2016
Ρροςτατεφοντασ τον Επιταχυντι του CERN! Ερευνθτικι εργαςία Βϋ Λυκείου Σε αυτι τθν ερευνθτικι εργαςία οι μακθτζσ ειςιχκθςαν ςτισ μετριςεισ που λαμβάνουν χϊρα γφρω από τισ ςυνκετότερεσ επιςτθμονικζσ διατάξεισ ςτον πλανιτθ, τουσ επιταχυντζσ του CERN. Για τθ υλοποίθςθ τθσ ερευνθτικισ εργαςίασ χρειαςτικαμε kit” με θλεκτρονικό επεξεργαςτι Arduino που μετράει υγραςία και κερμοκραςία, δυο από τισ κφριεσ παραμζτρουσ ςτον υπολογιςμό του ςθμείου δρόςου. Το ςθμείο δρόςου είναι μια πολφ κρίςιμθ μζτρθςθ ςτον ανιχνευτι CMS και όλουσ τουσ μεγάλουσ ανιχνευτζσ ςτο CERN.
Χιωτζλθσ Λωάννθσ Ρειραματικό Λφκειο Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν 1/5/2016
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Περιεχόμενα Αντί προλόγου… .................................................................................................................... 5 Μεγάλθ Ζκρθξθ ......................................................................................................................... 6 Κεωρία .................................................................................................................................. 6 Διαςτολι του Σφμπαντοσ ...................................................................................................... 7 Ακτινοβολία μικροκυμάτων .................................................................................................. 7 Κατανομι γαλαξιϊν .............................................................................................................. 7 Αναπάντθτα ερωτιματα ....................................................................................................... 7 Σφμπαν ...................................................................................................................................... 9 Επί του οριςμοφ .................................................................................................................... 9 Σχιμα ..................................................................................................................................... 9 Ζκταςθ ................................................................................................................................. 10 Υλικό περιεχόμενο............................................................................................................... 11 Διαίρεςθ .............................................................................................................................. 11 Είδθ ουρανίων ςωμάτων .................................................................................................... 11 Λςτορικι διαδρομι .................................................................................................................. 13 Θ κεωρία τθσ μεγάλθσ ζκρθξθσ (big-bang theory).............................................................. 14 Διαςτολι του ςφμπαντοσ .................................................................................................... 17 Υπόβακρο ακτινοβολίασ μικροκυμάτων ............................................................................. 18 Θ γζνεςθ και τα ποςοςτά των ελαφρϊν χθμικϊν ςτοιχείων.............................................. 20 Γαλαξίεσ ................................................................................................................................... 20 Ετυμολογία του όρου .......................................................................................................... 21 Ταξινόμθςθ των γαλαξιϊν .................................................................................................. 22 Ελλειπτικοί γαλαξίεσ ....................................................................................................... 22 Σπειροειδείσ γαλαξίεσ ..................................................................................................... 23 Άλλεσ μορφολογίεσ ......................................................................................................... 23 Ακανόνιςτοι γαλαξίεσ ...................................................................................................... 23 Αςυνικιςτεσ δυναμικζσ και δραςτθριότθτεσ ..................................................................... 24 Αλλθλεπιδρϊντεσ ............................................................................................................ 24 Αςτρογόνοι ...................................................................................................................... 25 Ενεργοί γαλαξιακοί πυρινεσ ........................................................................................... 25 Χαρακτθριςτικά ................................................................................................................... 26 Σφςταςθ Γαλαξιϊν ........................................................................................................... 26 Μζγεκοσ Γαλαξιϊν .......................................................................................................... 26 1
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ρεριςτροφι Γαλαξιϊν ..................................................................................................... 27 Μάηα Γαλαξιϊν................................................................................................................ 27 Εξζλιξθ ............................................................................................................................. 27 Δομζσ μεγάλθσ κλίμακασ................................................................................................. 29 Αςτζρεσ.................................................................................................................................... 31 Ονομαςία αςτζρων ............................................................................................................. 32 Αςτρικι εξζλιξθ ................................................................................................................... 32 Σχθματιςμόσ πρωτοαςτζρα............................................................................................. 32 Κφρια ακολουκία................................................................................................................. 33 Μετά τθν κφρια ακολουκία............................................................................................. 34 Ογκϊδθ άςτρα..................................................................................................................... 34 Κατάρρευςθ..................................................................................................................... 35 Ραραγωγι ενζργειασ....................................................................................................... 36 Χαρακτθριςτικά των αςτζρων............................................................................................. 37 Θλικία .............................................................................................................................. 37 Διαςτάςεισ ....................................................................................................................... 37 Κινθματικι ....................................................................................................................... 38 Μάηα................................................................................................................................ 38 Λάμψθ των αςτζρων ....................................................................................................... 39 Φαινόμενο μζγεκοσ ........................................................................................................ 39 Απόλυτο μζγεκοσ ............................................................................................................ 40 Ταξινόμθςθ.......................................................................................................................... 41 Μεταβλθτοί αςτζρεσ ........................................................................................................... 42 Ρλικοσ και κατανομι αςτζρων .......................................................................................... 43 Κατάλογοι και χάρτεσ αςτζρων ........................................................................................... 44 Ραράλλαξθ αςτζρων ........................................................................................................... 45 Θλιακό ςφςτθμα .................................................................................................................. 47 Σφντομθ περιγραφι ............................................................................................................ 48 Ιλιοσ ................................................................................................................................ 48 Ερμισ ............................................................................................................................... 48 Αφροδίτθ ......................................................................................................................... 49 Γθ ..................................................................................................................................... 49 Άρθσ ................................................................................................................................. 49 Ηϊνθ των Αςτεροειδϊν ................................................................................................... 50 2
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Δίασ .................................................................................................................................. 50 Κρόνοσ ............................................................................................................................. 50 Ουρανόσ .......................................................................................................................... 50 Ροςειδϊνασ ..................................................................................................................... 51 Ηϊνθ του Κάιπερ-Ρλοφτωνασ ......................................................................................... 51 Διαςκορπιςμζνοσ δίςκοσ................................................................................................. 51 Κομιτεσ ........................................................................................................................... 51 Θλιόπαυςθ....................................................................................................................... 51 Νζφοσ του Πορτ .............................................................................................................. 52 Σχθματιςμόσ και εξζλιξθ ................................................................................................. 52 Διαςτθμικι ζρευνα ............................................................................................................. 53 Μζγιςτα μεγζκθ .............................................................................................................. 53 Στοιχειϊδθ ςωματίδια ............................................................................................................ 57 Επιταχυντισ ςωματιδίων .................................................................................................... 57 Γραμμικοί Επιταχυντζσ .................................................................................................... 58 Κυκλικοί Επιταχυντζσ ...................................................................................................... 58 CERN .................................................................................................................................... 58 Λςτορία ............................................................................................................................. 59 Επιςτθμονικά επιτεφγματα ............................................................................................. 59 Επιςτιμθ υπολογιςτϊν ................................................................................................... 60 Λειτουργία - ζρευνα ........................................................................................................ 60 Ρροςωπικό ...................................................................................................................... 61 Μποηόνιο του Χιγκσ ......................................................................................................... 61 Λεπτόνια .............................................................................................................................. 63 Λςτορικι αναδρομι ......................................................................................................... 63 Λδιότθτεσ των λεπτονίων ................................................................................................. 63 Αδρόνια ............................................................................................................................... 64 Βαρυόνια ......................................................................................................................... 64 Μεςόνια .......................................................................................................................... 65 Ρροςτατεφοντασ τον Επιταχυντι του CERN............................................................................ 66 Δρόςοσ ................................................................................................................................. 66 Ευνοϊκζσ ςυνκικεσ ςχθματιςμοφ.................................................................................... 66 Διάκριςθ δρόςου............................................................................................................. 67 Σθμείο δρόςου ................................................................................................................ 67 3
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ραρατθριςεισ ................................................................................................................. 67 Ρειραματικι διάταξθ .......................................................................................................... 68 Ραραρτιματα ...................................................................................................................... 73 1. Σκοτεινι Φλθ ................................................................................................................ 73 2. Σκοτεινι Ενζργεια ....................................................................................................... 73 3. Διαδικαςία εγκατάςταςθσ του ARDUINO IDE ςε Windows ........................................ 74 Βιβλιογραφία ...................................................................................................................... 76
4
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Αντύ προλόγου… Θ Εργαςία αυτι υλοποιικθκε ςτο Ρειραματικό Λφκειο του Ρανεπιςτθμίου Ρατρϊν κατά το ςχολικό ζτοσ 2015-2016 ςτο πλαίςιο του μακιματοσ τθσ Ερευνθτικισ Εργαςίασ από του παρακάτω μακθτζσ: ΑΓΓΕΛΟΡΟΥΛΟ ΣΤΑΥΟ ΑΝΔΛΟΡΟΥΛΟ ΚΩΝΣΤΑΝΤΛΝΟ ΓΛΑΝΝΑΚΟΡΟΥΛΟΥ ΑΓΓΕΛΛΚΘ ΓΚΟΛΦΘ ΑΜΑΛΛΑ ΗΑΡΑΝΤΕ ΔΛΟΝΥΣΛΟ ΚΩΝΣΤΑΝΤΛΝΛΔΘ ΛΕΩΝΛΔΑ ΛΛΚΜΕΤΑ ΑΝΔΕΑ ΛΛΟΥΤΑ ΡΑΛ ΡΑΑΣΧΟ ΛΛΡΚΑ ΓΛΟΧΑΝΝΕΣ ΜΡΕΝΤ ΜΑΤΚΑΘ ΤΘΛΕΜΑΧΟ ΞΛΑΧΟ ΑΛΕΞΑΝΔΟ ΡΑΡΑΔΘΜΑΤΟ ΚΩΣΤΑΝΤΛΝΟ ΣΑΚΕΛΛΑΛΟΥ ΣΤΕΛΛΟ-ΑΦΑΘΛ ΣΡΑΝΟ ΔΘΜΘΤΛΟ ΣΡΘΛΛΩΤΟΡΟΥΛΟ ΝΛΚΟΛΑΟ και ΥΦΑΝΤΘ ΜΑΛΑ Με Επιβλζπων κακθγθτι τον κ. Χιωτζλθ Λωάννθ
5
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μεγϊλη Έκρηξη Θ Μεγάλθ Ζκρθξθ (αγγ: Big Bang, Μπιγκ Μπανγκ) είναι κοςμολογικι κεωρία ςφμφωνα με τθν οποία το Σφμπαν δθμιουργικθκε από μια υπερβολικά πυκνι και κερμι κατάςταςθ, πριν από περίπου 13,8 διςεκατομμφρια χρόνια. Θ κεωρία αυτι για τθ δθμιουργία του Σφμπαντοσ είναι θ πιο διαδεδομζνθ ςιμερα ςτθν επιςτθμονικι κοινότθτα. Ο όροσ Big Bang χρθςιμοποιικθκε για πρϊτθ φορά από τον Φρεντ Χόυλ ςε ραδιοφωνικι εκπομπι του BBC, το κείμενο τθσ οποίασ δθμοςιεφκθκε το 1950. Ο Χόυλ δεν χρθςιμοποίθςε τον όρο για να περιγράψει μία κεωρία, αλλά για να ειρωνευκεί τθ νζα ιδζα. Ραρόλα αυτά ο όροσ επικράτθςε, αποβάλλοντασ το ειρωνικό του περιεχόμενο.
Εικόνα 1: Η Μεγάλθ Ζκρθξθ
Θεωρύα Ειςθγθτισ τθσ κεωρίασ υπιρξε ο Βζλγοσ Αββάσ και αςτρονόμοσ Ηωρη Λεμαίτρ. Φςτερα από τισ διαπιςτϊςεισ ότι:
Οι λφςεισ τθσ Κεωρίασ τθσ Σχετικότθτασ προζβλεπαν ωσ αρχι του Σφμπαντοσ μια μακθματικι ανωμαλία. Εφόςον θ εντροπία (το μζτρο τθσ αταξίασ) του Σφμπαντοσ ολοζνα και αυξάνει κα υπιρχε ςτιγμι ςτο παρελκόν με ελάχιςτθ εντροπία όπου θ φλθ κα είχε τθ μζγιςτθ δυνατι πυκνότθτα.
Με βάςθ αυτζσ τισ δφο παρατθριςεισ πρότεινε ωσ αρχι του Σφμπαντοσ το «πρωταρχικό άτομο», όπου ολόκλθρθ θ μάηα του Σφμπαντοσ είναι ςυγκεντρωμζνθ ςε ζνα και μοναδικό ςθμείο και ο χωρόχρονοσ δεν ζχει ακόμα δθμιουργθκεί. Το «άτομο» αυτό κάποτε καιρϊ εξερράγθ και από τθν φλθ που εκτοξεφκθκε δθμιουργικθκαν οι γαλαξίεσ και οι αςτζρεσ.
Το 1948 ο Τηορτη Γκάμοφ μελετϊντασ κεωρθτικά τθν υπερβολικά πυκνι κατάςταςθ του αρχικοφ ατόμου ςυμπζρανε ότι:
Το ιλιο και τα άλλα ελαφρά χθμικά ςτοιχεία πρζπει να δθμιουργικθκαν εντόσ τεςςάρων δευτερολζπτων 6
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μια διάχυτθ ιςότροπθ ακτινοβολία, απομεινάρι τθσ μεγάλθσ ζκρθξθσ, κα πρζπει να είναι ακόμα και ςιμερα ανιχνεφςιμθ.
Διαςτολό του Σύμπαντοσ Το γνωςτό και ωσ «φαινόμενο τθσ μετατόπιςθσ προσ το ερυκρό» (redshift), θ διαπίςτωςθ δθλαδι ότι οι γαλαξίεσ απομακρφνονται μεταξφ τουσ, απόδειξθ τθσ κοινισ εκκίνθςθσ ςτο απϊτατο παρελκόν.
Ακτινοβολύα μικροκυμϊτων Το 1965 οι φυςικοί Άρνο Ρενηίασ και όμπερτ Γουίλςον παρατιρθςαν μια μικροφ μικουσ (μικροκυματικι) διάχυτθ ιςότροπθ θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία, που ερχόταν δθλαδι ομοιόμορφα απ' όλεσ τισ διευκφνςεισ, κερμοκραςίασ 3Κ (–270 C), όπωσ αυτι που είχε προβλζψει ο Τηορτη Γκάμοφ 17 χρόνια νωρίτερα.
Κατανομό γαλαξιών Από τθν αρχι τθσ διατφπωςθσ τθσ κεωρίασ τθσ Μεγάλθσ Εκριξεωσ διαπιςτϊκθκε ότι θ πυκνότθτα των γαλαξιϊν κα πρζπει να μειϊνεται αυξανόμενθσ τθσ θλικίασ του Σφμπαντοσ. Το φαινόμενο απζδειξε ο αςτροφυςικόσ ςερ Μάρτιν άιλ το 1974.
Αναπϊντητα ερωτόματα Θ κεωρία τθσ Μεγάλθσ Ζκρθξθσ, παρά τισ πειραματικζσ τθσ επιβεβαιϊςεισ αφινει και κάποια φυςικά και φιλοςοφικά ερωτιματα αναπάντθτα, τα βαςικότερα των οποίων είναι:
Ρροβλζπει ζνα μικρότερο Σφμπαν από αυτό που υπάρχει ςιμερα. Δεν εξθγεί τθν Κοςμολογικι Αρχι, αλλά τθ δζχεται αξιωματικά, πράγμα αςυμβίβαςτο με τθ μακθματικι ανάλυςθ. Τι υπιρχε πριν; Ρϊσ από το τίποτα προιλκαν τα πάντα; Γιατί δθμιουργικθκαν οι ςυγκεκριμζνοι φυςικοί νόμοι και όχι κάποιο άλλοι; Γιατί για παράδειγμα ο χωροχρόνοσ είναι τετραδιάςτατοσ;
Απάντθςθ ςε αυτά τα ερωτιματα προςπάκθςαν να δϊςουν κάποιεσ άλλεσ κεωρίεσ.
7
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Θ κεωρία τθσ Μεγάλθσ Ζκρθξθσ ζχει και πολλοφσ πολζμιουσ, εκτόσ από υποςτθρικτζσ, οι οποίοι ςτθρίηουν διαφορετικζσ κοςμολογικζσ κεωρίεσ, όπωσ θ Κοςμολογία τθσ ςυνεχοφσ δθμιουργίασ και θ Κεωρία Λίντε.
Τον Φεβρουάριο του 2016 ανακοινϊκθκε από τουσ επιςτιμονεσ θ επιτυχισ παρατιρθςθ των βαρυτικϊν κυμάτων, μια εξζλιξθ θ οποία χαιρετίςτθκε ωσ θ μεγαλφτερθ ανακάλυψθ του αιϊνα κακϊσ μζςω τθσ παρατιρθςθσ τουσ μπορεί να μελετθκεί απευκείασ θ ςτιγμι τθσ Μεγάλθσ Ζκρθξθσ, κάτι που τα ςυμβατικά τθλεςκόπια τα οποία ςυλλζγουν ακτινοβολία φωτόσ αδυνατοφςαν κακϊσ μποροφν να παρατθριςουν μόνο ζωσ 400.000 ζτθ μετά τθν Ζκρθξθ λόγω τθσ μθ επαρκοφσ διαςποράσ του φωτόσ.
8
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Σύμπαν Ωσ ςφμπαν εννοοφμε το ςφνολο όλθσ τθσ φπαρξθσ, του παρελκόντοσ, του παρόντοσ και του μζλλοντοσ. Σφμφωνα με τθν επιςτιμθ το ςφμπαν αφορά το χωροχρονικό ςυνεχζσ, ςτο οποίο περιλαμβάνεται το ςφνολο τθσ φλθσ και τθσ ενζργειασ.
Το ςφμπαν, ςτισ μεγάλεσ διαςτάςεισ του, είναι αντικείμενο μελζτθσ τθσ επιςτιμθσ τθσ αςτροφυςικισ. Στισ πολφ μικρζσ διαςτάςεισ το ςφμπαν το εξερευνά θ κβαντικι μθχανικι. Ενδιάμεςα προςπακοφν να κατανοιςουν τθ λειτουργία του και τθν υπόςταςι του όλεσ οι επιςτιμεσ.
Εικόνα 2: H Ξυλογραφία του Φλαμαριόν (1888), μια από τισ πιο γνωςτζσ καλλιτεχνικζσ απεικονίςεισ του ςφμπαντοσ (επιχρωματιςμζνθ ζκδοςθ του 1998).
Επύ του οριςμού Οι γνωςτζσ μορφζσ τθσ ενζργειασ, όπωσ το φωσ, θ κερμότθτα, κτλ ςυνδζονται με τθν φλθ μζςα από ςχζςεισ ανταλλαγισ. Σφμφωνα με τθν ςφγχρονθ Φυςικι υπάρχει ιςοδυναμία μεταξφ φλθσ και ενζργειασ, οπότε και οι δφο ςυνολικά απαρτίηουν το ςφμπαν. Μζςα ςτο ςφμπαν ενδεχομζνωσ περιλαμβάνεται και θ ςκοτεινι φλθ, όχι όμωσ απαραίτθτα και θ ςκοτεινι ενζργεια.
Το ςφμπαν αφορά τθν τωρινι κατάςταςθ τθσ φλθσ και τθσ ενζργειάσ του. Θ εικόνα τθσ παρατιρθςθσ αςτζρων, γαλαξιϊν κλπ είναι ψευδισ ςε ότι αφορά το παρόν και δεν αποτελεί κατ' ανάγκθ τθ μορφι που ζχει το ςφμπαν ςιμερα, κακϊσ ζνασ αςτζρασ πχ μπορεί να ζχει πάψει να υπάρχει και να μθν το γνωρίηουμε ακόμα γιατί δεν ζχει ταξιδζψει ωσ εμάσ θ πλθροφορία αυτι μζςω του φωτόσ. Υποκζτοντασ πωσ ςτο ςφμπαν δεν ειςρζει φλθ ι ενζργεια, και οφτε χάνονται από αυτό, θ εικόνα του παρελκόντοσ, με βάςθ τθν ιςοδυναμία φλθσ και ενζργειασ, μασ βοθκά να εκτιμιςουμε ποςοτικά το ςφνολό τουσ.
Σχόμα Το Σφμπαν υποςτθρίηεται ότι δεν είναι οφτε «άμορφο» οφτε «άπειρο», αλλά ζχει πζρατα. Απόψεισ τθσ τελευταίασ πεντθκονταετίασ ςυγκλίνουν ςε αυτιν τθν άποψθ, ότι δθλαδι το Σφμπαν είναι περιοριςμζνο, «περατό». Αυτι ιταν κζςθ και του Άλμπερτ Αϊνςτάιν. Κεωρίεσ όπωσ αυτι τθσ μεγάλθσ ζκρθξθσ εκτιμοφν ότι το ςχιμα του Σφμπαντοσ είναι, το πικανότερο, υπερςφαιρικό. Μια υπερςφαίρα (θ οποία ορίηεται ςε 4 διαςτάςεισ) μπορεί να νοθκεί αφαιρετικά ωσ μια ςφαίρα τριϊν διαςτάςεων τθσ οποίασ θ ακτίνα ςυνεχϊσ 9
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
μεταβάλλεται, μοιάηοντασ με μπαλόνι που διαςτζλλεται. Αυτι θ διαςτολι φαίνεται να ςυνεχίηεται από τθ δθμιουργία του μζχρι ςιμερα, ςφμφωνα με το μοντζλο τθσ μεγάλθσ ζκρθξθσ.
Έκταςη Επειδι οι αποςτάςεισ μεταξφ των μελϊν του Σφμπαντοσ, των ουρανίων ςωμάτων, είναι πάρα πολφ μεγάλεσ κατζςτθ αναγκαίο ςτθν Αςτρονομία να γίνει χριςθ μιασ μεγάλθσ μονάδασ μικουσ, που ονομάηεται ζτοσ φωτόσ (ε.φ.) / light year (l.y.) και που δεν είναι τίποτα άλλο από τθν απόςταςθ που διανφει το φωσ, με τθ γνωςτι ταχφτθτά του, των ςχεδόν 300.000 km/s (για τθν ακρίβεια 299.792,458 km/s) ςε χρονικι διάρκεια ενόσ ζτουσ. Tο ζτοσ φωτόσ ιςοφται με 9,465×1012 km.
Ραρά τθ μεγάλθ ιςχφ των ςθμερινϊν τθλεςκοπίων το πζρασ του Σφμπαντοσ δεν είναι καν αντιλθπτό.
Από το Αςτεροςκοπείο του Ράλομαρ (Palomar Observatory), όπου βρίςκεται ζνα από τα μεγαλφτερα τθλεςκόπια του κόςμου, διακρίνονται ουράνια ςϊματα και πζραν τθσ απόςταςθσ των 2 διςεκατομμυρίων ε.φ. Επίςθσ, από τα μεγάλα ραδιοτθλεςκόπια είναι δυνατόν οι αςτρονόμοι να διειςδφςουν ςτον χϊρο του Σφμπαντοσ μζχρι των ζξι διςεκατομμυρίων ε.φ. Και όμωσ το Σφμπαν τελικά είναι τόςο μεγάλο, που κα χρειαςκεί να καταςκευαςκοφν πολφ ιςχυρότερα τθλεςκόπια για να κατορκωκεί να γίνει αντιλθπτι θ ζκταςι του ςτο ςφνολό τθσ.
Θ ζκταςθ του ορατοφ Σφμπαντοσ είναι άμεςα ςυνδεδεμζνθ με τθν θλικία του, τθσ οποίασ θ πιο ακριβισ εκτίμθςθ αυτι τθ ςτιγμι είναι 13,73 ± 0,12 διςεκατομμφρια ζτθ. Τοφτο ςυνεπάγεται ότι, με βάςθ τθν ειδικι ςχετικότθτα, θ ακτίνα του εκτιμάται ςτα 13,7 διςεκατομμφρια ε.φ., δθλαδι θ απόςταςθ που μπορεί να ζχει διανφςει το φωσ ςτο προθγοφμενο χρονικό διάςτθμα από τθν εποχι του Big Bang. Πμωσ με βάςθ τθ γενικι ςχετικότθτα, λόγω τθσ διαςτολισ του χϊρου, θ ακτίνα του ορατοφ Σφμπαντοσ εκτιμάται ςτα 46 διςεκατομμφρια ε.φ. ( 1 ). Ρολλζσ παρατθριςεισ επαλθκεφουν τθν υπόκεςθ διαςτολισ, για παράδειγμα θ παρατθροφμενθ μετάκεςθ προσ το ερυκρό τθσ ακτινοβολίασ από πολφ μακρινοφσ γαλαξίεσ. Υποκζτοντασ ότι το Σφμπαν είναι ςχεδόν επίπεδο ωσ προσ τθν καμπυλότθτά του, ο όγκοσ του υπολογίηεται ςε 3×1080 m3.
Θ διάμετροσ ενόσ μεςαίου μεγζκουσ γαλαξία είναι τθσ τάξθσ των 40 ± 10 χιλιάδων ε.φ. και θ μζςθ απόςταςθ μεταξφ δφο μεγάλων γαλαξιϊν είναι τθσ τάξθσ των 1-3 εκατομμφρια ε.φ. Ο δικόσ μασ Γαλαξίασ ζχει διάμετρο περίπου 100 χιλιάδεσ ε.φ. και θ απόςταςθ του από τον γειτονικό γαλαξία τθσ Ανδρομζδασ είναι περίπου 2,54 ± 0,06 εκατομμφρια ε.φ. 10
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Υλικό περιεχόμενο Το ορατό Σφμπαν περιζχει περίπου 3 ωσ 7×1022 άςτρα, τα οποία είναι οργανωμζνα ςε περίπου 8×1010 γαλαξίεσ και οι οποίοι με τθν ςειρά τουσ ςυγκροτοφν ςμινθ και υπερςμινθ. Ο αρικμόσ των ατόμων ςτο ορατό Σφμπαν υπολογίηεται ςε περίπου 1080.
Θ χωρικι καμπυλότθτα του ορατοφ Σφμπαντοσ είναι κοντά ςτο μθδζν, θ οποία ςφμφωνα με τα ςφγχρονα κοςμολογικά μοντζλα δείχνει ότι θ παράμετρθ πυκνότθτα του Σφμπαντοσ πρζπει να είναι κοντά ςε μία ςυγκεκριμζνθ κρίςιμθ τιμι. Θ τιμι αυτι ζχει υπολογιςκεί ςε 9.9×10−27 kg/m3, ι περίπου 5,9 άτομα υδρογόνου/πρωτονίων ανά κυβικό μζτρο. Σφγχρονεσ παρατθριςεισ υπολογίηουν τθν ορατι φλθ ςτο 4,6% του περιεχομζνου του ορατοφ Σφμπαντοσ, με το υπόλοιπο 23% να αποτελείται από ψυχρι ςκοτεινι φλθ και περίπου 72% από ςκοτεινι ενζργεια. Συνεπϊσ, το ορατό Σφμπαν ζχει μία μζςθ πυκνότθτα ορατισ φλθσ περίπου 0,27 ατόμων υδρογόνου/πρωτονίων ανά κυβικό μζτρο.
Διαύρεςη Πλα τα ουράνια ςϊματα του Σφμπαντοσ ανικουν ςε δφο ςυςτιματα:
Το Θλιακό ςφςτθμα ι Κοπερνίκειο ςφςτθμα* ςτο οποίο περιλαμβάνονται ο Ιλιοσ, οι Ρλανιτεσ, οι δορυφόροι τουσ, οι Κομιτεσ, οι διάττοντεσ αςτζρεσ, οι αερόλικοι και οι βολίδεσ. Το Σφςτθμα των απλανϊν που περιλαμβάνει τουσ αςτζρεσ και τα νεφελϊματα.
(*)Ονομάηεται θλιακό ςφςτθμα επειδι ο Ιλιοσ είναι το κζντρο του ςυςτιματοσ και Κοπερνίκειο από το όνομα του αςτρονόμου, που βαςιηόμενοσ ςτθ κεωρία των Ρυκαγόρειων, απζδειξε ότι ο Ιλιοσ είναι ακίνθτοσ και περί αυτόν περιφζρονται θ Γθ, οι Ρλανιτεσ και οι δορυφόροι τουσ. Ρρο του Κοπερνίκειου ςυςτιματοσ ιταν ςε χριςθ το Ρτολεμαϊκό ςφςτθμα όπου θ Γθ ιταν το κζντρο ακίνθτθ και περί αυτισ περιφζρονταν ο Ιλιοσ, οι Ρλανιτεσ και οι δορυφόροι τουσ.
Εύδη ουρανύων ςωμϊτων Γενικά τα ουράνια ςϊματα διακρίνονται ςε πλανιτεσ και απλανείσ ι αςτζρεσ . Α. Ρλανιτεσ (Planets) είναι τα ουράνια ςϊματα που κινοφνται (πλανϊνται) γφρω από τον Ιλιο ςε ελλειπτικζσ τροχιζσ ςφμφωνα με τουσ Νόμουσ του Κζπλερ. Χαρακτθριςτικά γνωρίςματα των Ρλανθτϊν είναι: 11
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μεταβάλλονται οι γωνιϊδεισ αποςτάςεισ μεταξφ τουσ και ςε ςχζςθ με τουσ απλανείσ. Είναι ςϊματα ετερόφωτα. Το εκπεμπόμενο από αυτοφσ φωσ είναι ςτακερό. Ραρατθροφμενοι με τθλεςκόπιο μεγεκφνονται λόγω τθσ μικρισ ςχετικά απόςταςθσ.
Κυριότεροσ πλανιτθσ του Θλιακοφ ςυςτιματοσ είναι θ Γθ. Β. Απλανείσ ι Αςτζρεσ (Stars) χαρακτθρίηονται οι λίαν απομακρυςμζνοι ιλιοι, δθλαδι οι αςτζρεσ που μζνουν ακίνθτοι ςτο χϊρο (δεν πλανϊνται). Χαρακτθριςτικά γνωρίςματα των απλανϊν είναι:
Δεν μεταβάλλονται οι μεταξφ τουσ γωνιϊδεισ αποςτάςεισ. Είναι ςϊματα αυτόφωτα Ραρατθροφμενοι με τθλεςκόπιο δεν μεγεκφνονται λόγω τθσ πολφ μεγάλθσ απόςταςθσ. Το εκπεμπόμενο απϋ αυτοφσ φωσ δεν είναι ςτακερό, αλλά παρουςιάηει ςτίλβθ.
12
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ιςτορικό διαδρομό Κάνοντασ μια μικρι ιςτορικι διαδρομι των κοςμολογικϊν αντιλιψεων μζςα ςτουσ αιϊνεσ, δεν μποροφμε παρά να ςταματιςουμε ςτθν αρχαία Ελλάδα και να καυμάςουμε τισ φιλοςοφικζσ αναηθτιςεισ και τα ςυμπεράςματα ςτα οποία κατζλθξαν οι πρόγονοί μασ παρατθρϊντασ τθ Φφςθ. Οι αρχαίοι Ζλλθνεσ ςτοχαςτζσ, ιδιαίτερα οι Μωνεσ, ιταν οι πρϊτοι ςτθν ιςτορία του ανκρϊπινου πολιτιςμοφ που απορρίπτοντασ τισ μυςτικιςτικζσ δοξαςίεσ και τισ μυκολογικζσ διθγιςεισ και ερμθνείεσ περί τθσ γζνεςθσ του κόςμου -διθγιςεισ που κυριαρχοφςαν ςτουσ λαμπροφσ πολιτιςμοφσ τθσ Ανατολισ. Αποπειράκθκαν να εξθγιςουν το Σφμπαν παρατθρϊντασ διεξοδικά τα φαινόμενα, χρθςιμοποιϊντασ βζβαια και τισ αναλυτικζσ καταγραφζσ τουσ από προγενζςτερουσ πολιτιςμοφσ (Αςςυριακό, Βαβυλωνιακό αλλά και Αιγυπτιακό), και ερμθνεφοντασ τα βάςθ αυτϊν που ςιμερα ονομάηουμε Φυςικζσ επιςτιμεσ. Ρολλζσ φορζσ προςζγγιςαν με εκπλθκτικι διορατικότθτα ςφγχρονεσ επιςτθμονικζσ αλικειεσ, που για να τισ κατακτιςει θ ανκρωπότθτα χρειάςτθκε θ ςυςςϊρευςθ γνϊςθσ δεκάδων αιϊνων. Ραραδείγματοσ χάριν, δεκαοκτϊ περίπου αιϊνεσ πριν τον Κοπζρνικο, ο Αρίςταρχοσ ο Σάμιοσ επθρεαςμζνοσ πικανϊσ από τθν Ρυκαγορικι κοςμολογία (όπωσ τθν διατφπωςε ο Φιλόλαοσ) ότι θ Γθ δεν βρίςκεται ςτο κζντρο του Σφμπαντοσ αλλά περιςτρζφεται, μαηί με τον ιλιο και τουσ άλλουσ πλανιτεσ, γφρω από ζνα κοινό κζντρο, το Κεντρικό Ρυρ αλλά και από τθν εκπλθκτικι παρατιρθςθ του Θρακλείδθ του Ρόντιου (ότι ο Ερμισ και θ Αφροδίτθ ζχουν μια μζγιςτθ γωνιακι απόκλιςθ από τον Ιλιο που ποτζ δεν υπερβαίνουν και ςυνεπϊσ περιςτρζφονται γφρω από αυτόν), προτείνει, ςε ζνα κείμενο που δυςτυχϊσ δεν ζχει ςωκεί (το γνωρίηουμε από μεταγενζςτερεσ αναφορζσ), το Θλιοκεντρικό ςφςτθμα: "υποτίκεται γάρ τά απλανζα των άςτρων και τόν άλιον μζνειν ακίνθτον, τάν δζ γαν περιφζρεςκαι περί τόν άλιον κατά κφκλου περιφζρειαν, όσ ζςτιν ζν μζςω τϊ δρόμω κείμενοσ". Αυτι του θ κζςθ δεν ζγινε αποδεκτι από το φιλοςοφικό κατεςτθμζνο τθσ εποχισ που αποδεχόταν τθν κυρίαρχθ Αριςτοτελικι φιλοςοφικι κεϊρθςθ ςφμφωνα με τθν οποία θ Γθ, θ κατοικία Κεϊν και ανκρϊπων, ιταν το κζντρο του Σφμπαντοσ.
Επίςθσ ενδιαφζρουςα είναι θ κζςθ του Θράκλειτου του Εφζςιου (~500 πΧ), του πατζρα τθσ Διαλεκτικισ κατά πολλοφσ, ότι πυρόσ τε ανταμοιβι τά πάντα καί πφρ δζ πάντων, που διαιςκθτικά προςεγγίηει τθν ταυτότθτα φλθσ και ενζργειασ μζςω τθσ μετατροπισ του ενόσ ςτο άλλο. Χωρίσ να αναφερκϊ ςε άλλουσ ςπουδαίουσ ςτοχαςτζσ τθσ αρχαιότθτασ, μιασ και κάτι τζτοιο είναι ζξω από τον ςκοπό του άρκρου αυτοφ, κα προχωριςω ςτθν καταγραφι των ςφγχρονων κοςμολογικϊν απόψεων.
13
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Η θεωρύα τησ μεγϊλησ ϋκρηξησ (big-bang theory) Κεωρθτικι πρόβλεψθ τθσ Γενικισ Κεωρίασ τθσ Σχετικότθτασ (ΓΚΣ) του Einstein είναι το δυναμικά εξελιςςόμενο Σφμπαν, παρόλο που ο ίδιοσ ο Einstein, όπωσ και οι περιςςότεροι ςτοχαςτζσ διαχρονικά, πίςτευε ςε ζνα ςτατικό Σφμπαν. Εξαιτίασ αυτισ του τθσ πίςτθσ ζχαςε τθν ευκαιρία να διατυπϊςει αυτόσ τθ γενικι λφςθ των εξιςϊςεων πεδίου, λφςθ που βρικε πρϊτοσ ο Friedman, ζνασ νεαρόσ ϊςοσ μακθματικόσ το 1922 και που απζδειξε ότι ςτθν γενικι τουσ μορφι, οι λφςεισ των εξιςϊςεων τθσ ΓΚΣ προβλζπουν διαςτολι του Σφμπαντοσ, γεγονόσ που αργότερα, το 1929, αποδείχτθκε πειραματικά, με τθν ανακάλυψθ τθσ μετάκεςθσ ςτο ερυκρό του φάςματοσ των γαλαξιϊν, από τον Hubble. Δυςτυχϊσ ο Friedman δεν πρόλαβε να δει τθν επιβεβαίωςθ των λφςεων του, μιασ και πζκανε το 1925. Θ ςφγχρονθ μορφι τθσ κεωρίασ τθσ «Μεγάλθσ Ζκρθξθσ» κεμελιϊκθκε από τουσ Gamow, Herman & Alpher, και υποςτθρίηει ότι το Σφμπαν «γεννικθκε» με μία ζκρθξθ από μία αρχικι κατάςταςθ υψθλότατθσ πυκνότθτασ και κερμοκραςίασ, θ οποία δθμιοφργθςε τον ίδιο το χϊρο και το χρόνο. Από τθν αρχικι «ςοφπα» ςτοιχειωδϊν ςωματιδίων κακϊσ το Σφμπαν διαςτζλλεται και ψφχεται, με τθν πάροδο του χρόνου, ςυντίκενται τα δομικά ςυςτατικά τθσ φλθσ, τα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα θλεκτρόνια αλλά και τα νετρίνα. Στισ αρχικζσ υψθλζσ κερμοκραςίεσ και ζωσ το Σφμπαν να ψυχκεί ςτουσ ~4000 οΚ, θ αρχικι κερμικι ακτινοβολία είναι ςυηευγμζνθ με τθν φλθ λόγω των ελεφκερων θλεκτρονίων που δροφςαν ςαν ανακλαςτιρεσ τθσ ακτινοβολίασ (βλζπε παρακάτω). Μόλισ θ κερμοκραςία πζςει και θ ακτινοβολία απελευκερωκεί και ξεκινιςει το αζναο ταξίδι τθσ ςτο Σφμπαν τότε, και κάτω από τθν επίδραςθ τθσ βαρφτθτασ, οι αρχικά μικρζσ διαταραχζσ ςτθν πυκνότθτα τθσ βαρυονικισ φλθσ (που είναι θ γνωςτι μασ φλθ, αποτελοφμενθ από τα πρωτόνια, νετρόνια και θλεκτρόνια) αρχίηουν να μεγαλϊνουν, επθρεαςμζνεσ από τισ ιδθ υπάρχουςεσ διαταραχζσ ςτθν ςκοτεινι φλθ, που ξεκίνθςαν να μεγαλϊνουν πολφ νωρίτερα, και εν τζλει δθμιουργοφν τισ γνωςτζσ δομζσ τουσ Σφμπαντοσ, τουσ γαλαξίεσ, τα ςμινθ και ομάδεσ γαλαξιϊν και τα άςτρα (δεσ ςχιμα 3).
