایل) می‌رسد. 

سیاره‌ای نه چندان مسطح
ارتفاع بعضی کوههای زهره بیشتر از
کوه اورست، بلندترین کوه زمین است.

اگر از بالای قطب شمال نگاه کنیم خواهیم دید که اکثر سیارات و قمرهای منظومه شمسی به دور محور خود چرخیده و در جهت عکس عقربه‌های ساعت به دور خورشید در حال گردشند. اما جهت چرخش سیاره زهره برخلاف سایر سیارات ، در جهت عقربه‌های ساعت است. دلیل قطعی این امر هنوز مشخص نیست، اما به نظر بعضی ستاره شناسان جهت چرخش سیاره زهره نیز زمانی مانند سایر سیارات بوده ، اما بر اثر تصادم با یک سیاره یا سیارک دیگر ، این جهت معکوس شده است.

روند شبیه سازی سایر سیارات به زمین ، زمین سازی نامیده می‌شود. به نظر بعضی دانشمندان این روند می‌تواند با کاشت هاگهای گیاهی در جو سیاره زهره شروع شود. در مورد اینکه یک موجود زمینی بتواند در دمای سیاره زهره زنده بماند تردید وجود دارد. ولی فرض بر این است که هاگهای دی‌اکسید کربن موجود در جو زهره را جذب کرده، از طریق فتوسنتز اکسیژن آزاد خواهند کرد. این کار منجر به زنجیره‌ای از حوادث شده و احتمالاً شرایط حیاتی مناسبتری از آنچه که ما از آن مطلع هستیم بوجود خواهد آورد. 

سیاره زحل

زحل بعد از سیاره مشتری بزرگترین و زیباترین سیاره در منظومه شمسی می باشد. این سیاره دارای هفت حلقه مسطح به دور خود است. این هفت حلقه در واقع شامل تعداد زیادی حلقه های باریک که با ذرات یخی درست شده اند، می باشند.

این حلقه ها زحل را به یکی از زیباترین اجرام آسمان در منظومه شمسی تبدیل کرده اند. به جز زحل، سیارات مشتری، نپتون و اورانوس نیز دارای حلقه هایی می باشند که نسبت به حلقه های زحل بسیار کم نورترند.

زحل بهمراه تمامی حلقه هایش! - تصویر از فضاپیمای کاسینی در زمانی که خورشید پشت زحل پنهان شده

قطر زحل در استوا ۱۲۰.۵۴۰ کیلومتر، تقریبا ۱۰برابر قطر زمین است. این سیاره از زمین با چشم غیر مسلح قابل رویت است البته حلقه های آن دیده نمی شوند. زحل دورترین سیاره ای بود که ستاره شناسان باستان موفق به کشف آن شده بودند.

 

اندازه ی زحل در مقایسه با زمین

این سیاره به مناسبت خدای کشاورزی رومیان، ساترن نام گرفت.

زحل در مداری بیضی شکل به دور خورشید در حرکت است. بیشترین فاصله آن از خورشید ۱.۵۱۴.۵۰۰.۰۰۰ کیلومتر و کمترین فاصله آن ۱.۳۵۲.۵۵۰.۰۰۰ کیلومتر است. یک سال در زحل معادل ۱۰.۷۵۹ روز زمینیست.

 

گردش

زحل علاوه بر گردش انتقالی خود به دور خورشید، حول محور عمودی فرضی خود نیز در گردش است. زاویه این محور ۲۷ درجه از دایرة البروج می باشد.

بعد از مشتری، زحل سریعترین گردش وضعی در بین سیارات دیگر منظومه شمسی را دارد. یکبار گردش این سیاره به دور خود تنها ۱۰ ساعت و ۳۹ دقیقه به طول می انجامد. به دلیل این حرکت گردشی سریع، قطر استوایی این سیاره ۱۳.۰۰۰ کیلومتر از قطر قطبی آن بیشتر است.

 

سطح و جو

بیشتر دانشمندان معتقدند که این سیاره یک غول گازیست و هیچ سطح جامدی ندارد. به هرحال، به نظر می رسد که زحل دارای یک هسته داغ و جامد آهنیست.

اطراف این هسته متراکم، هسته خارجی قرار گرفته که احتمالا ترکیبی از آمونیاک، متان و آب می باشد. یک لایه از هیدروژن به شدت فشرده پیرامون هسته خارجی وجود دارد. در بالای این لایه، منطقه ای چسبناک (شربت مانند) متشکل از هیدروژن و هلیوم جای گرفته است. هیدروژن و هلیوم در نزدیک سطح به شکل گاز در می آیند و با اتمسفر زحل که عمدتا ترکیبی از همین دوعنصر است مخلوط می شوند.

یک لایه فشرده از ابر، کل سطح زحل را پوشانده است. در تصاویر به دست آمده از این سیاره مناطق و کمربندهای رنگی قابل تشخیصند. چنین مناطقی احتمالا به خاطر تفاوت دما و ارتفاع ابرها در قسمتهای مختلف ظاهر می گردند.

گیاهان و حیوانات مقیم زمین نمی توانند در زحل دوام بیاورند. دانشمندان شک دارند که گونه زیستی در این سیاره یافت شود.

تغییر زاویه ی زحل نسبت به زمین

دما

انحراف محور عمودی این سیاره منجر به اختلاف میزان تابش خورشید به قسمتهای مختلف آن و در نهایت ایجاد فصول شده است. هر فصل در این سیاره ۵/۷ سال زمینی طول می کشد چرا که مدت زمان یکبار گردش زحل به دور خورشید ۲۹ برابر زمین است.

