Τετάρτη, 26 Δεκεμβρίου 2007

Η ταυτότητά μας στο σύμπαν

Αντώνης Παντελίδης
Νυχτερινός ουρανός, Φλώρινα
Η παρατήρηση των αστεριών είναι μια συνήθεια τόσο παλιά όσο κι η ανθρώπινη σκέψη κι αποτελεί τη βάση μιας από τις αρχαιότερες επιστήμες. Ο έναστρος ουρανός μας συγκινεί και εγείρει μέσα μας τα πιο βαθιά ερωτήματα σχετικά με την αρχή, το τέλος και το ύστατο νόημα του κόσμου μας.
Μετά την διατύπωση και την επιβεβαίωση της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν το 1921, οι φυσικές επιστήμες και η αστρονομία αναπτύχθηκαν ραγδαία. Το 1929, οι μετρήσεις του Χάμπλ έμοιαζαν ν' αποδεικνύουν ότι το Σύμπαν ξεκίνησε από μια μικρή συμπυκνωμένη κατάσταση, διεστάλη προς τα έξω και συνεχίζει να διαστέλλεται μέχρι σήμερα.
Το 1953, θεωρητικοί και πειραματικοί φυσικοί απέδειξαν ότι τα άστρα είναι φυσικά εργοστάσια πυρηνικής ενέργειας και στη συνέχεια αποκάλυψαν ότι τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπων, αποτελούνται από αστρική ύλη, ενώσεις ατόμων οι οποίες συντέθηκαν με θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στην καρδιά των αστεριών.
Κι ακόμη ότι, πριν καν υπάρξουν αστέρια, κάθε υποατομικό σωματίδιο του σύμπαντος είχε προκύψει από μια γεννεσιουργό έκρηξη, τη Μεγάλη Έκρηξη ή Big Bang, που συνέβει γύρω στα 13, 7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Το 1948, οι φυσικοί Γκάμοφ, Άλφερ και Χέρμαν προέβλεψαν ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα έπρεπε να είχε αφήσει το αποτύπωμά της στο Σύμπαν με την μορφή μικροκυμμάτων. Αυτή είναι στην ουσία μια " ηχώ " της Μεγάλης Έκρηξης, το απολίθωμα από πρώτο φως που εκπέμφθηκε στον Κόσμο μας.
Η κοσμική ακτινοβολία μικροκυμμάτων ( ΚΑΜ ) όπως ονομάζεται, ανακαλύφθηκε τυχαία το 1965. Τριάντα χρόνια αργότερα, το 1992 , ο δορυφόρος Cobe που κατασκευάστηκε για ν' αποτυπώσει αυτή την ακτινοβολία, ανακάλυψε ότι παρουσιάζει μικροσκοπικές διακυμάνσεις σε διαφορετικές περιοχές του ουρανού, γεγονός που σήμαινε μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα του πρώϊμου σύμπαντος, οι οποίες αποτέλεσαν τον σπόρο για τον σχηματισμό των γαλαξιών. Οι ανακαλύψεις αυτές επιβεβαίωσαν ότι η Μεγάλη Έκρηξη είχε πράγματι συμβεί, ο λόγος όμως που συνέβη παραμένει ακόμα το μέγιστο μυστήριο.
Στο μεταξύ, γύρω στο 1970, οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν τις ενδείξεις που είχαν από το 1930 για την ύπαρξη μιας τεράστιας ποσότητας αόρατης ύλης που γέμιζε, συγκρατούσε και περιέβαλε τα μέρη των γαλαξιών και τους γαλαξίες μεταξύ τους. Η φύση και η σύσταση της ύλης αυτής είναι άγνωστες, επειδή όμως δεν εκπέμπει φως ούτε αντιδρά με την ακτινοβολία, ονομάστηκε σκοτεινή ύλη.