Εικόνα 3: χθματικι εξζλιξθ τθσ διαςτολισ του φμπαντοσ από τθν αρχικι ζκρθξθ (αριςτερά) μζχρι τθν δθμιουργία γαλαξιών και άςτρων (δεξιά).
Θ δυναμικι εξζλιξθ του Σφμπαντοσ εξαρτάται από το ςυνολικό ποςό τθσ φλθσ και τθσ ενζργειασ που περιζχει. Μποροφμε να χωρίςουμε τθν εξζλιξθ του Σφμπαντοσ ςε τρεισ βαςικζσ περιπτϊςεισ, που εξαρτϊνται από το ςυνολικό ποςό υλο-ενζργειασ που περιζχει:
Μικρό ποςό υλο-ενζργειασ ςθμαίνει ότι το Σφμπαν κα διαςτζλλεται επϋάπειρον («Ανοικτό» Σφμπαν) και ότι θ Γεωμετρία που το διζπει είναι υπερβολικι (ςτισ δφο διαςτάςεισ το ανάλογο ςχιμα κα ιταν αυτό μιασ ςζλασ αλόγου). 14
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μεγάλο ποςό υλο-ενζργειασ ςθμαίνει ότι το Σφμπαν κα αρχίςει να ςυςτζλλεται μετά από κάποιο χρονικό διάςτθμα («Κλειςτό» Σφμπαν) και θ Γεωμετρία που το διζπει είναι ςφαιρικι. Κρίςιμο ποςό, που είναι το ςφνορο μεταξφ των δφο παραπάνω περιπτϊςεων. Θ Γεωμετρία ςε αυτι τθν περίπτωςθ είναι θ Ευκλείδια («Επίπεδο» Σφμπαν), αλλά το πωσ διαςτζλλεται το Σφμπαν εξαρτάται και από το είδοσ τθσ υλο-ενζργειασ που περιζχει. Ρχ, μπορεί το ςυνολικό ποςό τθσ φλθσ (ςκοτεινισ και βαρυονικισ) ςτο Σφμπαν να ζχει τθν κρίςιμθ τιμι, οπότε το Σφμπαν κα ςυνεχίςει να διαςτζλλεται με ςτακερό ρυκμό. Μπορεί όμωσ ςτθν δυναμικι του Σφμπαντοσ να ςυνειςφζρει και θ λεγόμενθ «ςκοτεινι» ενζργεια (δεσ παράρτθμα), ςτθν οποία περίπτωςθ το ποςό τθσ φλθσ (ςκοτεινισ και βαρυονικισ) είναι μικρότερο από τθν κρίςιμθ τιμι αλλά ςυμπλθρϊνεται από τθν «ςκοτεινι ενζργεια», οπότε το Σφμπαν κα ςυνεχίςει να διαςτζλλεται αλλά ςε αυτι τθν περίπτωςθ με επιταχυνόμενο ρυκμό. Το τι πικανολογοφμαι ότι είναι θ «ςκοτεινι ενζργεια» αναφζρεται πιο κάτω.
Ρρόςφατα, με τισ παρατθριςεισ των διαταραχϊν κερμοκραςίασ του υπόβακρου μικροκυμάτων (κυρίωσ με τα πειράματα BoomeranG και τον δορυφόρο WMAP), βρζκθκε ότι το Σφμπαν ζχει το κρίςιμο ποςό υλο-ενζργειασ και άρα είναι «Ευκλείδιο». Επιπλζον, με τθν ανάλυςθ μακρινϊν υπερκαινοφανϊν αςτζρων (supernovae), που παρατθρικθκαν ςχετικά πρόςφατα με τα μεγαλφτερα τθλεςκόπια τθσ Γθσ, βρζκθκε ότι το Σφμπαν διαςτζλλεται με επιταχυνόμενο ρυκμό. Αυτό ςυνεπάγεται τθ ςυμμετοχι ςτο ςυνολικό ποςό τθσ ςυμπαντικισ υλο-ενζργειασ και τθσ «ςκοτεινισ ενζργειασ», όπωσ αναφζραμε προθγοφμενα. Σχθματικά μποροφμε να δοφμε πωσ διαςτζλλεται το Σφμπαν ςε αυτι τθν περίπτωςθ ςτθν εικόνα 4, όπου θ ροη καμπφλθ αντιςτοιχεί ςτθν εξζλιξθ τθσ ακτίνασ του Σφμπαντοσ ςαν ςυνάρτθςθ του χρόνου. Λίγο μετά τθν αρχικι ζκρθξθ θ διαςτολι αρχίηει να επιβραδφνεται λόγω τθσ ιδιοβαρφτθτασ του ίδιου του Σφμπαντοσ, δθλαδι λόγω των ελκτικϊν δυνάμεων που αςκεί ςτο ίδιο το Σφμπαν θ περιεχομζνθ εντόσ του υλο-ενζργεια. Μετά όμωσ από κάποιο χρόνο, τισ ελκτικζσ δυνάμεισ τισ υπερνικά θ «ςκοτεινι ενζργεια» (μια ζκφανςθ τθσ οποία είναι και θ λεγόμενθ Κοςμολογικι Στακερά) που δρα ςαν μια δφναμθ με αντίκετο πρόςθμο από αυτό τθσ βαρφτθτασ, δθλαδι δρα ςαν «αντι-βαρφτθτα». Ζτςι θ αρχικι επιβράδυνςθ τθσ διαςτολισ αντιςτρζφεται και γίνεται επιτάχυνςθ, τθν οποία ςιμερα μετράμε με τθ βοικεια των υπερκαινοφανϊν αςτζρων.
15
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 4: ε αυτι τθν εικόνα φαίνεται ςχθματικά θ εξζλιξθ τθσ ακτίνασ του φμπαντοσ με τον κοςμικό χρόνο για τθν περίπτωςθ φπαρξθσ «ςκοτεινισ ενζργειασ» με τθν μορφι Κοςμολογικισ ςτακεράσ. Δφο από τισ πικανζσ μελλοντικζσ εξελίξεισ του φμπαντοσ παρουςιάηονται: Η περίπτωςθ Ευκλείδιου φμπαντοσ (δθλαδι φμπαν το οποίο περιζχει τθν κρίςιμθ τιμι ςυνολικισ υλο-ενζργειασ) φαίνεται με τθν ροη καμπφλθ ενώ θ περίπτωςθ κλειςτοφ φμπαντοσ (δθλαδι φμπαν το οποίο περιζχει παραπάνω από τθν κρίςιμθ τιμι ςυνολικισ υλο-ενζργειασ αλλά και Κοςμολογικι ςτακερά) φαίνεται με τθ λευκι καμπφλθ.
Είναι αξιοπερίεργο ότι θ «ςκοτεινι ενζργεια» ςυμμετζχει ςτο ςυνολικό ποςό ςυμπαντικισ υλο-ενζργειασ με ποςοςτό που είναι περίπου ίςο με αυτό τθσ φλθσ (ςκοτεινισ και βαρυονικισ), γεγονόσ που αποτελεί το λεγόμενο «πρόβλθμα ςφμπτωςθσ», μιασ και δεν υπάρχει κανείσ a priori φυςικόσ λόγοσ για αυτι τθ ςφμπτωςθ. Επιπλζον, υπάρχει και το πρόβλθμα γιατί θ ςυμπαντικι υλο-ενζργεια ζχει ακριβϊσ τθν κρίςιμθ τιμι και όχι οποιανδιποτε από τθν απειρία των τιμϊν που κα μποροφςε να ζχει. Μια πικανι λφςθ ςτα προβλιματα αυτά μπορεί να αναηθτθκεί ςτο γεγονόσ ότι εάν το Σφμπαν διαςτελλόταν με ρυκμό πολφ μεγαλφτερο τθσ κρίςιμθσ τιμισ, εάν δθλαδι περιείχε πολφ μικρό ςυνολικά ποςό υλο-ενζργειασ, τότε θ βαρφτθτα που αςκείται ςυνολικά ςτο Σφμπαν, από τθν εμπεριεχομζνθ εντόσ αυτοφ φλθσ και ενζργειασ, δεν κα ιταν ςε κζςθ να αντιςτρζψει τθ διαςτολι ςε ςυςτολι οφτε ςτισ ςχετικά υψθλισ πυκνότθτασ περιοχζσ. Κατ' επζκταςθ δεν κα είχαν δθμιουργθκεί οι κοςμικζσ δομζσ και τα άςτρα, ςτον πυρινα των οποίων δθμιουργοφνται τα ςυςτατικά ςτοιχεία από τα οποία είναι φτιαγμζνα τα ζμβια όντα (οξυγόνο, άνκρακασ κλπ) και θ εξζλιξθ των οποίων τελικά τροφοδοτεί, με αυτά τα ςτοιχεία, το Σφμπαν. Αντίςτοιχα, εάν το Σφμπαν διαςτελλόταν με ρυκμό ςθμαντικά βραδφτερο τθσ κρίςιμθσ τιμισ, εάν δθλαδι περιείχε πολφ μεγαλφτερο ςυνολικά ποςό υλο-ενζργειασ, τότε 16
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
πάλι πριν προλάβουν να δθμιουργθκοφν οι κοςμικζσ δομζσ και τα άςτρα, το Σφμπαν κα είχε ξανά-ςυςταλεί ςε μία υπζρκερμθ κάλαςςα ακτινοβολίασ. Επομζνωσ, το γεγονόσ τθσ φπαρξθσ μασ προχποκζτει ότι το Σφμπαν διαςτζλλεται περίπου με τον ρυκμό που μετράμε. Αυτό είναι μια ζκφανςθ αυτοφ που ονομάηετε «Ανκρωπικι Αρχι» (θ αςκενισ εκδοχι τθσ), δθλαδι ότι θ ίδια θ φπαρξθ τθσ ανκρϊπινθσ ηωισ προχποκζτει ότι το Σφμπαν περιζχει το ςυγκεκριμζνο ποςό υλο-ενζργειασ (όπωσ επίςθσ ότι τισ ςυγκεκριμζνεσ τιμζσ που μετράμε των ςτακερϊν τθ φφςθσ). Ρολλζσ φορζσ αυτι θ αρχι χρθςιμοποιείται και ςαν πανάκεια για να δϊςει λογικοφανι ερμθνεία ςε φαινόμενα που δυςκολευόμαςτε να ερμθνεφςουμε αλλά κατά τθν άποψθ μου αυτι τθσ θ χριςθ είναι εςφαλμζνθ και αντι-επιςτθμονικι. Είναι ςθμαντικό τϊρα να αποςαφθνίςουμε γιατί κεωροφμε ότι θ κεωρία τθσ «Μεγάλθσ Ζκρθξθσ» αποτελεί τθν ορκι βάςθ ερμθνείασ τθσ γζνεςθσ και εξζλιξθσ του Σφμπαντοσ; Υπάρχουν άλλωςτε και άλλεσ κεωρίεσ, όπωσ παραδείγματοσ χάριν θ κεωρία τθσ «Στακερισ Κατάςταςθσ» των Hoyle, Bondi και Gold (1948), θ οποία όμωσ δεν ςϊηει τα φαινόμενα. Τα κφρια ςτοιχεία που υποςτθρίηουν τθν ορκότθτα του γενικοφ πλαιςίου τθσ Κεωρίασ τθσ «Μεγάλθσ Ζκρθξθσ», και που δεν ερμθνεφονται ςτο ςφνολο τουσ από καμία άλλθ κεωρία είναι: (1) θ διαςτολι του Σφμπαντοσ, (2) το υπόβακρο ακτινοβολίασ μικροκυμάτων και (3) θ γζνεςθ και τα ποςοςτά των ελαφρϊν χθμικϊν ςτοιχείων.
Διαςτολό του ςύμπαντοσ Μία από τισ ςθμαντικότερεσ ανακαλφψεισ που βοικθςαν ςτθν κεμελίωςθ τθσ ςφγχρονθσ κοςμολογίασ είναι θ διαςτολι του Σφμπαντοσ. Ρρϊτοσ ο Hubble το 1929 με παρατθριςεισ δικζσ του αλλά και του Shlipher από το 1914, ανακάλυψε ότι το φάςμα του φωτόσ των γαλαξιϊν είναι μετατοπιςμζνο προσ το ερυκρό, που ςφμφωνα με το φαινόμενο Doppler ςθμαίνει ότι οι γαλαξίεσ απομακρφνονται από τον παρατθρθτι και επιπλζον ότι θ ταχφτθτα απομάκρυνςθσ των γαλαξιϊν είναι τόςο μεγαλφτερθ όςο πιο μακριά βρίςκονται οι γαλαξίεσ (νόμοσ του Hubble). Θ μετάκεςθ του φάςματοσ ενόσ γαλαξία προσ το ερυκρό βρίςκεται ςυνικωσ από τθν μετατόπιςθ γραμμϊν εκπομπισ ι απορρόφθςθσ κάποιων ςτοιχείων ςε ςχζςθ με τισ αντίςτοιχεσ γραμμζσ ςτα γιινα εργαςτιρια. Θ ερμθνεία Doppler τθσ ερυκρισ μετάκεςθσ δεν είναι θ μοναδικι. Ζχουν προτακεί και άλλεσ ερμθνείεσ όπωσ αυτι ςφμφωνα με τθν οποία το φωσ διαςπάται ςε φωτόνια χαμθλότερθσ ενζργειασ (πιο ερυκρά) με πικανότθτα διάςπαςθσ ανάλογθ του μικουσ κφματοσ του φωτονίου. Άλλθ πικανι ερμθνεία τθσ ερυκρομετάκεςθσ είναι θ απϊλεια ενζργειασ των φωτονίων που προζρχονται από μακρινοφσ γαλαξίεσ λόγω των διαδοχικϊν ςυγκροφςεων τουσ με μεςοαςτρικά θλεκτρόνια ι και φωτόνια. Καμία από αυτζσ τισ ερμθνείεσ δεν επιβεβαιϊκθκε πειραματικά και ςυνεπϊσ θ μοναδικι ερμθνεία θ οποία είναι ςυμβατι με όλεσ τισ μζχρι ςιμερα παρατθριςεισ και πειράματα είναι αυτι που ςυνικωσ αναφζρεται ςαν ερμθνεία Doppler. Ανεξάρτθτα δε από τισ παρατθριςεισ, αυτι θ ερμθνεία ςυμβαδίηει απόλυτα με τισ απαιτιςεισ τθσ ΓΚΣ για ζνα μθ ςτατικό Σφμπαν, πρόβλεψθ που ζγινε πριν καν παρατθρθκοφν οι ερυκρομετακζςεισ των γαλαξιϊν και που αποτελεί μεγάλθ επιτυχία τθσ ΓΚΣ. 17
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 5: ε αυτι τθν εικόνα φαίνεται ςχθματικά ζνα κφμα όπωσ το «βλζπει» ζνασ κινοφμενοσ παρατθρθτισ. Σο κφμα φωτόσ ξεκινά, ασ ποφμε ςτο ιώδεσ (όπωσ φαίνεται ςτο ςχιμα) και το λαμβάνει ο απομακρυνόμενοσ παρατθρθτισ ςτο ερυκρό μζροσ του φάςματοσ.
Είναι ςθμαντικό να κατανοιςουμε τι εννοοφμε όταν λζμε ότι το Σφμπαν διαςτζλλεται; Σκεπτόμενοσ κλαςικά κα μποροφςαμε (εςφαλμζνα) να κεωριςουμε ότι βριςκόμαςτε ςτο κζντρο του διαςτελλόμενου Σφμπαντοσ και για αυτό βλζπουμε όλουσ τουσ γαλαξίεσ να απομακρφνονται από εμάσ. Αυτι είναι μια εςφαλμζνθ κεϊρθςθ, γιατί το κζντρο τθσ διαςτολισ δεν βρίςκετε ςτο τριςδιάςτατο χϊρο αλλά ςτθν τζταρτθ διάςταςθ, το χρόνο (ςυμπίπτει δθλαδι το κζντρο τθσ διαςτολισ με t=0). Στθν πραγματικότθτα ο κάκε γαλαξίασ απομακρφνεται από κάκε άλλο γαλαξία με ταχφτθτα ανάλογθ τθσ απόςταςθσ τουσ. Σκεφτείτε το ωσ εξισ: Βριςκόμενοι ςτο γαλαξία Α βλζπουμε όλουσ τουσ άλλουσ γαλαξίεσ να απομακρφνονται. Εάν μεταφερκοφμε νοθτά ςτο γαλαξία Β πρζπει να κάνουμε διανυςματικι αφαίρεςθ ζτςι ϊςτε ςτο ςφςτθμα αναφοράσ του να βριςκόμαςτε ςε θρεμία. Διαπιςτϊνουμε τϊρα ότι ο γαλαξίασ Α απομακρφνεται από εμάσ (Β) με τθν ίδια ταχφτθτα που απομακρυνόταν ο Β όταν βριςκόμαςταν ςτο γαλαξία Α (δεσ ςχιμα 5).
Υπόβαθρο ακτινοβολύασ μικροκυμϊτων Μία από τισ ςθμαντικότερεσ ανακαλφψεισ του δεφτερου μιςοφ του 20ου αιϊνα, ανακάλυψθ που ουςιαςτικά επιβεβαίωςε τθ Κεωρία τθσ «Μεγάλθσ Ζκρθξθσ» και ζδωςε ςτουσ Penzias και Wilson το βραβείο Νόμπελ το 1965, είναι θ φπαρξθ μιασ διάχυτθσ ακτινοβολίασ μικροκυμάτων που είναι το ίχνοσ τθσ αρχικά υπζρκερμθσ και υπζρπυκνθσ κατάςταςθσ του πρϊιμου Σφμπαντοσ. Σε αυτιν τθν κατάςταςθ, θ ακτινοβολία και θ φλθ ιταν ςυηευγμζνεσ λόγω των ελεφκερων θλεκτρονίων που δροφςαν ςαν ανακλαςτιρεσ τθσ ακτινοβολίασ. Πταν θ κερμοκραςία του Σφμπαντοσ ζπεςε περίπου ςτουσ 4000 βακμοφσ Kelvin (280000 χρόνια μετά τθ «Μεγάλθ Ζκρθξθ»), τα θλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα νετρόνια ςυνζκεςαν τα άτομα των ελαφρϊν ςτοιχείων (κφρια του υδρογόνου) και ζτςι θ ακτινοβολία ελεφκερα διαχφκθκε ςτο Σφμπαν. Αυτι θ κεωρία προβλζπει ότι λόγω τθσ διαςτολισ του Σφμπαντοσ θ κερμοκραςία τθσ ακτινοβολίασ αυτισ ελαττϊνεται με το χρόνο και πρζπει να είναι ςιμερα 2.7 βακμοί Kelvin κακϊσ και ότι το φάςμα τθσ ακτινοβολίασ πρζπει να ζχει τθ μορφι φάςματοσ κερμικισ προζλευςθσ (φάςμα μζλανοσ ςϊματοσ). Και οι δφο προβλζψεισ επιβεβαιϊκθκαν περίτρανα και με τθ μεγαλφτερθ δυνατι ακρίβεια ςτισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του '90 από τα παρατθρθςιακά δεδομζνα του δορυφόρου COBE τθσ ΝΑSΑ (http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/cobe/). Ο δορυφόροσ αυτόσ, όπωσ και ο 18
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
πρόςφατοσ δορυφόροσ WMAP (http://wmap.gsfc.nasa.gov/), ουςιαςτικά φωτογράφιςαν το Σφμπαν όταν είχε θλικία μόλισ 2/100000 τθσ ςθμερινισ του θλικίασ (δεσ ςχιμα 6).
Εικόνα 6: Οι διαταραχζσ κερμοκραςίασ του υπόβακρου τθ ακτινοβολίασ μικροκυμάτων από τισ παρατθριςεισ του δορυφόρου COBE (άνω εικόνα) και του δορυφόρου WMAP (κάτω εικόνα). Ουςιαςτικά αποτυπώνουν το φμπαν όταν είχε θλικία μόλισ 280000 ζτθ (2/100000 περίπου τθσ ςθμερινισ του θλικίασ). Η διακριτικι ικανότθτα του WMAP είναι ςαφώσ μεγαλφτερθ από αυτι του COBE με αποτζλεςμα τθν αποτφπωςθ των διαταραχών με μεγάλθ ακρίβεια. Σο γεγονόσ αυτό ζδωςε τθ δυνατότθτα ςτουσ επιςτιμονεσ να υπολογίςουν με ακρίβεια τθν καμπυλότθτα του χώρου και επομζνωσ το γεγονόσ ότι το φμπαν είναι «Ευκλείδειο» (ζχει καμπυλότθτα μθδζν).
Επιπλζον, με τισ ακριβείσ μετριςεισ των διαταραχϊν κερμοκραςίασ τθσ ακτινοβολίασ μικροκυμάτων, που ζγιναν με το πείραμα BOOMERanG, που διεξιχκθ ςτθν Ανταρκτικι χρθςιμοποιϊντασ ζνα αερόςτατο, αλλά κυρίωσ με τισ παρατθριςεισ του δορυφόρου WMAP, βρζκθκε ότι πράγματι ο ρυκμόσ διαςτολισ του Σφμπαντοσ είναι εξαιρετικά κοντά ςε αυτόν τθσ κρίςιμθσ τιμισ, πράγμα που υποδθλϊνει ότι θ γεωμετρία του Σφμπαντοσ είναι θ Ευκλείδια.
19
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Η γϋνεςη και τα ποςοςτϊ των ελαφρών χημικών ςτοιχεύων Στθν υπζρπυκνθ και υπζρκερμθ κατάςταςθ του πρϊιμου Σφμπαντοσ τα πρωτόνια και νετρόνια, που είναι τα ςτοιχειϊδθ ςωμάτια από τα οποία αποτελοφνται οι πυρινεσ των ατόμων όλων των ςτοιχείων τθσ φφςθσ, όντασ μθ ςυηευγμζνα ςε άτομα, δθμιουργοφν τουσ πυρινεσ των ελαφρφτερων ςτοιχείων τθσ φλθσ (Υδρογόνου, Ιλιου, Δευτζριου, Λίκιου). Οι ςυγκεκριμζνεσ αρχικζσ αναλογίεσ αυτϊν των ςτοιχείων εξαρτϊνται από πολλοφσ παράγοντεσ μεταξφ των οποίων είναι ο ρυκμόσ διαςτολισ του Σφμπαντοσ δθλαδι ο ρυκμόσ ψφξθσ του, ο λόγοσ πρωτονίων νετρονίων κ.α. Θ κεωρία του «Μεγάλθσ Ζκρθξθσ» προβλζπει ςυγκεκριμζνεσ αναλογίεσ των ελαφρϊν αυτϊν ςτοιχείων, πρόβλεψθ που και αυτι ζχει επιβεβαιωκεί από τισ παρατθριςεισ. Τελειϊνοντασ αυτι τθ ςφντομθ παρουςίαςθ των βαςικϊν ςτοιχείων τθσ ςφγχρονθσ Κοςμολογίασ, επιςθμαίνω ότι παρόλο που γνωρίηουμε ίςωσ πιο πολλά για τθν ιςτορία του Σφμπαντοσ από ότι, παραδείγματοσ χάριν, για τθν πρϊιμθ ιςτορία του ανκρϊπου ι για τθν λειτουργία του ανκρϊπινου νοφ, απζχουμε ακόμθ από το να γνωρίηουμε όλεσ τισ λεπτομζρειεσ για τα ςυςτατικά ςτοιχεία του Σφμπαντοσ και με ακρίβεια τθ μελλοντικι εξζλιξθ του. Αναμζνουμε ότι ςτα επόμενα χρόνια ζνασ μεγάλοσ αρικμόσ ςτοχευμζνων πειραμάτων, όπωσ το Planck τθσ Ευρωπαϊκισ Διαςτθμικισ Εταιρίασ (http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=17) που κα μελετιςει με εξαιρετικά μεγάλθ λεπτομζρια τισ διαταραχζσ κερμοκραςίασ του υπόβακρου μικροκυμάτων, τα πειράματα εντοπιςμοφ τθσ «ςκοτεινι ενζργειασ», ανάμεςα ςτα οποία τα: Dark Energy Survey (DES: http://www.darkenergysurvey.org/ , SuperNova Acceleration Probe (SNAP http://snap.lbl.gov/ ), HETDEX (http://www.as.utexas.edu/hetdex/ ) κλπ, κα δϊςουν αποτελζςματα που πιςτεφουμε ότι κα απαντιςουν ςτα περιςςότερα Κοςμολογικά ερωτιματα που παραμζνουν ακόμα αναπάντθτα.
Γαλαξύεσ Οι γαλαξίεσ αποτελοφν τεράςτια βαρυτικά ςυςτιματα αςτζρων, γαλαξιακϊν αερίων, αςτρικισ ςκόνθσ και (πικανϊσ) αόρατθσ ςκοτεινισ φλθσ. Θ ετυμολογία τθσ λζξθσ προζρχεται από τα ελλθνικά και ςθμαίνει άξονασ από γάλα και αναφζρεται ςτον δικό μασ Γαλαξία. Διαπιςτϊκθκε ότι ςτο Σφμπαν, εκτόσ των γαλαξιϊν, βρίςκεται και διαςκορπιςμζνθ αραιότατθ φλθ, εξ αερίων και ςκόνθσ - ςυχνά πολφ αραιότερθ του «κενοφ» που επιτυγχάνεται πειραματικά. Ζτςι θ φλθ
Εικόνα 7: NGC 4414, ζνασ τυπικόσ ςπειροειδισ γαλαξίασ, ςτον αςτεριςμό τθσ Κόμθσ τθσ Βερενίκθσ. Ζχει διάμετρο περίπου 56.000 ζτθ φωτόσ και βρίςκεται ςε απόςταςθ 60 εκατομμφρια ζτθ φωτόσ από τον Γαλαξία μασ.
20
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
αυτι δφναται να κεωρθκεί ότι πλθροί εν γζνει τον χϊρο του Σφμπαντοσ. Και επειδι ακόμθ τζτοια φλθ καταλαμβάνει όλο τον «μεςογαλαξιακό» χϊρο (διαγαλαξιακό διάςτθμα), δθλαδι το διάςτθμα μεταξφ των γαλαξιϊν, γι' αυτό και ονομάηεται μεςογαλαξιακι ι διαγαλαξιακι φλθ. Οι τυπικοί γαλαξίεσ αποτελοφνται από 10 εκατομμφρια ζωσ 1 τρισ (107 - 1012) αςτζρεσ, οι οποίοι βρίςκονται ςε τροχιά γφρω από ζνα βαρυτικό κζντρο. Εκτόσ από αςτζρεσ, οι περιςςότεροι γαλαξίεσ περιζχουν και ζνα μεγάλο πλικοσ αςτρικϊν ςυςτθμάτων και αςτρικϊν ςμθνϊν όπωσ και διάφορουσ τφπουσ νεφελωμάτων. Οι περιςςότεροι γαλαξίεσ ζχουν διάμετρο από μερικζσ χιλιάδεσ ζωσ μερικζσ εκατοντάδεσ χιλιάδεσ ζτθ φωτόσ και απζχουν μεταξφ τουσ εκατοντάδεσ χιλιάδεσ ζωσ εκατομμφρια ζτθ φωτόσ. Λςτορικά, οι γαλαξίεσ ταξινομοφνται ανάλογα με το φαινόμενο μζγεκόσ τουσ και τισ μορφζσ τουσ. Αυτζσ οι μορφζσ είναι οι ελλειπτικοί γαλαξίεσ, οι οποίοι ζχουν οπτικά ζνα ελλειπτικό ςχιμα, οι ςπειροειδείσ γαλαξίεσ που ζχουν ζνα δίςκο υλικϊν και οι ανϊμαλοι γαλαξίεσ που δεν ζχουν κανζνα ςυγκεκριμζνο ςχιμα και είναι παράδειγμα βαρυτικισ ζλξθσ από τουσ γειτονικοφσ γαλαξίεσ. Αυτι οι αλλθλεπίδραςθ μεταξφ γαλαξιϊν που ζχει ωσ τελικό αποτζλεςμα τθ ςυγχϊνευςι τουσ, μπορεί να προκαλζςει ζντονθ αςτρογόνο δραςτθριότθτα, δθμιουργϊντασ αυτό που είναι γνωςτό ωσ αςτρογόνοσ γαλαξίασ. Αν και θ λεγόμενθ ςκοτεινι φλθ φαίνεται να αποτελεί ακόμα και το 90% τθσ μάηασ των περιςςοτζρων γαλαξιϊν, θ φφςθ αυτϊν των αόρατων ςτοιχείων δεν είναι πλιρωσ κατανοθτι. Υπάρχουν κάποιεσ ενδείξεισ ότι υπερμεγζκεισ μαφρεσ τρφπεσ μπορεί να υπάρχουν ςτο κζντρο των περιςςότερων, αν όχι όλων των γαλαξιϊν. Το διαγαλαξιακό διάςτθμα, που βρίςκεται ανάμεςα ςτουσ γαλαξίεσ, περιζχει φλθ ςε μορφι πλάςματοσ, με μζςθ πυκνότθτα ενδεχομζνωσ και κάτω από ζνα ςωματίδιο ανά κυβικό μζτρο. Κατά πάςα πικανότθτα, υπάρχουν περιςςότεροι από 170 διςεκατομμφρια γαλαξίεσ ςτο ορατό ςφμπαν.
Ετυμολογύα του όρου Ο όροσ «γαλαξίασ» προζρχεται από τισ λζξεισ «γάλα» και «άξονασ» και δόκθκε λόγω τθσ ορατισ από τθ Γθ καμπισ γαλακτόχρωμθσ ηϊνθσ (άξονα) του λευκοφ φωτόσ που εμφανίηεται ςτθν ουράνια ςφαίρα. Επίςθσ λεγόταν και γαλακτικόσ κφκλοσ. Σφμφωνα με τθν ελλθνικι μυκολογία, ο γαλαξίασ ςχθματίςτθκε από τθν Ιρα, θ οποία ζχυςε γάλα από το ςτικοσ τθσ ςτον ουρανό, όταν ανακάλυψε πωσ ο Δίασ τθν ξεγζλαςε και κιλαηε τον νεαρό Θρακλι. Ο γαλαξίασ ςτον οποίο βρίςκεται το θλιακό ςφςτθμα ονομάηεται Γαλαξίασ, με Γ κεφαλαίο, για να ξεχωρίηει από τουσ υπόλοιπουσ. Ρρακτικϊσ αναφζρεται ωσ «ο Γαλαξίασ μασ» και είναι, επίςθσ, γνωςτόσ και ωσ «Milky Way» («Γαλακτικι Οδόσ»), λόγω τθσ γαλακτόχρωμθσ ηϊνθσ ςτθν ουράνια ςφαίρα.
21
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ταξινόμηςη των γαλαξιών Γενικά οι γαλαξίεσ παρουςιάηουν ςτθν όψθ ςχιμα κανονικό, τθσ ςφαιρικισ ατράκτου ι εκείνου του αμφίκυρτου φακοφ. Αποτελοφνται ςυνικωσ από τρία κφρια μζρθ: Το κζντρο του γαλαξία, περιοχι με υψθλι πυκνότθτα άςτρων, ςτθν οποία βρίςκεται, όπωσ υποψιάηονται οι επιςτιμονεσ, μία τεράςτια μαφρθ τρφπα. Τον γαλαξιακό δίςκο, όπου βρίςκονται ςυγκεντρωμζνα τα περιςςότερα άςτρα του γαλαξία. Τθν άλω του γαλαξία, που περιζχει λιγότερα και διαφορετικοφ τφπου άςτρα, αζριο και ςκοτεινι φλθ. Ο ςφγχρονοσ Αμερικανόσ αςτρονόμοσ Ζντγουιν Χαμπλ (E. Hubble) 1889-1953, ζνασ εκ των κυριοτζρων ερευνθτϊν του Σφμπαντοσ (ο οποίοσ διαπίςτωςε το 1929, με φαςματοςκοπικζσ μεκόδουσ, τθ διαςτολι του Σφμπαντοσ), ταξινόμθςε τουσ γαλαξίεσ ωσ εξισ: ςε ελλειπτικοφσ, ςπειροειδείσ και ανϊμαλουσ. Κακϊσ θ ταξινόμθςθ του Χαμπλ αφορά μονάχα το ςχιμα, παραλείπει ςυχνά κάποια άλλα ςθμαντικά χαρακτθριςτικά, όπωσ ο αρικμόσ δθμιουργίασ άςτρων ι τθ δραςτθριότθτα του πυρινα.
Ελλειπτικού γαλαξύεσ
Ελλειπτικοί γαλαξίεσ είναι οι γαλαξίεσ εκείνοι που μοιάηουν ωσ δίςκοι κυκλικοί ι ελλειπτικοί των οποίων όμωσ θ λαμπρότθτά τουσ μειϊνεται από το κζντρο προσ τθ περιφζρεια (τα χείλθ των δίςκων). Το κζντρο αυτϊν ονομάηεται πυρινασ. Οι γαλαξίεσ αυτοί ςυμβολίηονται με το γράμμα Ε (εκ του ελλειψοειδοφσ ςχιματόσ των), ζχουν λίγθ ι κακόλου μεςοαςτρικι φλθ και νεφελϊματα και ςτεροφνται βραχιόνων, με αποτζλςμα τον μικρό ρυκμό δθμιουργίασ νζων άςτρων. Ανάλογα με τθν ελλειπτικότθτά τουσ οι ελλειπτικοί γαλαξίεσ ταξινομοφνται από 0, που είναι ςχεδόν ςφαρικοί, ζωσ 7, που εμφανίηουν ζντονθ επιμικυνςθ. Οι αςτζρεσ που ςυγκροτοφν τουσ ελλειπτικοφσ είναι ωσ επί το πλείςτον γθραιοί (ανικουν ςτον Ρλθκυςμό ΛΛ) και επομζνωσ ςτουσ περιςςότερουσ γαλαξίεσ αυτοφ του τφπου δεν παρατθρείται ςχθματιςμόσ αςτζρων, και υπό αυτιν τθν άποψθ μοιάηουν με τα πολφ μικρότερα ςφαιρωτά ςμινθ. Οριςμζνοι από τουσ μεγαλφτερουσ γαλαξίεσ που ζχουν εντοπιςτεί ανικουν ςε αυτιν τθν κατθγορία, για παράδειγμα οι Μ87 και NGC 1316, που μπορεί να είναι αποτζλεςμα ςυχγϊνευςθσ δφο αλλθλεπιδρϊντων γαλαξιϊν. Ωςτόςο, υπάρχουν και αμζτρθτοι μικροί ελλειπτικοί (για παράδειγμα δυο μζλθ τθσ Τοπικισ Ομάδασ, οι NGC 185 και NGC 205), γεγονόσ που δείχνει ότι οι ελλειπτικοί ποικίλλουν πάρα πολφ όςον αφορά τισ διαςτάςεισ τουσ. Οι ελλειπτικοί γαλαξίεσ αντιπροςωπεφουν το 17% του ςυνόλου των γαλαξιϊν.
22
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Σπειροειδεύσ γαλαξύεσ Ωσ ςπειροειδείσ γαλαξίεσ ορίηονται οι περιςςότεροι των γαλαξιϊν, από τθ ςπειροειδι όψθ που παρουςιάηουν. Απαντάται και ςε αυτοφσ ο πυρινασ, που όμωσ μπορεί να μοιάηει με ελλειπτικό ςχιμα ι και με επιμικθ ράβδο. Και ςτισ δφο αυτζσ περιπτϊςεισ, από τα άκρα του ραβδωτοφ ι ελλειψοειδι πυρινα εκφφονται βραχίονεσ που ελίςςονται ςπειροειδϊσ περί τον πυρινα, εξ οφ και ςπειροειδείσ. Το πλικοσ αυτϊν των γαλαξιϊν Εικόνα 8: Ο γαλαξίασ τθσ Δίνθσ είναι ζνα από τα καλφτερα παραδείγματα αντιπροςωπεφει το 80% του ςυνόλου των γνωςτϊν ςπειροειδι γαλαξία. γαλαξιϊν. Ανάλογα με το τφπο του πυρινα ονομάηονται κανονικοί ςπειροειδείσ και ςυμβολίηονται με το γράμμα S, ενϊ αν ο πυρινασ είναι ραβδωτόσ ονομάηονται ραβδωτοί ςπειροειδείσ και ςυμβολίηονται με το ηεφγοσ των γραμμάτων SB (Β = Bar = άβδοσ). Οι S αντιπροςωπεφουν τα 2/3 του ςυνόλου των ςπειροειδϊν, ενϊ οι SB το 1/3 των ςπειροειδϊν γαλαξιϊν. Ο Γαλαξίασ μασ είναι ζνασ μεγάλοσ ραβδωτόσ ςπειροειδισ γαλαξίασ με δίςκο με διάμετρο 30 κιλοπαρςζκ και πλάτοσ 1. Ρεριζχει 200 διςεκατομμφρια άςτρα και ενδεχομζνωσ ζωσ και 400 διςεκατομμφρια. Επίςθσ, ζχει ςυνολικι μάηα 600 διςεκατομμφρια φορζσ μεγαλφτερθ από τθν θλιακι. Άλλεσ μορφολογύεσ Οι ιδιόμορφοι γαλαξίεσ αποτελοφν γαλαξιακοφσ ςχθματιςμοφσ που ζχουν αςυνικιςτεσ ιδιότθτεσ εξαιτίασ τθσ βαρυτικισ αλλθλεπίδραςθσ με άλλουσ γαλαξίεσ. Ζνα παράδειγμα αυτοφ είναι ο δακτυλιοειδισ γαλαξίασ, που ζχει μία δακτυλιοειδι δομι άςτρων και αερίου που περιβάλει ζνα «γυμνό» πυρινα. Αυτοί οι γαλαξίεσ κεωρείται ότι ςχθματίηονται όταν ζνασ μικρότεροσ γαλαξίασ περάςει μζςα από τον πυρινα ενόσ ςπειροειδι γαλαξία. Ζνα τζτοιο γεγονόσ μπορεί να ζχει επθρεάςει και τον γαλαξία τθσ Ανδρομζδασ, κακϊσ παρουςιάηει πολλαπλζσ δακτυλιοειδείσ μορφζσ ςτθν υπζρυκρθ ακτινοβολία.