دمای زحل همیشه از دمای زمین سردتر است، زیرا این سیاره از خورشید دورتر است. میانگین دما در بالای ابرها ۱۷۵- درجه سانتیگراد می باشد.

دما در اعماق ابرها بیشتر می شود.  بسیاری از ستاره شناسان معتقدند که این حرارت در فرایند فرو رفتن هلیوم به درون هیدروژن مایع به وجود می آید.

 

چگالی و جرم

در بین همه سیارات منظومه شمسی، زحل کمترین چگالی را دارد. چگالی این سیاره تنها یک دهم چگالی زمین و دو سوم چگالی آب است. به همین دلیل یک تکه از این سیاره نسبت به تکه ای برابر از زمین بسیار سبکتر است و در روی آب شناور می ماند.

اگر زحل را روی آب بگذاریم، روی آب می ماند!! چون چگالی میانگینش از آب کمتر است!

گرچه چگالی این سیاره بسیار کم است اما وزن آن پس از مشتری، از دیگر سیارات بیشتر است. جرم زحل ۹۵ بار از جرم زمین بیشتر می باشد. نیروی گرانش این سیاره اندکی از گرانش زمین بیشتر است. یک جسم ۱۰۰ گرمی در زمین، در زحل ۱۰۷ گرم می باشد.

 

حلقه ها

 حلقه های زحل دور این سیاره و موازی با استوا قرار دارند. آنها هرگز با سیاره برخورد نمی کنند. با گردش زحل به دور خورشید آنها با همان زاویه ثابت و همیشگی در جای خود برقرار می مانند.

هفت حلقه زحل در حقیقت متشکل از هزاران حلقه باریک می باشند. این حلقه های باریک از بیلیونها تکه یخ ایجاد شده اند. ابعاد این تکه های یخ گاهی به اندازه یک ذره کوچکند و گاهی قطر آنها به بیش از 3 متر می رسد.

خرده  یخها و ستگهایی که حلقه ها را تشکیل داده اند.

حلقه های اصلی زحل بسیار عریضند. برای مثال عرض خارجی ترین حلقه ۳۰۰.۰۰۰ کیلومتر می باشد. با این حال در ابعاد فضا این حلقه ها بسیار باریک به حساب می آیند. آنقدر باریک که هنگامیکه این سیاره درست در مقابل و در راستای زمین قرار می گیرد نیز این حلقه ها قابل رویت نیستند.

ضخامت آنها بین ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ متر است. در بین حلقه ها فضای خالی قرار گرفته و آنها را از هم جدا می نماید. عرض هر یک از این فضاهای خالی ۳۲۰۰ کیلومتر و یا بیشتر است. البته در برخی از این فضاهای خالی حلقه های بسیار باریکی قرار دارند.

سایه ی زحل روی حلقه هایش افتاده است. - تصویر از فضاپیمای کاسینی

حلقه های زحل در اوایل قرن ۱۶ توسط ستاره شناس ایتالیایی، گالیله، کشف شدند. گالیله نتوانست با تلسکوپ کوچک خود این حلقه ها را به وضوح و به درستی رصد کند. او فکر می کرد که حلقه ها، قمر های بسیار بزرگ می باشند.

در سال ۱۶۵۶، پس از به کارگیری یک تلسکوپ قوی تر، کریستیان هایگنس (Christiaan Huygens)، ستاره شناس آلمانی، یک حلقه باریک مسطح حول زحل را توصیف کرد. هایگنس فکر می کرد که این حلقه یک صفحه جامد از برخی مواد است.

در سال ۱۶۷۵، دومنیکو کاسینی (Domenico Cassini)، یک ستاره شناس آلمانی متولد فرانسه، کشف دو حلقه مجزا که با گروه هایی از اقمار کوچک شکل گرفته بودند را اعلام نمود. مشاهدات بعدی از زحل وجود تعداد بیشتر این حلقه ها را ثابت نمود. حلقه های باریکی که هفت حلقه اصلی را شکل می دهند در سال ۱۹۸۰ کشف شدند.

فیلمی از تأثیر اقمار روی حلقه های زحل - تهیه شده توسط فضاپیمای کاسینی

 

اقمار

  علاوه بر حلقه ها، زحل دارای 60 قمر به قطر تقریبی ۱۰کیلومتر و چندین قمر کوچکتر نیز می باشد. بزرگترین قمر این سیاره تیتان نام دارد. قطر این قمر ۵۱۵۰ کیلومتر (بزرگتر از سیاره پلوتو) است. تیتان یکی از معدود اقمار موجود در منظومه شمسی است که دارای جو می باشد. اتمسفر این قمر حاوی حجم زیادی نیتروژن است.

زحل و خانواده اش

بیشتر اقمار زحل دارای چاله های بزرگی هستند. برای مثال قمر میماس (Mimas) چاله ای دارد که یک سوم قطر این قمر را پوشانده است. قمر دیگر، لاپتوس (Iapetus)، دارای یک نیمه روشن و یک نیمه تاریک است. نیمه روشن این قمر 10برابر بیش از نیمه تاریک آن نور را باز می تاباند. قمر هایپریون (Hyperion) بیشتر شبیه به یک استوانه چاق است تا یک کره.