Το 1998, η ανακάλυψη ότι ή διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται άλλαξε εκ νέου την εικόνα για τον Κόσμο μας. Οι αστρονόμοι συμπέραναν ότι η επιτάχυνση αυτή οφείλεται στην ύπαρξη μιας μυστηριώδους απωστικής δύναμης που δρα με τρόπο αντίθετο απ' ότι η βαρύτητα : όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς της. Αυτό σημαίνει ότι όσο περισσότερο διαστέλλεται το Σύμπαν, τόσο πιο κυρίαρχη γίνεται. Η νέα αυτή δύναμη ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια.

Οι συνιστώσες του Σύμπαντος
Σήμερα ( πάνω ) και στην αρχή του ( κάτω )
Η εικόνα που διαμορφώθηκε και ισχύει μέχρι σήμερα, είναι ότι το ορατό Σύμπαν αντιπροσωπεύει μόνο το 5% της συνολικής του μάζας. Η φύση και η σύσταση του 95% παραμένουν άγνωστες, ενώ αποτελείται κατά 23% από την σκοτεινή ύλη και κατά 72% από την σκοτεινή ενέργεια.
Μετά την Μεγάλη Έκρηξη το Σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς αλλά η συνολική του μάζα θα πρέπει να έλκει την ύλη προς το εσωτερικό του επιβραδύνοντας βαθμιαία την διαστολή. Αυτό οδηγεί σε τρεις δυνατότητες για το μέλλον του που πρώτος πρότεινε ο Ρώσος μαθηματικός Αλεξάντερ Φρίντμαν το 1920.
Πρώτον, το Σύμπαν μπορεί να διαστέλλεται επ' άπειρον, αλλά με διαρκώς επιβραδυνόμενο ρυθμό. Δεύτερον, το Σύμπαν μπορεί σταδιακά να επιβραδυνθεί σε σημείο που η διαστολή να σταματήσει εντελώς. Τρίτον, το Σύμπαν μπορεί να επιβραδυνθεί, να σταματήσει και στη συνέχεια ν' αρχίσει να συστέλλεται προς μία κατάσταση που είναι γνωστή ως Μεγάλη Σύνθλιψη. Άρα, το μέλλον του Σύμπαντος εξαρτάται από την βαρυτική έλξη στο εσωτερικό του, η οποία εξαρτάται από τη μάζα του, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από την ποσότητα της σκοτεινής ύλης.
Από το 1998 που διαπιστώθηκε ότι η διαστολή αντί να επιβραδύνεται επιταχύνεται, η τελευταία πιθανότητα να μετατραπεί σε συστολή μειώθηκε και το Σύμπαν του εικοστού πρώτου αιώνα μοιάζει μ' ένα πολύ παράξενο μέρος.
Ο σχεδιασμός δορυφόρων για ευκρινέστερες παρατηρήσεις, η κατασκευή επίγειων τηλεσκοπίων μεγαλύτερης οπτικής ισχύος και εμβέλειας αλλά και ραδιοτηλεσκοπίων μεγαλύτερης ευαισθησίας, η θεωρητική πρόδος, τα εργαστηριακά πειράματα και τα πειράματα της φυσικής των στοιχειωδών μικροσωματιδίων που θα πραγματοποιηθούν στις νέες εγκαταστάσεις του CERN, θα συμβάλλουν στην περαιτέρω συλλογή κι επεξεργασία των πληροφοριών για το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του Κόσμου μας.


Συνοπτική παρουσίαση του Σύμπαντος
Πάνω δεξιά :
Το Σύμπαν στην μεγάλη κλίμακα ( 13.7 δισεκατομμύρια έτη φωτός ) : υπερσμήνη γαλαξιών
Μέση αριστερά :
Κλίμακα των 5 εκατομμυρίων ετών φωτός : Η τοπική ομάδα γαλαξιών
Κάτω δεξιά : Ο Γαλαξίας μας
Τerence Dickinson, Το Σύμπαν και πέρα από αυτό
Πλανητάριο Θεσσαλονίκης 2004
Το γνωστό μας Σύμπαν, περιλαμβάνει κυριολεκτικά τα πάντα. Γνωρίζουμε ότι η μικρότερη δομική του μονάδα είναι το άτομο και η μεγαλύτερη τα υπερσμήνη γαλαξιών.