Εικόνα 9: Σο αντικείμενο του Hoag είναι ζνα παράδειγμα δακτυλιοειδι γαλαξία.
Ζνασ φακοειδισ γαλαξίασ είναι θ ενδιάμεςθ μορφι εμφάνιςθσ μεταξφ ελλειπτικοφ και ςπειροειδι γαλαξία. Αυτοί οι γαλαξίεσ κατθγοριοποιικθκαν από τον Χαμπλ ωσ S0 και κατζχουν αςκενϊσ κακοριςμζνουσ ςπειροειδείσ βραχίονεσ, με μία ελλειπτικι άλω αςτζρων. (Οι ραβδωτοί φακοειδείσ γαλαξίεσ ζχουν τθν κατθγοριοποίθςθ SB0.) Ακανόνιςτοι γαλαξύεσ Τζλοσ αναφζρονται οι ακανόνιςτοι ι ανϊμαλοι γαλαξίεσ, εκ του γεγονότοσ ότι παρουςιάηουν ςχιμα ακανόνιςτο ι δεν ανικουν ςτισ παραπάνω μορφολογίεσ. Είναι ωσ επί το πλείςτον μικρότεροι ςε ςφγκριςθ με τουσ ςπειροειδείσ και τουσ ελλειπτικοφσ. Στουσ 23
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
περιςςότερουσ ανϊμαλουσ γαλαξίεσ παρατθρείται ςχθματιςμόσ αςτζρων που οφείλεται ςτθν υψθλι περιεκτικότθτα τουσ ςε αζριο. Νεαρά άςτρα και λαμπρζσ περιοχζσ μεςοαςτρικοφ αερίου κυριαρχοφν ςε αυτοφσ τουσ γαλαξίεσ. Συμβολίηονται με τα γράμματα Λrr (Irregular = ανϊμαλοσ) και αντιπροςωπεφουν το 3% του ςυνόλου των γαλαξιϊν. Οι ανϊμαλοι χωρίηονται ςτουσ ακόλουκουσ δυο τφπουσ. Οι Irr I χαρακτθρίηονται από υψθλι περιεκτικότθτα ςε αζριο και αςτρογζνεςθ και εάν θ δομι τουσ παρουςιάηει κοινά γνωρίςματα με αυτιν των Μαγγελανικϊν Νεφϊν, υποδιαιροφνται ςε Im. Οι Irr II παρουςιάηουν αςυνικιςτθ μορφι, δεν επιδζχονται ταξινόμθςθ και ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ αποτελοφν μζλθ αλλθλεπιδρϊντων γαλαξιϊν ι εντοπίηονται ςε ςυςτιματα ςυγχϊνευςθσ γαλαξιϊν.
Αςυνόθιςτεσ δυναμικϋσ και δραςτηριότητεσ Αλληλεπιδρώντεσ Ο μζςοσ όροσ διαχωριςμοφ μεταξφ των γαλαξιϊν μζςα ςε ζνα ςμινοσ είναι λίγο πάνω από μία τάξθ μεγζκουσ μεγαλφτερθ από τθ διάμετρο. Ωσ αποτζλεςμα, οι αλλθλεπιδράςεισ μεταξφ αυτϊν των γαλαξιϊν είναι ςχετικά ςυχνζσ, και παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν εξζλιξι τουσ. Ραραλίγο ςυγκροφςεισ μεταξφ των γαλαξιϊν ζχει ωσ αποτζλεςμα τθ ςτρζβλωςι τουσ λόγω τθσ παλίρροιασ αλλθλεπιδράςεων, και μπορεί να προκαλζςει τθν ανταλλαγι αερίων και ςκόνθσ. Οι ςυγκροφςεισ εμφανίηονται όταν δφο γαλαξίεσ περνοφν απευκείασ ο ζνασ μζςα από τον άλλο και ζχουν επαρκι ςχετικι ορμι, δεν κα ςυγχωνευτοφν. Τα αςτζρια ςτο εςωτερικό αυτϊν των γαλαξιϊν που αλλθλεπιδροφν κα περάςουν κατευκείαν μζςα χωρίσ ςφγκρουςθ. Ωςτόςο, το αζριο και ςκόνθ μζςα ςτουσ δφο γαλαξίεσ κα αλλθλεπιδράςουν. Αυτό μπορεί να προκαλζςει εκριξεισ ςχθματιςμοφ αςτζρων, κακϊσ διαςτρικό μζςο είναι διαταραγμζνο και ςυμπιεςμζνο. Θ ςφγκρουςθ μπορεί να ςτρεβλϊςει ςοβαρά το ςχιμα του ενόσ ι και των δφο γαλαξιϊν, ςχθματίηοντασ ράβδουσ, δαχτυλίδια ι δομζσ που μοιάηουν με ουρζσ.
Εικόνα 10: Οι γαλαξίεσ Κεραίεσ υπόκεινται ςε ςφγκρουςθ που κα οδθγιςει ςτθν τελικι ςυγχώνευςι τουσ.
Ακραία περίπτωςθ τθσ αλλθλεπίδραςθσ είναι οι γαλαξιακζσ ςυγχωνεφςεισ. Στθν περίπτωςθ αυτι, θ ςχετικι ορμι των δφο γαλαξιϊν είναι ανεπαρκισ για να καταςτεί δυνατό οι γαλαξίεσ να περάςουν ο ζνασ μζςα από τον άλλο και να ςυνεχίςουν τθν πορεία τουσ. Αντ' αυτοφ, βακμιαία ςυγχωνεφονται για να ςχθματίςουν ζναν ενιαίο, μεγαλφτερο γαλαξία. Οι ςυγχωνεφςεισ μπορεί να οδθγιςουν ςε ςθμαντικζσ αλλαγζσ ςτθ μορφολογία του νζου γαλαξία, ςε ςφγκριςθ με τουσ προθγοφμενουσ. Αν τυχόν ζνασ από τουσ γαλαξίεσ είναι πολφ πιο ογκϊδθσ, όμωσ, το αποτζλεςμα είναι γνωςτό ωσ κανιβαλιςμόσ. Τότε ο μεγαλφτεροσ γαλαξίασ κα παραμείνει ςχετικά ανεπθρζαςτοσ από τθ ςυγχϊνευςθ, ενϊ οι μικροί γαλαξίεσ κυριολεκτικά ξεςκίηονται και τελικϊσ αφομοιϊνονται.
24
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Αςτρογόνοι Τα αςτζρια δθμιουργοφνται μζςα ςτουσ γαλαξίεσ από αποκζματα ψυχρϊν αερίων που αποτελοφν γιγαντιαία μοριακά νζφθ. Οριςμζνοι γαλαξίεσ ζχουν παρατθρθκεί να ςχθματίηουν αςτζρια με εξαιρετικά ταχφ ρυκμό, το φαινόμενο αυτό είναι γνωςτό ωσ αςτρικι ζκρθξθ. Σε περίπτωςθ που ςυνεχίςουν κατά αυτόν τον τρόπο, κα καταναλϊςουν τα αποκζματά τουσ ςε αζρια, ςε ζνα χρονικό διάςτθμα μικρότερο από τθ διάρκεια ηωισ τουσ. Ωσ εκ τοφτου θ αςτρογόνοσ δραςτθριότθτα ςυνικωσ Ο γαλαξίασ Μεςιζ 82, ο αρχζτυποσ των αςτρογόνων γαλαξιών, παράγει 10 φορζσ περιςςότερουσ αςτζρεσ διαρκεί μόνο 10 εκατομμφρια χρόνια, μια απ' ότι ζνασ κανονικόσ γαλαξίασ. ςχετικά ςφντομθ περίοδοσ ςτθν ιςτορία ενόσ γαλαξία. Οι αςτρογόνοι γαλαξίεσ ιταν ςυχνότεροι κατά τθ διάρκεια τθσ πρϊιμθσ ιςτορίασ του Σφμπαντοσ και προσ το παρόν εξακολουκοφν να ςυνειςφζρουν το 15% του ςυνολικοφ ποςοφ δθμιουργίασ αςτζρων. Οι αςτρογόνοι γαλαξίεσ χαρακτθρίηονται από ςυγκεντρϊςεισ ςκόνθσ και αερίων και τθν εμφάνιςθ νεοςφςτατων αςτζρων, ςυμπεριλαμβανομζνων και τεράςτιων αςτζρων που ιονίηουν τα γφρω νζφθ δθμιουργϊντασ περιοχζσ H II. Αυτοί οι τεράςτιοι αςτζρεσ μετατρζπονται ςε υπερκαινοφανείσ αςτζρεσ, των οποίων τα υπολείμματα επεκτείνονται και αλλθλεπιδροφν δυναμικά με το περιβάλλον αζριο. Αυτά τα ξεςπάςματα μποροφν να προκαλζςουν μια αλυςιδωτι αντίδραςθ γζνεςθσ αςτζρων, που εξαπλϊνεται ςε ολόκλθρθ τθν περιοχι του αερίου. Μόνο όταν το διακζςιμο αζριο ζχει ςχεδόν καταναλωκεί ι διαςκορπίςει, θ αςτρογόνοσ δραςτθριότθτα ςταματά. Ζνα κλαςςικό παράδειγμα αςτρογόνου γαλαξία είναι ο Μεςιζ 82, ο οποίοσ υπόκειται ςε μία ςφντομθ προςζγγιςθ με τον μεγαλφτερο Μεςιζ 81. Οι ανϊμαλοι γαλαξίεσ ςυνικωσ παρουςιάηουν κόμβουσ ζντονθσ αςτρογόνου δραςτθριότθτασ. Ενεργού γαλαξιακού πυρόνεσ Ζνα ποςοςτό από τουσ γαλαξίεσ που μποροφμε να παρατθριςουμε είναι ταξινομθμζνο ωσ ενεργό. Δθλαδι, μία ςθμαντικι μερίδα τθσ ςυνολικισ παραγωγισ ενζργειασ από τον γαλαξία εκπζμπεται από μία πθγι διαφορετικι από τα αςτζρια, τθ ςκόνθ και το διαςτρικό μζςο. Ρικανότατα αυτι θ πθγι είναι ο δίςκοσ προςαφξθςθσ μιασ τεράςτιασ μαφρθσ τρφπασ ςτον πυρινα του γαλαξία. Θ ενζργεια εκλφεται από τα υλικά από τον δίςκο που πζφτουν μζςα ςτθ μαφρθ τρφπα. Ειδικι κατθγορία αυτϊν των γαλαξιϊν αποτελοφν επίςθσ οι κβάηαρσ, που ανακαλφφκθκαν κατά τθ δεκαετία του 1960. Ρρόκειται για τα πιο μακρινά αντικείμενα που μποροφμε ςιμερα να παρατθριςουμε (βρίςκονται ςτα όρια του ορατοφ Σφμπαντοσ) και είναι ενεργοί γαλαξίεσ που εκπζμπουν τεράςτια ποςά ενζργειασ ςτο διαγαλαξιακό διάςτθμα.
25
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Χαρακτηριςτικϊ Σύςταςη Γαλαξιών Ππωσ απζδειξαν οι ζρευνεσ των τελευταίων 10ετιϊν, κακζνασ των γαλαξιϊν ςυνίςταται από αςτζρεσ, νεφελϊματα και μεςοαςτρικι φλθ. Οι αςτζρεσ κακενόσ γαλαξία είναι ιλιοι, όπωσ ο Ιλιοσ μασ. Το πλικοσ των αςτζρων εκάςτου γαλαξία δεν είναι δυνατόν να καταμετρθκεί διότι λόγω τθσ μεγάλθσ απόςταςθσ των γαλαξιϊν δεν κακίςταται εφκαιρθ θ παρατιρθςι τουσ ειδικότερα ςτουσ πυρινεσ τουσ. Μόνο ςτουσ πλθςιζςτερουσ γαλαξίεσ διακρίνονται αςτζρεσ και πάλι όχι ςτουσ πυρινεσ αλλά ςτουσ βραχίονζσ τουσ που είναι και αραιότεροι. Δια διαφόρων όμωσ μεκόδων οι αςτρονόμοι προςδιορίηουν τουσ αςτζρεσ ςε κάκε γαλαξία να είναι τθσ αρικμθτικισ τάξεωσ των δεκάδων ζωσ εκατοντάδων διςεκατομμυρίων. Τα νεφελϊματα κακενόσ γαλαξία είναι φλθ νεφελϊδθσ, ςχετικά πυκνι, ςυνικωσ ςκοτεινι, εκτόσ και αν φωτίηεται από γειτονικοφσ αςτζρεσ, οπότε και φαίνεται φωτεινι. Τα νεφελϊματα διακρίνονται ωσ ςκοτεινζσ κθλίδεσ ι ςκοτεινζσ ταινίεσ οι οποίεσ και αμαυρϊνουν κατά τόπουσ τόςο τον πυρινα όςο και τουσ βραχίονεσ κακενόσ γαλαξία. Τζλοσ θ μεςοαςτρικι φλθ είναι φλθ διάςπαρτθ από αζρια και αςτρικι ςκόνθ πολφ αραιότερθ από τθν φλθ των νεφελωμάτων, θ οποία επειδι πλθροί τον μεςοαςτρικό χϊρο μεταξφ των αςτζρων του κάκε γαλαξία ονομάςκθκε μεςοαςτρικι. Θ μεςοαςτρικι φλθ είναι ανάλογθ με τθν υπάρχουςα ανάμεςα ςτουσ γαλαξίεσ και που ονομάηεται εξ αυτοφ διαγαλαξιακι ι μεςογαλαξιακι φλθ. Μϋγεθοσ Γαλαξιών Επειδι το ςχιμα τουσ με εξαίρεςθ τουσ ςφαιροειδείσ είναι γενικά πεπλατυςμζνο και μάλιςτα ςτουσ ςπειροειδείσ γαλαξίεσ φαίνεται πολφ πεπιεςμζνο, γι' αυτό οι διαςτάςεισ των γαλαξιϊν προςδιορίηονται πάντα με δφο αρικμοφσ. Εκ των οποίων, ο ζνασ δίνει τθ διάμετρο του γαλαξία (ακριβζςτερα το μικοσ του μεγάλου άξονα του ελλειψοειδοφσ – αμφίκυρτου φακοειδοφσ - ςχιματόσ του), ενϊ ο άλλοσ παρζχει το μικοσ του μικροφ άξονα που αντιςτοιχεί ςτο πάχοσ του γαλαξία. Ζχει βρεκεί ότι θ «διάμετροσ» των γαλαξιϊν ποικίλλει και είναι τθσ τάξεωσ των χιλιάδων ι των δεκάδων χιλιάδων ετϊν φωτόσ. Συνικωσ τα μεγζκθ των μεγάλων αξόνων των γαλαξιϊν κυμαίνονται μεταξφ 20 – 60 ε.φ. Ο δε μικρόσ άξονασ περιορίηεται γενικά ςτο δζκατο του μεγάλου. Κατά κανόνα μεγαλφτεροι γαλαξίεσ είναι οι ςπειροειδείσ γαλαξίεσ. Οι ςπειροειδείσ γαλαξίεσ μποροφν να ζλκουν με τθ βαρφτθτά τουσ γειτονικοφσ γαλαξίεσ νάνουσ, ςτρεβλϊνοντασ το ςχιμα τουσ. Θ επιρροι αυτι προκαλεί, με τον καιρό, τθ δθμιουργία δομϊν μεταξφ των δφο γαλαξιϊν, με αποτζλεςμα ο μικρότεροσ γαλαξίασ τελικά να ενςωματϊνεται μζςα ςτον ςπειροειδι, αυξάνοντασ το μζγεκοσ του δεφτερου.
26
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Περιςτροφό Γαλαξιών Συνικωσ ο μικρόσ άξονασ του ελλειψοειδοφσ ςχιματοσ ενόσ γαλαξία είναι ςυγχρόνωσ και ο «άξονασ περιςτροφισ» του. Τθ περιςτροφι των γαλαξιϊν μαρτυρεί, κατ' αρχιν, το ίδιο το ςχιμα τουσ, ενϊ οι ςπειροειδείσ βραχίονζσ τουσ καταδεικνφουν ςαφϊσ και τθ φορά προσ τθν οποία περιςτρζφεται ζνασ γαλαξίασ. Με τθ βοικεια βζβαια του φαςματοςκοπίου κατορκϊκθκε όχι μόνο να επιβεβαιωκεί θ περιςτροφι των γαλαξιϊν αλλά και ακόμθ να μετρθκεί θ ταχφτθτα περιςτροφισ τουσ. Θ ταχφτθτα δε αυτι φκάνει ι και να υπερβαίνει τα 300 km/s (χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο) ςτα εξωτερικά όρια των βραχιόνων. Μϊζα Γαλαξιών Θ ταχφτθτα περιςτροφισ ενόσ γαλαξία επιτρζπει να υπολογιςκεί και θ μάηα του, δθλαδι το ποςόν τθσ φλθσ που περιζχει. Εξάλλου, όταν είναι γνωςτζσ οι διαςτάςεισ και θ μάηα ενόσ γαλαξία, εφκολα υπολογίηεται και θ μζςθ πυκνότθτα τθσ φλθσ του από τον γνωςτό τφπο ρ=m/v, όπου ρ = θ πυκνότθτα, m = θ μάηα και v = ο όγκοσ του γαλαξία. Βρζκθκε ζτςι πωσ θ μάηα των μεγάλων γαλαξιϊν μπορεί να είναι και 300 διςεκατομμφρια φορζσ μεγαλφτερθ τθσ μάηασ του Θλίου μασ. Οι περιςςότεροι όμωσ γαλαξίεσ ζχουν μάηα μικρότερθ τθσ τάξεωσ των 6•1010 και 2•1010 θλιακϊν μαηϊν. Υπάρχουν όμωσ και γαλαξίεσ με μάηα ίςθ προσ ζνα μόνο διςεκατομμφριο φορζσ τθ μάηα του Θλίου μασ. Οι εξαγωγζσ αυτϊν των μετριςεων τθσ μάηασ των γαλαξιϊν είναι εκείνεσ που επιτρζπουν τθν ζμμεςθ εκτίμθςθ και του πλικουσ των αςτζρων που περιζχονται ςε κάκε γαλαξία, αν υποτεκεί ότι θ μζςθ μάηα των αςτζρων είναι ίςθ προσ τθν θλιακι μάηα. Από αυτό εξάγεται και το ςυμπζραςμα (που αναφζρκθκε παραπάνω ςτθ «Σφςταςθ Γαλαξιϊν») πωσ το πλικοσ των αςτζρων εκάςτου γαλαξία είναι τθσ τάξεωσ των 10-άδων ι 100-άδων διςεκατομμυρίων. Εξϋλιξη Τα τρζχοντα κοςμολογικά μοντζλα του πρϊιμου Σφμπαντοσ βαςίηονται ςτθ κεωρία του Big Bang. Ρερίπου 300.000 χρόνια μετά το γεγονόσ αυτό, τα άτομα του υδρογόνου και του θλίου άρχιςαν να διαμορφϊνονται, ςε μια εκδιλωςθ που ονομάηεται αναςυνδυαςμόσ. Σχεδόν όλα τα υδρογόνα ιταν ουδζτερα (μθ ιονιςμζνα) και απορρόφθςαν εφκολα το φωσ, και δεν είχαν ακόμθ ςυςτακεί άςτρα. Ωσ αποτζλεςμα, αυτι θ περίοδοσ ζχει χαρακτθριςτεί ωσ ο «Σκοτεινόσ Αιϊνασ». Ιταν από τισ διακυμάνςεισ τθσ πυκνότθτασ (ι ανιςότροπα παρατυπίεσ) ςε αυτι τθ αρχζγονθ φλθ που οι μεγαλφτερεσ δομζσ άρχιςαν να εμφανίηονται. Ωσ αποτζλεςμα, τθσ μάηασ θ βαρυονικι φλθ άρχιςε να ςυμπυκνϊνονται ςε φωτοςτζφανα ψυχρισ
Εικόνα 11: Ο I Zwicky 18 (κάτω αριςτερά) μοίαηει με ζνα πρόςφατα ςχθματιςμζνο γαλαξία.
27
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
ςκοτεινισ φλθσ. Αυτζσ οι αρχζγονεσ δομζσ κα γίνουν τελικά οι γαλαξίεσ που βλζπουμε ςιμερα. Αποδεικτικά ςτοιχεία για τθν πρϊιμθ εμφάνιςθ των γαλαξιϊν βρζκθκαν το 2006, όταν ανακαλφφκθκε ότι ο γαλαξίασ ΛΟΚ-1 ζχει μία αςυνικιςτα υψθλι ερυκρι μετατόπιςθ τθσ τάξθσ του 6,96 και άρα αντιςτοιχεί ςε μόλισ 750 εκατομμφρια χρόνια μετά το Big Bang, κακιςτϊντασ τον τον πιο απομακρυςμζνο και αρχζγονο γαλαξία που ζχουμε δει. Αν και οριςμζνοι επιςτιμονεσ ζχουν υποςτθρίξει ότι άλλα αντικείμενα (όπωσ το Abell 1835 IR1916) ζχουν υψθλότερεσ ερυκρζσ μετατοπίςεισ (και ωσ εκ τοφτου κεωροφνται ότι ανικουν ςε προγενζςτερο ςτάδιο τθσ εξζλιξθσ του Σφμπαντοσ), θ θλικία και θ ςφνκεςθ του ΛΟΚ-1 είναι πιο αξιόπιςτα "τεκμθριωμζνθ". Θ φπαρξθ ενόσ τζτοιου πρϊιμου πρωτογαλαξία ςθμαίνει ότι πρζπει να ζχει ωριμάςει ςτον λεγόμενο «Σκοτεινό Αιϊνα». Μζςα ςε ζνα διςεκατομμφριο χρόνια από τον ςχθματιςμό ενόσ γαλαξία, αρχίηουν να εμφανίηονται οι βαςικζσ δομζσ: Σφαιρωτά ςμινθ, θ κεντρικι μαφρθ τρφπα, και μια γαλαξιακι διόγκωςθ αποτελοφμενθ από τα φτωχά ςε μζταλλα αςτζρια που αποτελοφν τον Ρλθκυςμό ΛΛ. Θ δθμιουργία μια υπερμεγζκουσ μαφρθσ τρφπασ φαίνεται να διαδραματίηει ςθμαντικό ρόλο γιατί φζρεται να ρυκμίηει τθν ανάπτυξθ των γαλαξιϊν και να περιορίηει το ςυνολικό ποςό των ουςιϊν που ζχουν προςτεκεί. Κατά τθ διάρκεια αυτισ τθσ πρϊιμθσ εποχισ, οι γαλαξίεσ υπζςτθςαν ριηικζσ εκριξεισ για ςχθματιςμοφσ νζων άςτρων. Κατά τα επόμενα δφο διςεκατομμφρια χρόνια, θ ςυςςωρευμζνθ φλθ εγκακίςταται ςταδιακά ςε ζνα γαλαξιακό δίςκο. Ζνασ γαλαξίασ κα ςυνεχίςει να απορροφά υλικό από τα ςφννεφα υψθλισ ταχφτθτασ και νάνουσ γαλαξίεσ ςε όλθ τθ διάρκεια τθσ ηωισ του. Θ φλθ αυτι είναι κυρίωσ υδρογόνο και ιλιο. Ο κφκλοσ τθσ αςτρικισ γζννθςθσ και του κανάτου αυξάνει ςιγά-ςιγά τθν αφκονία των βαρζων ςτοιχείων, και τελικά επιτρζπει τον ςχθματιςμό των πλανθτϊν. Θ εξζλιξθ των γαλαξιϊν μπορεί να επθρεαςτεί ςθμαντικά από τισ αλλθλεπιδράςεισ και τισ μεταξφ τουσ ςυγκροφςεισ. Οι ςυγχωνεφςεισ των γαλαξιϊν ιταν κάτι ςυνθκιςμζνο κατά τθν πρϊιμθ εποχι, και θ πλειονότθτα των γαλαξιϊν ιταν περίεργοι ςτθ μορφολογία. Λαμβάνοντασ υπόψθ τισ αποςτάςεισ μεταξφ των αςτεριϊν, θ μεγάλθ πλειονότθτα των αςτρικϊν ςυςτθμάτων των ςυγκρουόμενων γαλαξιϊν κα μείνει ανεπθρζαςτθ. Ωςτόςο, θ βαρυτικι απογφμνωςθ του διαςτρικοφ αερίου και ςκόνθσ που αποτελεί τουσ ςπειροειδείσ βραχίονεσ παράγει μια μακρά ςερπατίνα των άςτρων που είναι γνωςτι ωσ παλιρροϊκι ουρά. Ραραδείγματα αυτϊν των ςχθματιςμϊν μπορεί να δει κάποιοσ ςτουσ NGC 4676 ι τουσ Γαλαξίεσ Κεραίεσ. Ωσ παράδειγμα αυτισ τθσ αλλθλεπίδραςθσ, ο Γαλαξίασ μασ και ο γειτονικόσ γαλαξίασ τθσ Ανδρομζδασ κινοφνται ο ζνασ προσ τον άλλο, με περίπου 130 km / s, και -ανάλογα με τισ πλευρικζσ κινιςεισ- οι δφο ενδζχεται να ςυγκρουςτοφν ςε περίπου πζντε ζωσ ζξι διςεκατομμφρια χρόνια. Ραρά το γεγονόσ ότι ο Γαλαξίασ μασ δεν φαίνεται ποτζ να ςυγκροφςτθκε με ζνα γαλαξία τόςο μεγάλο όςο τθσ Ανδρομζδασ πριν, τα αποδεικτικά ςτοιχεία για παλαιότερεσ ςυγκροφςεισ του με τουσ μικρότερουσ γαλαξίεσ νάνουσ αυξάνονται.
28
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Τζτοιεσ μεγάλθσ κλίμακασ αλλθλεπιδράςεισ είναι ςπάνιεσ. Πςο περνάει ο καιρόσ, οι ςυγχωνεφςεισ των δφο ςυςτθμάτων ίςου μεγζκουσ γίνονται πιο αραιζσ. Οι περιςςότεροι φωτεινοί γαλαξίεσ ζχουν παραμείνει ουςιαςτικά αμετάβλθτοι για τα τελευταία διςεκατομμφρια χρόνια, και το κακαρό ποςοςτό του ςχθματιςμοφ αςτεριϊν πικανϊσ κορυφϊκθκε επίςθσ περίπου δζκα διςεκατομμφρια χρόνια πριν. Δομϋσ μεγϊλησ κλύμακασ Ο ακριβισ αρικμόσ των γαλαξιϊν του Σφμπαντοσ είναι ακόμθ απροςδιόριςτοσ. Και αυτό διότι όπωσ αναφζρκθκε ςτο άρκρο Σφμπαν τα ςφγχρονα τθλεςκόπια διειςδφουν ςιμερα μζχρι ςχεδόν ςτο ιμιςυ τθσ ακτίνασ του Σφμπαντοσ. Δεν κα πρζπει να μασ διαφεφγει ότι ζνα μεγάλο μζροσ από το φωσ των γαλαξιϊν που διατρζχει το διάςτθμα μζχρι να φκάςει ςτθ Γθ απορροφάται κατά μεγάλο μζροσ από τθν «μεςογαλαξιακι φλθ» ζτςι ϊςτε να κακίςταται αδφνατοσ ακόμθ και ο αμυδρότεροσ εντοπιςμόσ των πλζον μακρινϊν γαλαξιϊν και υπό τισ πλζον ιδανικότερεσ γιινεσ ςυνκικεσ παρατιρθςθσ. Ραρά ταφτα είναι δυνατόν να Εικόνα 12: Η τετράδα του τεφάνου είναι ζνα υπολογιςκεί το πλικοσ των γαλαξιϊν με παράδειγμα μίασ ςυμπυκνωμζνθσ ομάδασ μοναδικό όμωσ περιοριςμό τθν «τάξθν» του αλλθλεπιδρώντων γαλαξιών. πλικουσ αυτϊν. Ζτςι υπολογίςκθκε ότι οι γαλαξίεσ ανζρχονται ςτθν τάξθ των τριςεκατομμυρίων. Είναι φανερό πωσ ςε τζτοια μεγάλα (κοινϊσ «αςτρονομικά») μεγζκθ ο κακοριςμόσ μεγαλφτερθσ ακρίβειασ περιττεφει. Ζρευνεσ βακζωσ ουρανοφ δείχνουν ότι οι γαλαξίεσ βρίςκονται ςυχνά ςε ςχετικά ςτενι ςυςχζτιςθ με άλλουσ γαλαξίεσ. Μοναχικοί γαλαξίεσ που δεν ζχουν ςθμαντικά αντιδράςει με άλλο γαλαξία των ςυγκρίςιμθσ μάηασ κατά τα τελευταία διςεκατομμφρια χρόνια είναι ςχετικά ςπάνιοι. Μόνο το 5% (μάλλον) των ερευνθκζντων γαλαξιϊν ζχει βρεκεί να είναι πραγματικά απομονωμζνοι· ωςτόςο, αυτοί οι μεμονωμζνοι ςχθματιςμοί μπορεί να ζχουν αλλθλεπιδράςει ι ακόμα και ςυγχωνεφκει με άλλουσ γαλαξίεσ ςτο παρελκόν και μπορεί να είναι ακόμα ςε τροχιά γφρω τουσ μικρότεροι «γαλαξίεσ δορυφόροι». Μεμονωμζνοι γαλαξίεσ μποροφν να παράγουν αςτζρια ςε ζνα υψθλότερο ποςοςτό από το κανονικό, κακϊσ το αζριό τουσ δεν ζχει απομακρυνκεί από άλλουσ κοντινοφσ γαλαξίεσ. Σε μεγάλθ κλίμακα, το Σφμπαν ςυνεχϊσ διαςτζλλεται, με αποτζλεςμα τθ μζςθ αφξθςθ τθσ απόςταςθσ μεταξφ των γαλαξιϊν (βλζπε νόμοσ του Hubble). Σμινθ γαλαξιϊν μπορεί να ξεπεράςουν αυτιν τθ διαςτολι ςε τοπικι κλίμακα μζςω τθσ αμοιβαίασ βαρυτικισ ζλξθσ τουσ. Αυτζσ οι ςυγκεντρϊςεισ ςχθματίςτθκαν ςτισ αρχζσ του Σφμπαντοσ, κακϊσ μάηεσ ςκοτεινισ φλθσ τράβθξε τουσ γαλαξίεσ μαηί. Κοντινζσ ομάδεσ αργότερα ςυγχωνεφκθκαν για να ςχθματίςουν μεγαλφτερθσ κλίμακασ ςυμπλζγματα. Αυτι θ εν εξελίξει διαδικαςία ςυγχϊνευςθσ κερμαίνει το διαγαλαξιακό υλικό μζςα ςε ζνα ςμινοσ ςε πολφ υψθλζσ κερμοκραςίεσ, φκάνοντασ τα 30-100 μεγακζλβιν. Ρικανότατα το 70 - 80% τθσ μάηασ ςε ζνα ςφμπλεγμα είναι με τθ μορφι τθσ ςκοτεινισ φλθσ, με το 10 - 30% να αποτελείται από αυτό 29
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
το αζριο που κερμαίνεται και το υπόλοιπο μικρό ποςοςτό τθσ φλθσ με τθ μορφι των γαλαξιϊν. Οι περιςςότεροι γαλαξίεσ ςτο Σφμπαν είναι βαρυτικά ςυνδεδεμζνοι με ζναν αρικμό άλλων γαλαξιϊν. Αυτά αποτελοφν μία ςαν φράκταλ ιεραρχία ςυμπλζγματοσ δομϊν, με τισ μικρότερεσ των ενϊςεων αυτϊν να ονομάηονται ομάδεσ. Μία ομάδα γαλαξιϊν είναι ο πιο κοινόσ τφποσ μιασ γαλαξιακισ ζνωςθσ, και αυτοί οι ςχθματιςμοί περιζχουν τθν πλειονότθτα των γαλαξιϊν (όπωσ και τθν περιςςότερθ από τθ βαρυονικι μάηα) ςτο Σφμπαν. Για να παραμείνουν βαρυτικά ςυνδεδεμζνοι ςε μια τζτοια ομάδα, κάκε γαλαξίασ μζλοσ πρζπει να ζχει μία αρκετά χαμθλι ταχφτθτα για να το αποτρζψει από τθ διαφυγι (βλζπε κεϊρθμα Virial). Αν δεν υπάρχει επαρκισ κινθτικι ενζργεια, ωςτόςο, θ ομάδα μπορεί να εξελιχκεί ςε ζναν μικρότερο αρικμό γαλαξιϊν μζςω ςυγχωνεφςεων. Οι μεγαλφτερεσ δομζσ που περιζχουν πολλζσ χιλιάδεσ γαλαξίεσ ςτριμωγμζνουσ ςε μία περιοχι λίγων μεγαπαρςζκ ονομάηονται γαλαξιακά ςμινθ. Τα ςμινθ των γαλαξιϊν ςυχνά κυριαρχοφνται από ζνα γιγάντιο ελλειπτικό γαλαξία, γνωςτό ωσ το πιο λαμπρό γαλαξία του ςμινουσ, ο οποίοσ, με τθν πάροδο του χρόνου, καταςτρζφει βαρυτικά τουσ γαλαξίεσδορυφόρουσ του και τουσ αφομοιϊνει ςτθ δικιά του μάηα. Τα γαλαξιακά υπερςμινθ περιζχουν δεκάδεσ χιλιάδεσ γαλαξίεσ, που βρίςκονται ςε ςμινθ, ομάδεσ και μερικζσ φορζσ απομονωμζνοι. Στθν κλίμακα των υπερςμθνϊν, οι γαλαξίεσ είναι τοποκετθμζνα ςε φφλλα και οι ςυνεχείσ ίνεσ γφρω από τεράςτια κενά. Ράνω απ' αυτιν τθν κλίμακα, το Σφμπαν φαίνεται να είναι ιςότροπο και ομοιογενζσ. Στα Γαλαξιακά ςυςτιματα που πρϊτοσ διαπίςτωςε ο Γερμανόσ αςτρονόμοσ W. Baade (Μπάαντε) εξαιρετικό ενδιαφζρον παρουςιάηει θ Τοπικι ομάδα γαλαξιϊν, θ οποία με τθ ςειρά τθσ ανικει ςτο τοπικό υπερςμινοσ, του οποίου το κεντρικό ςμινοσ είναι το ςμινοσ τθσ Ραρκζνου.
30
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Αςτϋρεσ Στθν Αςτρονομία γενικά αςτζρασ ι απλανισ (ςε αντιδιαςτολι με τον πλανιτθ), ονομάηεται το κάκε ουράνιο ςϊμα που διατθρεί όλεσ εκείνεσ τισ ιδιότθτεσ του δικοφ μασ Θλίου πζριξ του οποίου περιςτρζφεται θ Γθ. Συνεπϊσ όλοι οι αςτζρεσ είναι Ιλιοι εκ των οποίων και παρατθρείται κατάςτικτοσ ο ουράνιοσ κόλοσ. Κατά τθν Αςτροφυςικι ο κάκε αςτζρασ Εικόνα 13: Σο νεφζλωμα Λιμνοκάλαςςασ αποτελεί μία είναι ζνα λαμπερό αζριο ουράνιο ςϊμα τεράςτια περιοχι δθμιουργίασ άςτρων ςτον Γαλαξια μασ. που παράγει ενζργεια από πυρθνικζσ αντιδράςεισ ςφντθξθσ που ςυμβαίνουν ςτον πυρινα του. Πταν θ μάηα του ςϊματόσ του είναι μικρότερθ από 0.08 φορζσ τθσ μάηασ του ιλιου οι πιζςεισ και οι κερμοκραςίεσ που αναπτφςςονται ςτο κζντρο του, δεν επαρκοφν προκειμζνου να αρχίςουν οι πυρθνικζσ ςυντιξεισ. Επομζνωσ θ μάηα όλων των αςτζρων είναι μεγαλφτερθ από τθν ανωτζρω ποςότθτα. Οι αςτζρεσ γεννιοφνται ςε νεφελϊματα, όταν μία περιοχι καταρρεφςει από το βάροσ τθσ. Πταν το νεφζλωμα είναι αρκετά πυκνό, αρχίηουν οι πυρθνικζσ αντιδράςεισ, κακϊσ το υδρογόνο μετατρζπεται ςε ιλιο μζςω τθσ πυρθνικισ ςφντθξθσ. Πςο το άςτρο εκτελεί αυτι τθ διαδικαςία, βρίςκεται ςτθν κφρια ακολουκία. Θ εςωτερικι πίεςθ αποτρζπει το άςτρο από τθν κατάρρευςθ. Πταν τελειϊςει αυτι θ φάςθ, αςτζρεσ με μάηα τουλάχιςτον 0,4 φορζσ όςο θ θλιακι Εικόνα 14: Ο Ήλιοσ, 8,5 λεπτά φωτόσ μετατρζπονται ςε ερυκροφσ γίγαντεσ και ςυντικουν μακριά, είναι το κοντινότερο ςτθ Γθ άςτρο βαρφτερα ςτοιχεία. Στθ ςυνζχεια αςτζρεσ ςαν τον ιλιο απομακρφνουν τθν ατμόςφαιρά τουσ και μετατρζπονται ςε λευκοφσ νάνουσ. Αςτζρια δζκα ι περιςςότερεσ φορζσ από τον ιλιο ςυντικουν όλο και βαρφτερα ςτοιχεία, μζχρι ςχθματιςτεί ςίδθροσ. Τότε εκριγνυνται ωσ υπερκαινοφανείσ αςτζρεσ και το αντικείμενο που μζνει είναι απίςτευτα ςυμπυκνωμζνο. Αυτά τα αντικείμενα είναι οι αςτζρεσ νετρονίων και οι μαφρεσ τρφπεσ. Ραρατθρϊντασ κυρίωσ τθ νφκτα, ςτον Ουράνιο κόλο, τουσ αςτζρεσ διαπιςτϊνεται ότι αυτοί δεν κατανζμονται ομοιόμορφα ςϋ αυτόν, ενϊ παρουςιάηουν κάποια ευδιάκριτα ςυμπλζγματα τα οποία και ονομάηονται αςτεριςμοί. Οι αςτζρεσ βρίςκονται καταχωρθμζνοι ςε καταλόγουσ. Από τθ παρατιρθςθ των αςτζρων αυτοί διακρίνονται ςε τρεισ κατθγορίεσ: Αειφανείσ αςτζρεσ, που παρατθροφνται όλο το 24ωρο, πάνω από τον ορίηοντα. Αφανείσ αςτζρεσ, που παραμζνουν όλο το 24ωρο υπό τον ορίηοντα και θ παρατιρθςι τουσ δεν είναι εφικτι. 31
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Αμφιφανείσ αςτζρεσ, που άλλοτε παρατθροφνται υπζρ τον ορίηοντα και άλλοτε όχι. Θ διάκριςθ αυτι είναι πολφ ςθμαντικι για τθν Αςτρονομικι ναυτιλία.