 

پرواز به زحل

در سال ۱۹۷۳، ایالات متحده فضاپیمایی را به منظور بررسی دو سیاره مشتری و زحل به فضا فرستاد. نام این فضاپیما پایونیر-ساترن (Pioneer-Saturn) بود. این فضاپیما در سال ۱۹۷۴ به زحل رسید. پایونیر-ساتورن اطلاعات علمی و تصاویر خوبی از زحل به زمین ارسال کرد. این اطلاعات و تصاویر به اکتشافاتی در مورد دو حلقه بیرونی زحل کمک کرد. 

پایونیر-ساتورن همچنین توانست میدان مغناطیسی زحل که ۱۰۰۰ مرتبه از میدان مغناطیسی زمین قوی تر می باشد را کشف کند. این میدان قوی، مگنتوسفر (منطقه نیروهای مغناطیسی قوی) بزرگی را اطراف این سیاره به وجود آورده است. به علاوه، اطلاعاتی که این فضاپیما ارسال کرد نشان داد که درون مگنتوسفر این سیاره کمربندهای تشعشعی وجود دارند. این کمربندها متشکل از الکترونها و پروتونهای پر انرژی قابل مقایسه با کمربندهای ون آلن زمین می باشند.

در سال ۱۹۷۷، ایالات متحده دو سفینه دیگر به نامهای ویجر۱ (Voyager) و ویجر۲ را برای مطالعه زحل و دیگر سیارات ارسال کرد. در ۱۲ نوامبر ۱۹۸۰، ویجر۱ در فاصله ۱۲۶.۰۰۰ کیلومتری زحل و در تاریخ ۲۵ آگوست ۱۹۸۱، ویجر۲ در فاصله ۱۰۱.۰۰۰ کیلومتری این سیاره قرار گرفتند.

کاسینی در اطراف زحل پرسه می زند و هر روز کشفی جدید می کند.

دو سفینه ویجر وجود هفت حلقه زحل را تائید کردند. آنها نشان دادند که این حلقه ها خود از حلقه های بسیار باریک تشکیل شده اند. به علاوه اطلاعات و تصاویر تهیه شده توسط آن دو سفینه نه قمر زحل را کشف یا تائید نمودند. آنها همچنین وجود حجم عمده نیتروژن در اتمسفر قمر تیتان را تشخیص دادند.

در سال ۱۹۹۷، ایالات متحده سفینه کاسینی را برای مطالعه این سیاره، حلقه ها و قمرهایش فرستاد. این سفینه در سال ۲۰۰۴ شروع به گردش دور زحل نمود. این سفینه، کاوشگری به نام هایگنس (Huygens) را با خود، به منظور فرود آمدن در سطح تیتان، حمل می کرد. هایگنس توسط آژانس فضایی اروپا ساخته شد.

سیاره نپتون

هشتمین و آخرین سیاره شناخته شده منظومهشمسی٬ بعد از سیاره اورانوس  قرار داشته و سیاره ای گازی  است(نام این سیاره معادل فارسی یا عربی ندارد).اندازه آن کوچکتر از اورانوس اما وزن آن بیشتر است.

قطر نپتون در منطقه استوایی معادل 49.528 کیلومتر، تقریبا 4 برابر قطر زمین،  است. این سیاره 17 برابر سیاره زمین وزن دارد اما چگالی آن از چگالی زمین کمتر است. نپتون۱۳  قمر و چندین حلقه دارد.

نپتون در مداری بیضی شکل به دور خورشید در گردش است. میانگین فاصله آن از خورشید حدود 4.495.060.000 کیلومتر می باشد. یکسال در این سیاره معادل 165 سال زمینی است. نپتون علاوه بر گردش مداری دارای گردش وضعی حول محور فرضی عمودی خود نیز می باشد. زاویه انحراف محور این سیاره 28 درجه است. یک دور گردش وضعی این سیاره در مدت زمان 16 ساعت و 7 دقیقه انجام می گیرد.

 

سطح و اتمسفر                             

دانشمندان بر این باورند که این سیاره به طور کامل از هیدروژن، هلیوم و سیلیکات ساخته شده است. سیلیکاتها مواد معدنی هستند که  بیشتر پوسته سنگی زمین را تشکیل می دهند گو اینکه در نپتون اثری از سطح جامد دیده نمی شود. ابرهایی ضخیم سطح این سیاره را پوشش داده اند. درون این سیاره با قسمتی از گازهای به شدت فشرده شروع می شود. اطراف این هسته مرکزی را لایه ای از گازهایی که به شکل مایع در آمده اند احاطه می کند. انحراف زاویه محور نپتون باعث به وجود آمدن فصول در این سیاره شده است.بطور کلی هسته این سیاره مانند بقیه سیارات گازی به شکل هسته ای از جنس صخره(Rock ) سپس لایه ای از هیدروژن فلزی مایع  وسپس اقیانوسی از هیدروژن وهلیم مایع وآخر از همه جوی از هیدروژن وهلیم می اشد.

نپتون با لایه ای ضخیم از ابرهایی که به سرعت در حال حرکتند پوشیده شده است. وزش باد، حرکت این ابرها را به 1100 کیلومتر در ساعت می رساند. ابرهایی که در فاصله دورتری از سطح سیاره قرار دارند عمدتا متان یخ زده می باشند. دانشمندان معتقدند که ابرهای تیره تر نپتون که در زیر ابرهای متان قرار گرفته اند سولفات هیدروژنند.