Ένα άτομο αποτελείται από ένα νέφος ηλεκτρονίων που περιβάλλει ένα μικροσκοπικό κεντρικό πυρήνα, η διάμετρος του οποίου ισούται με το ένα εκατοντάκις χιλιοστό της διαμέτρου του ατόμου. Όσο δηλαδή είναι το μέγεθος μιάς μύγας στο κέντρο ενός γηπέδου ποδοσφαίρου.
Ένα υπερσμήνος γαλαξιών αποτελείται από έναν ιστό σμηνών γαλαξιών που τυλίγεται γύρω από ένα γιγάντιο κοσμικό κενό. Δεδομένου ότι οι ιστοί αυτοί εκτείνονται δισεκατομμύρια έτη φωτός μέσα στο Σύμπαν, η αναλογία της σχέσης αυτής δεν μας είναι γνωστή, ξέρουμε όμως ότι σχηματίζουν μια κυτταρική δομή που μοιαζει με κερήθρα.
Ένα από τα υπερσμήνη αυτά είναι και το υπερσμήνος της Παρθένου. Στην άκρη του υπερσμήνους αυτού βρίσκεται ένα σμήνος 30 περίπου γαλαξιών που ονομάζεται Τοπική Ομάδα , μέλος της οποίας είναι κι ο Γαλαξίας μας .
Ο Γαλαξίας μας έχει το σχήμα μιας γιγάντιας επίπεδης σπείρας με μήκος μεγαλύτερο από 100.000 έτη φωτός αλλά πάχος μόλις 2000 έτη φωτός. Αποτελείται τουλάχιστον από 200 δισεκατομμύρια αστέρια και τεράστιες ποσότητες σκόνης και αερίων.
Η ανακάλυψη ότι αποτελεί ενιαίο ξεχωριστό σώμα ανάμεσα σε πολλούς άλλους, έγινε από τον αστρονόμο Χάμπλ τη νύχτα της 4ης Οκτωβρίου 1923. Μέχρι τότε, δηλαδή λιγώτερο από έναν αιώνα πριν, πιστεύαμε ότι ο Γαλαξίας μας ήταν όλο το Σύμπαν.
.
Από αριστερά προς τα δεξιά : Ο Ήλιος, ο Ερμής ( είναι πολύ μικρός και σχεδόν δεν φαίνεται ), η Αφροδίτη, η Γη, ο Άρης, ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός, ο Ποσειδώνας κι ο Πλούτωνας ( μια αμυδρή κουκίδα κάτω δεξιά).
Οι τέσσερις πρώτοι πλανήτες ( Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης ) βρίσκονται κοντά στον Ήλιο κι ονομάζονται εσωτερικοί ή γήϊνοι πλανήτες. Αποτελούνται κυρίως από πετρώματα και μέταλλα κι έχουν στέρεες επιφάνειες, λίγους δορυφόρους και καθόλου δακτυλίους.
Οι εξωτερικοί πλανήτες ή αέριοι γίγαντες, ( Δίας, Κρόνος, Ουρανός, Ποσειδώνας ) είναι πολύ μεγαλύτεροι σε μέγεθος, αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο κι έχουν πολλούς δορυφόρους και δακτυλίους.
Ο Πλούτωνας, ο τελευταίος πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος, διαφέρει τόσο από τους εσωτερικούς όσο και τους εξωτερικούς πλανήτες. Είναι πολύ μικρότερος απ' όλους κι αποτελείται από πετρώματα, πάγο και μέταλλα.
Οι τροχιές των εσωτερικών πλανητών γύρω από τον Ήλιο φαίνονται στην παρακάτω προσομείωση. Πατώντας το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού και σύροντάς το πάνω στο διαδραστικό χάρτη, φαίνονται κι οι τροχιές των πλανητών πέρα από το Δία.