Ονομαςύα αςτϋρων Από τουσ αςτζρεσ μόνο οι 30 λαμπρότεροι φζρουν ο κακζνασ ιδιαίτερο όνομα, ςυνικωσ ελλθνικισ προζλευςθσ όπωσ ο Αρκτοφροσ ι αραβικισ όπωσ ο Αλτάιρ (= αετόσ ιπτάμενοσ). Τόςο όμωσ αυτοί οι 30 αςτζρεσ, όςο και όλοι οι άλλοι οι ορατοί χωρίσ τθλεςκόπιο, ςε κάκε αςτεριςμό, ζχουν κακοριςκεί διεκνϊσ (ο κακζνασ) με ζνα γράμμα (μικρό) του ελλθνικοφ αλφαβιτου. Το γράμμα α ζχει ςυνικωσ ο λαμπρότεροσ αςτζρασ του αςτεριςμοφ, το β ο αμζςωσ αμυδρότεροσ κ.ο.κ. Ζτςι λοιπόν ο Βζγασ, ο λαμπρότεροσ αςτζρασ του βορείου ουράνιου θμιςφαιρίου, ςτον αςτεριςμό τθσ Λφρασ, λζγεται και α Lyr (ι α τθσ Λφρασ). Εάν κάποιοσ αςτεριςμόσ ζχει περιςςότερουσ από 24 αςτζρεσ (αρκετά ςφνθκεσ) τότε αμζςωσ μετά τον ω (του ελλθνικοφ αλφαβιτου) χρθςιμοποιοφνται τα γράμματα του λατινικοφ αλφαβιτου. Μετά το τζλοσ του λατινικοφ αλφαβιτου χρθςιμοποιοφνται οι αραβικοί αρικμοί. Ρροκειμζνου δε περί των υπολοίπων αςτζρων που είναι ορατοί μόνο με τθλεςκόπια, αντί ονόματοσ χρθςιμοποιείται ο αρικμόσ με τον οποίο και ζχουν καταχωρθκεί ςτουσ αςτρικοφσ καταλόγουσ.
Αςτρικό εξϋλιξη Οι αςτζρεσ ςχθματίηονται μζςα εκτεταμζνεσ περιοχζσ με μεγαλφτερθ πυκνότθτα ςτο διαςτρικό μζςο, αν και θ πυκνότθτα είναι ακόμθ χαμθλότερθ από το εςωτερικό ενόσ επίγειου καλάμου κενοφ. Αυτζσ οι περιοχζσ ονομάηονται μοριακά νζφθ και αποτελοφνται κυρίωσ από υδρογόνο, με περίπου 23-28% ιλιο και ζνα μικρό ποςοςτό βαρφτερα ςτοιχεία. Ζνα παράδειγμα μίασ τζτοιασ περιοχισ ςχθματιςμοφ άςτρων είναι το νεφζλωμα του Ωρίωνα. Δεδομζνου ότι τα μεγάλα αςτζρια ςχθματίηονται ςτα μοριακά νζφθ, φωτίηουν ζντονα αυτά τα ςφννεφα. Μποροφν επίςθσ να ιονίςουν το υδρογόνο, δθμιουργϊντασ μία περιοχι H II. Σχηματιςμόσ πρωτοαςτϋρα Θ δθμιουργία ενόσ αςτεριοφ ξεκινά με μια βαρυτικι αςτάκεια ςτο εςωτερικό ενόσ μοριακοφ νζφουσ, που ςυχνά προκαλείται από τα κρουςτικά κφματα ενόσ υπερκαινοφανι (μαηικι αςτρικι ζκρθξθ) ι τθ ςφγκρουςθ δφο γαλαξιϊν (όπωσ ςε ζναν αςτρογόνο γαλαξία). Μόλισ μια περιοχι ζχει φκάςει ςε επαρκι πυκνότθτα φλθσ για να ικανοποιιςει τα κριτιρια για τθ δθμιουργία τθσ αςτάκειασ Τηιν αρχίηει να καταρρζει κάτω από τθ δφναμθ τθσ δικισ του βαρφτθτασ . Κακϊσ το νζφοσ καταρρζει, μεμονωμζνεσ ςυγκεντρϊςεισ τθσ πυκνισ ςκόνθσ και του αερίου αποτελοφν αυτό που είναι γνωςτό ωσ ςφαιρίδιο του Bok. Κακϊσ ζνα ςφαιρίδιο καταρρζει και θ πυκνότθτα αυξάνει, θ βαρυτικι ενζργεια μετατρζπεται ςε κερμότθτα και θ κερμοκραςία ανεβαίνει. Πταν το πρωταςτρικό νζφοσ ζχει φτάςει περίπου ςε υδροςτατικι ιςορροπία, ζνασ πρωτοαςτζρασ ςχθματίηεται ςτον πυρινα. Αυτοί οι προ Κφριασ
32
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ακολουκίασ αςτζρεσ ςυχνά περιβάλλονται από ζνα πρωτοπλανθτικό δίςκο. Θ περίοδοσ τθσ βαρυτικισ ςυςτολισ διαρκεί περίπου 10-15 εκατομμφρια χρόνια. Οι πρωτοαςτζρεσ που είναι μικρότεροι από 2 θλιακζσ μάηεσ ονομάηονται αςτζρεσ τφπου T Ταφρου, ενϊ αυτοί με μεγαλφτερθ μάηα είναι αςτζρεσ Herbig AE/Be. Αυτά τα νεογζννθτα αςτζρια εκπζμπουν πίδακεσ αερίου κατά μικοσ του άξονα περιςτροφισ τουσ, γεγονόσ που μπορεί να μειϊςει τθ ςτροφορμι του καταρρζοντοσ αςτζρα και να δθμιουργιςει μικρζσ περιοχζσ νζφωςθσ γνωςτζσ ωσ αντικείμενα Herbig-Haro. Αυτοί οι πίδακεσ, ςε ςυνδυαςμό με τθν ακτινοβολία από κοντινά μεγάλα άςτρα, μπορεί να βοθκιςει για να απομακρυνκεί το νζφοσ μζςα ςτο οποίο ςχθματίςτθκε το άςτρο.
Κύρια ακολουθύα Οι αςτζρεσ δαπανοφν περίπου το 90% τθσ διάρκειασ τθσ ηωισ ςτθ ςφντθξθ υδρογόνου που μετατρζπεται ςε ιλιο ςε υψθλι κερμοκραςία και υψθλι πίεςθ κοντά ςτον πυρινα. Τζτοια αςτζρια λζγεται ότι είναι ςτθν κφρια ακολουκία και ονομάηονται αςτζρια νάνοι. Ξεκινϊντασ από τθν μθδζν-θλικία ςτθν κφρια ακολουκία, θ αναλογία του θλίου ςτον πυρινα ενόσ αςτζρα κα αυξάνεται ςτακερά. Κατά ςυνζπεια, προκειμζνου να διατθρθκεί το απαιτοφμενο ρυκμό πυρθνικισ ςφντθξθσ ςτον πυρινα, το αςτζρι κα αυξιςει αργά τθ κερμοκραςία και τθ φωτεινότθτά του. Στον Ιλιο, για παράδειγμα, εκτιμάται ότι ζχει αυξθκεί ςε φωτεινότθτα κατά 40%, δεδομζνου ότι ζφταςε θ κφρια ακολουκία από 4,6 διςεκατομμφρια χρόνια. Κάκε αςτζρι δθμιουργεί ζνα αςτρικό άνεμο ςωματιδίων που προκαλεί μια ςυνεχι εκροι αερίου προσ το διάςτθμα. Για τα περιςςότερα αςτζρια, το ποςό τθσ μάηασ χάνεται είναι αμελθτζα. Ο Ιλιοσ χάνει 10−14 θλιακζσ μάηεσ κάκε χρόνο, ι περίπου το 0,01% τθσ ςυνολικισ μάηασ του για όλθ τθ διάρκεια τθσ ηωισ του. Ωςτόςο πολφ ογκϊδθ αςτζρια μποροφν να χάςουν 10−7 ζωσ 10−5 θλιακζσ μάηεσ κάκε χρόνο, γεγονόσ που επθρεάηει ςθμαντικά τθν εξζλιξθ τουσ. Τα αςτζρια που αρχίηουν με πάνω από 50 θλιακζσ μάηεσ μπορεί να χάςει πάνω από το ιμιςυ ςυνολικισ μάηασ τουσ κατά τθν παραμονι τουσ ςτθν κφρια ακολουκία. Θ χρονικι διάρκεια που ζνα αςτζρι δαπανά ςτθν κφρια ακολουκία εξαρτάται πρωτίςτωσ από τθν ποςότθτα καυςίμου που ζχει να ςυντιξει και το ρυκμό με τον οποίο ςυντικει αυτό το καφςιμο, δθλαδι από τθν αρχικι του μάηα και φωτεινότθτα. Για τον Ιλιο, αυτό το διάςτθμα εκτιμάται ότι είναι περίπου 1010 χρόνια (10 διςεκατομμφρια χρόνια). Τα μεγάλα αςτζρια καταναλϊνουν τα καφςιμά τουσ πολφ γριγορα και είναι βραχφβια. Τα μικρά αςτζρια (που ονομάηεται κόκκινο νάνοι) καταναλϊνουν τα καφςιμά τουσ με πολφ αργό ρυκμό και διαρκοφν δεκάδεσ ζωσ εκατοντάδεσ διςεκατομμφρια χρόνια. Στο τζλοσ τθσ ηωισ τουσ, κα γίνουν απλά αχνότερα και αχνότερα. Ωςτόςο, δεδομζνου ότι θ διάρκεια ηωισ αυτϊν των αςτζρων είναι μεγαλφτερθ από τθν τρζχουςα θλικία του ςφμπαντοσ (13,7 δις. χρόνια), δεν αναμζνεται ερυκροί νάνοι να ζχουν φτάςει ακόμα ςε αυτό το ςτάδιο. Εκτόσ από τθ μάηα, το ποςοςτό των ςτοιχείων που είναι βαρφτερα από το ιλιο μπορεί να διαδραματίςει ςθμαντικό ρόλο ςτθν εξζλιξθ των άςτρων. Στθν αςτρονομία όλα τα ςτοιχεία βαρφτερα από το ιλιο κεωροφνται «μζταλλα», και θ ςυγκζντρωςθ αυτϊν των χθμικϊν ςτοιχείων ονομάηεται μεταλλικότθτα. Θ μεταλλικότθτα μπορεί να επθρεάςει τθ διάρκεια που ζνα αςτζρι κα κάψει τα καφςιμά του, ελζγχει το ςχθματιςμό των μαγνθτικϊν πεδίων 33
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
και να τροποποιιςει τθ δφναμθ του αςτρικοφ ανζμου. Ραλαιότερα, ο πλθκυςμόσ αςτζρων ΛΛ ζχουν ςθμαντικά μικρότερθ μεταλλικότθτα από ό, τι οι νεότεροι, οι αςτζρεσ πλθκυςμοφ I, λόγω τθσ ςφνκεςθσ των μοριακϊν νεφϊν από τα οποία ςχθματίηονται. (Με τθν πάροδο του χρόνου γίνονται αυτά τα ςφννεφα εμπλουτίηονται όλο και περιςςότερο με βαρφτερα ςτοιχεία, κακϊσ τα μεγαλφτερα αςτζρια πεκαίνουν και απομακρφνουν τμιματα τθσ ατμόςφαιράσ τουσ.) Μετϊ την κύρια ακολουθύα Κακϊσ αςτζρια με μάηα τουλάχιςτον 0,4 θλιακζσ μάηεσ εξαντλοφν το υδρογόνο ςτον πυρινα τουσ, τα εξωτερικά ςτρϊματά τουσ επεκτείνονται ςε μεγάλο βακμό και γίνονται πιο δροςερά για να ςχθματίςουν ζνα κόκκινο γίγαντα. Για παράδειγμα, ςε περίπου 5 διςεκατομμφρια χρόνια, όταν ο Ιλιοσ κα είναι ζνασ ερυκρόσ γίγαντασ, κα αναπτυχκεί ςε μζγιςτθ ακτίνα περίπου 1 αςτρονομικι μονάδα (150 εκατομμφρια χιλιόμετρα), 250 φορζσ το ςθμερινό του μζγεκόσ του. Ωσ γίγαντασ, ο Ιλιοσ κα χάςει περίπου το 30% τθσ τρζχουςασ μάηασ του. Σε ζνα ερυκρό γίγαντα με μάηα μζχρι 2,25 θλιακζσ μάηεσ, θ ςφντθξθ υδρογόνου προχωρά ςε ζνα κζλυφοσ-ςτρϊμα που περιβάλλει τον πυρινα. Τελικά, ο πυρινασ ςυμπιζηεται αρκετά για να ξεκινιςει ςφντθξθ θλίου, και το αςτζρι τϊρα ςταδιακά ςυρρικνϊνεται ςε ακτίνα και αυξάνει τθ κερμοκραςία τθσ επιφάνειάσ του. Για τα μεγαλφτερα αςτζρια, θ περιοχι πυρινα μεταβαίνει απευκείασ από τθ ςφντθξθ υδρογόνο ςτθ ςφντθξθ θλίου. Αφοφ το άςτρο ζχει καταναλϊςει το ιλιο ςτον πυρινα, θ ςφντθξθ ςυνεχίηεται ςε ζνα κζλυφοσ γφρω από ζνα καυτό πυρινα άνκρακα και οξυγόνου. Το αςτζρι ςτθ ςυνζχεια ακολουκεί μια εξελικτικι πορεία που είναι παράλλθλθ με τθν αρχικι φάςθ του ερυκροφ γίγαντα, αλλά ςε υψθλότερθ κερμοκραςία τθσ επιφάνειασ.
Ογκώδη ϊςτρα Κατά τθ διάρκεια τθσ φάςθσ καφςθσ του θλίου, τα αςτζρια με πολφ υψθλι, δθλαδι με μάηα μεγαλφτερθ από εννζα θλιακζσ μάηεσ κα επεκτακοφν για να ςχθματίςουν ερυκροφσ υπεργίγαντεσ. Μόλισ αυτό το καφςιμο ζχει εξαντλθκεί ςτον πυρινα, μποροφν να ςυνεχίςουν να ςυντικουν ςτοιχεία βαρφτερα από το ιλιο. Ο πυρινασ ςυςτζλλεται ζωσ ότου θ κερμοκραςία και θ πίεςθ να είναι επαρκείσ για να ςυντιξουν άνκρακα. Θ διαδικαςία αυτι ςυνεχίηεται, με τα διαδοχικά ςτάδιά τθσ να τροφοδοτοφνται από νζον, οξυγόνο και πυρίτιο. Κοντά ςτο τζλοσ τθσ ηωισ του αςτεριοφ, θ ςφντθξθ μπορεί να ςυμβεί κατά μικοσ μιασ ςειράσ κελυφϊν εντόσ του αςτζρα, προςδίδοντάσ του μια μορφι κρεμμυδιοφ. Κάκε κζλυφοσ ςυντικει ζνα διαφορετικό ςτοιχείο, με τισ εξϊτερεσ περιοχζσ να ςυντικουν υδρογόνο, το επόμενο ιλιο, και οφτω κακ 'εξισ. Το τελικό ςτάδιο επιτυγχάνεται όταν το αςτζρι αρχίηει τθν παραγωγι ςιδιρου. Επειδι οι πυρινεσ ςιδιρου είναι πιο ςτενά ςυνδεδεμζνοι από κάκε βαρφτερουσ πυρινεσ, αν ςυντικονταν δεν κα απελευκερωνόταν ενζργεια-θ διαδικαςία κα ιταν, αντίκετα, να καταναλωκεί ενζργεια. Ομοίωσ, δεδομζνου ότι είναι πιο ςτενά ςυνδεδεμζνοι από όλουσ τουσ ελαφρφτερουσ πυρινεσ, θ ενζργεια δεν μπορεί να απελευκερωκεί από τθν ςχάςθ. Σε ςχετικά παλιά, πολφ ογκϊδθ αςτζρια, ζνασ μεγάλοσ πυρινασ αδρανοφσ ςιδιρου κα 34
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
ςυγκεντρωκεί ςτο κζντρο του αςτεριοφ. Τα βαρφτερα ςτοιχεία ςε αυτά τα αςτζρια μποροφν να ςυνεχίςουν τθν πορεία τουσ προσ τθν επιφάνεια, ςχθματίηοντασ αντικείμενα γνωςτά ωσ αςτζρεσ Wolf-Rayet που ζχουν ζνα ιςχυρό αςτρικό άνεμο που απομακρφνει τθν εξωτερικι ατμόςφαιρα. Κατϊρρευςη
Ζνα εξελιγμζνο, μζςου μεγζκουσ αςτζρι κα απομακρφνει πλζον τα εξωτερικά ςτρϊματά του ωσ ζνα πλανθτικό νεφζλωμα. Αν αυτό που μζνει μετά τθν απομάκρυνςθ τθσ εξωτερικισ ατμόςφαιρασ ζχει μάηα λιγότερθ από 1,4 θλιακζσ μάηεσ, ςυρρικνϊνεται ςε ζνα ςχετικά μικρό αντικείμενο (περίπου το μζγεκοσ τθσ Γθσ) που δεν είναι αρκετά ογκϊδεσ για να λάβει χϊρα περαιτζρω ςυμπίεςθ. Αυτό το αντικείμενο είναι γνωςτό ωσ λευκόσ νάνοσ. Θ φλθ εκφυλιςμζνων θλεκτρονίων μζςα ςε ζνα λευκό νάνο δεν είναι πλζον πλάςμα, ακόμα κι αν αςτζρια γενικά αναφζρονται ωσ ςφαίρεσ πλάςματοσ. Οι λευκοί νάνοι τελικά κα εξαςκενίςουν ςε μαφρουσ νάνουσ ςε ζνα πολφ μεγάλο χρονικό διάςτθμα. Στα μεγαλφτερα αςτζρια, θ ςφντθξθ ςυνεχίηεται μζχρι ο πυρινασ ςιδιρου να ζχει αυξθκεί ςε μάηα τόςο ποφ (πάνω από 1,4 θλιακζσ μάηεσ), που δεν μπορεί πλζον να ςτθρίξει τθ δικι του μάηα. Αυτόσ ο πυρινασ κα καταρρεφςει ξαφνικά, κακϊσ τα θλεκτρόνιά του οδθγοφνται ςτα πρωτόνιά του, ςχθματίηοντασ νετρόνια και νετρίνα μζςα ςε μια ζκρθξθ αντίςτροφθ τθσ διάςπαςθσ βιτα, ι τθσ ςφλλθψθσ θλεκτρονίων. Το κρουςτικό κφμα που ςχθματίηεται από αυτιν τθν ξαφνικι κατάρρευςθ προκαλεί το υπόλοιπο άςτρο να εκραγεί ωσ υπερκαινοφανισ αςτζρασ. Οι Εικόνα 15: Σο νεφζλωμα του Καρκίνου, υπόλειμμα ενόσ υπερκαινοφανι που υπερκαινοφανείσ είναι τόςο φωτεινοί ϊςτε να μποροφν πρωτοπαρατθρικθκε περίπου το 1050 να επιςκιάςουν για λίγο ολόκλθρο το γαλαξία που μ.Χ. βρίςκεται ο αςτζρασ. Πταν εκδθλϊνονται εντόσ του Γαλαξία μασ, οι υπερκαινοφανείσ ζχουν ιςτορικά παρατθρθκεί με γυμνό μάτι από τουσ παρατθρθτζσ ωσ «νζα αςτζρια», όπου δεν υπιρχαν κακόλου πριν. Θ περιςςότερθ από τθν φλθ του αςτζρα απομακρφνεται από τθν ζκρθξθ (και ςχθματίηει νεφελϊματα, όπωσ το Νεφζλωμα του Καρκίνου) και αυτό που μζνει κα είναι ζνασ αςτζρασ νετρονίων (ο οποίοσ εκδθλϊνεται ενίοτε ωσ πάλςαρ ι με εκριξεισ ακτίνων Χ) ι, ςτθν περίπτωςθ των μεγαλφτερων αςτζρων (αρκετά μεγάλα για να αφιςει ζνα αςτρικό υπόλειμμα μεγαλφτερο από περίπου 4 θλιακζσ μάηεσ), μια μαφρθ τρφπα. Σε ζναν αςτζρα νετρονίων, θ φλθ είναι ςε μια κατάςταςθ γνωςτι ωσ φλθ εκφυλιςμζνων νετρονίων, με μια πιο εξωτικι μορφι του εκφυλιςμζνθ φλθ, τθν φλθ QCD, που ενδεχομζνωσ υπάρχει μζςα ςτον πυρινα. Μζςα ςε μια μαφρθ τρφπα θ φλθ είναι ςε μια κατάςταςθ που δεν είναι ςιμερα κατανοθτι.
35
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Τα εκτιναγμζνα εξωτερικά ςτρϊματα του αςτζρα που πεκαίνει περιλαμβάνουν βαρζα ςτοιχεία που μποροφν να ανακυκλωκοφν κατά τθ διάρκεια τθσ δθμιουργίασ νζων αςτζρων. Αυτά τα βαριά ςτοιχεία είναι που επιτρζπουν το ςχθματιςμό βραχωδϊν πλανθτϊν. Τα υπολείμματα υπερκαινοφανϊν και ο αςτρικόσ άνεμοσ από μεγάλα αςτζρια παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθ διαμόρφωςθ του διαςτρικό ενδιάμεςου. Παραγωγό ενϋργειασ Οι αςτζρεσ παράγουν ενζργεια με ζνα μθχανιςμό γνωςτό ωσ πυρθνικι ςφντθξθ. Θ ενζργεια που απελευκερϊνεται, οφείλεται ςτο ότι θ ενζργεια ςφνδεςθσ ανά νουκλεόνιο ςτα προϊόντα τθσ ςφντθξθσ, είναι μικρότερθ από το άκροιςμα των ενεργειϊν ςφνδεςθσ που χαρακτθρίηει κάκε αντιδρϊν ςυςτατικό τθσ ςφντθξθσ (μζχρι του ςχθματιςμό του ςιδιρου. Κατά τθν παραγωγι βαρφτερων πυρινων υπάρχει ενεργειακό ζλλειμμα). Οπότε με τθ δθμιουργία των προϊόντων ςτθ διαδικαςία τθσ ςφντθξθσ, υπάρχει ζνα "περίςςευμα" ενζργειασ, που οφείλεται ςτθ διαφορά των ενεργειϊν ςφνδεςθσ και αυτι απελευκερϊνεται ςτο περιβάλλον με μορφι κινθτικισ ενζργειασ ςτα παραπροϊόντα (πχ ςωματίδια β ι νετρίνα Εικόνα 16: Διαγραμματικι απεικόνιςθ θλεκτρονίου) και με τθ μορφι ακτινοβολίασ γάμμα. ςφντθξθσ δευτερίου με τρίτιο.
Ρυρθνικι ςφντθξθ μποροφν να δθμιουργιςουν μόνον ελαφρά ςτοιχεία, όπωσ τα ιςότοπα του υδρογόνου. Με τθν κζρμανςθ αερίου υδρογόνου ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, προκαλοφνται ςυγκροφςεισ των πυρινων των ατόμων του υδρογόνου, τόςο ορμθτικζσ και βίαιεσ που τελικά αυτοί ςυνενϊνονται δθμιουργϊντασ ςταδιακά, πυρινεσ ενόσ άλλου ςτοιχείου (μεταςτοιχείωςθ), του θλίου, εκλφοντασ ταυτόχρονα κερμικι ενζργεια. Οι πυρθνικζσ αντιδράςεισ που περιγράφουν τθν εξϊκερμθ ςφντθξθ υδρογόνου, αρχικά ςε δευτζριο και τελικά ςε ιλιο είναι οι ακόλουκεσ:
36
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Χαρακτηριςτικϊ των αςτϋρων Ηλικύα
Τα περιςςότερα αςτζρια ζχουν θλικία μεταξφ 1 δις. και 10 διςεκατομμφρια χρόνια. Μερικά αςτζρια μπορεί ακόμθ και να ζχουν θλικία κοντά ςτα 13,7 διςεκατομμυρίων ζτθ - τθ παρατθροφμενθ θλικία του ςφμπαντοσ. Ο παλαιότεροσ αςτζρασ που ζχει ανακαλυφκεί, ο HE 1523-0901, είναι περίπου 13.200 εκατομμυρίων ετϊν.
Πςο πιο ογκϊδεσ το αςτζρι, τόςο μικρότεροσ ο χρόνοσ ηωισ του, κυρίωσ επειδι τα ογκϊδθ αςτζρια ζχουν μεγαλφτερθ πίεςθ ςτουσ πυρινεσ τουσ, αναγκάηοντάσ τουσ να καίνε υδρογόνο πιο γριγορα. Τα πιο μεγάλα αςτζρια διακοφν κατά μζςο όρο περίπου ζνα εκατομμφριο χρόνια, ενϊ αςτζρια τθσ ελάχιςτθσ μάηασ (κόκκινο νάνοι) καίνε τα καφςιμά τουσ πολφ αργά και ηουν δεκάδεσ ζωσ εκατοντάδεσ διςεκατομμφρια χρόνια. Διαςτϊςεισ Πλοι οι αςτζρεσ λόγω τθσ μεγάλθσ απόςταςισ των δεν παρουςιάηονται ωσ μικροί δίςκοι (με εξαίρεςθ τον Ιλιο), αλλά φαίνονται ωσ φωτεινά ςθμεία. Ραρά ταφτα με τθ βοικεια τθσ ςυμβολισ τουσ φωτόσ των κατορκϊκθκε να μετρθκοφν οι φαινόμενοι διάμετροι αρκετϊν εξ αυτϊν, οι οποίοι και βρίςκονται πάντοτε μικρότεροι των 0",06. Τθν μεγαλφτερθ ακτινικι διάμετρο από Εικόνα 17: Σα ςχετικά μεγζκθ των πλανθτών του θλιακοφ τουσ αςτζρεσ εκτόσ του Ιλιο τθν ζχει ο ςυςτιματοσ και αρκετών γνωςτών αςτζρων. 1. Ερμισ < Άρθσ < Αφροδίτθ < Γθ υπεργίγαντασ αςτζρασ R Δόρατοσ και 2. Γθ < Ποςειδώνασ < Ουρανόσ < Κρόνοσ < Δίασ ακολουκεί ο Μπετελγκζη. Εξ αυτϊν 3. Δίασ < Wolf 359 < Ήλιοσ < είριοσ μετρικθκαν και οι πραγματικοί 4. είριοσ < Πολυδεφκθσ < Αρκτοφροσ < Αλντεμπαράν 5. Αλντεμπαράν < Ρίγκελ < Αντάρθσ < Μπετελγκζη διάμετροι. Είναι όμωσ δυνατόν να 6. Μπετελγκζη < Εράκθσ < VV Κθφζωσ < VY Μεγάλου βρεκοφν οι διαςτάςεισ των αςτζρων Κυνόσ. και από το απόλυτο μζγεκοσ αυτϊν εφόςον αυτό εξαρτάται από τθν επιφανειακι κερμοκραςία τουσ, αλλά και από τθν ζκταςθ τθσ επιφανείασ τουσ. Επομζνωσ από το απόλυτο μζγεκοσ, όταν είναι γνωςτι θ κερμοκραςία τθσ επιφανείασ ενόσ αςτζροσ, βρίςκεται και θ πραγματικι του ακτίνα. Γενικά οι αςτζρεσ διακρίνονται ανάλογα του μεγζκουσ τουσ όπωσ διαφάνθκε από τισ φαςματοςκοπικζσ ζρευνεσ ςε αςτζρεσ γίγαντεσ, υπεργίγαντεσ αλλά και αςτζρεσ νάνοι όπου των τελευταίων οι διαςτάςεισ είναι ανάλογοι του δικοφ μασ Θλίου ι και μικρότερεσ ανάλογεσ με των μεγάλων πλανθτϊν. Από τουσ μεγαλφτερουσ γνωςτοφσ αςτζρεσ είναι ο Μπετελγκζη και ο Αντάρθσ, των οποίων θ διάμετροσ είναι περίπου 800 φορζσ μεγαλφτερθ από τθν θλιακι. 37
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Κινηματικό
Θ κίνθςθ ενόσ άςτρου ςε ςχζςθ με τον Ιλιο μπορεί να παρζχει χριςιμεσ πλθροφορίεσ για τθν προζλευςθ και τθν θλικία του, κακϊσ και τθ δομι και τθν εξζλιξθ του γφρω γαλαξία. Οι ςυνιςτϊςεσ τθσ κίνθςθσ ενόσ αςτζρα αποτελείται από το ακτινικι ταχφτθτα προσ ι μακριά από τον Ιλιο, και θ τραβζρςα γωνιακι κίνθςθ, θ οποία ονομάηεται ιδία κίνθςθ.
Ακτινικι ταχφτθτα μετριζται με τθ μετατόπιςθ Doppler των φαςματικϊν γραμμϊν του άςτρου, και δίνεται ςε μονάδεσ km / s. Θ ίδια κίνθςθ ενόσ άςτρου κακορίηεται από ακριβείσ μετριςεισ αςτρομετρικζσ ςε μονάδεσ χιλιοςτά του δευτερολζπτου τόξου (mas) ανά ζτοσ. Με τον προςδιοριςμό τθσ παράλλαξθσ ενόσ άςτρου, θ ίδια κίνθςθ μπορεί ςτθ ςυνζχεια να μετατραπεί ςε μονάδεσ τθσ ταχφτθτασ. Οι αςτζρεσ με υψθλοφσ ςυντελεςτζσ ιδίασ κίνθςθσ είναι πικανό να είναι ςχετικά κοντά ςτον Ιλιο, που τουσ κακιςτά καλοφσ υποψιφιουσ για τθν μζτρθςθ τθσ παράλλαξθσ. Αφοφ είναι γνωςτοί και οι δφο ςυντελεςτζσ τθσ κίνθςθσ, τθν διαςτθμικι ταχφτθτα του αςτεριοφ μπορεί να υπολογιςτεί ςε ςχζςθ με τον Ιλιο ι το γαλαξία. Μεταξφ κοντινϊν αςτζρων, διαπιςτϊκθκε ότι αςτζρεσ πλθκυςμοφ Λ ζχουν γενικά χαμθλότερεσ ταχφτθτεσ από ό, τι τα παλαιότερα, πλθκυςμοφ ΛΛ αςτζρια. Τα τελευταία ζχουν ελλειπτικζσ τροχιζσ που ζχουν Κλίςθ προσ το επίπεδο του Γαλαξία. Θ ςφγκριςθ των κινθματικϊν κοντινϊν αςτζρων οδιγθςε επίςθσ ςτθν αναγνϊριςθ των αςτρικισ ςυγκεντρϊςεων. Αυτά είναι πικανότατα ομάδεσ αςτεριϊν που μοιράηονται ζνα κοινό ςθμείο αφετθρίασ ςε ζνα γιγαντιαίο μοριακό νζφοσ. Μϊζα
Ζνα από τα πιο γνωςτά ογκϊδθ αςτζρια είναι το Ιτα Τρόπιδοσ, με 100-150 φορζσ μεγαλφτερθ μάηα από τον Ιλιο. Θ διάρκεια ηωισ του είναι πολφ ςφντομθ - μόνο μερικά εκατομμφρια χρόνια το πολφ. Μια μελζτθ του ςμινουσ Arches δείχνει ότι οι 150 θλιακζσ μάηεσ είναι το ανϊτατο όριο για τα αςτζρια ςτθ ςθμερινι εποχι του ςφμπαντοσ. Ο λόγοσ γι 'αυτό το όριο δεν είναι επακριβϊσ γνωςτόσ, αλλά αυτό οφείλεται εν μζρει ςτθν φωτεινότθτα Eddington, θ οποία κακορίηει το μζγιςτο ποςό λαμπρότθτασ που μπορεί να περάςει μζςα από τθν ατμόςφαιρα ενόσ άςτρου, χωρίσ να απομακρφνει αζρια ςτο διάςτθμα. Ωςτόςο, ζνα αςτζρι που ονομάηεται R136a1 ςτο RMC 136α ςμινοσ αςτζρων ςτο μικρό νζφοσ του Μαγγελάνου ζχει μετρθκεί ςτισ 265 θλιακζσ μάηεσ, βάηοντασ το όριο αυτό υπό αμφιςβιτθςθ. Τα πρϊτα αςτζρια που ςχθματίςτθκαν μετά τθ Μεγάλθ Ζκρθξθ μπορεί να ιταν μεγαλφτερα, μζχρι και 300 θλιακζσ μάηεσ ι περιςςότερο, λόγω τθσ πλιρουσ απουςίασ ςτοιχείων βαρφτερων από το λίκιο ςτθ ςφνκεςι τουσ. Αυτι θ γενιά των υπερβαρζων, πλθκυςμοφ ΛΛΛ αςτζρων ζχει προ πολλοφ εξαφανιςτεί, όμωσ, και προσ το παρόν είναι μόνο κεωρθτικι.
38
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Από τθν άλλθ, με μάηα μόνο 93 φορζσ μεγαλφτερθ από του Δία, AB Doradus C, ζνασ ςφντροφοσ του AB Doradus Α, είναι το μικρότερο γνωςτό αςτζρι που ςυμβαίνει πυρθνικι ςφντθξθ ςτον πυρινα του. Λϊμψη των αςτϋρων
Πλα τα αςτζρια είναι αυτόφωτα. Ακριβϊσ όπωσ ο δικόσ μασ Ιλιοσ ακτινοβολοφν φωσ και κερμότθτα ,είναι δθλαδι Ιλιοι . Συνεπϊσ ότι βλζπουμε ςτον ουρανό είναι Ιλιοι αςτζρια άλλοι μικρότεροι και άλλοι χιλιάδεσ φορζσ μεγαλφτεροι από τον δικό μασ Ιλιο , ο μόνοσ λόγοσ που φαίνονται τόςο μικρά είναι θ αςφλλθπτα τεράςτιεσ αποςτάςεισ που μασ χωρίηουν από τθ γθ θ οποία δεν είναι αςτζρι αλλά πλανιτθσ και ετερόφωτθ δθλαδι δεν παράγει δικό τθσ φωσ αλλά φωτίηεται από τον Ιλιο όπωσ και όλοι οι πλανιτεσ και δορυφόροι τουσ ( φεγγάρια) κάποιοι από αυτοφσ φαίνονται με γυμνό μάτι , πολλοί νομίηουν και τα ονομάηουν και αυτοφσ λακεμζνα αςτζρια . Οι μόνοι γνωςτοί πλανιτεσ που ζχουμε εξερευνιςει μζχρι ςιμερα είναι αυτοί του δικοφ μασ θλιακοφ ςυςτιματοσ. Ρρζπει να αναφερκεί ότι ζχουν εντοπιςτεί μζχρι ςιμερα τουλάχιςτον 200 πλανιτεσ που περιφζρονται γφρω από άλλα άςτρα. Με ελάχιςτεσ εξαιρζςεισ βλζπουμε ςτον ουρανό τουσ αςτζρεσ που επί χιλιάδεσ χρόνια παραμζνουν ςτακεροί ςτισ κζςεισ τουσ αν και αυτό είναι φαινομενικό αφοφ και αυτοί γεννιοφνται, μεγαλϊνουν και …χάνονται. Οι αρχαίοι πίςτευαν πωσ οι αςτζρεσ ιταν μικροςκοπικζσ πθγζσ φωτόσ ι κάποιεσ τρφπεσ ςτο πζπλο τθσ νφκτασ. Σιμερα όμωσ με καυμαςμό και φυςικι ταπεινότθτα αντιλαμβανόμαςτε τθ πραγματικι απίςτευτθ εικόνα που παρουςιάηει το αςτρικό Σφμπαν όπωσ μασ ζχουν αποκαλφψει οι επιςτθμονικζσ ζρευνεσ και μελζτεσ των τελευταίων δεκαετιϊν. Θ πραγματικι ςφνκεςθ, φφςθ και δομι των αςτζρων, χάρθ ςτισ πολλζσ και επίμονεσ παρατθριςεισ του πλθςιζςτερου εξ αυτϊν, του Ιλιου, ςιμερα πλζον είναι γνωςτι. Φαινόμενο μϋγεθοσ Ππωσ διαπιςτϊνει ο κάκε παρατθρθτισ του ουράνιου κόλου, όλοι οι αςτζρεσ δεν παρουςιάηουν τθν ίδια λαμπρότθτα. Μερικοί είναι εξόχωσ λαμπροί, άλλοι φαίνονται αμυδρότεροι με κατάλθξθ εκείνων που μόλισ διακρίνονται. Με τα τθλεςκόπια διακρίνονται αςτζρεσ κατά πολφ ακόμα αμυδρότεροι. Οι διαφορζσ αυτζσ οφείλονται ςε τρεισ λόγουσ: ςτθν απόςταςθ, ςτο μζγεκόσ τουσ και ςτθ κερμοκραςία τουσ.Συνεπϊσ το «μζγεκοσ» ι το φαινόμενο μζγεκοσ, όπωσ αποκαλείται, ενόσ αςτζρα δεν εκφράηει τισ πραγματικζσ του διαςτάςεισ, αλλά μόνο τθ λαμπρότθτά του ςε ςχζςθ μϋ εκείνθ των άλλων αςτζρων. Από τουσ αρχαίουσ Ζλλθνεσ αςτρονόμουσ και προ παντόσ τον Μππαρχο (Ελλθνιςτικι περίοδοσ), αλλά και τον Κλαφδιο Ρτολεμαίο (ωμαϊκι περίοδοσ) οι αςτζρεσ ταξινομικθκαν ανάλογα τθσ λαμπρότθτάσ των, βάςει τθσ οποίασ και προςδιορίςτθκαν ςε μεγζκθ. Πλοι οι ορατοί, με γυμνό οφκαλμό, αςτζρεσ κατετάγθςαν ςε ζξι μεγζκθ. Στο πρϊτο μζγεκοσ περιλιφκθκαν οι λαμπρότεροι, ςτο δεφτερο οι αμζςωσ αμυδρότεροι κ.ο.κ. ζτςι ϊςτε οι αςτζρεσ του επόμενου μεγζκουσ να είναι αμυδρότεροι του προθγουμζνου και ςτον ζκτο να αντιςτοιχοφν οι μόλισ ορατοί. Και ενϊ αυτά ξεκίνθςαν ςτθν αρχαιότθτα πρϊτοσ ο Γερμανόσ αςτρονόμοσ Τηων Χζρςελ (J. Herschel) απζδειξε το 1830 ότι οι αςτζρεσ του α' μεγζκουσ είναι 100 φορζσ λαμπρότεροι 39
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
εκείνων του ςτ' μεγζκουσ. Θ απόδειξθ αυτι υπιρξε πολφ ςθμαντικι διότι με ζνα απλοφςτατο υπολογιςμό προςδιορίςκθκε πωσ: «οι αςτζρεσ ενόσ μεγζκουσ είναι κατά 2,512 φορζσ λαμπρότεροι από εκείνουσ του επόμενου μεγζκουσ». Τθν διαφορά λαμπρότθτασ 2,512 μεταξφ των μεγεκϊν επεςιμανε ο Άγγλοσ αςτρονόμοσ Νόρμαν Ρόγκςον (Norman Robert Pogson) το 1856. Τα ςθμερινά τθλεςκόπια, ανάλογα με τον αντικειμενικό φακό τουσ ι το κάτοπτρό τουσ, αλλά και με τθ βοικεια ςιμερα τθσ "αςτρικισ φωτομετρίασ" που αποτελεί τθ βαςικι μζκοδο μζτρθςθσ τθσ φωτεινότθτασ των αςτζρων, φκάνουν ςιμερα να διακρίνουν αςτζρεσ μζχρι και 24ου μεγζκουσ. H μετάβαςθ (κλιμάκωςθ) από μζγεκοσ ςε μζγεκοσ δεν παρατθρείται απότομα, αλλά με τθ βοικεια φωτομζτρων κακορίηονται αςφαλζςτερα και τα δζκατα του μεγζκουσ. Ζτςι ο αςτζρασ Λαμπαδίασ (ο α του αςτεριςμοφ του Ταφρου) ζχει μζγεκοσ 1,1 , ενϊ ο Ρολυδεφκθσ (o β των Διδφμων) είναι 1,2 μεγζκουσ και ο Βαςιλίςκοσ (o α του Λζοντοσ) είναι 1,3. Διαπιςτϊκθκε όμωσ ότι, ςτουσ 20 λαμπρότερουσ αςτζρεσ που χαρακτθρίηονται γενικά ωσ αςτζρεσ α' μεγζκουσ, οι πρϊτοι 12 είναι πολφ λαμπρότεροι των υπολοίπων του ίδιου α' μεγζκουσ. Γιϋ αυτό ςτθν ακριβζςτερθ ςφγχρονθ κλίμακα αςτρικϊν μεγεκϊν χρθςιμοποιείται και μζγεκοσ μεγαλφτερο του α' , (κατά μακθματικό περίεργο ι ανατροπι), το «μθδενικό μζγεκοσ». Ζτςι ο προαναφερκείσ Βζγασ (α τθσ Λφρασ) ζχει μζγεκοσ 0,1 ενϊ θ Αιξ (α Θνιόχου) και ο Αρκτοφροσ (α Βοϊτου) 0,2 μεγζκουσ. Αλλά υπάρχουν και δφο αςτζρεσ που είναι ακόμθ λαμπρότεροι και του «μθδενικοφ μεγζκουσ». Σϋ αυτοφσ χρθςιμοποιοφνται «αρνθτικά μεγζκθ», ο ζνασ είναι ο Κάνωποσ (α τθσ Τρόπιδασ τθσ Αργοφσ) που ζχει μζγεκοσ -0,9 και ο δεφτεροσ ο γνωςτόσ Σείριοσ (α του Μεγάλου Κυνόσ), ο λαμπρότεροσ όλων των αςτζρων ςτθν Ουράνια ςφαίρα, που είναι -1,46 μεγζκουσ. Εφλογα κακίςταται πλζον αντιλθπτό ότι τα άλλα λαμπρότερα των αςτζρων ουράνια ςϊματα λαμβάνουν τιμζσ μεγζκουσ αρνθτικζσ και μεγαλφτερεσ ςε απόλυτθ τιμι, π.χ. (ςυγκριτικά) ο πλανιτθσ Αφροδίτθ (ο λαμπρότεροσ των πλανθτϊν) ζχει μζγεκοσ -4,3 , θ δε Σελινθ (λαμπρότεροσ των δορυφόρων και των πλανθτϊν) ωσ Ρανςζλθνοσ ζχει μζγεκοσ 12,6 ενϊ ο Ιλιοσ -26,8. Απόλυτο μϋγεθοσ Επειδι θ απόςταςθ ενόσ άςτρου επθρεάηει το φαινόμενο μζγεκόσ του οι αςτρονόμοι χρθςιμοποιοφν ςιμερα ζνα άλλο ςφςτθμα "απολφτων μεγεκϊν". Τοποκετοφν κεωρθτικά τα άςτρα ςε μια δεδομζνθ απόςταςθ 32,6 ετϊν φωτόσ από τθ Γθ (ι 10 παρςζκ, (όταν 1 παρςζκ (pc) = 3,26 ε.φ. (l.y.))) και ςϋ αυτι τθν απόςταςθ ςυγκρίνουν τθν λαμπρότθτα των αςτζρων μεταξφ τουσ. Ζτςι ο όροσ "απόλυτο μζγεκοσ" αναφζρεται ςτο πόςο λαμπρόσ κα ιταν ζνασ δεδομζνοσ αςτζρασ αν βριςκόταν ςε απόςταςθ από τθ Γθ 32,6 εφ. Με χριςθ τζτοιασ κλίμακασ το απόλυτο μζγεκοσ του Ιλιου είναι 4,8 , του Σείριου (α του Μεγάλου Κυνόσ) 1,4, ενϊ το απόλυτο μζγεκοσ του Ρολικοφ αςτζρα (Polaris) -4,6. Τα απόλυτα αυτά παραπάνω μεγζκθ, μασ καταδεικνφουν πωσ ο Ρολικόσ είναι λαμπρότεροσ,
40
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
ακολουκεί ο Σείριοσ και αυτόν ο Ιλιοσ. Ο Σείριοσ δθλαδι είναι 23 φορζσ λαμπρότεροσ από τον Ιλιο. Σϋ αυτιν όμωσ τθ ταξινόμθςθ απαραίτθτο ςτοιχείο είναι θ γνϊςθ τθσ πραγματικισ απόςταςθσ ενόσ αςτζροσ, διαφορετικά είναι αδφνατοσ ο υπολογιςμόσ του απολφτου μεγζκουσ του.
Ταξινόμηςη Εκτόσ τθσ λαμπρότθτασ οι αςτζρεσ παρουςιάηουν και ζνα άλλο ιδιαίτερο χαρακτθριςτικό, εφκολα ορατό, το χρϊμα τουσ, που βεβαίωσ ςχετίηεται άμεςα με τθ κερμοκραςία που επικρατεί ςτθν επιφάνειά τουσ. Ζτςι παρατθροφνται αςτζρεσ με ςχεδόν όλα τα χρϊματα τθσ ίριδασ: γαλάηια, λευκά, κίτρινα, κόκκινα κλπ. Οι κόκκινοι
Εικόνα 18: Οι επιφανειακζσ κερμοκραςίεσ για διαφορετικζσ τάξεισ αςτζρων
είναι οι λιγότερο κερμοί, ενϊ οι γαλάηιοι οι περιςςότερο κερμοί. Ακριβϊσ όπωσ μια ςιδερόβεργα ςε αναμμζνο τηάκι, ςτθν αρχι αρχίηει να κοκκινίηει (ερυκροπφρωςθ) και διαδοχικά κερμαινόμενθ αλλάηει χρωματιςμοφσ ςε πορτοκαλί, κίτρινο, λευκό και όταν κερμανκεί πολφ ςε γαλάηιο (λευκοπφρωςθ). Με βάςθ λοιπόν το χρϊμα των αςτζρων δθλαδι του ορατοφ φάςματοσ που λάμπουν αυτοί, οι αςτρονόμοι προχωροφν ςε κατάταξι τουσ ςε διαφορετικοφσ τφπουσ αςτζρων που ονομάηονται "φαςματικοί τφποι".
Εικόνα 19: διάγραμμα Χζρτηςπρουνγκ-Ράςελ: άξονασ τετμθμζνων: φαςματικόσ τφποσ άξονασ τεταγμζνων: Λαμπερότθτα 0, Ia, Ib: Τπεργίγαντεσ, II: Φωτεινοί γίγαντεσ, III: Γίγαντεσ, IV: Τπογίγαντεσ, V: Νάνοι, VI: Τπονάνοι, VII: Λευκοί νάνοι
Σφμφωνα μ αυτι τθ ταξινόμθςθ οι αςτζρεσ που παρουςιάηουν ςτο φάςμα τουσ ζντονεσ γραμμζσ υδρογόνου ταξινομικθκαν ωσ αςτζρεσ τφπου Α ενϊ ςϋ εκείνουσ που ςτο φάςμα τουσ οι γραμμζσ υδρογόνου δεν είναι ορατζσ ωσ τφπου Q. Ζτςι οι ενδιάμεςεσ κατθγορίεσ ζλαβαν ωσ όνομα τα ενδιάμεςα γράμματα του λατινικοφ αλφαβιτου. Οι γραμμζσ υδρογόνου κορυφϊνονται ςε 41
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
κερμοκραςία περίπου 9.000 βακμϊν Κ, ενϊ γίνονται λιγότερο ζντονεσ για κερμοκραςίεσ μεγαλφτερεσ ι μικρότερεσ. Γι' αυτό το λόγο και πλζον θ ταξινόμθςθ γίνεται με βάςθ τθ κερμοκραςία του άςτρου και όχι με τισ γραμμζσ υδρογόνου. Με το καιρό επικράτθςαν επτά μόνο κφριοι φαςματικοί τφποι αςτζρων και αυτοί ςιμερα είναι O, B, A, F, G, K και M. Κακζνασ από αυτοφσ τουσ τφπουσ διακρίνεται ςε 10 αρικμθτικζσ επιμζρουσ υποκατθγορίεσ, όπωσ αςτζρεσ Α0, Β3, Ο6, G9, Κ4 κλπ. Εξαίρεςθ αποτελοφν οι τιμζσ Ο0 και Ο1, οι οποίεσ δεν υπάρχουν. Τον τρόπο αυτό ταξινόμθςθσ των αςτζρων ςε φαςματικοφσ τφπουσ διατφπωςε για πρϊτθ φορά ςτα τζλθ του περαςμζνου αιϊνα ο Ζντουαρντ Ρίκερινγκ (1846-1919) και οι ςυνεργάτεσ του ςτο αςτεροςκοπείο του Χάρβαρντ. Επιπλζον, τα αςτζρια μποροφν να κατατάςςονται βάςει των αποτελεςμάτων τθσ φωτεινότθτα ςτισ φαςματικζσ γραμμζσ τουσ, οι οποίεσ αντιςτοιχοφν ςτο διαςτθμικό μζγεκόσ τουσ και κακορίηεται από τθν επιφανειακι βαρφτθτα. Ροικίλουν από τφπου 0 (υπεργίγαντεσ) ςε ΛΛΛ (ερυκροί γίγαντεσ) μζχρι V (αςτζρασ ςτθν Κφρια Ακολουκία). Τα περιςςότερα αςτζρια βρίςκονται ςτθν Κφρια Ακολουκία, δθλαδι εκπζμπουν ενζργεια μετατρζποντασ το υδρογόνο ςε ιλιο. Αυτοί οι αςτζρεσ αποτελοφν μία ςτενι, διαγϊνια γραμμι ςτο διάγραμμα φωτεινότθτασ - κερμοκραςίασ.
Μεταβλητού αςτϋρεσ Στθν ουράνια ςφαίρα υπάρχουν αςτζρεσ των οποίων το φαινόμενο μζγεκοσ δεν μζνει ςτακερό, αλλά μεταβάλλεται με τθν πάροδο του χρόνου. Αυτοί οι αςτζρεσ ονομάηονται μεταβλθτοί αςτζρεσ. Οι μεταβολζσ αυτζσ οφείλονται ςε διάφορουσ λόγουσ, αλλά πάντα ζχουν να κάνουν με τον ίδιο τον αςτζρα, και όχι π.χ. με τισ ατμοςφαιρικζσ ςυνκικεσ ςτθ Γθ, ςε ςφάλματα των παρατθριςεων, κλπ. Ο κλάδοσ τθσ Αςτρονομίασ που αςχολείται με τουσ μεταβλθτοφσ αςτζρεσ είναι κυρίωσ θ Φωτομετρία. Οι φωτομετρικζσ παρατθριςεισ μασ δίνουν τισ λεγόμενεσ καμπφλεσ φωτόσ, δθλαδι τισ γραφικζσ παραςτάςεισ τθσ λαμπρότθτασ του μεταβλθτοφ ωσ ςυνάρτθςθ του χρόνου. Από αυτζσ μπορεί να εξακριβωκεί το είδοσ του μεταβλθτοφ αςτζρα και τα ειδικότερα χαρακτθριςτικά του, αλλά και να εξαχκοφν ςυμπεράςματα με γενικότερθ αξία για τθν Αςτροφυςικι. Στουσ περιςςότερουσ μεταβλθτοφσ αςτζρεσ θ μεταβολι τθσ λαμπρότθτασ είναι περιοδικι, με περίοδο που μπορεί να είναι από λίγεσ ϊρεσ μζχρι και πολλά χρόνια. Υπάρχουν πάντωσ και αρκετοί θμιπεριοδικοί ι και ανϊμαλοι (μθ περιοδικοί) μεταβλθτοί αςτζρεσ, που ςυνικωσ είναι υπερμεγζκεισ ερυκροί γίγαντεσ, αλλά και «εκρθκτικοί» μεταβλθτοί, όπωσ οι καινοφανείσ αςτζρεσ («νόβα»), οι υπερκαινοφανείσ αςτζρεσ («ςουπερνόβα») και οι κατακλυςμικοί μεταβλθτοί αςτζρεσ. Οι τρεισ βαςικζσ κατθγορίεσ μεταβλθτϊν αςτζρων είναι: Οι παλλόμενοι μεταβλθτοί αςτζρεσ Οι μεταβλθτοί δι' εκλείψεων αςτζρεσ Οι εκρθκτικοί μεταβλθτοί αςτζρεσ
42
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Πλόθοσ και κατανομό αςτϋρων Γενικι είναι θ εντφπωςθ ότι οι αςτζρεσ που είναι ορατοί με γυμνό μάτι είναι άπειροι και ότι κα είναι μάταιθ κάκε προςπάκεια καταμζτρθςισ των. Και όμωσ, θ εντφπωςθ αυτι είναι εςφαλμζνθ διότι όλοι οι αςτζρεσ που φαίνονται με γυμνό οφκαλμό είναι 7.107 που κατανζμονται ςτα μεγζκθ 1ο ζωσ 6ο ωσ εξισ: 1ο 20, 2ο 69, 3ο 205, 4ο 473, 5ο 1291 και 6ο 5.049, ςφνολο 7.107 αςτζρεσ. Ο δε λόγοσ αφξθςθσ από μζγεκοσ ςε μζγεκοσ είναι περίπου 3, ενϊ για εκείνουσ που τα φαινόμενα μεγζκθ είναι περίπου 20 και 21 ο λόγοσ είναι μικρότεροσ του 2. Ζτςι ενϊ το πλικοσ των αςτζρων που μποροφν να παρατθρθκοφν με γυμνό μάτι ςυνικωσ μζχρι 6ου μεγζκουσ (χωρίσ αυτό να είναι και απόλυτο*) είναι 7.000 περίπου, μζχρι 12ου μεγζκουσ είναι 4Χ106 και μζχρι 21ου μεγζκουσ είναι 5Χ109 (*)Σθμείωςθ:Το 6ο μζγεκοσ κεωρείται γενικά το όριο τθσ ανκρϊπινθσ όραςθσ ςε πολφ καλζσ ςυνκικεσ παρατιρθςθσ. Κοντά ςε μια πόλθ όμωσ το όριο είναι περίπου το 3ο μζγεκοσ μόνο. Σε πολφ εξαιρετικζσ ςυνκικεσ (Λατινικι Αμερικι) κάποιοι ίςωσ καταφζρουν να δουν και λίγο περιςςότερα αςτζρια. Εκτόσ από μεμονωμζνα αςτζρια, ζνα ςφςτθμα πολλαπλϊν αςτζρων μπορεί να αποτελείται από δφο ι περιςςότερα βαρυτικά ςυνδεδεμζνα αςτζρια που περιφζρονται το ζνα γφρω από το άλλο. Τα πιο κοινά ςφςτθμα πολλϊν αςτζρων είναι ζνα διπλό άςτρο, αλλά τα ςυςτιματα από τρία ι περιςςότερα αςτζρια ζχουν επίςθσ βρεκεί. Για λόγουσ τροχιακισ ςτακερότθτασ, οι εν λόγω πολλαπλοί αςτζρεσ ςυχνά οργανϊνονται ςε ιεραρχικζσ ςυντροχιακζσ ομάδεσ διπλϊν αςτζρων. Οι μεγαλφτερεσ ομάδεσ, που καλοφνται ςμινθ αςτζρων, υπάρχουν επίςθσ. Αυτζσ κυμαίνονται από χαλαρζσ αςτρικζσ ενϊςεισ με μόνο μερικά αςτζρια, μζχρι τεράςτια ςφαιρωτά ςμινθ με εκατοντάδεσ χιλιάδεσ αςτζρια. Ιταν μια μακροχρόνια υπόκεςθ ότι θ πλειονότθτα των άςτρων ςχθματίηουν βαρυτικά ςυνδεδεμζνα ηευγάρια, τα ςυςτιματα πολλαπλϊν αςτζρων. Αυτό ιςχφει ιδιαίτερα για τισ πολφ ογκϊδεισ κατθγορίασ αςτζρων τφπου O και Β , όπου το 80% των ςυςτθμάτων που πιςτεφεται ότι είναι πολλαπλά. Ωςτόςο, το ποςοςτό των μοναχικϊν αςτζρων αυξάνεται για τα μικρότερα αςτζρια, ζτςι ϊςτε μόνο το 25% των κόκκινων νάνων είναι γνωςτό ότι ζχουν αςτρικοφσ ςυνοδοφσ. Δεδομζνου ότι το 85% όλων των άςτρων είναι κόκκινοι νάνοι, τα περιςςότερα αςτζρια ςτο Γαλαξία μασ είναι πικανό να είναι μόνα από τθ γζννθςι τουσ. Τα αςτζρια δεν κατανζμονται ομοιόμορφα ςε όλο το ςφμπαν, αλλά είναι ςυνικωσ ομαδοποιθμζνα ςε γαλαξίεσ, μαηί με το διαςτρικό αζριο και ςκόνθ. Ζνασ τυπικόσ γαλαξίασ περιζχει εκατοντάδεσ διςεκατομμφρια αςτζρια, και υπάρχουν περιςςότεροι από 100 διςεκατομμφρια γαλαξίεσ ςτο ςφμπαν. Αν και είναι ςυχνά πιςτεφεται ότι οι αςτζρεσ υπάρχουν μόνο μζςα ςτουσ γαλαξίεσ, υπάρχουν διαγαλαξιακά αςτζρια που ζχουν ιδθ ανακαλυφκεί. Μια εκτίμθςθ του 2010 καταμζτρθςε ότι τα αςτζρια ιταν 300 εξάκισ εκατομμφρια (3 × 1023) ςτο παρατθριςιμο ςφμπαν. Το κοντινότερο αςτζρι ςτθ Γθ, εκτόσ από τον Ιλιο, είναι ο εγγφτατοσ Κενταφρου, το οποίο είναι 39.900 διςεκατομμφρια χιλιόμετρα, ι 4,2 ζτθ φωτόσ μακριά (Επειδι οι αρικμοί αυτοί είναι τεράςτιοι και χάνουν τθν ςθμαςία αυτοφ τοφτου του μζτρου τουσ, κακιερϊκθκε θ ςυςχζτιςθ χρόνου ςτθ μονάδα μζτρθςθσ που είναι το ζτοσ φωτόσ και που είναι ίςο με 9,5 43
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
τριςεκατομμφρια χιλιόμετρα). Το φωσ από τον Εγγφτατοσ Κενταφρου χρειάηεται 4,2 χρόνια για να φκάςει ςτθ Γθ. Ταξιδεφοντασ ςτθν τροχιακι ταχφτθτα του διαςτθμικοφ λεωφορείου (8 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, περίπου 30.000 χιλιόμετρα τθν ϊρα), κα χρειαςτοφν περίπου 150.000 χρόνια για να φτάςουμε εκεί. Οι αποςτάςεισ όπωσ αυτό είναι τυπικζσ ςτουσ γαλαξιακοφσ δίςκουσ, ςυμπεριλαμβανομζνων τθν περιοχι του θλιακοφ ςυςτιματοσ. Τα αςτζρια μπορεί να είναι πολφ πιο κοντά το ζνα ςτο άλλο ςτα κζντρα των γαλαξιϊν και ςτα ςφαιρωτά ςμινθ, ι ςε πολφ μεγαλφτερθ απόςταςθ μεταξφ τουσ ςτθ γαλαξιακι άλωσ. Ο πλζον απόμακροσ αςτζρασ που ζχει παρατθρθκεί υπολογίηεται πωσ το φωσ του (τρζχοντασ βεβαίωσ με τθν ταχφτθτα του φωτόσ) κάνει περιςςότερο από 13 διςεκατομμφρια χρόνια για να φκάςει ςτθ Γθ! Λόγω των ςχετικά μεγάλων αποςτάςεων μεταξφ των άςτρων ζξω από το γαλαξιακό πυρινα, οι ςυγκροφςεισ μεταξφ των άςτρων πιςτεφεται ότι είναι ςπάνιεσ. Σε πυκνότερεσ περιοχζσ, όπωσ ςτον πυρινα των ςφαιρωτϊν ςμθνϊν ι ςτο γαλαξιακό κζντρο, οι ςυγκροφςεισ μποροφν να είναι πιο ςυχνζσ. Οι ςυγκροφςεισ μποροφν να παράγουν άςτρα που είναι γνωςτό ωσ κυανοί αποκομμζνοι (blue stragglers). Αυτοί οι ανϊμαλοι αςτζρεσ ζχουν υψθλότερθ κερμοκραςία ςτθν επιφάνεια από τα άλλοσ αςτζρεσ τθσ κφριασ ακολουκία με τθν ίδια φωτεινότθτα.
Κατϊλογοι και χϊρτεσ αςτϋρων Από τθν αρχαιότθτα οι παρατθροφμενοι ςτον Ουράνιο κόλο αςτζρεσ καταγράφονται ςε ειδικοφσ ςχετικοφσ καταλόγουσ υπό το όνομα Ουρανομετρία. Θ δε καταγραφι αυτι ςυνεχίηεται μζχρι και ςιμερα. Το πρϊτο κατάλογο αςτζρων ςυνζταξε ο μζγασ Ζλλθνασ αςτρονόμοσ τθσ αρχαιότθτασ Μππαρχοσ ο όδιοσ, ο κατάλογοσ του οποίου περιελάμβανε 1022 αςτζρεσ από τουσ λαμπρότερουσ του Ουρανοφ. Οι κατάλογοι αυτοί ςιμερα περιζχουν τα ακριβι ςτοιχεία τθσ κζςθσ των αςτζρων ςτθν Ουράνια ςφαίρα, του μεγζκουσ των, του δείκτου του χρϊματόσ των, του φαςματικοφ τφπου των, κακϊσ και άλλα ακόμθ ςτοιχεία και χαρακτθριςτικά όπωσ απόςταςθ, διαςτάςεισ κλπ. Βάςει των καταλόγων των αςτζρων αλλά και με τθ βοικεια τθσ φωτογραφίασ, ςυντάςςονται ακριβείσ χάρτεσ και άτλαντεσ ουρανοφ ςτουσ οποίουσ ςθμειϊνονται οι κζςεισ των αςτζρων ωσ προσ αλλιλουσ, κακϊσ και το οπτικό μζγεκόσ τουσ. Οι απλοφςτεροι χάρτεσ βεβαίωσ περιλαμβάνουν μόνο τουσ λαμπρότερουσ αςτζρεσ των αςτεριςμϊν κακϊσ και τα γράμματα με τα οποία ονομάηονται. Στουσ χάρτεσ δε αυτοφσ οι λαμπρότεροι αςτζρεσ με τθ μζκοδο τθσ «Γραμμοδαιςίασ» ςυνδζονται με ςυνικωσ ευκφγραμμα τμιματα, το ςφνολο των οποίων και παρουςιάηει το περίγραμμα του αντικειμζνου ι ηϊου που απεικονίηει ο αςτεριςμόσ. Οι κζςεισ των ιχνϊν των αςτζρων ςτθν ουράνια ςφαίρα προςδιορίηονται από τισ ιςθμερινζσ ςυντεταγμζνεσ. Και αυτζσ είναι θ απόκλιςθ αςτζροσ και θ αςτρικι ωρικι γωνία. Αν όμωσ λθφκεί ωσ βάςθ ο μακθματικόσ ορίηοντασ τότε οι κζςεισ των αςτζρων προςδιορίηονται από τισ οριηόντιεσ ςυντεταγμζνεσ που είναι το αλθκζσ φψοσ και το αλθκζσ αηιμοφκ.
44
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Παρϊλλαξη αςτϋρων α). Ζςτω το ςθμείο Θ ο Ιλιοσ και Γ, Γ1, τα ςθμεία τθσ Γθσ επί τθσ τροχιάσ τθσ, ςτθν ετιςια περιφορά τθσ γφρω από τον Ιλιο, ζςτω ακόμθ Α το ςθμείο του Αςτζρα που παρατθροφμε ςτο χϊρο. Ραρατθρϊντασ τον Αςτζρα από το ςθμείο Γ (κζςθ τθσ Γθσ) φαίνεται να προβάλλεται αυτόσ ςτο ςθμείο Σ (ςτο ςχζδιο είναι το κάτω ςθμείο προβολισ του αςτζρα ςτθν Ουράνια Σφαίρα). Κινοφμενθ θ Γθ (ζξι μινεσ μετά) ςτο ςθμείο Γ1 ο παρατθροφμενοσ Αςτζρασ φαίνεται να κινείται και αυτόσ και να διαγράφει τόξο Σ Σ1 (ςτο ςχζδιο το πάνω ςθμείο προβολισ του αςτζρα ςτθν Ουράνια Σφαίρα). Ζτςι όταν θ Γθ εκτελεί τθν ετιςια κίνθςι τθσ (περιςτροφι) γφρω από τον Ιλιο Γ Γ1 Γ ο Αςτζρασ Α φαίνεται να διαγράφει τθ τροχιά Σ Σ1 Σ επί του Ουράνιου κόλου. Αυτι θ ετιςια φαινομενικι τροχιά του αςτζρα καλείται παραλλακτικι τροχιά του αςτζρα Α. Ευνόθτο ότι: οι παραλλακτικζσ τροχιζσ των αςτζρων αποδεικνφουν ότι θ Γθ περιςτρζφεται γφρω από τον Ιλιο. β). Αν το τρίγωνο ΓΘΑ (ςτο ςχζδιο) είναι ορκογϊνιο, τότε θ γωνία κ, που ςχθματίηουν θ ΑΓ (απόςταςθ αςτζροσ από τθ Γθ) και θ ΑΘ Εικόνα 20: Η ετιςια παράλλαξθ ενόσ αςτζρα και ο προςδιοριςμόσ τθσ απόςταςθσ ςε (απόςταςθ παρςζκ αςτζροσ από τον Ιλιο), καλείται ετιςια παράλλαξθ αςτζροσ. Επειδι δε ΓΓ1, θ διάμετροσ τθσ γιινθσ τροχιάσ, είναι κάκετοσ ςτθν ΘΑ, για αυτό θ ΣΣ1 ςθμεία προβολϊν του αςτζρα ςτθν Ουράνια Σφαίρα-, διάμετροσ τθσ παραλλακτικισ τροχιάσ του αςτζροσ Α, κα είναι παράλλθλθ προσ τθ ΓΓ1. Συνεπϊσ αν μετρθκεί θ γωνία ΣΑΣ1 και λάβουμε το ιμιςυ αυτισ, τότε αυτό κα είναι ίςο προσ τθ γωνία κ δθλαδι ίςο προσ τθν ετιςια παράλλαξθ του αςτζρα. γ). Θ παράλλαξθ κ είναι πάντοτε πολφ μικρι, μικρότερθ και του 1ϋϋ τόξου. Είναι δε προφανζσ ότι όςο μακρφτερα τθσ Γθσ βρίςκεται ζνασ Αςτζρασ τόςο μικρότερθ κα είναι και θ παράλλαξι του. Επομζνωσ για τουσ πολφ μακρινοφσ αςτζρεσ κακίςταται αδφνατον να μετρθκεί, αφοφ θ διάμετροσ Σ Σ1 τθσ «παραλλακτικισ τροχιάσ του αςτζρα» περιορίηεται τόςο ϊςτε να καταντά απλό ςθμείο.
45
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εκ των παραπάνω λόγων, μόνο 100 περίπου αςτζρεσ παρουςιάηουν αιςκθτι οπτικά παράλλαξθ, ενϊ μόλισ 6.000, περίπου, είναι το ςφνολο εκείνων που μπορεί να διαπιςτωκεί θ παράλλαξι τουσ με τθ βοικεια και μόνο πολφ ευαίςκθτων φωτογραφικϊν μετριςεων. Θ ιδζα τθσ μζτρθςθσ τθσ απόςταςθσ των αςτζρων μζςω τθσ παράλλαξθσ υπιρχε ιδθ από τον Αρίςταρχο όπωσ διαςϊηει ο Αρχιμιδθσ ςτον Ψαμμίτθ. Κακϊσ ο Αρίςταρχοσ δεν κατάφερε να τθν μετριςει υπζκεςε ότι οι αςτζρεσ βρίςκονται ςε άπειρθ απόςταςθ ςυγκριτικά με τθν απόςταςθ Γθσ-Θλίου. Θ απουςία παράλλαξθσ υπιρξε από τα βαςικά επιχειριματα των γεωκεντριςτϊν απζναντι ςτον θλιοκεντριςμό.
46
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ηλιακό ςύςτημα Το Θλιακό ςφςτθμα περιλαμβάνει τον Ιλιο και όλα τα αντικείμενα τα οποία κινοφνται ςε τροχιά γφρω από αυτόν μζςα ςτο πεδίο βαρφτθτάσ του, είτε περιςτρεφόμενα άμεςα γφρω από αυτόν είτε κινοφμενα ςε τροχιζσ γφρω από άλλα ςϊματα που κινοφνται γφρω από τον Ιλιο. Βρίςκεται ςτο Τοπικό Διαςτρικό Νζφοσ, το οποίο ανικει ςτθν Τοπικι Φυςαλίδα, θ οποία με τθ ςειρά τθσ ανικει ςτον Βραχίονα του Ορίωνα ςτον Γαλαξία μασ, ςε απόςταςθ 27.000 ετϊν φωτόσ από το κζντρο του.
Εικόνα 21: Ηλιακό ςφςτθμα
Σχθματίςτθκε πριν από 4,6 διςεκατομμφρια ζτθ, από τθν βαρυτικι κατάρρευςθ ενόσ γιγάντιου μοριακοφ νζφουσ. Τα αντικείμενα με τθ μεγαλφτερθ μάηα που περιφζρονται γφρω από τον Ιλιο, ο οποίοσ ςυγκεντρϊνει τθν κφρια μάηα του Θλιακοφ ςυςτιματοσ (99,86%), είναι οι οκτϊ πλανιτεσ που ςχθματίηουν το πλανθτικό ςφςτθμα, των οποίων οι τροχιζσ είναι ςχεδόν ελλειπτικζσ και βρίςκονται πάνω ςτο επίπεδο που ορίηει θ εκλειπτικι. Οι τζςςερισ εςϊτεροι, ο Ερμισ, θ Αφροδίτθ, θ Γθ και ο Άρθσ αποτελοφν τουσ λεγόμενουσ γιινουσ πλανιτεσ και αποτελοφνται κυρίωσ από πετρϊματα και μζταλλα. Οι τζςςερισ εξϊτεροι πλανιτεσ ονομάηονται αζριοι γίγαντεσ. Από αυτοφσ, οι δφο μεγαλφτεροι, ο Δίασ και ο Κρόνοσ αποτελοφνται από υδρογόνο και ιλιο και οι άλλοι δφο, ο Ουρανόσ και ο Ροςειδϊνασ αποτελοφνται από νερό, αμμωνία και μεκάνιο. Με εξαίρεςθ τον Ερμι και τθν Αφροδίτθ οι υπόλοιποι πλανιτεσ διακζτουν φυςικοφσ δορυφόρουσ, ενϊ οι αζριοι γίγαντεσ διακζτουν επιπλζον και δακτυλίουσ, οι οποίοι αποτελοφνται από πάγο και ςκόνθ. Εικόνα 22: Παρουςίαςθ του θλιακοφ ςυςτιματοσ (όχι υπό κλίμακα)
Εκτόσ από τουσ πλανιτεσ, τουσ δορυφόρουσ τουσ και τουσ δακτυλίουσ τουσ, εντόσ του βαρυτικοφ πεδίου του Ιλιου ςυναντοφνται διάφορα μικρότερα ουράνια αντικείμενα όπωσ αςτεροειδείσ και κομιτεσ. Οι δφο κφριεσ ηϊνεσ τζτοιων αντικειμζνων ςτο Θλιακό ςφςτθμα είναι θ Κφρια Ηϊνθ Αςτεροειδϊν, μεταξφ των πλανθτϊν Άρθ και Δία, και θ Ηϊνθ του Κάιπερ, πζρα από τθ τροχιά του Ροςειδϊνα. Θ τελευταία, μαηί με τα Αντικείμενα Διαςκορπιςμζνου Δίςκου και τα αντικείμενα του Νζφουσ του Πορτ ςχθματίηουν τθν ομάδα των Μεταποςειδϊνιων Αντικειμζνων. Σε αυτζσ τισ περιοχζσ, πζρα από τουσ δεκάδεσ χιλιάδεσ μικροφσ αςτεροειδείσ, ςυναντϊνται και πλανιτεσ νάνοι όπωσ θ Διμθτρα, ο Ρλοφτωνασ, θ Χαουμζια, ο Μακεμάκε και θ Ζρισ. Αςτεροειδείσ ςυναντϊνται να κινοφνται 47
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
και ςε άλλεσ περιοχζσ του Θλιακοφ ςυςτιματοσ όπωσ ςτθν περιοχι εςωτερικά τθσ τροχιάσ του πλανιτθ Άρθ (γεωπλιςια αντικείμενα) ι παγιδευμζνα ςτα δφο Λαγκρανηιανά ςθμεία τθσ τροχιάσ του Δία (Τρωικοί αςτεροειδείσ). Μεταξφ των διαφόρων περιοχϊν κινοφνται, επίςθσ, ελεφκερα αντικείμενα όπωσ κομιτεσ, κζνταυροι ι διαπλανθτικι ςκόνθ. Ο θλιακόσ άνεμοσ, ροι ςωματιδίων από τον Ιλιο, ςχθματίηει ςτο διαςτρικό ενδιάμεςο μια φυςαλίδα, γνωςτι ωσ θλιόςφαιρα, θ οποία περικλείει τον Ιλιο, τουσ πλανιτεσ και τισ ηϊνεσ των αςτεροειδϊν. Θ διάμετροσ τθσ, μζχρι το εξωτερικό τθσ όριο το οποίο ονομάηεται Θλιόπαυςθ, φτάνει, ςφμφωνα με πρόςφατα (2012) δεδομζνα, τισ 122 Αςτρονομικζσ Μονάδεσ (AU). Ρζρα από τθν Θλιόπαυςθ, ςτο ζνα τζταρτο τθσ απόςταςθσ από το κοντινότερο αςτζρι του Ιλιου, τον Εγγφτατο Κενταφρου, και 1.000 φορζσ μακρφτερα από τα όρια τθσ Θλιόςφαιρασ, πιςτεφεται πωσ υπάρχει μια ςφαιρικι περιοχι με αντικείμενα που αποτελοφνται κυρίωσ από πάγο. Θ υποκετικι αυτι περιοχι αυτι ονομάηεται Νζφοσ του Πορτ. Κεωρείται πωσ περικλείει το Θλιακό ςφςτθμα και αποτελεί τθν πθγι των κομθτϊν μακράσ περιόδου.
Σύντομη περιγραφό Το Θλιακό ςφςτθμα χοντρικά χωρίηεται ςε τζςςερισ περιοχζσ: ςε αυτι των Εςωτερικϊν (ι Γιινων) Ρλανθτϊν, με τζςςερισ πλανιτεσ που ζχουν ςτζρεα επιφάνεια και ςφςταςθ παρόμοια με αυτι τθσ Γθσ (πυρίτιο και ςίδθρο), ςτθ Ηϊνθ των Αςτεροειδϊν, που Εικόνα 23: Οι πλανιτεσ του Ηλιακοφ περιζχει μικρά ςϊματα, ςτουσ Εξωτερικοφσ Ρλανιτεσ ςυςτιματοσ. ι Γίγαντεσ Αερίων, με τζςςερισ πλανιτεσ που αποτελοφνται κυρίωσ από αζρια και είναι πολφ μεγαλφτεροι απ' τθ Γθ και ςτθν εξωτερικι περιοχι του Συςτιματοσ, που περιλαμβάνει τον Ρλοφτωνα, τθ Ηϊνθ του Κάιπερ και το Νζφοσ του Πορτ. Ήλιοσ Στο κζντρο του Θλιακοφ ςυςτιματοσ βρίςκεται ο Ιλιοσ, ζνα κίτρινο αςτζρι τθσ κφριασ ακολουκίασ θλικίασ ςχεδόν 5 διςεκατομμυρίων χρόνων. Ερμόσ Αρχίηοντασ ζνα ταξίδι από τον Ιλιο προσ τα ζξω για να γνωρίςουμε το Θλιακό ςφςτθμα, ςε απόςταςθ 0,39 Αςτρονομικϊν Μονάδων (AU) κα ςυναντιςουμε τον Ερμι, τον μικρότερο πλανιτθ του θλιακοφ μασ ςυςτιματοσ. Ο Ερμισ είναι γεμάτοσ κρατιρεσ, δεν ζχει 48
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
ατμόςφαιρα και, κακϊσ είναι πολφ κοντά ςτον Ιλιο, ζχει ςτθν επιφάνειά του κερμοκραςίεσ που αγγίηουν τουσ 400 °C.Ο Ερμισ κινείται πολφ γριγορα ςτο διάςτθμα (37-56 χλμ. το δευτερόλεπτο). Εξαιτίασ τθσ μεγάλθσ ταχφτθτασ και τθσ μικρισ απόςταςθσ από τον Ιλιο, ο πλανιτθσ αυτόσ ζχει το μικρότερο ςε διάρκεια ζτοσ από Εικόνα 24: Οι πλανιτεσ του Ηλιακοφ ςυςτιματοσ κατά ςειρά από τον Ήλιο, και με ςιμανςθ των πλανθτών νάνων. Οι αποςτάςεισ δεν είναι όλουσ τουσ άλλουσ. υπό κλίμακα.
Αφροδύτη Επόμενοσ πλανιτθσ, ςτισ 0,72 AU, είναι θ Αφροδίτθ. Ζχει ςχεδόν το ίδιο μζγεκοσ με τον δικό μασ, γι' αυτό παλιά λεγόταν και «αδελφόσ πλανιτθσ» τθσ Γθσ. Εκτόσ από το μζγεκοσ όμωσ, ωσ περιβάλλον δεν ζχει ςχεδόν κανζνα κοινό με τον πλανιτθ μασ. Καλφπτεται από μια πυκνι ατμόςφαιρα κειικοφ οξζοσ και διοξειδίου του άνκρακα, με αποτζλεςμα θ επιφάνειά τθσ να μθν είναι ποτζ ορατι. Ρεριςτρζφεται αργά γφρω από τον άξονά τθσ και θ πυκνι τθσ ατμόςφαιρα δθμιουργεί ζνα ακραίο φαινόμενο κερμοκθπίου, το οποίο κρατά τθν μζςθ κερμοκραςία του πλανιτθ ςε πολφ υψθλά επίπεδα ακόμα και ςτισ περιοχζσ που, λόγω τθσ αργισ περιςτροφισ γφρω από τον άξονα τθσ (243 γιινεσ μζρεσ), δεν φωτίηονται από τον Ιλιο για μεγάλο χρονικό διάςτθμα. Γη Είναι ο μοναδικόσ πλανιτθσ ςτο ςφςτθμα που ζχει κάλαςςεσ (κάτι που υποςτθριηόταν παλιότερα για τθν Αφροδίτθ και μζχρι πρόςφατα για το δορυφόρο του Κρόνου, Τιτάνα), ο μόνοσ με ζντονθ γεωλογικι δραςτθριότθτα και ο μοναδικόσ (απ' όςο ξζρουμε μζχρι ςιμερα) που φιλοξενεί ηωι. Θ ατμόςφαιρά του αποτελείται από άηωτο και οξυγόνο, και είναι ο μεγαλφτεροσ από τουσ εςωτερικοφσ πλανιτεσ. Είναι ο πρϊτοσ, από τον Ιλιο, πλανιτθσ ο οποίοσ ζχει φυςικό δορυφόρο, τθν Σελινθ. Ο αςτρονομικόσ ςυμβολιςμόσ τθσ γθσ αποτελείται από ζναν περικυκλωμζνο ςταυρό, αναπαριςτϊντασ ζναν μεςθμβρινό και ζναν παράλλθλο· μία παραλλαγι, τοποκετεί τον ςταυρό πάνω από τον κφκλο (Unicode: ⊕ ι ♁). Άρησ Στισ 1,52 AU βρίςκεται ο Άρθσ. Ζχει τθν μιςι διάμετρο από τθ Γθ και ζχει μια αραιι ατμόςφαιρα από διοξείδιο του άνκρακα. Στθν επιφάνειά του ζχουν παρατθρθκεί γεωλογικοί ςχθματιςμοί όπωσ φαράγγια και κοιλάδεσ, που ςθμαίνουν ότι ο πλανιτθσ ιταν γεωλογικά ενεργόσ κι ότι κάποτε ιταν κερμότεροσ και ςτθν επιφάνειά του υπιρχε νερό ςε υγρι μορφι (κάτι που επιβεβαιϊκθκε τον Μάρτιο του 2007 από τον Ευρωπαϊκό δορυφόρο Mars Express). Κεωρείται ο πλανιτθσ που μοιάηει πιο πολφ με τθ Γθ και υπάρχει θ περίπτωςθ να βρεκεί κάποτε ηωι εκεί, ι τουλάχιςτον απολικϊματα. Ο Άρθσ ζχει δφο μικροφσ φυςικοφσ δορυφόρουσ, τον Φόβο και τον Δείμο.
49
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ζώνη των Αςτεροειδών Το «ςφνορο» που χωρίηει τουσ εςωτερικοφσ απ' τουσ εξωτερικοφσ πλανιτεσ είναι θ Κφρια Ηϊνθ Αςτεροειδϊν. Ρρόκειται για εκατοντάδεσ χιλιάδεσ μικρά ςϊματα, διαμζτρου από μερικά μζτρα ζωσ εκατοντάδεσ χιλιόμετρα, που όμωσ όλα μαηί ζχουν μάηα μόλισ όςο το ζνα χιλιοςτό τθσ Γθσ. Οι αςτεροειδείσ είναι το υλικό για ζναν πλανιτθ που τελικά δεν ςχθματίςτθκε, λόγω τθσ μεγάλθσ ζλξθσ του Δία, ι από κάποιον πλανιτθ που υπιρχε εκεί (ανάμεςα ςτον Άρθ και τον Δία) και για κάποιο λόγο καταςτράφθκε και διαςπάςτθκε ςε 7.000 περίπου αςτεροειδείσ. Δύασ Ο Δίασ, ςτισ 5,2 AU, είναι ο μεγαλφτεροσ από τουσ πλανιτεσ (ζχει τθ διπλάςια μάηα από όλουσ τουσ άλλουσ πλανιτεσ του θλιακοφ μασ ςυςτιματοσ μαηί). Ο Δίασ περιςτρζφεται τόςο γριγορα, ϊςτε θ μζρα και θ νφχτα του διαρκοφν λιγότερο από 10 γιινεσ ϊρεσ. Θ διάμετρόσ του είναι 11 φορζσ αυτι τθσ Γθσ. Αποτελείται από τεράςτιεσ ποςότθτεσ αερίων κυρίωσ υδρογόνο και ιλιο- που περιςτρζφονται γφρω από ζνα μικρό ςτερεό πυρινα. Μερικζσ φορζσ χαρακτθρίηεται και ωσ «αποτυχθμζνο άςτρο», λόγω ακριβϊσ τθσ μεγάλθσ περιεκτικότθτασ ςτα δφο αυτά ςτοιχεία. Είναι τόςο κερμόσ που κα μποροφςε να λάμπει ςαν άςτρο, αν ιταν 10 φορζσ μεγαλφτεροσ. Είναι γνωςτόσ για τθν περίφθμθ Μεγάλθ Κόκκινθ Κθλίδα, μια καταιγίδα ςτθν ατμόςφαιρά του, που υπάρχει τουλάχιςτον από τότε που παρατθροφμε το Δία (και πικανόν από πολφ πιο πριν). Ζχει 67 δορυφόρουσ, δυο από τουσ οποίουσ (θ Ευρϊπθ κι ο Γανυμιδθσ) είναι πικανό να ζχουν ωκεανοφσ κάτω από τθν παγωμζνθ επιφάνειά τουσ. Κρόνοσ Ο Κρόνοσ (9,5 AU) είναι λίγο πιο μικρόσ (και πολφ πιο ελαφρφσ) από τον Δία και του μοιάηει ςε αρκετά χαρακτθριςτικά. Αποτελείται και αυτόσ κυρίωσ από αζρια -με λιγότερο υδρογόνο και περιςςότερθ αμμωνία όμωσ- ζχει και αυτόσ πολλοφσ δορυφόρουσ και είναι γνωςτόσ για τουσ δακτυλίουσ του. Ο Δίασ μαηί με τον Κρόνο αποτελοφν το 93% τθσ μάηασ όλων των πλανθτϊν. Είναι ίςωσ ο πιο εντυπωςιακόσ απ' τουσ πλανιτεσ αλλά κι ο ελαφρφτεροσ, με μζςθ πυκνότθτα μικρότερθ απ' αυτι του νεροφ. Ο δορυφόροσ του Τιτάνασ, που είναι μεγαλφτεροσ απ' τον Ερμι, ζχει ατμόςφαιρα από άηωτο και υδρογονάνκρακεσ και, αν και είναι πολφ ψυχρόσ, πικανολογείται ότι μπορεί να φιλοξενεί ηωι. Το ςφςτθμα του Κρόνου κα μελετθκεί τα επόμενα χρόνια από τθ διαςτθμοςυςκευι Καςςίνι - Χόιχενσ, που βρίςκεται εκεί από το καλοκαίρι του 2004. Μζχρι ςιμερα, ζχουν επιβεβαιωκεί οι τροχιζσ 62 δορυφόρων του πλανιτθ, από τουσ οποίουσ οι 53 ζχουν λάβει όνομα. Ουρανόσ Επόμενοσ ςτακμόσ ο Ουρανόσ ςτισ 19,2 AU. Αποτελείται κυρίωσ από αμμωνία και μεκάνιο, ζχει και αυτόσ δακτυλίουσ και 27 δορυφόρουσ. Ζχει τθν ιδιαιτερότθτα ότι, ςε αντίκεςθ με τουσ υπόλοιπουσ πλανιτεσ, περιςτρζφεται ςαν να "κυλάει" πάνω ςτθν τροχιά του, δθλαδι με τον ζνα του πόλο πάντα ςτραμμζνο προσ τον Ιλιο. Ρικανολογείται ότι αυτό είναι το αποτζλεςμα μιασ κατακλυςμιαίασ ςφγκρουςθσ με κάποιο άλλο ςϊμα, κάτι που επιβεβαιϊνεται εν μζρει και από τθν απουςία διαταραχϊν ςτθν ατμόςφαιρά του. Ο Ουίλιαμ Χζρςελ ανακοίνωςε τθν ανακάλυψι του τισ 13 Μαρτίου 1781, επεκτείνοντασ για πρϊτθ φορά ςτθν ιςτορία τα όρια του θλιακοφ ςυςτιματοσ. Ο Ουρανόσ ιταν ο πρϊτοσ πλανιτθσ που ανακαλφφκθκε με τθλεςκόπιο. 50
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ποςειδώνασ Τελευταίοσ μεγάλοσ πλανιτθσ είναι ο Ροςειδϊνασ, ςε απόςταςθ 30 AU από τον Ιλιο. Είναι ο πρϊτοσ πλανιτθσ που ανακαλφφκθκε βάςει μακθματικϊν προβλζψεων για τθ κζςθ του (από τθ μελζτθ διαταραχϊν ςτθν τροχιά του Ουρανοφ). Αποτελείται κυρίωσ από αζριο μεκανίου, νεροφ και αμμωνίασ και, ςε αντίκεςθ με τον Ουρανό, θ ατμόςφαιρά του παρουςιάηει ζντονθ δραςτθριότθτα, κάτι απρόςμενο, μιασ και βρίςκεται πολφ μακριά από τον Ιλιο και θ κερμότθτα που λαμβάνει από αυτόν είναι ελάχιςτθ. Σαν τον Δία, ζχει κι αυτόσ μια χαρακτθριςτικι κθλίδα ςτθν ατμόςφαιρα, μόνο που θ δικι του είναι ςκοφρα μπλε. Για αρκετά χρόνια ιταν ο πιο μακρινόσ πλανιτθσ του ςυςτιματοσ, κακϊσ θ τροχιά του Ρλοφτωνα μπαίνει μζςα ςτθ δικι του. Ο Ροςειδϊνασ ζχει 14 γνωςτοφσ δορυφόρουσ. Ζώνη του Κϊιπερ-Πλούτωνασ Θ Ηϊνθ του Κάιπερ βρίςκεται ςε απόςταςθ 30-50 AU και αποτελείται από μικρά, παγωμζνα ςϊματα. Τα ςϊματα τθσ ηϊνθσ που, λόγω ζλξθσ από τουσ μεγάλουσ πλανιτεσ, μπαίνουν ςτο Θλιακό ςφςτθμα λζγονται Κζνταυροι. Ο Ρλοφτωνασ, που βρίςκεται ςτισ 39,5 AU, ιταν ο μικρότεροσ από τουσ πλανιτεσ (με διάμετρο μικρότερθ από τθν Σελινθ) μζχρι τον αποχαρακτθριςμό του, και αυτόσ για τον οποίο ζχουμε τα λιγότερα ςτοιχεία. Αποτελεί διπλό ςφςτθμα με το δορυφόρο του Χάροντα (ςυνολικά ο Ρλοφτωνασ ζχει 5 δορυφόρουσ). Ο Ρλοφτωνασ κεωρείται πλζον πλανιτθσ νάνοσ, μιασ και ςτθ Ηϊνθ του Κάιπερ ζχουν ανακαλυφκεί ςϊματα του ίδιου ι και μεγαλφτερου μεγζκουσ από αυτόν και αφοφ το ελάχιςτο όριο μεγζκουσ για πλιρθ πλανιτθ τζκθκε μεγαλφτερο από αυτόν. Διαςκορπιςμϋνοσ δύςκοσ Ο διαςκορπιςμζνοσ δίςκοσ (scattered disc) είναι περιοχι του θλιακοφ ςυςτιματοσ όπου μεταποςειδϊνια αντικείμενα διανφουν τροχιζσ με περιιλια γφρω ςτισ 30-35 AU και αφιλια που ξεπερνοφν τισ 100 AU. Τα αντικείμενα διαςκορπιςμζνου δίςκου ςυγκαταλζγονται ςτα μακρινότερα και πιο ψυχρά αντικείμενα του Θλιακοφ ςυςτιματοσ. Ριςτεφεται ότι από εκεί προζρχονται οι κομιτεσ με βραχεία περίοδο εμφάνιςθσ. Κομότεσ Οι κομιτεσ είναι ουράνια ςϊματα που ςε αντίκεςθ με τουσ απλανείσ αςτζρεσ και τουσ πλανιτεσ παρουςιάηουν όψθ νεφελϊδθ, ενϊ θ φλθ από τθν οποία ςυνίςτανται επιμθκφνεται υπό μορφι μακριάσ κόμθσ (= μακριά μαλλιά) όταν διζρχονται κοντά από τον Ιλιο. Κάκε κομιτθσ αποτελείται από τρία μζρθ, τον πυρινα, τθν κόμθ και τθν ουρά. Οι τροχιζσ των κομθτϊν είναι ελλειπτικζσ με εκκεντρότθτα που τείνει προσ τθ μονάδα (1). Ηλιόπαυςη Ωσ Θλιόςφαιρα ορίηεται μια τεράςτια δομι, ελλειψοειδοφσ ςχιματοσ, αποτελοφμενθ από ςωματίδια του θλιακοφ ανζμου, θ οποία περιβάλει τον Ιλιο και τουσ πλανιτεσ του θλιακοφ
Εικόνα 25: Σα Voyager 1 και 2 και οι κζςεισ από όπου περνοφν ςτθν περιοχι του Ηλιοςφαιρικοφ κολεοφ.
51
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
μασ ςυςτιματοσ. Σε απόςταςθ, οποία ποικίλει από 80 με 100 AU ζωσ 200 AU, βρίςκεται θ περιοχι που ονομάηεται όριο κρουςτικοφ κφματοσ (termination shock). Στο ςθμείο αυτό τα φορτιςμζνα ςωματίδια του θλιακοφ ανζμου επιβραδφνονται φςτερα από ςφγκρουςθ με τα ςωματίδια του διαςτρικοφ μζςου κακϊσ και λόγω μαγνθτικϊν πεδίων. Θ περιοχι πζρα από το όριο αυτό ονομάηεται θλιοςφαιρικόσ κολεόσ (heliosheath) και ζχει ςχιμα οβάλ. Το εξωτερικό όριο τθσ Θλιόςφαιρασ ονομάηεται Θλιόπαυςθ. Ωσ Θλιόπαυςθ ορίηεται θ περιοχι όπου τα εξερχόμενα ςωματίδια του θλιακοφ ανζμου και τα ειςερχόμενα ςωματίδια από τθ μεςοαςτρικι περιοχι ζχουν ιςοδφναμθ πίεςθ. Στθ περιοχι τθσ Θλιόπαυςθσ, το 2009, ανακαλφφκθκε, ςε απόςταςθ ςχεδόν 16 δις. χλμ. από τθ Γθ, ηϊνθ από ςωματίδια υδρογόνου, τα οποία κάποτε ιταν φορτιςμζνα κετικά (δθλαδι ιταν ςκζτα πρωτόνια). Τα ςωματίδια αυτά ςχθματίηουν ςτενι ηϊνθ, θ οποία είναι δφο με τρεισ φορζσ φωτεινότερθ από οτιδιποτε άλλο ςτον ουρανό. Θ ανακάλυψθ τθσ ηϊνθσ υδρογόνου ζγινε από τθν αποςτολι ΛΒΕΧ. Μζχρι το 2012 υπιρχε θ άποψθ πωσ εξωτερικά τθσ Θλιόςφαιρασ, ςτισ 230 AU, δθμιουργείτο ζνα τοξοειδζσ Κφμα Κροφςθσ (αγγλ. Bow Shock), εξαιτίασ τθσ κίνθςθσ του Ιλιου μζςα ςτον Γαλαξία. Ραρόμοιεσ περιοχζσ παρατθροφνται ςυχνά ςε πολλά αςτζρια ςτο ςφμπαν. Ωςτόςο, με βάςθ νζα δεδομζνα από τθν αποςτολι ΛΒΕΧ το 2012, τα οποία μελετικθκαν ςε ςφγκριςθ με δεδομζνα από τισ αποςτολζσ Voyager 1 και 2, αποδείχκθκε πωσ το Θλιακό ςφςτθμα δεν δθμιουργεί τζτοια περιοχι, πικανόν λόγω τθσ μικρότερθσ ταχφτθτασ (52.000 μίλια τθν ϊρα, ζναντι των 59.000 μιλίων τθν ϊρα που πιςτεφαμε ωσ τότε), με τθν οποία κινείται αυτι τθν ςτιγμι ο Ιλιοσ ςτο διαςτρικό μζςο. Νϋφοσ του Όορτ Τελικό ςφνορο του Συςτιματοσ είναι το υποκετικό Νζφοσ του Πορτ. Είναι παρόμοιο με τθ Ηϊνθ του Κάιπερ όςον αφορά τα ςϊματα που το αποτελοφν, βρίςκεται όμωσ πολφ πιο μακριά, ςτισ 50.000-100.000 AU, και ςχθματίηει ςφαίρα που περικλείει το Θλιακό ςφςτθμα, ενϊ θ Ηϊνθ του Κάιπερ είναι περιοριςμζνθ ςτθν εκλειπτικι. Από εκεί κεωρείται ότι προζρχονται οι κομιτεσ με μεγάλεσ περιόδουσ, όπωσ ο Κομιτθσ του Χάλεχ. Τυπικά, το όριο του Θλιακοφ ςυςτιματοσ είναι εκεί που θ βαρφτθτα του Ιλιου παίηει μικρότερο ρόλο από τθ βαρφτθτα άλλων ςωμάτων ι του Γαλαξία, δθλαδι πρακτικϊσ ςτα μιςά τθσ απόςταςθσ μζχρι το πιο κοντινό άςτρο. Εναλλακτικά, το Θλιακό Σφςτθμα τελειϊνει εκεί που το μαγνθτικό πεδίο του Γαλαξία γίνεται ιςχυρότερο από το μαγνθτικό πεδίο του Ιλιου, και δθμιουργείται κρουςτικό κφμα με τον θλιακό άνεμο (θλιόπαυςθ). Σχηματιςμόσ και εξϋλιξη Το θλιακό ςφςτθμα δθμιουργικθκε από τθν κατάρρευςθ ενόσ τεράςτιου μοριακοφ νζφουσ πριν από 4,568 δισ ζτθ. Το αρχικό νζφοσ είχε διαςτάςεισ αρκετϊν ετϊν φωτόσ και δθμιοφργθςε πολλά άςτρα. Κακϊσ θ περιοχι που κα γινόταν το θλιακό ςφςτθμα, γνωςτι ωσ προθλιακό νζφοσ, κατζρρευςε, θ διατιρθςθ τθσ ςτροφορμισ το ανάγκαςε να περιςτραφεί ταχφτερα. Το κζντρο ςτο οποίο ςυγκεντρϊκθκε θ περιςςότερθ μάηα γινόταν όλο και κερμότερο από το δίςκο, ο οποίοσ το περιζβαλλε. Κακϊσ το ςυρρικνωμζνο νεφζλωμα περιςτρεφόταν, ςχθματίςτθκε ζνασ πρωτοπλανθτικόσ δίςκοσ με διάμετρο 200 AU και ζνα καυτό πρϊταςτρο ςτο κζντρο. Οι πλανιτεσ ςχθματίςτθκαν από ςυςςϊρευςθ υλικοφ από αυτό το δίςκο. Μζςα ςτα επόμενα 50 εκατομμφρια χρόνια, οι ςυνκικεσ ςτον 52
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ιλιο επζτρεψαν τθν εκκίνθςθ κερμοπυρθνικισ ςφντθξθσ ςτον πυρινα του. Από αυτό το ςθμείο και για τα επόμενα 10 διςεκατομμφρια χρόνια ο Ιλιοσ κα ανικει ςτθν κφρια ακολουκία. Το θλιακό ςφςτθμα κα ζχει αυτι τθ μορφι που ζχει ςιμερα μζχρι ο Ιλιοσ να εξελιχκεί ςε ερυκρό γίγαντα. Αυτό αναμζνεται να ςυμβεί ςε περίπου 5 διςεκατομμφρια χρόνια.
Διαςτημικό ϋρευνα Μϋγιςτα μεγϋθη Μελζτθ που ζχει ςυνταχκεί από τον Διευκυντι του Ευγενιδείου Ρλανθταρίου (Ακινα), Διονφςθ Σιμόπουλο, και που ζλαβε δθμόςια προβολι το 2002, καταγράφει τα εξισ μζγιςτα μεγζκθ ςτο Θλιακό ςφςτθμα: Θ μεγαλφτερθ ςε ζκταςθ οροςειρά του Θλιακοφ ςυςτιματοσ βρίςκεται ςτον φυςικό δορυφόρο τθσ Γθσ, τθ Σελινθ. Ονομάηεται Κολδιζρεσ και βρίςκεται ςτα όρια τθσ Ανατολικισ Κάλαςςασ (Mare Orientale). Το μικοσ τθσ είναι 1.500 χλμ. Δθλαδι 1,5 φορά περιςςότερο ςε μικοσ, των Απεννίνων (600 χλμ) και του Καυκάςου (520) αν τφχαιναν να ςυνζχιηε θ μία τθν άλλθ. Το υψθλότερο όροσ ςτο Θλιακό ςφςτθμα είναι το όροσ Πλυμποσ, θφαίςτειο και βρίςκεται ςτον πλανιτθ Άρθ. Ζχει φψοσ 25 χιλιόμετρα, δθλαδι τρεισ φορζσ το φψοσ του Ζβερεςτ. Αλλά και ωσ θφαίςτειο, αν ςυγκρικεί με το Μάουνα Κζα, που εξζχει από τον πυκμζνα του Ειρθνικοφ 10 χλμ., γίνεται αντιλθπτι θ διαφορά. Αν ο Πλυμποσ του Άρθ βριςκόταν ςτθ Γθ, θ βάςθ του κα κάλυπτε όλο τον ελλθνικό θπειρωτικό χϊρο μαηί με το Αιγαίο. Ο κρατιρασ του Ολφμπου του Άρθ ζχει διάμετρο 85 χλμ. Ραρά ταφτα ο μεγαλφτεροσ θφαιςτειακόσ κρατιρασ είναι ο κρατιρασ Άρςια επί του ομϊνυμου θφαιςτείου, που βρίςκεται επίςθσ ςτον Άρθ και ζχει διάμετρο 110 χλμ. Θ μεγαλφτερθ χαράδρα, με πολλζσ επιμζρουσ, που ζχει παρατθρθκεί, βρίςκεται επίςθσ ςτον Άρθ, ςτθ λεγόμενθ "κοιλάδα του Μάρινερ". Θ τεράςτια αυτι χαράδρα εκτείνεται ςε μικοσ 4.500 χλμ. με μζγιςτο πλάτοσ 600 χλμ και μζγιςτο βάκοσ 7 χλμ. Μια τόςθ μεγάλθ ςε ζκταςθ χαράδρα αν βριςκόταν ςτθ Γθ κα εκτεινόταν από τθν Ρορτογαλία μζχρι τα Ουράλια όρθ. Θ μεγαλφτερθ κοιλάδα με κρατιρεσ βρίςκεται επίςθσ ςτον Άρθ και ονομάηεται "Ελλάσ". Θ διάμετρόσ τθσ φκάνει τα 2.000 χλμ. Ο μεγαλφτεροσ κρατιρασ που δθμιουργικθκε από πρόςκρουςθ με αςτεροειδι βρίςκεται ςτθ Σελινθ. Ρρόκειται για τθν τεράςτια λεκάνθ Αϊτκζν που ζχει διάμετρο 2.500 χλμ., βάκοσ 3 χλμ. και βρίςκεται ςτον Νότιο Ρόλο τθσ. Τον κρατιρα αυτόν μελζτθςε επιςταμζνα θ διαςτθμοςυςκευι "Κλθμεντίνθ"(Clementine) το 1994. Υπολογίηεται πωσ ο αςτεροειδισ που δθμιοφργθςε αυτόν τον κρατιρα κα πρζπει να είχε μζγεκοσ 200 τουλάχιςτον χλμ. θ δε πρόςκρουςθ κα πρζπει να ζγινε μερικά εκατομμφρια χρόνια μετά τον ςχθματιςμό τθσ. Ραρόμοιοσ τζτοιοσ κρατιρασ βρίςκεται και ςτον πλανιτθ Ερμι με διάμετρο 1.300 χλμ. και φζρει τθν ονομαςία "Λεκάνθ των Κερμίδων". Ο λαμπρότεροσ όμωσ τζτοιοσ κρατιρασ του Θλιακοφ ςυςτιματοσ βρίςκεται ςτθ Σελινθ και ονομάηεται "Αρίςταρχοσ", θ διάμετροσ του οποίου φκάνει τα 84 χλμ. και το βάκοσ του τα 4,8 χλμ. Σθμειϊνεται επίςθσ ότι τζτοιοι 53
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
κρατιρεσ ζχουν εντοπιςτεί και ςτθ Γθ. Ο μεγαλφτεροσ είναι εκείνοσ που ανακαλφφκθκε ςτισ αρχζσ τθσ δεκαετίασ του 1990 κοντά ςτθ χερςόνθςο Γιουκατάν ςτο Μεξικό και είναι υποβρφχιοσ. Θ διάμετρόσ του φκάνει τα 180 χλμ. και υπολογίηεται πωσ δθμιουργικθκε μετά από πρόςκρουςθ με αςτεροειδι μεγζκουσ 8 - 10 χλμ., πριν από 65 εκατομμφρια χρόνια με ςυνζπεια τθν εξαφάνιςθ των δεινοςαφρων. Ο δε αρχαιότεροσ επίςθσ τζτοιοσ γιινοσ κρατιρασ είναι αυτόσ που βρίςκεται ςτο Κεμπζκ του Καναδά και ονομάηεται Μανικουάγκαν θλικίασ 212 εκατομμυρίων ετϊν. Υπολογίηεται πωσ θ αρχικι του διάμετροσ ιταν 100 χλμ. πλθν όμωσ λόγω διαβρωτικϊν παραγόντων φαίνεται να ζχει περιοριςτεί ςτα 70 χλμ. Θ μεγαλφτερθ εδαφολογικι δραςτθριότθτα (αντί του όρου γεωλογικι) που παρατθρείται ςτα ςϊματα του Θλιακοφ ςυςτιματοσ είναι ςτθ Γθ, τθν Αφροδίτθ και τθν Λϊ (φυςικό δορυφόρο του Δία), θ δε μεγαλφτερθ εξ αυτϊν παρατθρείται ςτθν Λϊ. Ο πολφχρωμοσ αυτόσ δορυφόροσ βρίςκεται υπό ςυνεχι θφαιςτειακι ζξαρςθ. Το 1979 κακϊσ ο "Βόγιατηερ" τθν προςπερνοφςε ςτζλνοντασ φωτογραφίεσ τθσ επιφάνειάσ τθσ, ζκπλθκτοι οι επιςτιμονεσ αντελιφκθςαν τθν ζκρθξθ ενόσ τεράςτιου θφαιςτείου. Στθ ςειρά των φωτογραφιϊν αποκαλφφκθκε ζνασ μεγάλοσ αρικμόσ θφαιςτείων παρόμοιων με αυτά τθσ Γθσ και Αφροδίτθσ. Θ ζξαρςθ αυτι ερμθνεφεται από το γεγονόσ ότι ο δορυφόροσ Λϊ δζχεται τεράςτιεσ ελκτικζσ δυνάμεισ τόςο από τον πλανιτθ Δία, όςο και από τουσ άλλουσ δφο δορυφόρουσ, Ευρϊπθ και Γανυμιδθ, από διαφορετικζσ γωνίεσ, με ςυνζπεια να δθμιουργοφνται τεράςτιεσ παλιρροϊκζσ δυνάμεισ που ςχεδόν ανεβοκατεβάηουν τθν επιφάνειά του. Οι παλίρροιεσ αυτζσ κερμαίνουν το εςωτερικό τθσ. Ζτςι κειοφχα αζρια ξεπθδοφν ςτθν επιφάνειά τθσ με τεράςτιεσ θφαιςτειακζσ εκριξεισ κατά τισ οποίεσ πυρακτωμζνα υλικά πετάγονται ςε φψοσ 300 χλμ. ενϊ απελευκερϊνονται τεράςτιοι πίδακεσ διοξειδίου του κείου. Οι πίδακεσ αυτοί ςτθ ςυνζχεια ψφχονται και πζφτουν ςτο ζδαφοσ υπό μορφι όμορφου χρωματιςτοφ χιονιοφ. Υπολογίηεται πωσ ετθςίωσ το "χιόνι" αυτό φκάνει ςε φψοσ τα 10 εκατοςτά. Θ μεγαλφτερθ κερμοκραςία επιφάνειασ πλανιτθ είναι αυτι που παρατθρείται ςτθν Αφροδίτθ όπου θ μζςθ κερμοκραςία φκάνει τουσ 480 βακμοφσ Κελςίου. Αντίκετα τθν μικρότερθ τζτοια κερμοκραςία επιφάνειασ κατζχει ο δορυφόροσ Τρίτωνασ (του πλανιτθ Ροςειδϊνα) του οποίου θ κερμοκραςία επιφάνειάσ του φκάνει τουσ -235 βακμοφσ Κελςίου. Θ μεγαλφτερθ διαφορά κερμοκραςίασ που απαντάται ςτο Θλιακό ςφςτθμα είναι αυτι του μικροφ πλανιτθ Ερμι, όπου θ μζγιςτθ φκάνει τουσ 427 βακμοφσ Κελςίου ενϊ κατά τθν νφκτα κατζρχεται ςτουσ μείον 183 βακμοφσ Κελςίου. Ζτςι θ διαφορά αυτι αγγίηει τουσ 600 βακμοφσ Κελςίου. Θ μεγαλφτερθ ατμοςφαιρικι καταιγίδα, που ςυμβαίνει ςτο Θλιακό ςφςτθμα, αν και μόλισ μια δεκάδα πλανθτϊν και φυςικϊν δορυφόρων φζρουν ατμόςφαιρα, είναι εκείνθ του πλανιτθ Δία, ςτα κατϊτερα ςτρϊματα τθσ ατμόςφαιράσ του. Ρρόκειται για τθ «Μεγάλθ Κόκκινθ Κθλίδα» που παρατθρείται ςυνζχεια τα τελευταία 400 χρόνια. Θ γιγάντια αυτι φαινομενικι κθλίδα ζχει ςχιμα οβάλ και τριπλάςιο μζγεκοσ τθσ Γθσ. Φαίνεται ςαν κυκλϊπειο μάτι που παρακολουκεί τον Δία. Διαπιςτϊκθκε πωσ τεράςτια ρεφματα αερίων ρζουν από τα ανατολικά προσ τα δυτικά ενϊ ςτο βάκοσ αυτά κινοφνται αντίκετα. Αυτι θ 54
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
καταιγίδα περιςτρζφεται γφρω από τον άξονά τθσ κάκε 7 γιινεσ θμζρεσ. Ραρόμοια τζτοια καταιγίδα ανακαλφφκθκε από τον Βόγιατηερ και ςτον γαλαηωπό πλανιτθ Ροςειδϊνα. Ονομάςτθκε «Μεγάλθ Σκοτεινι Κθλίδα» και είναι λίγο μεγαλφτερθ από το μζγεκοσ τθσ Γθσ. Ραρατθριςεισ που ζγιναν αργότερα από το διαςτθμικό τθλεςκόπιο «Χαμπλ» ζδειξαν πωσ θ καταιγίδα αυτι ςιμερα ζχει πια εξαφανιςτεί. Οι ιςχυρότεροι άνεμοι που ζχουν παρατθρθκεί ςτο Θλιακό ςφςτθμα είναι αυτοί που ςυμβαίνουν ςτον πλανιτθ Ροςειδϊνα, των οποίων θ ταχφτθτα φκάνει τα 2.200 χλμ. τθν ϊρα. Ο μεγαλφτεροσ πλανιτθσ είναι φυςικά ο Δίασ. Στο εςωτερικό του κα μποροφςαν να χωρζςουν όλοι οι άλλοι πλανιτεσ και οι δορυφόροι τουσ, αφοφ ο όγκοσ του είναι 1.319 φορζσ μεγαλφτεροσ τθσ Γθσ. Θ διάμετρόσ του φκάνει τα 143.884 χλμ., ενϊ θ μάηα του είναι 318 φορζσ μεγαλφτερθ τθσ Γθσ. Αντίκετα ο μικρότεροσ πλανιτθσ είναι ο Ερμισ που ζχει και τθ μικρότερθ μάηα. Ο μεγαλφτεροσ φυςικόσ δορυφόροσ ςτο θλιακό ςφςτθμα είναι ο δορυφόροσ του Δία Γανυμιδθσ, που είναι μεγαλφτεροσ από τον πλανιτθ Ερμι. Οι περιςςότεροι δακτφλιοι περιφερομζνων υλικϊν βρίςκονται ςτον Κρόνο. Υπολογίηονται ςε 10.000 διαφορετικοφσ που περικλείουν τον Κρόνο. Αποτελοφνται από μικρά ςϊματα ςκόνθσ, πάγου, και βράχων μεγζκουσ μζχρι λεωφορείου. Αρχίηουν από το επίπεδο των νεφϊν του Κρόνου και φκάνουν ςε απόςταςθ μζχρι 275.000 χιλιόμετρα. Συγκριτικά μοιάηουν με πίτα διαμζτρου 1.400 μζτρων και πάχουσ 5 χιλιοςτϊν. Αν κεωρθκοφν αυτά δορυφόροι τότε ο Κρόνοσ κατζχει τουσ περιςςότερουσ. Επίςθμα τουσ περιςςότερουσ δορυφόρουσ ζχει ο Δίασ με 63 και ακολουκοφν ο Κρόνοσ με 62 και ο Ουρανόσ με 27. Θ μεγαλφτερθ θμζρα, δθλαδι διάρκεια μίασ πλιρουσ περιςτροφισ περί τον άξονα, πλανιτθ ςτο Θλιακό ςφςτθμα, παρατθρείται ςτθν αργοκίνθτθ Αφροδίτθ που φκάνει τισ 243,16 γιινεσ θμζρεσ. Αντίκετα τθ μικρότερθ θμζρα κατζχει ο ταχυκίνθτοσ Δίασ που ολοκλθρϊνει μία πλιρθ περιςτροφι περί του άξονά του ςε 9 ϊρεσ, 50 λεπτά και 30 δευτερόλεπτα γιινου χρόνου. Το μεγαλφτερο ζτοσ, δθλαδι διάρκεια μιασ πλιρουσ περιςτροφισ περί τον Ιλιο, πλανιτθ ςτο Θλιακό ςφςτθμα κατζχει ο πλζον απομακρυςμζνοσ πλανιτθσ Ροςειδϊνασ, που ολοκλθρϊνεται ςε 164,8 γιινα χρόνια. Αντίκετα τθ μικρότερθ διάρκεια περιςτροφισ περί τον Ιλιο, το μικρότερο ζτοσ κατζχει ο Ερμισ που ολοκλθρϊνει αυτό ςε 87,97 γιινεσ θμζρεσ. Βζβαια αυτό ςυμβαίνει από το γεγονόσ ότι ο Ερμισ απζχει από τον Ιλιο μόλισ 57,9 εκατομμφρια χιλιόμετρα ςε αντίκεςθ με τον Ροςειδϊνα που απζχει 4,5 διςεκατομμφρια χιλιόμετρα. Κοντινότεροσ επίςθσ πλανιτθσ ςτθ Γθ είναι θ Αφροδίτθ που απζχει ςε ελάχιςτθ απόςταςθ 42,4 εκατομμφρια χιλιόμετρα. Θ μεγαλφτερθ ταχφτθτα περιφοράσ γφρω από τον Ιλιο ςθμειϊνεται ςτον "φτεροπόδαρο" Ερμι όπου θ μζςθ ταχφτθτά του είναι 172.332 χλμ τθν ϊρα, ενϊ ο πιο "αργοκίνθτοσ" πλανιτθσ είναι ο Ροςειδϊνασ με μζςθ ταχφτθτα 19.548 χλμ τθν ϊρα.
55
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ο μεγαλφτεροσ αςτεροειδισ του Θλιακοφ ςυςτιματοσ είναι θ 1 Διμθτρα που βρίςκεται ανάμεςα ςτισ τροχιζσ του Άρθ και του Δία. Ζχει διάμετρο 940 χλμ. και είναι ο πρϊτοσ αςτεροειδισ που ανακαλφφκθκε, τθν Ρρωτοχρονιά του 1801. Ρρϊτοσ όμωσ αςτεροειδισ που φωτογραφικθκε ιταν ο 951-Γκάςπρα, από τθ διαςτθμοςυςκευι Γαλιλαίοσ, ςτισ 28 Οκτωβρίου του 1991 (από απόςταςθ 16.200 χλμ.). Ο ςυχνότεροσ κομιτθσ, δθλαδι με ςυντομότερθ περίοδο εμφάνιςθσ είναι ο κομιτθσ Ζνκε που ανακαλφφκθκε το 1786 και που επιςκζπτεται το Θλιακό ςφςτθμα ανελλιπϊσ κάκε 3,31 χρόνια. Μάλιςτα ο κομιτθσ αυτόσ είναι και ο πρϊτοσ που παρατθρικθκε με ραντάρ το 1980. Θ πλουςιότερθ βροχι διαττόντων που ζχει παρατθρθκεί ιταν θ βροχι των Λεοντιδϊν ςτισ 17 Νοεμβρίου του 1966, όταν ο νυκτερινόσ ουράνιοσ κόλοσ καλφφκθκε από περίπου 1000 "πεφταςτζρια", (όπωσ λζγονται κοινϊσ), ανά λεπτό και επί 40 λεπτά τθσ ϊρασ. Θ βροχι αυτι οφείλεται ςτον Κομιτθ Τεμπλ-Τατλ που επιςτρζφει ςτθ πορεία τθσ Γθσ κάκε 32,9 χρόνια και μζςα από τθ ςκόνθ του οποίου διζρχεται θ Γθ.
56
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Στοιχειώδη ςωματύδια Κατά τθ Σωματιδιακι Φυςικι ςτοιχειϊδεσ ςωματίδιο χαρακτθρίηεται το μικρότερο δομικό ςωματίδιο τθσ φλθσ που ζχει ανακαλυφκεί και που δεν διαιρείται περαιτζρω, τουλάχιςτον με τα ςθμερινά δεδομζνα ςε ακόμθ μικρότερα. Συνεπϊσ ζνα ςτοιχειϊδεσ ςωματίδιο είναι ζνα ςωματίδιο που δεν ζχει εςωτερικι δομι, δεν αποτελείται δθλαδι από άλλα ςωματίδια. Τα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια αποτελοφν τα δομικά υλικά όλων των άλλων ςωμάτιων (υποατομικϊν). Τα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια, για τθ πλθρζςτερθ μελζτθ τουσ, κατατάχκθκαν ςε δυο κφριεσ κατθγορίεσ: Τα ςωματίδια δομισ, τα φερμιόνια, που ςυμμετζχουν ςτθ δομι τθσ φλθσ (αυτά είναι τα κουάρκ και τα λεπτόνια), και ςτα Τα ςωματίδια φορείσ, που είναι μποηόνια, και είναι φορείσ των δυνάμεων. Αυτά είναι το φωτόνιο (θλεκτρομαγνθτικι δφναμθ), τα W και Z μποηόνια (αςκενισ αλλθλεπίδραςθ), το γκλουόνιο (ιςχυρι αλλθλεπίδραςθ) και το υποκετικό βαρυτόνιο (βαρυτικι δφναμθ). Σφμφωνα με τον παραπάνω οριςμό, τα αδρόνια, (ςυνδυαςμοί κουάρκ), όπωσ π.χ. το πρωτόνιο, το νετρόνιο και το πιόνιο, δεν κεωροφνται ςτοιχειϊδθ ςωμάτια αφοφ ςιμερα ξζρουμε ότι ζχουν δομι και ςυγκεκριμζνα ςφμφωνα με το κακιερωμζνο μοντζλο, αποτελοφνται από κουάρκ τα οποία κεωροφνται τα "πραγματικά" ςτοιχειϊδθ ςωμάτια, τα ζςχατα δθλαδι δομικά ςτοιχεία τθσ φλθσ. Κακϊσ όμωσ τα κουάρκ δεν ζχουν ελεφκερθ κατάςταςθ, αρκετοί όταν αναφζρονται ςε ςτοιχειϊδθ ςωμάτια εννοοφν και τα αδρόνια. Πχι με τθν ζννοια ότι δεν ζχουν δομι, αλλά με τθν ζννοια ότι δεν μποροφν να χωριςτοφν ςτα ςυςτατικά τουσ. Αρκετοί διατθροφν ζτςι τθν ιςτορικι ονομαςία "ςτοιχειϊδθ" για τα αδρόνια, ςε αναλογία με τα άτομα: παρόλο που ςιμερα γνωρίηουμε ότι τα άτομα μποροφν να διαςπαςτοφν, αν και για τισ χθμικζσ αντιδράςεισ ο χαρακτθριςμόσ "άτομα" είναι επιτυχθμζνοσ. Ο κλάδοσ τθσ φυςικισ που αςχολείται με τθ κεωρθτικι αντιμετϊπιςθ των προβλθμάτων που αφοροφν τα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια, είναι θ Σωματιδιακι Φυςικι. Θ πειραματικι διαδικαςία απαιτεί πολφπλοκα και δαπανθρά ςυςτιματα, που βαςίηεται κυρίωσ ςτουσ επιταχυντζσ ςωματιδίων, όπου με τθν επιτάχυνςθ διάφορων τφπων ςωματιδίων και τθ ςφγκρουςθ μεταξφ τουσ, μποροφμε να τα "διαςπάςουμε" ςτα πιο ςτοιχειϊδθ τουσ μζρθ, μελετϊντασ ζτςι τθ δομι τθσ φλθσ αλλά και ανακαλφπτοντασ νζα ςωματίδια. Για να επιτευχκεί όμωσ αυτό, ςτα επιταχυνόμενα ςωματίδια παρζχονται τεράςτια ποςά ενζργειασ.
Επιταχυντόσ ςωματιδύων Γενικά επιταχυντισ ςωματίδιων ονομάηεται μια ειδικι μθχανικι διάταξθ που μπορεί και επιταχφνει ςωματιδία ςε μεγάλεσ ταχφτθτεσ, που μπορεί να φτάςουν ζνα ςθμαντικό ποςοςτό τθσ ταχφτθτασ του φωτόσ. Στθ πραγματικότθτα ο επιταχυντισ ςωματιδίων επιταχφνει δζςμεσ φορτιςμζνων ςωματιδίων (π.χ. πρωτονίων και θλεκτρονίων) κατά μικοσ μιασ τροχιάσ, χρθςιμοποιϊντασ θλεκτρικά και μαγνθτικά πεδία. Πταν πλζον οι δζςμεσ των ςωματιδίων αυτϊν αναπτφξουν 57
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
πολφ μεγάλθ ταχφτθτα οδθγοφνται ςε ςφγκρουςθ με άλλα ςωματίδια καλοφμενα ςωματίδια ςτόχοι. Άλλεσ φορζσ, δζςμεσ ςωματιδίων που κινοφνται ςε αντίκετεσ κατευκφνςεισ ςυγκροφονται ςτο εςωτερικό του επιταχυντι με ςυνζπεια να δθμιουργοφν νζα ςωματίδια. Ειδικζσ ανιχνευτικζσ διατάξεισ κακϊσ και υπολογιςτζσ μποροφν και καταγράφουν τισ τροχιζσ των ςωματιδίων αυτϊν κακϊσ και τισ εκτροπζσ και τροχιζσ των νζων ςωματιδίων που προκφπτουν μετά τισ ςυγκροφςεισ των πρϊτων. Τα ςωματίδια περιζχονται ςε ζναν ςωλινα κενοφ ζτςι ϊςτε να μθν χάνουν ενζργεια χτυπϊντασ ςε μόρια αζρα. Σε επιταχυντζσ υψθλισ ενζργειασ, τετραπολικοί μαγνιτεσ χρθςιμοποιοφνται για να εςτιάςουν τα ςωματίδια ςε μία δζςμθ και να αποτρζψουν τθν μεταξφ τουσ θλεκτροςτατικι ι απωςτικι δφναμθ που κα μποροφςε να τα εκτρζψει. Υπάρχουν δφο βαςικοί τφποι επιταχυντϊν, οι γραμμικοί και οι κυκλικοί. Γραμμικού Επιταχυντϋσ Στον γραμμικό επιταχυντι τα ςωματίδια επιταχφνονται πάνω ςε μια ευκφγραμμθ τροχιά, προςπίπτοντασ ςτο ςτόχο τουσ. Σθμαντικι εφαρμογι βρίςκουν ςε κεραπείεσ του καρκίνου. Ο ιατρικόσ γραμμικόσ επιταχυντισ είναι ζνα ραδιοκεραπευτικό μθχάνθμα, το οποίο επιταχφνει φωτόνια ακτίνων Χ και θλεκτρόνια. Οι υψθλισ ενζργειασ ακτινοβολίεσ διειςδφουν βακειά μζςα ςτο ςϊμα και διαλφουν τουσ καρκινικοφσ ιςτοφσ, ενϊ τα θλεκτρόνια διειςδφουν μόνο ςε βακφτερεσ κυτταρικζσ δομζσ. Διαφορετικζσ ακτινοβολίεσ επιτρζπουν μία ποικιλία τζτοιων ςυνδυαςμϊν. Κυκλικού Επιταχυντϋσ Αυτοί αναγκάηουν τα ςωμάτια να γυρίηουν γφρω-γφρω ςε μια κυκλικι τροχιά δίνοντάσ τουσ όλο και περιςςότερθ ενζργεια ςε κάκε περιςτροφι. Υπάρχουν πολλά είδθ κυκλικϊν επιταχυντϊν όπωσ το ςφγχροτρο, το κφκλοτρο και το ςυγχροκφκλοτρο, τα οποία αποτελοφν πολφτιμα εργαλεία ςτθν ζρευνα τθσ φυςικισ υψθλϊν ενεργειϊν.
CERN To CERN διατθρϊντασ τθ ςφντμθςθ (ακρωνφμιο) τθσ αρχικισ ονομαςίασ του Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire, είναι το μεγαλφτερο ςε ζκταςθ (πειραματικό) κζντρο πυρθνικϊν ερευνϊν και ειδικότερα επί τθσ ςωματιδιακισ φυςικισ ςτον κόςμο. Βρίςκεται δυτικά τθσ Γενεφθσ, ςτα ςφνορα Ελβετίασ και Γαλλίασ. Λδρφκθκε το 1954 από δϊδεκα ευρωπαϊκζσ χϊρεσ και ςιμερα αρικμεί 20 κράτθμζλθ*, μεταξφ των οποίων και θ Ελλάδα, θ οποία είναι και ιδρυτικό μζλοσ.
Εικόνα 26: To λογότυπο του CERN
58
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Ιςτορύα Θ ςφμβαςθ για τθν ίδρυςθ του CERN κυρϊκθκε ςτισ 29 Σεπτεμβρίου 1954 από 12 χϊρεσ τθσ Ευρϊπθσ. Το ακρωνφμιο CERN αντιπροςϊπευε αρχικά από τισ γαλλικζσ λζξεισ για Conseil Européen pour la Recherche Nucleaire (Ευρωπαϊκό Συμβοφλιο Ρυρθνικισ Ζρευνασ), το οποίο ιταν ζνα προςωρινό ςυμβοφλιο για τθν καταςκευι του εργαςτθρίου, θ οποία ςυςτάκθκε από 12 ευρωπαϊκζσ κυβερνιςεισ το 1952. Το ακρωνφμιο επελζγθ για το νζο εργαςτιριο μετά τθν διάλυςθ του προςωρινοφ ςυμβουλίου, ακόμθ και αν το όνομα άλλαξε ςτο ςθμερινό Οργανιςμό Européenne pour la Recherche Nucleaire Εικόνα 27: Οι 12 ιδρυτικζσ χώρεσ μζλθ το 1954 (Ευρωπαϊκόσ Οργανιςμόσ Ρυρθνικϊν Ερευνϊν) το 1954. Σφμφωνα με τον Lew Kowarski, πρϊθν διευκυντισ του CERN, όταν το όνομα άλλαξε, το ακρωνφμιο κα μποροφςε να γίνει το άςχθμο OERN, και Heisenberg είπε ότι το ακρωνφμιο κα μποροφςε να «εξακολουκεί να είναι CERN, για ιςτορικοφσ λόγουσ. Ρρϊτοσ πρόεδροσ του CERN ιταν ο Sir Benjamin Lockspeiser και ο πρϊτοσ γενικόσ διευκυντισ ιταν Edoardo Amaldi. Το εργαςτιριο ιταν αρχικά αφιερωμζνο ςτθν μελζτθ των ατομικϊν πυρινων, αλλά ςφντομα άρχιςε να αςχολείται με τθν Σωματιδιακι φυςικι, αςχολείται κυρίωσ με τθ μελζτθ των αλλθλεπιδράςεων μεταξφ των υποατομικϊν ςωματιδίων. Ωσ εκ τοφτου, το εργαςτιριο που λειτουργεί από το CERN ςυνικωσ αναφζρεται ωσ Ευρωπαϊκό εργαςτιριο ςωματιδιακισ φυςικισ (Laboratoire européen pour la physique des particules), το οποίο περιγράφει καλφτερα τισ ζρευνεσ που πραγματοποιοφνται εκεί. Επιςτημονικϊ επιτεύγματα Αρκετά ςθμαντικά επιτεφγματα ςτο πεδίο τθσ φυςικισ των ςωματιδίων ζγιναν μζςω πειραμάτων ςτο CERN. Αυτά περιλαμβάνουν:
1973: Θ ανακάλυψθ των ουδζτερων ρευμάτων ςτο κάλαμο φυςαλίδων Gargamelle. 1983: Θ ανακάλυψθ των μποηονίων W και Z ςτα πειράματα UA1 και UA2. 1995: Θ πρϊτθ δθμιουργία ατόμων αντιυδρογόνου ςτο πείραμα PS210. 1999: Θ ανακάλυψθ τθσ άμεςθσ παραβίαςθσ CP ςτο πείραμα NA48. 2010: Θ απομόνωςθ 38 ατόμων αντιυδρογόνου. 2011: Θ διατιρθςθ αντιυδρογόνου για πάνω από 15 λεπτά. 2012: Ζνα μποηόνιο με μάηα περίπου 125 GeV / c2 ςυνάδει με τον πολυπόκθτο μποηόνιο Χιγκσ.
59
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Επιςτόμη υπολογιςτών Το World Wide Web που ξεκίνθςε ωσ ζνα ζργο του CERN που ονομαηόταν ENQUIRE, ξεκίνθςε από τον Tim Berners-Lee το 1989 και τον Robert Cailliau το 1990. Berners-Lee και Cailliau τιμικθκαν από κοινοφ από τθν Association for Computing Machinery το 1995 για τθ ςυμβολι τουσ ςτθν ανάπτυξθ του World Wide Web. Βάςει τθσ ζννοιασ του υπερκειμζνου (hypertext), το ζργο είχε ωσ ςτόχο να διευκολφνει τθν ανταλλαγι πλθροφοριϊν μεταξφ ερευνθτϊν. Θ πρϊτθ ιςτοςελίδα ενεργοποιικθκε το 1991. Στισ 30 Απριλίου του 1993, το CERN ανακοίνωςε ότι ο Ραγκόςμιοσ Λςτόσ κα είναι ελεφκεροσ ςε όλουσ. Ζνα αντίγραφο τθσ Εικόνα 29: Ο Tim Berners-Lee μιλάει ςε πανεπιςτιμιο ςτθν πρϊτθσ ιςτοςελίδασ, που Βραηιλία, 2009 δθμιουργικθκε από τον Berners-Lee, εξακολουκεί να υπάρχει ςτο δικτυακό τόπο τθσ Κοινοπραξίασ του Ραγκόςμιου Λςτοφ ωσ Εικόνα 28: Αυτόσ ο υπολογιςτισ τθσ NexT ιςτορικό ντοκουμζντο. χρθςιμοποιθκείκε από τον TIm BernersLee, ωσ ο πρώτοσ εξυπθρετθτισ του παγκόςμιου ιςτοφ.
Ρριν από τθν ανάπτυξθ του Λςτοφ, το CERN είχε προπορευτεί ςτθν ειςαγωγι τθσ τεχνολογίασ του Διαδικτφου, ξεκινϊντασ ςτισ αρχζσ του 1980. Μια ςφντομθ ιςτορία αυτισ τθσ περιόδου μπορεί να βρεκεί ςτθν ιςτοςελίδα του CERN. Ριο πρόςφατα, το CERN ζχει μια μονάδα για τθν ανάπτυξθ του Grid computing, φιλοξενϊντασ τα ζργα, ςυμπεριλαμβανομζνων των Enabling Grids for E-Science (EGEE) και LHC Computing Grid. Επίςθσ φιλοξενεί τoν CERN Internet Exchange Point (CIXP), ζνα από τα δφο κφρια ςθμεία ανταλλαγισ Διαδικτφου ςτθν Ελβετία. Λειτουργύα - ϋρευνα Θ κφρια λειτουργία του αφορά τθν παροχι επιταχυντϊν ςωματιδίων και άλλων υλικοτεχνικϊν υποδομϊν που χρειάηονται για τθν πειραματικι ζρευνα ςτο πεδίο τθσ φυςικισ υψθλϊν ενεργειϊν. Στο CERN λειτουργοφν επομζνωσ πολλοί επιταχυντζσ, ζνασ εκ των οποίων είναι ο LHC (Μζγασ Επιταχυντισ Αδρονίων), ο οποίοσ αναπτφςςεται ςε υπόγεια κυκλικι ςιραγγα περιφζρειασ 27 χιλιομζτρων που επιτρζπει ςτα πρωτόνια να επιταχφνονται ςε πολφ υψθλζσ ενζργειεσ. Ππωσ αποδείχκθκε ςτθν πράξθ, όμωσ, οι ερευνθτζσ του CERN δεν περιορίηονται αυςτθρά ςτον τομζα τθσ Ατομικισ και Ρυρθνικισ Φυςικισ: Στο CERN εργαηόταν, ωσ ζκτακτοσ ερευνθτισ, ο Τιμ Μπζρνερσ Λι ,ο επινοθτισ του Ραγκόςμιου Λςτοφ, τθσ δθμοφιλζςτερθσ, ςιμερα, υπθρεςίασ του Διαδικτφου
Εικόνα 30: Άγαλμα του ίβα ενδεικτικό τθσ πολυπολιτιςμικότθτασ τθσ κοινότθτασ
60
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Προςωπικό Το CERN απαςχολεί ςιμερα περίπου 3.000 μόνιμουσ εργαηόμενουσ, ενϊ περίπου 6.500 επιςτιμονεσ και μθχανικοί (που αντιπροςωπεφουν 500 πανεπιςτιμια και 80 διαφορετικζσ εκνικότθτεσ), περίπου το μιςό τθσ κοινότθτασ τθσ ςωματιδιακισ φυςικισ ςτον κόςμο, δουλεφουν ςε πειράματα που οργανϊνονται από το CERN. Μποζόνιο του Χιγκσ Το Μποηόνιο του Χιγκσ είναι ζνα ςωματίδιο του οποίου θ φπαρξθ προβλζπεται από το κακιερωμζνο μοντζλο και θ αναηιτθςθ του είναι ςτισ βαςικζσ προτεραιότθτεσ του μεγάλου επιταχυντι αδρονίων ςτο CERN. Το πεδίο που δθμιουργεί το ςωματίδιο είναι υπεφκυνο για τθν φπαρξθ μάηασ χωρίσ τθν οποία δεν κα υπιρχε βαρφτθτα ςτο Σφμπαν. Ζνα ςωματίδιο που ςυμπεριφζρεται ςαν το μποηόνιο του Χιγκσ, ανακαλφφκθκε από τουσ ερευνθτζσ του CERN και ανακοινϊκθκε ςτισ 4 Λουλίου του 2012. Ωςτόςο διαδικαςίεσ επαλικευςθσ είναι ακόμθ αναγκαίεσ για να διαςφαλιςκεί ότι πρόκειται πραγματικά για τον κρίκο που λείπει ςτθν αλυςίδα των ςτοιχειωδϊν ςωματιδίων, ανακοίνωςε ο Ευρωπαϊκόσ Οργανιςμόσ Ρυρθνικισ Ερευνασ (CERN). Το μποηόνιο του Χιγκσ κεωρείται από τουσ φυςικοφσ Εικόνα 31: το μουςείο Globe of Science and ωσ το κλειδί τθσ κεμελιϊδουσ δομισ τθσ φλθσ, το Innovation του CERN ςωματίδιο που δίνει ςτθν φλθ τθν μάηα τθσ, ςφμφωνα με τθ κεωρία του "Κακιερωμζνου Μοντζλου". "Διαβικαμε ζνα νζο ςτάδιο ςτθν κατανόθςθ τθσ φφςθσ", δθλϊνει ςε ανακοίνωςι του ο γενικόσ διευκντισ του CERN ολφ Χόγερ. "Θ ανακάλυψθ ενόσ ςωματιδίου τα χαρακτθριςτικά του οποίου είναι ςυμβατά με εκείνα του μποηονίου του Χιγκσ... ανοίγει τον δρόμο για περιςςότερο προωκθμζνεσ ζρευνεσ, που χρειάηονται περιςςότερα ςτατιςτικά ςτοιχεία, και οι οποίεσ κα προςδιορίςουν τα χαρακτθριςτικά του νζου ςωματιδίου...Κα ανοίξει τον δρόμο και ςε άλλα μυςτιρια του Σφμπαντόσ μασ", εξθγεί ο γενικόσ διευκυντισ του CERN. Λίγθ ϊρα πριν από τθν ανακοίνωςθ του ολφ Χόγερ, ο Τηο Λνκαντζλα εκπρόςωποσ του προγράμματοσ του CERN ανακοίνωνε πολφ ςυγκινθμζνοσ κατά τθ διάρκεια επιςτθμονικοφ ςεμιναρίου που οργανϊνεται από τον ευρωπαϊκό οργανιςμό ςτθ Γενεφθ τθν πρόοδο των τελευταίων μθνϊν. "Εντοπίςαμε ζνα νζο μποηόνιο, αλλά ζχουμε ανάγκθ από περιςςότερα ςτοιχεία" για να επαλθκεφςουμε εάν πρόκειται για το μποηόνιο του Χιγκσ, εξιγθςε ενϊπιον ακροατθρίου επιςτθμόνων. 61
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Το 1964, ο Βρετανόσ φυςικόσ Ρίτερ Χιγκσ είχε προεξοφλιςει τθν φπαρξθ του μποηονίου που φζρει το όνομά του, διατυπϊνοντασ μαηί με τουσ ςυναδζλφουσ του όμπερτ Μπράουτ και Φρανςουά Ενγκλερτ, τθ κεωρία του πεδίου Χιγκσ, ενόσ πεδίου που διαπερνά το Σφμπαν δίνοντασ μάηα ςτα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια.
62
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Λεπτόνια Τα λεπτόνια είναι κεμελιϊδθ (μθ ςφνκετα) ςωματίδια θμιακζραιου ςπιν (ιδιοςτροφορμι 1⁄2), τα οποία δεν μετζχουν ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ. Υπάρχουν δυο κφριεσ κατθγορίεσ λεπτονίων: τα φορτιςμζνα (θλεκτρονιόμορφα λεπτόνια), και τα ουδζτερα λεπτόνια πιο γνωςτά ωσ νετρίνο. Σε κάκε λεπτόνιο φλθσ αντιςτοιχεί ζνα λεπτόνιο αντιφλθσ. Ζνα βαςικό ςωματιδιακό ταξινομικό κριτιριο, αποτελεί θ ςυμμετοχι ι μθ ςτα διάφορα είδθ αλλθλεπιδράςεων. Ζτςι, τα διάφορα ςωματίδια χωρίηονται ςτα αδρόνια τα οποία μποροφν να μετζχουν εκτόσ των άλλων και ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ και ςτα λεπτόνια, τα οποία δεν μποροφν να μετζχουν ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ. Ιςτορικό αναδρομό Λςτορικά, θ ειςαγωγι του πρϊτου λεπτονίου (του θλεκτρονίου) ςτθ κεωρθτικι περιγραφι των ατόμων, ζγινε ςτο μοντζλο του Rutherford. Το 1933, ανακαλφφκθκε από τον (Anderson) ζνα νζο ςωματίδιο, το ποηιτρόνιο, ενϊ τθν ίδια χρονιά ειςάγεται το νετρίνο και το αντιςωματίδιο του, με κακαρά κεωρθτικά επιχειριματα. Θ πειραματικι ανίχνευςθ του νετρίνου και θ επαλικευςθ τθσ κεωρθτικισ περιγραφισ, ζγινε το 1953. Το 1936 ανακαλφπτεται πειραματικά το μιόνιο, αν και μόνο μετά το 1947 οι φυςικοί αντιλιφκθκαν ότι πρόκειται για ζνα νζο είδοσ λεπτονίου, το οποίο διακζτει και αυτό το αντιςωματίδιό του. Θ διάκριςθ μεταξφ των νετρίνων του θλεκτρονίου και των νετρίνων του μιονίου διαπιςτϊκθκε ςε πειράματα τα ζτθ 1962 και 1963. Τζλοσ, το 1976 ανακαλφφκθκε πειραματικά το ςωμάτιο ταυ, αρκετά βαρφτερο ςε ςχζςθ με τα υπόλοιπα λεπτόνια. Υπάρχουν αρκετζσ ενδείξεισ για τθν φπαρξθ του αντίςτοιχου νετρίνου και του ςωματιδίου του, τα οποία δεν ζχουν όμωσ παρατθρθκεί πειραματικά. Θ ονομαςία προζρχεται από τθν ελλθνικι λζξθ λεπτόσ, που ςθμαίνει ελαφρφσ, ςε αντιδιαςτολι με τθ λζξθ αδρόσ που ςθμαίνει βαρφσ, και χρθςιμοποιικθκε για τα βαρυόνια και τα μεςόνια. Θ ονομαςία αυτι δόκθκε κακϊσ το πρϊτο λεπτόνιο που βρζκθκε, το θλεκτρόνιο, ιταν πολφ ελαφρφτερο του πρωτονίου, και είναι ατυχισ, κακϊσ ζχουν ανακαλυφκεί αρκετά μεςόνια ι βαρυόνια, που είναι ελαφρφτερα των λεπτονίων. Ιδιότητεσ των λεπτονύων Και τα ζξι λεπτόνια κεωροφνται ςιμερα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια και ςυγκροτοφν μια κατθγορία, που μαηί με εκείνθ των κουάρκ αποτελοφν τουσ δομικοφσ λίκουσ τθσ φλθσ. Ζχουν όλα ςπιν 1/2 (είναι δθλαδι φερμιόνια και δε μετζχουν ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ). Τα λεπτόνια μποροφν να κατθγοριοποιθκοφν ςε διπλζτεσ, όπου το ζνα ςωματίδιο ζχει μάηα και θλεκτρικό φορτίο (όπωσ το θλεκτρόνιο και το μιόνιο) και το δεφτερο είναι ςχεδόν άμαηο και θλεκτρικά ουδζτερο (όπωσ τα διάφορα νετρίνα). Μποροφμε λοιπόν να ςχθματίςουμε τισ παρακάτω διπλζτεσ:
και τισ αντίςτοιχεσ για τα αντιςωματίδιά τουσ. Τα λεπτόνια διακζτουν ζναν χαρακτθριςτικό αρικμό, ο οποίοσ ονομάηεται λεπτονικόσ αρικμόσ, και ο οποίοσ διατθρείται ςτισ διάφορεσ αντιδράςεισ. Υπάρχουν τρεισ λεπτονικοί αρικμοί: ο θλεκτρονικόσ, ο μιονικόσ και ο ταυ, τουσ οποίουσ διακζτουν τα αντίςτοιχα ςωματίδια και τα νετρίνα τουσ. 63
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Είναι γνωςτό ότι οι μάηεσ των νετρίνων είναι μθ-μθδενικζσ, εξ' αιτίασ των ταλαντϊςεων των νετρίνων, αλλά παραμζνουν πολφ μικρζσ για να μετρθκοφν, μζχρι τισ αρχζσ του 2007.
Αδρόνια Ζνασ διαχωριςμόσ που μπορεί να γίνει ανάμεςα ςτα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια, αφορά το είδοσ των αλλθλεπιδράςεων ςτισ οποίεσ μποροφν αυτά να μετζχουν. Ζτςι, χωρίηουμε τα ςτοιχειϊδθ ςωματίδια ςτα αδρόνια και τα λεπτόνια. Θ διαφορά τουσ ζγκειται ςτο ότι τα πρϊτα μποροφν να μετζχουν εκτόσ των άλλων και ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ, ενϊ τα λεπτόνια όχι. Τα αδρόνια ονομάςτθκαν ζτςι από τθν λζξθ αδρόσ (=δυνατόσ), ςε αντίκεςθ με τα λεπτόνια, από τθ λζξθ λεπτόσ (=αδφνατοσ). Τα λεπτόνια ονομάςτθκαν ζτςι γιατί τα πρϊτα από αυτά που ανακαλφφκθκαν είχαν πολφ μικρι μάηα ςε ςχζςθ με τα αντίςτοιχα αδρόνια. Μετζπειτα πειράματα ζδειξαν ότι αυτό δεν ιςχφει για όλα τα λεπτόνια, αλλά οι όροι αυτοί ζχουν παραμείνει για ιςτορικοφσ λόγουσ. Τα αδρόνια χωρίηονται ςε δφο κατθγορίεσ. Τα βαρυόνια τα οποία είναι φερμιόνια και τα μεςόνια που είναι μποηόνια. Βαρυόνια Τα βαρυόνια είναι υποατομικά ςωματίδια τα οποία δθμιουργοφνται με ςυνδυαςμοφσ τριϊν κουάρκ. Μαηί με τα μεςόνια απαρτίηουν τθν οικογζνεια των αδρονίων, δθλαδι ςωματίδια που καταςκευάηονται από κουάρκ. Τα βαρυόνια είναι φερμιόνια, ςε αντίκεςθ με τα μεςόνια που είναι μποηόνια. Υπακοφουν δθλαδι ςτθ ςτατιςτικι Φζρμι-Ντιράκ, ενϊ μποροφν να ςυμμετζχουν και ςε ιςχυρζσ αλλθλεπιδράςεισ. Τα βαρυόνια διακζτουν ζναν κβαντικό αρικμό, τον βαρυονικό, ο οποίοσ διατθρείται ςε κάκε είδουσ αλλθλεπιδράςεισ. Θ ονομαςία τουσ προζρχεται από τθν ελλθνικι λζξθ βαρφσ, κακϊσ τθν εποχι που δόκθκε, πιςτευόταν ότι τα ςωματίδια αυτά είχαν πολφ μεγάλθ μάηα ςε ςχζςθ με τα υπόλοιπα. Τα πιο ςυνθκιςμζνα βαρυόνια είναι τα γνωςτά πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία αποτελοφν τουσ δομικοφσ λίκουσ του ατομικοφ πυρινα. Άλλα ςωματίδια που ανικουν ςτθν οικογζνεια των βαρυονίων είναι τα ςωμάτια Δ, Σ, Λ, Ξ και Ω.
Εικόνα 32: Η λεγόμενθ δεκαπλζτα των βαρυονίων-βαρυόνια που ζχουν ςπιν 3/2.
Εικόνα 33: Η οκταπλζτα των βαρυονίωνβαρυόνια που ζχουν ςπιν 1/2
64
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μεςόνια Τα μεςόνια είναι αδρόνια που αποτελοφνται από ζνα κουάρκ και ζνα αντικουάρκ. Τα μεςόνια είχαν αρχικά προβλεφκεί κεωρθτικά ωσ φορείσ τθσ δφναμθσ που κρατά τα νετρόνια και πρωτόνια μζςα ςτον πυρινα. Το μιόνιο, όταν αρχικά ανακαλφφκθκε, κεωρικθκε μεςόνιο, υπόκεςθ που καταρρίφκθκε αργότερα. Το πρϊτο μεςόνιο που παρατθρικθκε ιταν το πιόνιο (ςπανιότερα π-μεςόνιο), ςτα 1947. Ο Χιντζκι Γιουκάβα είχε προβλζψει τθν φπαρξθ των μεςονίων κεωρθτικά το 1935 και το 1949 τιμικθκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυςικισ για τθν εργαςία του αυτι.
65
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Προςτατεύοντασ τον Επιταχυντό του CERN Θ ζμπνευςθ για τθν υλοποίθςθ τθσ ςυγκεκριμζνθσ εργαςίασ προιλκε κατά τθ διάρκεια του ςεμιναρίου του CERN «Greek Teachers Program», ςτισ 26-29 Αυγοφςτου 2015. Τθν τελευταία μζρα του ςεμιναρίου ζγινε παρουςίαςθ με τίτλο «Το CERN ςτο ςχολείο». Συγκεκριμζνα εκφράςτθκε θ ιδζα για υλοποίθςθ προςομοίωςθσ εφαρμογϊν που ιδθ υπάρχουν και λειτουργοφν ςτο CERN με τθ χριςθ τθσ πλακζτασ Arduino, όπωσ θ ανίχνευςθ του ςθμείου δρόςου. Το ςυγκεκριμζνο φαινόμενο είναι καταςτροφικό για τουσ ανιχνευτζσ ςωματιδίων που χρθςιμοποιεί το CERN, αφοφ θ υγραςία μπορεί να προκαλζςει λάκοσ μετριςεισ. Μια ςυςκευι που κα ανιχνεφει τθ δθμιουργία υγραςίασ, μπορεί να βοθκιςει ςτθν αποτροπι του ςυγκεκριμζνου φαινομζνου.
Δρόςοσ Θ δρόςοσ είναι το φυςικό φαινόμενο κατά το οποίο οι υπάρχοντεσ υδρατμοί ςτθν ατμόςφαιρα πλθςίον του εδάφουσ ςυμπυκνϊνονται ςε μεγάλεσ ςταγόνεσ νεροφ που καλφπτουν κάκε αντικείμενο. Ζτςι κατά μεν τθν διαδικαςία δθμιουργίασ χαρακτθρίηεται Μετεωρολογικό φαινόμενο κατά δε ςτο χϊρο που ςυμβαίνει "ατμοςφαιρικό φαινόμενο". Ευνοώκϋσ ςυνθόκεσ ςχηματιςμού
Εικόνα 34: ταγόνεσ υγραςίασ πάνω ςτον ιςτό μιασ αράχνθσ
Θ ατμοςφαιρικι υγραςία ςυμπυκνϊνεται ςε ςταγόνεσ νεροφ όταν θ ατμοςφαιρικι κερμοκραςία φκάςει ςτο ςθμείο δρόςου (βλ. παρακάτω), κακϊσ τότε ο ρυκμόσ εξάτμιςθσ του νεροφ είναι χαμθλότεροσ από το ρυκμό ςυμπφκνωςθσ. ´Λδιαίτερα τισ ξάςτερεσ νφκτεσ, θ Γθ ακτινοβολεί περιςςότερθ κερμότθτα από αυτι που λαμβάνει, κακϊσ τα ςφννεφα δρουν ωσ ανακλαςτζσ ακτινοβολίασ, με αποτζλεςμα να ψφχεται θ επιφάνειά τθσ. Θ τροπόςφαιρα, το κατϊτερο ςτρϊμα τθσ ατμόςφαιρασ, αρχίηει να ψφχεται μζςω τθσ μεταφοράσ κερμότθτασ προσ τθν επιφάνεια τθσ Γθσ, και οι υδρατμοί που υπάρχουν ς'αυτιν, λόγω τθσ απϊλειασ κερμότθτασ, ςυμπυκνϊνονται και ςχθματίηουν υδροςταγόνεσ. Τισ νφκτεσ που δθμιουργείται δρόςοσ, ςυνικωσ υπάρχει και άπνοια, κακϊσ ο νυκτερινόσ άνεμοσ μεταφζρει κερμζσ αζριεσ μάηεσ από μεγαλφτερα φψθ, κοντά ςτθν επιφάνεια. Συνικθ μζρθ ςχθματιςμοφ τθσ δρόςου, είναι ςϊματα που δεν ακουμπάνε ςτθν επιφάνεια τθσ Γθσ. Τα βακφτερα ςτρϊματα του φλοιοφ τθσ Γθσ είναι κατά τθ διάρκεια τθσ νφχτασ, πιο κερμά από τθν επιφάνεια, και μεταφζρουν κερμότθτα προσ αυτιν. Θ χαμθλι κερμικι αγωγιμότθτα τθσ ατμόςφαιρασ, αποτρζπει τθν περαιτζρω μεταφορά κερμότθτασ από τθν επιφάνεια προσ τα ςϊματα που δεν ακουμπάνε ςτο ζδαφοσ ι ςε άλλα ςϊματα υψθλισ κερμικισ αγωγιμότθτασ. 66
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Το φαινόμενο παρατθρείται και ςτθν εξωτερικι επιφάνεια ενόσ ποτθρίου παγωμζνου νεροφ το καλοκαίρι, ι ςε ζναν, κολωμζνο από τθ χριςθ ηεςτοφ νεροφ, κακρζφτθ μπάνιου, πάνω ςτον οποίο κα ςχθματιςτοφν ςταγόνεσ νεροφ. Διϊκριςη δρόςου Γεγονόσ είναι ότι τελικά θ δθμιουργία τθσ δρόςου εξαρτάται κυρίωσ από τθν υφιςτάμενθ διάχυςθ υδρατμϊν μζςα ςτον αζρα (ςτθν ατμόςφαιρα). Εξετάηοντασ όμωσ αυτι τθ διάχυςθ παρατθρείται, ειδικά πάνω από βλάςτθςθ, δφο δυνατζσ περιπτϊςεισ δθμιουργίασ: είτε με κακοδικι κίνθςθ των υδρατμϊν, είτε με ανοδικι κίνθςθ. Αυτό κακιςτά ζτςι αντιλθπτό ότι τελικά υφίςτανται δφο είδθ δρόςου ανάλογα τθσ κίνθςθσ των υδρατμϊν, οι οποίεσ και είναι:. H κακοδικι δρόςοσ που λζγεται αυτι που προκαλείται με κακοδικι κίνθςθ υδρατμϊν και που εμφανίηεται ςτθ πάνω επιφάνεια των φφλλων, θ οποία και φζρεται ςτθν αγγλικι ορολογία ωσ "dewfall" και H ανοδικι δρόςοσ που λζγεται αυτι που δθμιουργείται με ανοδικι κίνθςθ υδρατμϊν από κάτω προσ τα επάνω και που εμφανίηεται ςτθν κάτω επιφάνεια των φφλλων των λουλουδιϊν, θ οποία και φζρεται ςτθν αγγλικι ορολογία ωσ "distillation" (=απόςταξθ). Σημεύο δρόςου Σθμείο δρόςου ι Σθμείο υγροποίθςθσ ι ςθμείο κόρου ατμόςφαιρασ χαρακτθρίηεται το ςθμείο εκείνο τθσ κερμοκραςίασ που όταν οι υδρατμοί ψυχκοφν δθμιουργοφν το φαινόμενο τθσ δρόςου, δθλαδι τισ ςταγόνεσ δρόςου. Στθ κερμοκραςία αυτι εξυπακοφεται πωσ ο αζρασ είναι κορεςμζνοσ και δεν μπορεί να ςυγκρατιςει άλλουσ υδρατμοφσ με αποτζλεςμα θ ςχετικι υγραςία να είναι 100%. Σθμειϊνεται όμωσ ότι θ κερμοκραςία κορεςμοφ τθσ ατμόςφαιρασ ι του "ςθμείου δρόςου" μπορεί να είναι οποιαδιποτε κερμοκραςία, πάνω από το 0°C. Θ κερμοκραςία αυτι εξαρτάται και μόνο από τθν ποςότθτα των υδρατμϊν που περιζχει 1 κυβικό μζτρο αζροσ, ςυνεπϊσ εξαρτάται από τθν απόλυτθ υγραςία. Θ κερμοκραςία του ςθμείου δρόςου αποτελεί ςπουδαίο μετεωρολογικό ςτοιχείο για ζνα τόπο και γιϋ αυτό πάντοτε αναφζρεται ςτουσ μετεωρολογικοφσ χάρτεσ με τα ςφμβολα D.P. από τα αρχικά του αγγλικοφ όρου Dew Point (=Δρόςου Σθμείο). Παρατηρόςεισ Γενικά θ δρόςοσ χαρακτθρίηεται ωσ ζνα από τα ευεργετικότερα μετεωρολογικά φαινόμενα, ειδικά ςτισ καλλιζργειεσ, και όχι μόνο. Λδιαίτερα ςτισ περιοχζσ με λιγοςτζσ βροχοπτϊςεισ όπωσ είναι τα περιςςότερα νθςιά του Αιγαίου, ιδίωσ οι Κυκλάδεσ θ αξία τθσ είναι ιδιαίτερα αντιλθπτι. Αν ζλλειπε θ δρόςοσ όλα κα ιταν κατάξερα και καμιά καλλιζργεια δεν κα ευδοκιμοφςε. Ακόμα λόγω αυτισ τθσ ευεργετικισ παρουςίασ τθσ εξθγείται θ παρουςία καμνϊδουσ βλάςτθςθσ ςε παράκτιεσ εριμουσ όπωσ του Ρεροφ, τθσ Μαυριτανίασ κ.α. Ανεξάρτθτα όμωσ αυτϊν ςθμειϊνεται ότι θ παρουςία τθσ δρόςου ευνοεί επίςθσ τθν ανάπτυξθ μυκιτων ιδιαίτερα επικίνδυνων ςτα φυτά.
67
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Αν θ κερμοκραςία ςυμπφκνωςθσ των υδρατμϊν είναι κάτω από το 0°C τότε δθμιουργείται ζνα άλλο φαινόμενο που λζγεται πάχνθ ι παγετόσ
Πειραματικό διϊταξη Χρθςιμοποιικθκαν: μια πλακζτα Arduino nano, ζνασ αιςκθτιρασ DHT11 που μετράει κερμοκραςία και ςχετικι υγραςία, ζνα breadboard και κάποια καλϊδια. Τα υλικά μάσ τα προμικευςε το CERN, όπωσ και τον αλγόρικμο για τον υπολογιςμό του ςθμείου δρόςου, το ςχεδιαςμό του κυκλϊματοσ, κϊδικα για τθν ανίχνευςθ τθσ υγραςίασ και τθσ κερμοκραςίασ.
Εικόνα 35:Arduino nano
Εικόνα 36: τάδιο Προγραμματιςμοφ
68
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 37: Σο ολοκλθρωμζνο κφκλωμα
Εικόνα 38:Σροποποιθμζνθ διάταξθ για μετριςεισ ςθμείου δρόςου
69
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 39: Κατά τθ διαδικαςία τθσ διδαςκαλίασ
Εικόνα 40: φνδεςθ Arduino με τον υπολογιςτι κατά τθ διάρκεια τθσ διδαςκαλίασ
70
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 41: Από τισ διαδικτυακζσ ςυηθτιςεισ με τθν κ. Σςίρου
Εικόνα 42:Επιλφοντασ προβλιματα με τθν κ. Σςίρου
71
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Εικόνα 43: Από τθν οκόνθ λειτουργίασ με μετριςεισ θμείου Δρόςου
72
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Παραρτόματα 1. Σκοτεινό Ύλη Σαν «ςκοτεινι φλθ» εννοοφμε τθν φλθ που δεν εκπζμπει θλεκτομαγνθτικι ακτινοβολία και αποτελείται από ςωματίδια που αλλθλεπιδροφν με τθν υπόλοιπθ (βαρυονικι) φλθ αλλά και μεταξφ τουσ μόνο μζςω τθσ βαρυτικισ αλλθλεπίδραςθσ. Κζλει μια προςοχι εδϊ γιατί υπάρχει και βαρυονικι φλθ που δεν εκπζμπει ζντονα θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία (πχ. τα λεγόμενα ετερόφωτα ςϊματα, πλανιτεσ, κλπ) που παρόλο που δεν εκπζμπουν μζςω τθσ διαδικαςίασ ςφντθξθσ ατομικϊν πυρινων, εκπζμπουν ςυνικωσ κερμικι ακτινοβολία, και επομζνωσ δεν είναι αυτό που ορίηουμε ωσ «ςκοτεινι φλθ». Θ φπαρξθ τθσ ςκοτεινισ φλθσ πικανολογικθκε ιδθ από τα μζςα του περαςμζνου αιϊνα από τθ μελζτθ των ιδίων κινιςεων γαλαξιϊν μζςα ςε ςμινθ γαλαξιϊν (αρχικά του ςμινουσ τθ Κόμθσ). Βρζκθκε ότι οι ςχετικζσ ταχφτθτεσ των γαλαξιϊν, μελϊν του ςμινουσ, ιταν κατά πολφ μεγαλφτερεσ από ότι προζβλεπε το βαρυτικό δυναμικό του ςμινουσ, υπολογιςμζνου χρθςιμοποιϊντασ τισ μάηεσ των μελϊν γαλαξιϊν (βάςθ τθσ ζνταςθσ τθσ ακτινοβολία τουσ). Σφμφωνα με αυτοφσ τουσ υπολογιςμοφσ θ ταχφτθτα διαφυγισ των γαλαξιϊν ιταν τζτοια που κα ζπρεπε να ζχουν «διαφφγει» και το ςμινοσ να ζχει διαλυκεί. Θ πικανι φπαρξθ ςκοτεινισ φλθσ δίνει λφςθ ςε αυτό το πρόβλθμα μιασ και αυξάνει κατά πολφ το πραγματικό βαρυτικό δυναμικό του ςμινουσ ςε επίπεδα που να επιτρζπουν οι γαλαξίεσ να ζχουν τισ παρατθροφμενεσ ταχφτθτεσ δίχωσ να κζτουν ςε κίνδυνο τθν ακεραιότθτα του ςμινουσ. Επιπλζον, μεταγενζςτερεσ μελζτεσ των επίπεδων καμπφλων περιςτροφισ των ςπειροειδϊν γαλαξιϊν πάλι ερμθνεφτθκαν με τθν φπαρξθ ςκοτεινισ φλθσ. Υπάρχουν βζβαια και άλλεσ πικανζσ λφςεισ των παραπάνω προβλθμάτων που ζχουν να κάνουν κυρίωσ με τθν λεγόμενθ «μεταβαλλόμενθ βαρφτθτα» (modified gravity). Αυτζσ οι λφςεισ προχποκζτουν ότι θ δφναμθ βαρφτθτασ δεν ζχει ςε όλεσ τισ κλίμακεσ τθ γνωςτι αναλογία με τθν απόςταςθ (αντιςτρόφωσ ανάλογθ του τετραγϊνου τθ απόςταςθσ) ι ακόμα ότι θ ςτακερά τθ βαρφτθτα, G, μεταβάλλεται (απειροελάχιςτα) με τθν κλίμακα. Πμωσ αυτζσ οι κεωρίεσ δεν ζχουν μπορζςει, μζχρι ςτιγμισ, να ερμθνεφςουν όλα τα φαινόμενα που ερμθνεφονται με τθν φπαρξθ ςκοτεινισ φλθσ. Επιπλζον, θ φπαρξθ τθ ςκοτεινισ φλθσ προβλζπεται και από τισ παρατθριςεισ των διαταραχϊν του υπόβακρου μικροκυμάτων αλλά και από τι μελζτεσ τθσ ςμθνοποίθςθ των κοςμικϊν δομϊν. Είναι πολφ ςθμαντικό να ποφμε ότι χωρίσ τθν φπαρξθ ςκοτεινισ φλθσ δεν μποροφμε να ερμθνεφςουμε τθν ίδια τθν φπαρξθ κοςμικϊν δομϊν, μιασ και οι διαταραχζσ του υπόβακρου τθσ ακτινοβολία μικροκυμάτων, όντασ διαταραχζσ και τθσ πυκνότθτασ τθσ βαρυονικισ φλθσ του πρϊϊμου ςφμπαντοσ (κυμθκείτε ότι φλθ και ακτινοβολία είναι ςυηευγμζνεσ), είναι πολφ μικρζσ για να δθμιουργιςουν ςμινθ γαλαξιϊν και του ίδιουσ τουσ γαλαξίεσ. Μόνο αν υπάρχει ςκοτεινι φλθ, θ οποία δεν ςυηεφγνεται με τθν ακτινοβολία και τθσ οποίασ οι διαταραχζσ πυκνότθτασ άρχιςαν να μεγαλϊνουν πολφ πριν αποδεςμευτεί θ βαρυονικι φλθ και θ ακτινοβολία, τότε υπάρχουν αρκετά μεγάλεσ διαταραχζσ ςτθν πυκνότθτα τθσ ςκοτεινισ φλθσ, μζςα ςτισ οποίεσ πζφτουν τα αποδεςμευμζνα βαρυόνια και δθμιουργοφν, με τθν πάροδο του χρόνου, κοςμικζσ δομζσ. 2. Σκοτεινό Ενϋργεια Αναφερκικαμε προθγοφμενα ςτθν φπαρξθ αυτισ τθσ μυςτθριϊδουσ δφναμθσ, που λειτουργεί αντίκετα από αυτι τθσ βαρφτθτασ. Είναι δθλαδι μια υποκετικι μορφι ενζργειασ με αρνθτικι πίεςθ που κατ'επζκταςθ προςομοιάηει «αντι-βαρφτθτα». Δφο 73
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
κυρίωσ μοντζλα «ςκοτεινισ ενζργειασ» ζχουν προτακεί: θ λεγόμενθ κοςμολογικι ςτακερά (που τθν πρωτοειςιγαγε ο Αϊνςτάιν ςαν μια ςτακερά ςτισ εξιςϊςεισ πεδίου τθσ ΓΚΣ για να πάρει ςτατικζσ λφςεισ), που είναι μία ενζργεια ςτακερι ςτον χρόνο. Θ φυςικι τθσ ερμθνεία ωσ θ ενζργεια του κενοφ υποςτθρίηεται από τθν κβαντομθχανικι (από το γεγονόσ ότι ηεφγθ ςωματίων & αντιςωματίων δθμιουργοφνται από το κενό και παρόλο που ηουν ελάχιςτα δίνουν ςτο κενό μθ-μθδενικι δυναμικι ενζργεια). Στθν ΓΚΣ όλεσ οι μορφζσ ενζργειασ δθμιουργοφν βαρυτικό πεδίο, άρα το αυτό και θ ενζργεια του κενοφ. Πμωσ ζχουμε το παράδοξο ότι όλεσ οι κεωρίεσ που προβλζπουν τθν φπαρξθ κοςμολογικισ ςτακεράσ προβλζπουν επίςθσ ότι πρζπει να ζχει τιμι 10120 φορζσ μεγαλφτερθ από αυτι που μετράμε με τθν μελζτθ των μακρινϊν υπερκαινοφανϊν αςτζρων. Άλλο μοντζλο «ςκοτεινισ ενζργειασ» είναι και θ «πεμπτουςία» (quintessence) που είναι ζνα δυναμικό πεδίο του οποίου θ ενζργεια εξελίςςεται ςτο χϊρο και το χρόνο. Ρρζπει να ποφμε εδϊ ότι υπάρχουν και προςπάκειεσ ερμθνείασ τθσ επιταχυνόμενθσ διαςτολισ του Σφμπαντοσ ςτθ βάςθ φυςικϊν διεργαςιϊν που βαςίηονται ςε ςχετικά πιο γνωςτι φυςικι (κοςμικά μαγνθτικά πεδία, αλλθλεπιδροφςα ςκοτεινι φλθ, κλπ), προςπάκεια ςτθν οποία ςυμμετζχουν ενεργά και Ζλλθνεσ αςτροφυςικοί.
3. Διαδικαςύα εγκατϊςταςησ του ARDUINO IDE ςε Windows 1. Ρλοθγθκείτε ςτο http://www.arduino.cc και πατιςτε "Downloads" 2. Για εγκατάςταςθ ςε Windows πατιςτε Windows Installer ι επιλζξτε ζνα άλλο από τα διακζςιμα λειτουργικά 3. Ρατιςτε "Just download" 4. Ρεριμζνετε να κατζβει το εκτελζςιμο αρχείο (κα πάρει μερικά λεπτά, ανάλογα με τθν ταχφτθτα ςφνδεςισ ςασ ςτο internet) και όταν αυτό ςυμβεί εκτελζςτε το. Στα windows vista/8/8.1/10 κα ερωτθκείτε αν κζλετε να εκτελεςτεί το πρόγραμμα εγκατάςταςθσ και κα πρζπει να δϊςετε τθν άδεια. Κατόπιν κα πρζπει να ςυμφωνιςετε με τθν άδεια χριςθσ, πατϊντασ "I agree" 5. Αφιςτε τισ προεπιλεγμζνεσ ρυκμίςεισ και πατιςτε "Νext" 6. Μπορείτε να αποδεχκείτε τον προεπιλεγμζνο φάκελο εγκατάςταςθσ (ςυνίςταται) ι να αλλάξετε φάκελο εγκατάςταςθσ πατϊντασ ςτο "Browse". Κατόπιν πατιςτε "Install" 7. Μετά από κάποιο χρόνο που χρειάηεται για να γίνουν οι απαραίτθτεσ ενζργειεσ από το πρόγραμμα εγκατάςταςθσ Μετά από κάποιο χρόνο, ανάλογα με τθν ιςχφ του υπολογιςτι ςασ κα πρζπει να δείτε
"Completed" και να πατιςετε "Close". Στθν επιφάνεια εργαςίασ κα υπάρχει θ ςυντόμευςθ Εκτζλεςθ του Arduino IDE
74
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Μπορείτε να ξεκινιςετε το Arduino IDE με διπλό κλικ πάνω ςτθ ςυντόμευςι του ςτθν επιφάνεια εργαςίασ. Μετά από μια ειςαγωγικι οκόνθ κα βρεκείτε ςτο περιβάλλον του IDE και κα μπορείτε να ξεκινιςετε το πρϊτο ςασ πρόγραμμα (Sketch) Ρροςοχι: Να επιλζξετε τθν ςωςτι πλατφόρμα: Nano Τθν πρϊτθ φορά που κα ςυνδζςετε το Arduino ςασ κα εγκαταςτακοφν οι ςωςτοί drivers. Επίςθσ, αν αντιμετωπίηετε πρόβλθμα ςτο να φορτϊςετε το πρϊτο ςασ sketch ςτον Arduino, ελζγξτε/δοκιμάςτε να αλλάξετε τθ ςειριακι πόρτα
75
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Βιβλιογραφύα «Astronomers: Star collisions are rampant, catastrophic». CNN News. 2000-06-02. Ανακτικθκε ςτισ 2006-07-21.*νεκρόσ ςφνδεςμοσ+ «Ferreting Out The First Stars». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 2005-09-22. Ανακτικθκε ςτισ 2006-09-05.[νεκρόσ ςφνδεςμοσ] «Galaxies». Cornell University. 2005-10-20. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-10. «Galaxy Interactions». University of Maryland Department of Astronomy. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 9 Μαΐου 2006. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-19. «Groups & Clusters of Galaxies». NASA Chandra. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-15. «Happy Sweet Sixteen, Hubble Telescope!». NASA. 2006-04-24. Ανακτικθκε ςτισ 2006-0810. «Hipparcos: High Proper Motion Stars». ESA. 1999-09-10. Ανακτικθκε ςτισ 2006-10-10. «Hubble Finds Intergalactic Stars». Hubble News Desk. 1997-01-14. Ανακτικθκε ςτισ 200611-06. «Hubble's Largest Galaxy Portrait Offers a New High-Definition View». NASA. 2006-02-28. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-03. «Interacting Galaxies». Swinburne University. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-19. «Introduction to Supernova Remnants». Goddard Space Flight Center. 2006-04-06. Ανακτικθκε ςτισ 2006-07-16. «Luminosity of Stars». Australian Telescope Outreach and Education. Ανακτικθκε ςτισ 200608-13. «Mass loss and Evolution». UCL Astrophysics Group. 2004-06-18. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 2004-11-22. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-26. «NASA's Hubble Weighs in on the Heaviest Stars in the Galaxy». NASA News. 2005-03-03. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-04. «Search for Submillimeter Protogalaxies». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 1999-11-18. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-10. «Simulations Show How Growing Black Holes Regulate Galaxy Formation». Carnegie Mellon University. 2005-02-09. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-07. «Spitzer Reveals What Edwin Hubble Missed». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 2004-05-31. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-06.
76
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
«Starburst Galaxies». Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. 2006-08-29. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-10. «Starry Starry Starry Night: Star Count May Triple». NPR. Associated Press. December 1, 2010. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 2010-12-06. Ανακτικθκε ςτισ 2010-12-07. «Stars Just Got Bigger». European Southern Observatory. 2010-07-21. Ανακτικθκε ςτισ 2010-17-24. «The evolution of stars between 50 and 100 times the mass of the Sun». Royal Greenwich Observatory. Ανακτικθκε ςτισ 2006-09-07. «Unveiling the Secret of a Virgo Dwarf Galaxy». ESO. 2000-05-03. Ανακτικθκε ςτισ 2007-0103. «Weighing the Smallest Stars». ESO. 2005-01-01. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-13.*νεκρόσ ςφνδεςμοσ+ «What is a galaxy? How many stars in a galaxy / the Universe?». Royal Greenwich Observatory. Ανακτικθκε ςτισ 2006-07-18. «What is a star?». Royal Greenwich Observatory. Ανακτικθκε ςτισ 2006-09-07. 1: Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis (2005). Misconceptions about the Big Bang Alard, Alard (2001). «Another bar in the Bulge». Astronomy and Astrophysics 379 (2): L44– L47. doi:10.1051/0004-6361:20011487. Ανακτικθκε ςτισ 2010-03-05. Alpher, R.A., Herman, R. (1988): «Reflections on early work on 'big bang' cosmology». Physics Today, τόμοσ 8 (8), ςς. 24–34 Bahcall, Neta A. (1988). «Large-scale structure in the universe indicated by galaxy clusters». Annual review of astronomy and astrophysics 26: 631–686. doi:10.1146/annurev.aa.26.090188.003215. Bally, J.; Morse, J.; Reipurth, B. (1996). «The Birth of Stars: Herbig-Haro Jets, Accretion and Proto-Planetary Disks». Στο: Piero Benvenuti, F.D. Macchetto, and Ethan J. Schreier. Science with the Hubble Space Telescope - II. Proceedings of a workshop held in Paris, France, December 4–8, 1995. Space Telescope Science Institute, p. 491. Bibcode: 1996swhs.conf..491B. Barstow, M. A. (2005). «Elliptical Galaxies». Leicester University Physics Department. Ανακτικθκε ςτισ 2006-06-08. Baugh, C.; Frenk, C. (Μάιοσ 1999). «How are galaxies made?». PhysicsWeb. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-16. Bedding TR, et al. (1997). «The angular diameter of R Doradus: a nearby Mira-like star». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 286 (4): 957–62. Ανακτικθκε ςτισ 200706-20. 77
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Bell, G. R.; Levine, S. E. (1997). «Mass of the Milky Way and Dwarf Spheroidal Stream Membership». Bulletin of the American Astronomical Society 29 (2): 1384. Ανακτικθκε ςτισ 2008-11-01. BEX Reveals a Missing Boundary At the Edge Of the Solar System, NASA, 10 Μαΐου 2012 Conselice, C. J. (Φεβρουάριοσ 2007). «The Universe's Invisible Hand». Scientific American 296 (2): 35–41. Cowen, Ron (12/09/2013). «Voyager 1 has reached interstellar space». Nature. doi:10.1038/nature.2013.13735. Ανακτικθκε ςτισ 23/02/2015. Dahlem, Michael (2006-11-24). «Optical and radio survey of Southern Compact Groups of galaxies». University of Birmingham Astrophysics and Space Research Group. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 13 Λουνίου 2007. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-15. de Loore, C.; de Greve, J. P.; Lamers, H. J. G. L. M. (1977). «Evolution of massive stars with mass loss by stellar wind». Astronomy and Astrophysics 61 (2): 251–259. Bibcode: 1977A&A....61..251D. Dubinski, John (1998). «The Origin of the Brightest Cluster Galaxies». Astrophysical Journal 502 (2): 141–149. doi:10.1086/305901. Dwarf galaxies gobbled by their giant neighbours, BBC, 09/09/2010 Elmegreen, B.; Efremov, Y. N. (1999). «The Formation of Star Clusters». American Scientist 86 (3): 264. doi:10.1511/1998.3.264. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ March 23, 2005. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-23. Esa Science News (1998-10-14). ISO unveils the hidden rings of Andromeda. Δελτίο τφπου. Ανακτικθκε ςτισ 2006-05-24. Eskridge, P. B.; Frogel, J. A. (1999). «What is the True Fraction of Barred Spiral Galaxies?». Astrophysics and Space Science 269/270: 427–430. doi:10.1023/A:1017025820201. Ford, H. (2002-04-30). «Hubble's New Camera Delivers Breathtaking Views of the Universe». Hubble News Desk. Ανακτικθκε ςτισ 2007-05-08. Fowler, A. (1891–2). «The Draper Catalogue of Stellar Spectra». Nature, a Weekly Illustrated Journal of Science 45: 427–8. Frebel, A.; Norris, J. E.; Christlieb, N.; Thom, C.; Beers, T. C.; Rhee, J (2007-05-11). «Nearby Star Is A Galactic Fossil». Science Daily. Ανακτικθκε ςτισ 2007-05-10. Frebel, Anna, et al (May, 2007). «Discovery of HE 1523-0901, a Strongly r-Process-enhanced Metal-poor Star with Detected Uranium». Astrophysical Journal Letters 660 (2): L117–L120. doi:10.1086/518122. Bibcode: 2007ApJ...660L.117F.
78
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Fryer, C. L. (2003). «Black-hole formation from stellar collapse». Classical and Quantum Gravity 20 (10): S73–S80. doi:10.1088/0264-9381/20/10/309. Bibcode: 2003CQGra..20S..73F. Gerber, R. A.; Lamb, S. A.; Balsara, D. S. (1994). «Ring Galaxy Evolution as a Function of "Intruder" Mass». Bulletin of the American Astronomical Society 26: 911. Ανακτικθκε ςτισ 2008-11-01. Gilman, D.. «The Galaxies: Islands of Stars». NASA WMAP. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-10. Girardi, M.; Giuricin, G. (2000). «The Observational Mass Function of Loose Galaxy Groups». The Astrophysical Journal 540 (1): 45–56. doi:10.1086/309314. Gonzalez, G. (1998). «The Stellar Metallicity — Planet Connection». Proceedings of a workshop on brown dwarfs and extrasolar planets, pp. 431. Bibcode: 1998bdep.conf..431G. Gott, J. Richard, III; et al. (Μάιοσ 2005). «A Map of the Universe». The Astrophysical Journal 624 (2): 463–484. doi:10.1086/428890. Bibcode: 2005ApJ...624..463G. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (2006-01-30). Most Milky Way Stars Are Single. Δελτίο τφπου. Ανακτικθκε ςτισ 2006-07-16.[νεκρόσ ςφνδεςμοσ] Hinshaw, Gary (2006-08-23). «The Life and Death of Stars». NASA WMAP Mission. Ανακτικθκε ςτισ 2006-09-01. Holmberg, J.; Flynn, C. (2000). «The local density of matter mapped by Hipparcos». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 313 (2): 209–216. doi:10.1046/j.13658711.2000.02905.x. Bibcode: 2000MNRAS.313..209H. http://playground.arduino.cc/ https://learn.adafruit.com/dht Hupp, E.; Roy, S.; Watzke, M. (2006-08-12). «NASA Finds Direct Proof of Dark Matter». NASA. Ανακτικθκε ςτισ 2007-04-17. Jarrett, T. H.. «Near-Infrared Galaxy Morphology Atlas». California Institute of Technology. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-09. Jaschek, Carlos; Jaschek, Mercedes (1990). The Classification of Stars. Cambridge University Press, ςελ. 31–48. ISBN 0521389968. Jim Holt (2012). Why Does the World Exist?. Liveright Publishing, ςελ. 308. Johnson, Hugh M. (1957). «The Kinematics and Evolution of Population I Stars». Publications of the Astronomical Society of the Pacific 69 (406): 54. doi:10.1086/127012. Keel, Bill (Σεπτζμβριοσ 2006). «Starburst Galaxies». University of Alabama. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-11.
79
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Keel, William C. (2000). «Introducing Active Galactic Nuclei». The University of Alabama. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-06. Kennicutt Jr., R. C.; Lee, J. C.; Funes, J. G.; Shoko, S.; Akiyama, S. (6–10 Σεπτεμβρίου 2004). «Demographics and Host Galaxies of Starbursts». Starbursts: From 30 Doradus to Lyman Break Galaxies. Cambridge, UK: Dordrecht: Springer, p. 187. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-11. Laughlin, G.; Bodenheimer, P.; Adams, F. C. (1997). «The End of the Main Sequence». The Astrophysical Journal 482 (1): 420–432. doi:10.1086/304125. Bibcode: 1997ApJ...482..420L. Liebert, J. (1980). «White dwarf stars». Annual review of astronomy and astrophysics 18 (2): 363–398. doi:10.1146/annurev.aa.18.090180.002051. Bibcode: 1980ARA&A..18..363L. Lombardi, Jr., J. C.; Warren, J. S.; Rasio, F. A.; Sills, A.; Warren, A. R. (2002). «Stellar Collisions and the Interior Structure of Blue Stragglers». The Astrophysical Journal 568 (2): 939–953. doi:10.1086/339060. Bibcode: 2002ApJ...568..939L. Mackie, Glen (2002-02-01). «To see the Universe in a Grain of Taranaki Sand». Swinburne University. Ανακτικθκε ςτισ 2006-12-20. MacRobert, Alan M. «The Spectral Types of Stars». Sky and Telescope. Ανακτικθκε ςτισ 2006-07-19. Mandolesi, N.; Calzolari, P.; Cortiglioni, S.; Delpino, F.; Sironi, G. (1986). «Large-scale homogeneity of the Universe measured by the microwave background». Letters to Nature 319: 751–753. doi:10.1038/319751a0. Massey, R. (2007-04-21). «Caught in the act; forming galaxies captured in the young universe». Royal Astronomical Society. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 2011-07-16. Ανακτικθκε ςτισ 2007-04-20. McKee, Maggie (2005-06-07). «Galactic loners produce more stars». New Scientist. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-15. McMahon, R. (2006). «Journey to the birth of the Universe». Nature 443 (7108): 151. doi:10.1038/443151a. PMID 16971933. Bibcode: 2006Natur.443..151M. Megeath, Tom (May 11, 2010). «Herschel finds a hole in space». ESA. Ανακτικθκε ςτισ 201005-17. Mengel, J. G.; Demarque, P.; Sweigart, A. V.; Gross, P. G. (1979). «Stellar evolution from the zero-age main sequence». Astrophysical Journal Supplement Series 40: 733–791. doi:10.1086/190603. Bibcode: 1979ApJS...40..733M. Naftilan, S. A.; Stetson, P. B. (2006-07-13). «How do scientists determine the ages of stars? Is the technique really accurate enough to use it to verify the age of the universe?». Scientific American. Ανακτικθκε ςτισ 2007-05-11. New Interstellar Boundary Explorer data show heliosphere's long-theorized bow shock does not exist, Μάιοσ 2012 80
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Noguchi, M. (1999). «Early Evolution of Disk Galaxies: Formation of Bulges in Clumpy Young Galactic Disks». Astrophysical Journal 514 (1): 77–95. doi:10.1086/306932. Bibcode: 1999ApJ...514...77N. Panter, B.; Jimenez, R.; Heavens, A. F.; Charlot, S. (2007). «The star formation histories of galaxies in the Sloan Digital Sky Survey». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 378 (4): 1550–1564. doi:10.1111/j.1365-2966.2007.11909.x. Bibcode: 2007MNRAS.378.1550P. Pizzolato, N.; Ventura, P.; D'Antona, F.; Maggio, A.; Micela, G.; Sciortino, S. (2001). «Subphotospheric convection and magnetic activity dependence on metallicity and age: Models and tests». Astronomy & Astrophysics 373 (2): 597–607. doi:10.1051/00046361:20010626. Bibcode: 2001A&A...373..597P. Ponman, Trevor (2005-02-25). «Galaxy Systems: Groups». University of Birmingham Astrophysics and Space Research Group. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-15. Ricker, Paul. «When Galaxy Clusters Collide». San Diego Supercomputer Center. Ανακτικθκε ςτισ 2008-08-27. Sackmann, I. J.; Boothroyd, A. I.; Kraemer, K. E. (1993). «Our Sun. III. Present and Future». Astrophysical Journal 418: 457. doi:10.1086/173407. Bibcode: 1993ApJ...418..457S. Sanders, Robert (2006-01-09). «Milky Way galaxy is warped and vibrating like a drum». UCBerkeley News. Ανακτικθκε ςτισ 2006-05-24. Schröder, K.-P.; Smith, Robert Connon (2008). «Distant future of the Sun and Earth revisited». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 386 (1): 155. doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x. Bibcode: 2008MNRAS.386..155S. Δείτε επίςθσPalmer, Jason (2008-02-22). «Hope dims that Earth will survive Sun's death». NewScientist.com news service. Ανακτικθκε ςτισ 2008-03-24.[νεκρόσ ςφνδεςμοσ] Seligman, Courtney. «Slow Contraction of Protostellar Cloud». Self-published. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 2008-06-23. Ανακτικθκε ςτισ 2006-09-05. Smith, Gene (1999-04-16). «Stellar Spectra». University of California, San Diego. Ανακτικθκε ςτισ 2006-10-12. Smith, Gene (2006-07-13). «Starbursts & Colliding Galaxies». University of California, San Diego Center for Astrophysics & Space Sciences. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-10. Smith, Michael David (2004). The Origin of Stars. Imperial College Press, ςελ. 57–68. ISBN 1860945015. Smith, Michael David (2004). The origin of stars. Imperial College Press, ςελ. 176. ISBN 1860945015. Smith, Nathan (1998). «The Behemoth Eta Carinae: A Repeat Offender». Mercury Magazine (Astronomical Society of the Pacific) 27: 20. Ανακτικθκε ςτισ 2006-08-13. 81
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
Sparke, L. S.; Gallagher III, J. S. (2000). Galaxies in the Universe: An Introduction. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-59704-4. Spiral galaxies grow by swallowing dwarfs, ASTRONOMY NOW, 09/09/2010 Struck, C. (1999). «Galaxy Collisions». arXiv:astro-ph/9908269 [astro-ph]. Szebehely, Victor G.; Curran, Richard B. (1985). Stability of the Solar System and Its Minor Natural and Artificial Bodies. Springer. ISBN 9027720460. Timothy Ferris (1997). The Whole Shebang: A State-of-the-Universe(s) Report. Simon & Schuster, ςελ. 400. Tully, R. B. (1982). «The Local Supercluster». Astrophysical Journal 257: 389–422. doi:10.1086/159999. Villard, R.; Samarrai, F.; Thuan, T.; Ostlin, G. (2004-12-01). «Hubble Uncovers a Baby Galaxy in a Grown-Up Universe». HubbleSite News Center. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-11. Weaver, D.; Villard, R. (2007-10-16). «Hubble Finds 'Dorian Gray' Galaxy». HubbleSite News Center. Ανακτικθκε ςτισ 2007-10-16. Wilford, John Noble (1990-10-26). «Sighting of Largest Galaxy Hints Clues on the Clustering of Matter». New York Times. Ανακτικθκε ςτισ 2010-05-06. Wong, J. (2000-04-14). «Astrophysicist maps out our own galaxy's end». University of Toronto. Αρχειοκετικθκε από το πρωτότυπο ςτισ 8 Λανουαρίου 2007. Ανακτικθκε ςτισ 2007-01-11. Wood, B. E.; Müller, H.-R.; Zank, G. P.; Linsky, J. L. (2002). «Measured Mass-Loss Rates of Solar-like Stars as a Function of Age and Activity». The Astrophysical Journal 574 (1): 412– 425. doi:10.1086/340797. Bibcode: 2002ApJ...574..412W. Woodward, P. R. (1978). «Theoretical models of star formation». Annual review of astronomy and astrophysics 16 (1): 555–584. doi:10.1146/annurev.aa.16.090178.003011. Bibcode: 1978ARA&A..16..555W. Ζνα «φωτοςτζφανο» υδρογόνου περιβάλλει το Θλιακό Σφςτθμα, in.gr Επιςτιμθ - Αςτρονομία - Για πρϊτθ φορά "χαρτογραφικθκαν" (με ελλθνικι ςυμμετοχι) τα μζχρι τϊρα αόρατα ςφνορα του θλιακοφ μασ ςυςτιματοσ, ANA μζςω Google Μανιμάνθσ, Βαςίλειοσ Ν.: «Τι υπιρξε πριν τθ δθμιουργία του Σφμπαντοσ;», Ρεριςκόπιο τθσ Επιςτιμθσ, τεφχοσ 215 (Μάρτιοσ 1998), ςς. 62-69 Ραπάηογλου Ρ., Λιϊνθσ Σ-Ρ., «Ανάπτυξθ εφαρμογϊν με το Arduino”, Κεςςαλονίκθ 2015 Ρουλάκθσ Εμμανουιλ, «Ρρογραμματίηοντασ με τον μικροελεγκτι Arduino”, Θράκλειο 2015
82
Προςτατεφοντασ τον Επιταχυντή του CERN !
Ερευνητική εργαςία (project)
http://4syn-thess2016.ekped.gr/015-efarmoges-rompotikis-cern-entopismos-simioudrosou/
83