در سال 1989، فضاپیمای ویجر 2 منطقه تیره ای را در نپتون پیدا کرد. این لکه به دلیل وجود توده های گازی که با سرعت بسیار فراوان در حال گردش بودند، ظاهر شده بود. این منطقه نقطه سیاه بزرگ نام گرفت و شبیه لکه قرمز بزرگ در مشتری بود. اما در سال 1994، تلسکوپ فضایی هابل نشان داد که این لکه از بین رفته است.

 

اقمار و حلقه ها

نپتون ۱۳ قمر شناخته شده دارد. تریتون (Triton) بزرگترین قمر این سیاره 2705 کیلومتر قطر دارد و در فاصله 354.760کیلومتری سیاره قرار گرفته است. این جرم تنها قمر در منظومه شمسی است که برخلاف جهت حرکت سیاره مادرش در چرخش است. تریتون مداری دایره شکل دارد و در مدت 6 روز زمینی یک بار دور نپتون می چرخد. احتمالا تریتون زمانی دنباله دار بزرگی به دور خورشید بوده و در مقطعی این دنباله دار گرفتار گرانش نپتون شده است.    

 

 

دانشمندان مدارکی کشف کرده اند که ثابت می کند گدازه های آتشفشانی که در گذشته در این قمر فوران کرده اند ترکیبی از آب و آمونیاک بوده اند. این ترکیب امروزه به شکل یخ زده در سطح تریتون وجود دارد. دمای سطحی این قمر 235- درجه سانتیگراد است. در واقع سردترین مکانی است که در کل منظومه شمسی وجود دارد. تعدادی آتشفشان در سطح تریتون فعال باقی مانده اند و کریستالهای یخ نیتروژن را تا ارتفاع 10 کیلومتری سطح این قمر به بیرون پرتاب می کنند.

این سیاره دارای 5 حلقه کم فروغ است.سه تای آنها مانند حلقه های اورانوس کاملا" باریک هستند ولی دوتای دیگر مانند حلقه های مشتری پهن بوده وکمی هم حالت پخش دارند.آخرین حلقه نپتون با نام آدامز با عرض تنها 50 کیلومتر از زمین بصورت گسسته مشاهده می شود.این شکل خاص حلقه آدامز احتمالا"ناشی از وجوداقمار شفرد می باشد.برای کسب اطلاعات بیشتر درباره نامگذاری حلقه ها اینجا را کلیک نمایید.

نپتون ابتدا در دل فرمولهای ریاضیات کشف شد. ستاره شناسان که تا قبل از آن فکر می کردند اورانوس آخرین سیاره منظومه شمسی است، متوجه شدند که اورانوس همیشه در جائیکه آنها پیش بینی می کردند نیست. نیروی گرانش سیاره ای ناشناخته بر روی اورانوس تاثیر می گذاشت.

در سال 1843، جان آدامز(John C. Adams)، یک ستاره شناس و ریاضیدان جوان، کار خود را برای کشف سیاره ناشناخته آغاز کرد. آدامز پیش بینی کرد که فاصله این سیاره از اورانوس 6/1 میلیارد کیلومتر است. او مطالعات دقیق خود را در سپتامبر 1845 به پایان رساند. آدامز نتیجه تحقیقات خود را برای جورج ایری (George B. Airy)، ستاره شناس سلطنتی انگلستان ارسال کرد. با اینحال چون ایری نمی توانست این سیاره را در تلسکوپ ببیند، نتوانست به آدامز اعتماد کند.

در همین حال لوریر (Urbain J. J. Leverrier)، ریاضیدان فرانسوی که با آدامز نا آشنا بود، کار بر روی این پروژه را آغاز کرد. در نیمه های 1846، لوریر نیز موقعیت نپتون را پیش بینی کرد. او نتیجه مطالعات خود را، که به مطالعات آدامز بسیار شبیه بود، برای رصدخانه اورانیا (Urania) در برلین فرستاد. مدیر رصدخانه، یوهان گاله (Johann G.Galle)، به همراه دستیارش، هنریش دآرست (Heinrich L. d'Arrest)، مطالعات لوریر را بررسی کردند و وجود سیاره را تائید کردند. امروزه هم آدامز و هم لوریر ، هر دو را کاشف این سیاره می دانند. سیاره ایکه به نام خدای دریای رومیان، نپتون نام گرفت. در آگوست 1989، سفینه ویجر 2 نخستین تصاویر تهیه شده در فاصله نزدیک را از این سیاره و برخی از اقمارش تهیه کرد. این سفینه همچنین به وجود حلقه های نپتون و شش قمر آن به نامهای دسپینا، گالاتیا ، لاریسا، نایاد، پروتئوس و تالاسا پی برد.

سیاره مشتری

مشتری(عربی) یا برجیس(فارسی)، پرجرم ترین سیاره منظومه شمسیما با چهار قمر با اندازه های سیاره ای و بسیاری قمرهای کوچک تر، برای خود  منظومه ای مینیاتوری است. مشتری سیاره ای گازی و از نظر ترکیبات مانند یک ستاره است. در واقع، اگر حدود ٨٠ برابر بیشتر از جرم اکنونش جرم داشت، به یک ستاره تبدیل می شد.

در 7 ژانویه سال ١٦١٠میلادی ، گالیله با تلسکوپ ساده و ابتدایی خود چهار "ستاره" در اطراف مشتری دید. او چهار قمر بزرگ مشتری را که اکنونآیو ، کالیستو، گانیمد و اروپا نامیده می شوند، کشف کرده بود. امروزه این چهار قمر به قمرهای گالیله ای مشهورند.

در ٣٠ سال اخیر اکتشافات بسیاری درباره مشتری و قمرهایش صورت گرفته است که اگر گالیله زنده بود و آنها را می شنید، بسیار شگفت زده می شد. آیو، فعال ترین جرم آتشفشانی منظومه شمسی است. گانیمد بزرگترین قمر منظومه است و تنها قمر شناخته شده ای است که میدان مغناطیسی خودش را دارد. اقیانوس مایعی ممکن است زیر پوسته  یخ زده سطح اروپا نهفته باشد. اقیانوس های یخ زده ای نیز ممکن است زیر سطح گانیمد و کالیستو وجود داشته باشند. فقط در سال ٢٠٠٣ میلادی، ستاره شناسان ٢٣ قمر جدید برای مشتری کشف کردند که تعداد اقمار آن را به ٦٣ عدد، بیشترین تعداد قمر برای یک سیاره در منظومه شمسی، رساند. بسیاری از اقمار کوچک مشتری ممکن است سیارکهایی باشند که در دام گرانش سیاره افتاده اند.

مشتری ظاهری بسیار زیبا با رنگهای گونانگون و پدیده های جوی بسیار دارد. ابرهایی که بیش از سایر قسمت ها به چشم می آیند، از آمونیاک تشکیل شده اند. ملکولهای آب در اعماق وجود دارد و گاهی به شکل نقاطی در ابرهای تازه تشکیل شده به چشم می خورد. "خطوطی" که روی سیاره دیده می شوند، کمربندهای تیره هستند و نواحی روشن با بادهای شدید شرقی-غربی در جو بالایی مشتری، به وجود می آیند. بین این نواحی و کمربندها طوفانهایی وجود دارند که برخی از آنها سالیان سال است که فعال هستند. لکه سرخ بزرگ، طوفان چرخان غولپیکری است که بیش از ٣٠٠ سال رصد شده است. پدیده شفق های قطبی نیز تاکنون چندین بار در آن رخ داده است.

ترکیبات شیمیایی مشتری مشابه خورشید است، عمدتا هلیوم و هیدروژن. در اعماق سیاره، فشار و دما بسیار بالا می رود، به گونه ای که هیدروژن گازی در اعماق، به مایع تبدیل می شود. تقریبا در یک سوم راه به سمت مرکز، هیدروژن فلزی به وجود می آید که رسانای جریان الکتریکی است. در این لایه الکتریکی، میدان مغناطیسی قوی مشتری با جریان های الکتریکی که چرخش سریع سیاره آنها را به وجود آورده است، جمع می شود. در مرکز، احتمالا فشار زیاد موجب به وجود آمدن هسته جامدی از سنگ و یخ به ابعاد زمین، شده است. بطور کلی:

سیارات گازی دارای هسته ای از جنس صخره(Rock ) سپس لایه ای از هیدروژن فلزی مایع  وسپس اقیانوسی از هیدروژن وهلیم مایع وآخر از همه جوی تشکیل شده از هیدروژن وهلیم هستند.

میدان مغناطیسی قوی مشتری تقریبا ۲۸/۴ گاوس وبیست برابر میدان مغناطیسی سیاره زحل است.این میدان قوی ناشی از جریانات الکترونی در قسمتهای بیرونی هسته یاره که به شکل هیدروژن فلزی است تولید می شود.این میدان در سال ۱۹۵۰ توسط مشاهدات رادیویی ودر سال ۱۹۷۳ توسط فضاپیمای پایونیر ۱۰ کشف گردید. دسته ای از ذرات باردار در مغناط کره مشتری، ناحیه ای که خطوط میدان مغناطیسی در اطراف سیاره از یک قطب تا قطب دیگر را پو شانده اند، به دام افتاده اند. قمرها و حلقه های مشتری در پوششی از الکترون ها و یونهای به دام افتاده در میدان مغناطیسی سیاره، قرار گرفته اند. مغناط کره مشتری، شامل این ذرات و میدانها، ١ تا ٣ میلیون کیلومتر به

سمت خورشید و بیش از 1 میلیارد کیلومتر در پشت مشتری، تا مدار زحل، کشیده شده است.

                                                حلقه های مشتری

فضاپیمای ویجر ١ ناسا در سال ١٩٧٩میلادی حلقه های مشتری را به عنوان سومین سیاره دارای حلقه بعد از زحل واورانوس کشف کرد: حلقه اصلی مسطح و حلقه داخلی ابر مانند که هاله نامیده می شود، هر دو از ذرات کوچک و تیره رنگی تشکیل شده اند. حلقه سوم که به علت شفافیتش به نام gossamer معروف است، در واقع سه یا دو حلقه از ذرات میکروسکوپی یابزرگتر رها شده از آمالته آ (Amalthea)، تبه (Thebe) و آدراسته آ (Adrastea)و متیس هستند. حلقه های مشتری احتمال دارد حاصل غبار ناشی از برخورد شهابواره های فضای میان سیاره ای با این چهار قمر کوچک داخلی سیاره، باشند. حلقه اصلی احتمالا از قطعات سنگی ناشی از برخوردهای شهابسنگ سرگردان با قمر متیس (Metis) تشکیل شده است. حلقه های کم فروغ مشتری فقط زمانی دیده می شوند که نور خورشید از پشت بر آنها بتابد. برای کسب اطلاعات درباره نامگذاری حلقه هابه آدرس زیر مراجعه نمایید:

http://planetarynames.wr.usgs.gov/Page/Rings#jupiter

 ذرات تشکیل دهنده حلقه هااز جنس ترکیبات کربنی و سیلیکاتی (مانند مواد تشکیل دهنده همان چهار قمر نام برده)بوده ورنگ آنها به قرمزی می گراید.

در دسامبر سال ١٩٩٥میلا دی فضاپیمای گالیله متعلق به ناسا کاوشگری را به درون جو مشتری انداخت که برای اولین بار نمونه هایی را از جو مشتری آزمایش کرد. این کاوشگر پس از حدود یک ساعت سقوط و کاوش در جو مشتری بر اثر فشار لایه های جوی منهدم شد. پس از پرتاب کاوشگر، فضاپیمای گالیله چندین سال به بررسی و مطالعه مشتری و قمرهای آن پرداخت. زمانی که گالیله ٢٩ امین دور گردش خود را به دور مشتری آغاز کرده بود، فضاپیمای کاسینی-هویگنس به نزدیکی مشتری رسیده بود تا از گرانش آن برای رسیدن به زحل کمک بگیرد. هر دو فضاپیما داده های هم زمانی از مغناط کره، باد خورشیدی، حلقه ها و شفق های مشتری گرفتند.

 

منبع : http://www.nojoum.com/Pages/Jupiter.aspx?View=Default

 

جدولی از فهرست فضاپیماهایی که به سمت مشتری رهسپار شده اند:

نام فضاپیما	تاریخ پرتاب	تاریخ رسیدن به مشتری	نزدیکترین فاصله(Km)	نتایج ماموریت
پایونیر 10	2 مارس 1972	3 دسامبر 1973	131400	موفقیت آمیز.اطلاعات وعکسهای جدید.در حال حاضر به سمت نواحی بیرونی منظومه شمسی در حرکت است
پایونیر 11	5 آوریل 1973	2 دسامبر 1974	46400	موفقیت آمیز.بعد از مدتی به سمت زحل رهسپار شد. در حال حاضر به سمت نواحی بیرونی منظومه شمسی در حرکت است
وییجر 1	5 سپتامبر 1977	5 مارس 1979	350000	اطلاعات کاملی درباره مشتری واقمار آیو،گانیمد وکالیستو کسب نمود.آتشفشانهای آیو از کشفیات آن است. بعد از مدتی به سمت زحل رهسپار شد و در حال حاضر به سمت نواحی بیرونی منظومه شمسی در حرکت است
وییجر 2	20 اوت 1977	9 ژولای 1979	714000	ماموریت مشابه وییجر 1.در سال 1981 از کنار زحل در سال 1986 از کنار اورانوس ودر سال 1989 از کنار نپتون عبور کرد. در حال حاضر به سمت نواحی بیرونی منظومه شمسی در حرکت است
گالیلئو	18 اکتبر 1989	7 دسامبر 1995	ورود به جو	شامل مدار نورد وقسمتی بود که برای سقوط در جو طراحی شده بود.بعد از پرتاب از از زمین ازکنار سیاره زهره ودوباره از کنار زمین عبور کرد.تصاویری از سیارک گاسپرا وآیدا تهیه نمود.
اولیس	6 اکتبر 1990	8 فوریه 1992	378000	به بررسی مگنتوسفر ،منطقه تابشی ومحیط عمومی سیاره پرداخت وسپس برای مطالعه قطبهای خورشید راهی مداری حول آن شد.

سیاره زمین

دید کلی

زمین کره‌ای است که روی آن زندگی می‌کنیم. بنا به باورهای دینی از خاک آن آفریده شده‌ایم و روزی دوباره به خاک آن باز می‌گردیم. این کره خاکی یکی از نهسیاره منظومه شمسی است که مانند سایر سیارات در مداری به دور خورشید می‌گردد. زمین سیاره‌ای منحصر بفرد در منظومه شمسی است که در آن آب واکسیژن و نیتروژن که برای حیات ضروری‌اند، وجود دارد. 

تاریخچه زمین

زمین در بدو پیدایش بصورت کره‌ای از مواد داغ و نیمه مذاب بود. بتدریج عناصر سنگینتر ته‌نشین شده و هسته فلزی را بوجود آوردند و در عین حال عناصر سبکتر به سطوح فوقانی آمده و جبه و پوسته را تشکیل دادند. پس از گذشت چند میلیارد سال ، زمین سرد شد، سطح زمین جامد گشت ، جو زمین شکل گرفت و اقیانوس بوجود آمدند. تکامل زمین هنوز هم ادامه دارد: پوسته زمین توسط فورانهای آتشفشانی در کف اقیانوسها نوسازی شده ، دائما بر اثر زمین لرزه‌ها و حرکتهای قاره‌ای در حال تغییر و تحول است. تناسب گازهای مختلف در جو زمین نیز بر اثر دخالتهای انسان به آرامی در حال تغییر است.

حرکت زمین به شکل یک پوسته سنگی متشکل از 12 صفحه مجزاست. هر یک از قاره‌ها روی یک یا چند صفحه قرار گرفته‌اند. این صفحات با سرعتی شبیه به سرعت رشد ناخنهای انسان در حال حرکت هستند. صفحه‌های جامد ، روی سنگهای نیمه مذاب به حالت شناور هستند که خود این سنگهای نیمه مذاب توسط جریانهای داغی که از هسته فلزی زمین فوران می‌کنند، تکان خورده و باعث حرکت صفحه‌ها در سطح زمین می‌شوند. 

چهره متغیر زمین

250 میلیون سال پیش ، سه تکه بزرگ خشکی بهم نزدیک شدند و یک خشکی بزرگ بنام پانجیا را بوجود آوردند. بعد از مدتی دریای تتیس این خشکی عظیم را به دو قسمت لوراسیا و گندوانلند تقسیم کرد. 120 میلیون سال پیش اوراسیا از هم شکافت و آمریکای شمالی از اروپا جدا شد. گنوانلند نیز شکافته شد و در نتیجه هندوستان به سمت جنوب آسیا حرکت کرد. قاره‌ها همچنان به حرکت خود ادامه داده و به این شکل کنونی که می‌بینیم در آمدند. ظرف چند میلیون سال آینده قاره آمریکا به حرکت خود در سمت غرب ادامه داده و قاره آفریقا به اروپا و آسیا ملحق خواهد شد. 

حیات در زمین

اولین موجودات زنده حدود 3.8 میلیارد سال پیش و اولین دایناسورها حدود 150 میلیون سال پیش در زمین ظاهر شدند. حدود 65 میلیون سال پیش نسل داینوسورها از بین رفت(انقراض دایناسورها). یکی از عوامل انقراض داینوسورها برخورد یک شهاب سنگ به زمین و پر شدن جو زمین از غبار بود. در چنین شرایطینور و گرما به زمین نرسیده و یک دوره کوتاه یخبندان باعث مرگ داینوسورها بر اثر سرما و گرسنگی شده است. اگر همه تاریخچه زمین را در 24 ساعت خلاصه کنیم، نخستین انسانها در 2 ثانیه مانده به نیمه شب ظهور خواهند کرد. 

زمین و عقاید

یونانیها که پیشروان علم بودند، در قرن ششم قبل از میلاد ، زمین را کروی و ثابت فرض می‌کردند و اکثر تمدنها معتقد بودند که جهان ، زمین مرکز است. ولی بطلیموس ستاره شناس یونانی بیشتر از سایرین بر این اندیشه معروف معتقد بوده است. در جهان زمین مرکز ، زمین در مرکز عالم قرار داشته و خورشید و سیارات و ستارگان حول آن می‌گردند. سالها بعد معدودی از متفکران یونانی مخصوصا آریستار خوس اندیشه زمین مرکزی بودن دنیا را زیر سوال بردند. ولی کتاب بطلمیوس المجسی بر علم آن زمان سیطره داشت و مانع از قبول نظر آریستارخوس شد. تا اینکه در سال 1543 نیکلا کپرنیک ستاره شناس لهستانی ، مرکزیت را از زمین گرفته و بهخورشید داد. 

مریخ نورد کنجکاوی

مشخصات دستگاه[ویرایش]

این کاوشگر پیچیده‌ترین کاوشگری است که سازمان فضایی آمریکا، ناسا، به سیاره سرخ فرستاده است. این خودروی شش-چرخه که ۲٫۹ متر طول و ارتفاعی به اندازه قد یک انسان معمولی و ۹۰۰ کیلوگرم وزن دارد، می‌تواند بر روی سطح سیاره حرکت کند که حدود چند ده متر در روز است و از موانعی تا ارتفاع ۷۵ سانتیمتر بالا رود و دارای یک باتری پلوتونیوم است که به آن اجازه می‌دهد تا بیش از ده سال به حرکت ادامه دهد؛ که برای بازدید از همه کفِ دهانه و حتی صعود به قله کوه شارپ در مریخ زمانی کافی است.

این وسیله که مجهز به انواع تجهیزات علمی است، می‌تواند از خاک نمونه برداری کند و سنگ‌ها را سوراخ کند. یک بازوی روباتیک، نمونه‌ها را برای آنالیز ترکیب شیمیایی به آزمایشگاه درون وسیله منتقل می‌کند.^[۱۰]

دوربین‌ها[ویرایش]

دوربین ناوبری

این خودرو مجهز به دو جفت دوربین ناوبری (NavCams) است که با اسکن کردن سطوح پیش رو به مهندسان ناسا در زمین کمک می‌کند تا کاوشگر را در جهت درست هدایت کنند. با کمک دوربین‌های اجتناب از خطر که در پایین خودرو نصب شده‌اند، کاوشگر می‌تواند بدون برخورد با موانع خطرناک به راه خود ادامه دهد.

دوربین‌های علمی

دوربین‌های روی دیرک (MastCams) دوربین‌های علمی هستند. آن‌ها می‌توانند از سطح مریخ، تصاویر رنگی سه بعدی و یا حتی تصاویر ویدیویی تهیه کنند. یکی از دوربین‌ها دارای لنز واید و دیگری دارای لنز تله‌فوتو است.

دوربین شیمیایی کیوریاسیتی (ChemCam) می‌تواند یک پرتو لیزر را از فاصله ۷ متری بر سطحی با قطر کم‌تر از یک میلیمتر روی یک سنگ بتاباند. این پرتو باعث تولید پلاسما (گازی بسیار داغ) می‌شود. دوربین شیمیایی این شعله را با یک تلسکوپمشاهده می‌کند و با آنالیز نور تولید شده، عناصر شیمیایی موجود در سنگ را تشخیص می‌دهد. دوربین شیمیایی یک ابزار نقشه برداری نیز است؛ کارکرد آن در آغاز فرایند انتخاب سنگ‌های جالب برای مطالعه بیشتر است.

نمونه‌برداری[ویرایش]

این کاوشگر در انتهای بازویش یک "دست" دارد که برجک نامیده می‌شود. برجک دارای یک مته، یک برس برای کنار زدن خاک، یک دوربین برای دید از نزدیک و یک ابزار علمی برای به دست آوردن جزئیات بیشتر در مورد ترکیب شیمیایی سنگ‌ها است. دوربین آن، به نام MAHLI، معادل [[ذره‌بین ] زمین‌شناسان میدانی است و اطلاعات دقیقی در مورد شکل کریستال‌ها و لایه‌های معدنی سنگ‌ها به دست می‌دهد.

طیف‌سنج اشعه ایکس ذرات آلفا (APXS) عناصر شیمیایی موجود در یک سنگ را نمایان می‌کند و به تصمیم‌گیری در مورد نیاز به سوراخ کردن سنگ و نمونه‌برداری برای مطالعه بیشتر، کمک می‌کند.

مته

این کاوشگر از سیستم مته خود برای جمع‌آوری نمونه‌ها برای بررسی عمقی در آزمایشگاه‌های درون کاوشگر استفاده می‌کند. این مته می‌تواند از سنگ‌ها تا عمق پنج سانتیمتر نمونه‌برداری کند. مته به سنگ فرو رفته و نمونه را به گردی با درشتی مناسب تبدیل می‌کند. این گرد از طریق مته به بالا فرستاده می‌شود تا به بخش پردازش نمونه‌ها منتقل شود. اگر مته در سنگ گیر کند، دستگاه می‌تواند مته را آزاد کرده و آن را با یک مته جدید جایگزین کند.

آزمایشگاه‌ها[ویرایش]

این کاوشگر دو آزمایشگاه مجهز به همراه خود دارد.

1. دستگاه "آنالیز نمونه‌ها در مریخ" (SAM) یک ابزار سه‌کاره است: یک طیف‌سنج جرمی، یک کروماتوگراف گازی، و یک طیف‌سنج لیزری قابل تنظیم که یکی از وظایف اصلی SAM تلاش برای شناسایی ترکیبات کربن‌دار (آلی) است که می‌توانند باعث ایجاد حیات شوند و همچنین اندازه‌گیری میزان هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن، عناصر مرتبط با زیست‌شناسی.
2. دستگاه "شیمی و کانی‌شناسی" (CheMin)، گزارش دقیقی از کانی‌های موجود در یک سنگ ارائه می‌کند.

ماموریت[ویرایش]

ماموریت این کاوشگر یافتن اثر یا آثار حیات در مریخ به وسیلهٔ آنلیز شیمیایی مواد موجود در خاک و سنگ‌های مریخ است.

برنامه این کاوشگر برای حداقل دو سال فعالیت بر روی سطح مریخ طرح ریزس شده است و انتظار می‌رود که در این بازه زمانی ده‌ها نمونه خاکبرداری شده از سطح یا سنگ‌های دهانه گیل را آنالیز کند و تا پایان ماموریت اولیه، کاوشگر احتمالاً از مقدار کمی از دامنه کوه شارپ صعود خواهد کرد.

فرود در مریخ

این کاوشگر در تاریخ ۲۶ نوامبر ۲۰۱۱ توسط ناسا، سازمان فضایی آمریکا به مقصد مریخ پرتاب شد و حدود ۸ ماه بعد در ۶ اوت ۲۰۱۲ بر روی سطح این سیاره فرود آمد. ماموریت این مریخ نورد جستجو برای یافتن نشانه‌های حیات در سیاره سرخ است.^[۱۱] کاوشگر ناسا سفری ۵۶۳ میلیون کیلومتری را برای رسیدن به مریخ پیموده‌است. پیش از فرود موفقیت‌آمیز این کاوشگر، نگرانی‌های زیادی در این باره وجود داشت، به گونه‌ای که به مرحله فرود آن هفت دقیقه وحشت نام داده بودند.^[۱۲] کنجکاوی در گودال گیل در کانون تپه‌ای عظیم فرود آمد. دلیل انتخاب این گودال برای فرود کاوشگر وجود رسوباتی در آن است که بر اثر وجود آب زیاد شکل گرفته است. آنچه به کنجکاوی اجازه می‌دهد تا شواهدی از وجود نخستین ذرات اساسی در حیات میکروبی را بیابد.^[۱۳]

مدیر برنامه و پرواز (flight director) کنجکاوی، بابک فردوسی مهندس ایرانی آمریکایی ناسا بود.^{[۱۴][۱۵][۱۶]}

فرود مریخ‌نورد کنجکاوی، یکی از دشوارترین عملیات فرود فضایی و پیروزی بزرگی برای مهندسان ناسا به شمار می‌رود، این فرود به علت جو نازک مریخ، خطرات بسیاری داشت، اما با استفاده از چتر و راکت‌های پرتابی و بازوهای فضایی سرعت آن از حدود ۲۲ هزار کیلومتر در ساعت آنقدر کاهش یافت که توانست با موفقیت بر سطح مریخ بنشیند.^[۱۷] از ۱۴ فضاپیمای بدون سرنشینی که تا کنون از این مرکز فضانوردی به مریخ فرستاده شده، تنها ۶ فروند با موفقیت بر سطح آن نشسته‌اند. ناسا برای انجام این ماموریت، حدود ۱/۹ میلیارد یورو هزینه کرده‌است. زمان ارسال فرمان‌های زمینی کنترل به کنجکاوی، ۱۴ دقیقه به‌طول می‌انجامد. در این مدت، این ربات هوشمند به‌طور خودکار عمل می‌کند.