.
Στην παραπάνω τριασδιάστατη απεικόνιση που έχει συνταχθεί βάσει των συντεταγμένων της θέσης των πλανητών στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, φαίνεται η επίδραση της βαρύτητας στις τροχιές τους, όπως προβλέπεται από τη γενική σχετικότητα. Ο Ερμής ( κόκκινο ) ο πρώτος εσωτερικός πλανήτης, έλκεται από τη βαρύτητα του Ήλιου περισσότερο από όλους τους άλλους και βρίσκεται στη χαμηλότερη στάθμη. Ακολουθεί η Αφροδίτη ( πράσινο ) η Γη ( μπλε ) κι ο Άρης που βρίσκεται στην ψηλότερη.
Ένα από τα δισεκατομμύρια αστέρια που περιέχει ο Γαλαξίας μας είναι κι ο Ήλιος που με την οικογένεια των πλανητών του συνιστούν το ηλιακό σύστημα. Το ηλιακό σύστημα απέχει 26.000 έτη φωτός από το κέντρο του Γαλαξία και καταλαμβάνει μια συνολική έκταση 1.5 ετών φωτός.
Η Γη είναι ο πιο ξεχωριστός πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος : εδώ και περισσότερα από 3,6 δισεκατομμύρια χρόνια φιλοξενεί το φαινόμενο της ζωής που συνεχίζει να εξελίσσεται. Έχει διάμετρο 12.756 χιλιόμετρα κι απέχει από τον Ήλιο 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα ή αλλοιώς 1 αστρονομική μονάδα ( 1 AU ). Η επιφανειακή της θερμοκρασία είναι 15 βαθμοί C κι ολοκληρώνει μια πλήρη περιστροφή γύρω από τον Ήλιο κάθε 365.25 ημέρες.
Η Γη είναι ο μεγαλύτερος από τους εσωτερικούς πλανήτες κι ο μοναδικός ανάμεσά τους που διαθέτει έναν μεγάλο, φυσικό δορυφόρο, το φεγγάρι. Το φεγγάρι απέχει από τη Γη 384.400 χιλιόμετρα κι είναι ο κοντινότερος σύντροφός μας στο διάστημα.
.
Η προσεδάφιση του Αετού
Στις 20 Ιουλίου του 1969, 8.17 μ.μ. μέση ώρα Γκρήνουϊτς, η σεληνάκατος Αετός της αποστολής της Nasa Απόλλων 11 με πλήρωμα τους αστροναύτες Νήλ Άρμοστρονγκ, Έντγουιν Ώλντριν και Μάϊκλ Κόλινς, προσεδαφίστηκε με ασφάλεια στην επιφάνεια της Σελήνης.
Οι Άρμστρονγκ και Ώλντριν προετοίμασαν το σκάφος για την επιστροφή, έφαγαν, και στη συνέχεια φόρεσαν τις στολές τους για τον πρώτο τους περίπατο. Αφού κατέβασαν προσεκτικά τη σκάλα κι έκαναν " ένα μικρό βήμα για τον άνθρωπο, ένα γιγάντιο άλμα για την ανθρωπότητα " , ο Άρμστρονγκ πέρασε στην ιστορία ως ο πρώτος άνθρωπος που πάτησε στην Σελήνη.
Για δύο ώρες οι αστροναύτες περισυνέλλεγαν δείγματα από χώμα και πέτρες. Στη συνέχεια, τοποθέτησαν τα όργανα για μια σειρά μετρήσεων - όπως η μέτρηση του ηλιακού ανέμου - καθώς κι έναν ανακλαστήρα λέϊζερ που θα επέτρεπε ακριβείς μετρήσεις της απόστασης ανάμεσα στη Γη και τη Σελήνη.
Μετά την επιστροφή τους στη σεληνάκατο κοιμήθηκαν μέχρι νάρθει η ώρα για την εκτόξευσή τους. Στις 21 Ιουλίου, 6.03 π.μ. μέση ώρα Γκρήνουϊτς, ο Αετός έπαιρνε ύψος για το ραντεβού του με το Κολούμπια. Παρά τα προβλήματα που παρουσιάστηκαν κατά τη συνάντησή τους, τα δύο σκάφη επανασυνδέθηκαν κι οι αστροναύτες επιβιβάστηκαν στο θάλαμο ελέγχου, οπότε η σεληνάκατος ελευθερώθηκε. Το ταξίδι της επιστροφής ολοκληρώθηκε με την προσθαλάσσωση στον Ειρηνικό ωκεανό στις 24 Ιουλίου 1969.
D. Owen, Το έσχατο όριο, Κοχλίας 2003
Η ιδέα του διαστημικού ταξιδιού γοήτευσε τον άνθρωπο από την πρώτη στιγμή που άρχισε να παρατηρεί τα ουράνια. Χρειάστηκαν ωστόσο πολλά χρόνια σκληρής δουλειάς για να ξεφύγουμε από το βαρυτικό πεδίο της Γης και να κάνουμε αυτό το ταξίδι πραγματικότητα.
Τα μη επανδρωμένα διαστημόπλοια ήταν τα πρώτα ανθρώπινα κατασκευάσματα που εκτοξεύθηκαν στο διάστημα κι αποτελούν ακόμα τη βάση στην εξερεύνηση του διαστήματος. Μέχρι σήμερα, έχουμε επισκεφθεί τους 8 από τους 9 πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος και βρισκόμαστε καθ' οδόν για τον πιο μακρινό, τον Πλούτωνα. Έχουμε προσεδαφιστεί στη Σελήνη ( βλ. φωτογραφία ) με επανδρωμένες αποστολές, κι ακόμα στην Αφροδίτη και τον Άρη με μη επανδρωμένες.
Δορυφόροι μετεωρολογίας, στρατιωτικοί, πολιτικοί, κατασκοπευτικοί, τηλεπικοινωνιών σαρώνουν ολόκληρη την επιφάνεια της Γης σε διαδοχικές περιφορές. Σε τροχιά γύρω από τη Γη διατηρούμε επίσης επανδρωμένο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό όπου πραγματοποιούνται διάφορα επιστημονικά πειράματα. Τα διαστημικά τηλεσκόπια ορατού μήκους κύματος, ακτίνων Χ, υπερύθρου, βαρυτικών κυμάτων, μικροκυμάτων, δίνουν πολύτιμες πληροφορίες για τα συστατικά και τη δομή του Κόσμου μας.
Όλο και περισσότερα και πιο εξελιγμένα διαστημικά οχήματα εκτοξεύονται από τις ΗΠΑ, την Ευρώπη, τη Ρωσία, την Ιαπωνία, την Κίνα, την Ινδία. Τα νέα αυτά οχήματα διαθέτουν σύνθετα όργανα ώστε να επεξεργάζονται δεδομένα με μεγαλύτερη ακρίβεια και ταχύτητα. Διανύουν τεράστιες αποστάσεις και προσεδαφίζονται σε εξαιρετικά δύσκολες συνθήκες. Ταξιδεύουν όλο και πιό μακριά, πέρα από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος.
Πηγές στοιχείων : Simon Singh, Big Bang, Τραυλός 2005, Giles Sparrow, Cosmos, Quercus Pubblishing Ltd 2006, Terence Dickinson, Το Σύμπαν και πέρα από αυτό, Πλανητάριο Θεσσαλονίκης 2004, P.W. Atkins, Το περιοδικό βασίλειο, Κάτοπτρο 1996, D. Owen, Το έσχατο όριο, Κοχλίας 2003 κι οι ιστοσελίδες που ήδη αναφέρθηκαν.

Δεν υπάρχουν σχόλια: