Αστρονομία (Α' μέρος)

Ο ρόλος της Αστρονομίας

Η Αστρονομία, μητέρα όλων των επιστημών, έχει τις ρίζες της στις αστρικές παρατηρήσεις των Βαβυλωνίων και των Αιγυπτίων. Οι ιερείς-αστρονόμοι εκείνης της περιόδου διαπίστωσαν εμπειρικά ότι οι εποχές σχετίζονταν με τη θέση του Ήλιου και των άστρων, ότι οι εκλείψεις μπορούσαν εύκολα να προβλεφθούν με την περίοδο σάρο και ότι οι αστρικοί ρυθμοί κανόνιζαν τη ροή του χρόνου.
Η Αστρονομία συστηματοποιήθηκε ως επιστήμη από τους αρχαίους Έλληνες φυσιολόγους φιλοσόφους και οι απαρχές της βρίσκονται στους Ίωνες προσωκρατικούς φιλοσόφους του 6ου αιώνα π.Χ. Στη συνέχεια ο Ίππαρχος, το 2ο αιώνα π.Χ., μας έδωσε τον πρώτο κατάλογο των άστρων και των αστερισμών αποτυπώνοντας την ελληνική μυθολογία στον ουρανό. Έκτοτε ήταν ένα απλό παιχνίδισμα μνήμης ο προσανατολισμός στην ξηρά και ιδιαίτερα στη θάλασσα. Ο Ησίοδος, με το βιβλίο του «Έργα και Ημέραι», δίνει χρήσιμες αστρονομικές πληροφορίες στους αγρότες οι οποίες τους βοηθούσαν στις γεωργικές τους καλλιέργειες. Στην Αίγυπτο των Πτολεμαίων έχουμε μια συστηματική προσπάθεια να βρεθεί η μαθηματική αντιστοιχία ανάμεσα στο μακρόκοσμο (Σύμπαν) και το μικρόκοσμο (άνθρωπος). Εκεί ο άνθρωπος προσπαθούσε να δαμάσει το θάνατο μέσω του ελέγχου της ροής του χρόνου, που προσδιορίζει τις λειτουργίες της βιολογικής φθοράς όλων των ζωντανών οργανισμών πάνω στη Γη.
Οι αστρικές εποχές και οι εφαρμογές της Αστρονομίας αποτυπώθηκαν σε ναούς, σε ανάκτορα, στη ζωγραφική, στη γλυπτική και στην τέχνη. Οι πυραμίδες ήταν τεράστια μεσημβρινά αστρονομικά όργανα και οι οβελίσκοι τεράστιοι γνώμονες. Η μελέτη της κίνησης του άκρου της σκιάς του γνώμονα επέτρεψε στους αρχαίους αστρονόμους τη μελέτη της φαινόμενης κίνησης του Ηλίου και από αυτήν τον καθορισμό των ισημεριών και των τροπών, της διάρκειας του τροπικού έτους, τη λόξωση της εκλειπτικής και τον προσδιορισμό του γεωγραφικού πλάτους. Με τα ηλιακά ρολόγια, που ήταν βελτιωμένοι γνώμονες, μετρήθηκε ο αληθινός ηλιακός χρόνος. Η άρρηκτη διαισθητική ενότητα και σχέση που ανέπτυξε ο ανθρώπινος νους ανάμεσα στις έννοιες χρόνος και ρυθμός αποτέλεσε ένα ουσιαστικό εργαλείο μέτρησης του χρόνου από τη στιγμή που μπόρεσε να αποτυπωθεί μέσω των λειτουργιών της ανθρώπινης μνήμης και έκφρασης. Έτσι, οι αστρικοί ρυθμοί έδωσαν την έννοια του ημερολογίου.
Η χλομή παρουσία της Σελήνης τη νύχτα, μέσω των φάσεών της, μας έδωσε την έννοια του μήνα και της εβδομάδας. Το άστρο της ημέρας όμως, ο φωτοδότης και ζωοδότης Ήλιος, συνδέεται με πολυάριθμα γήινα φαινόμενα που σχετίζονται με την εξέλιξη του ζωικού κόσμου και ιδιαίτερα της ανθρώπινης ζωής. Η καταλυτική παρουσία του Ήλιου, ως του πρώτου θεού στην αρχαιότητα, επηρέασε σε αφάνταστο βαθμό την ιστορία του ανθρώπινου πολιτισμού.
Ουσιαστικά όμως τα αιώνια ερωτήματα που βασικά συνδέονται με την Αστρονομία και οι άνθρωποι περιμένουν απαντήσεις από αυτήν είναι: ποιοι είμαστε, από πού ερχόμαστε και πού πάμε; Πώς και γιατί γεννήθηκε το Σύμπαν; Τι υπήρχε πριν υπάρξει η Δημιουργία; Πώς εξελίσσεται και πού θα καταλήξει το γιγαντιαίο αυτό δημιούργημα; Τα ερωτήματα αυτά συνεχίζουν να κεντρίζουν την ανθρώπινη φαντασία από τα πανάρχαια χρόνια μέχρι σήμερα και οι απαντήσεις έρχονται με βραδείς ρυθμούς. Ο πρωτοπόρος ερευνητής σήμερα βρίσκεται πέρα από τα γήινα και η Αστρονομία είναι ακριβώς η επιστήμη εκείνη που μας βοηθάει να σπάσουμε τα γήινα δεσμά μας και να φτάσουμε τα επουράνια.
Η ανάπτυξη της Αστρονομίας, η μετεξέλιξή της στην Αστροφυσική με την κατανόηση των αστρικών διεργασιών και με την ανάπτυξη της Διαστημικής έκανε χειροπιαστό το όνειρο ρομαντικών και ονειροπόλων συγγραφέων και αστρονόμων. Το ταξίδι προς τα άστρα είναι πλέον εφικτό. Οι διαστημικοί πύραυλοι, τα διαστημόπλοια και οι τεχνητοί δορυφόροι, αφάνταστες τεχνολογικές κατακτήσεις του ανθρώπινου πολιτισμού μέσω της επιστήμης μας, βοηθούν την ανθρώπινη σκέψη να ξεφύγει από τις γήινες καταβολές της και να ονειρευτεί τις αθέατες ουράνιες πολιτείες, κόσμους που ασφαλώς θα κατακτήσει στο μέλλον ο ανθρώπινος πολιτισμός.

Στράτος Θεοδοσίου

Αναπληρωτής καθηγητής Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής,

Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Αθηνών

Αναζητώντας την αλήθεια… με το φως

Από τα πρώτα του βήματα στον πλανήτη Γη ο άνθρωπος προσπαθεί συνεχώς να κατανοήσει τον κόσμο που τον περιβάλλει. Αναζητεί την απόλυτη αλήθεια. Αυτήν που όχι μόνο θα εξηγεί πλήρως όλα τα φυσικά φαινόμενα που συμβαίνουν γύρω του, αλλά και θα του επιτρέπει να προβλέπει τη μελλοντική τους εξέλιξη. Το κίνητρο και η κρυφή ελπίδα πίσω από αυτή την προσπάθεια είναι ότι στο τέρμα της πορείας, αν αυτό πράγματι υπάρχει, ίσως τον περιμένει και η απάντηση στο πιο σημαντικό ερώτημα: γιατί ο ίδιος βρίσκεται εδώ και γιατί ακολουθεί αυτόν το δρόμο;
Τα αρχικά και πιο έντονα ερεθίσματα στο δρόμο αυτόν ο άνθρωπος τα απέκτησε χρησιμοποιώντας την όρασή του, σηκώνοντας απλώς το βλέμμα του προς τον ουρανό. Εκεί αναγνώρισε τη ζωοποιό δύναμη του Ήλιου, που ανατέλλει και δύει καθορίζοντας το ρυθμό της ζωής. Εντυπωσιάστηκε από τα μυστηριώδη αντικείμενα της νύχτας: τη Σελήνη που αλλάζει μορφή, τα αστέρια και τους πλανήτες, φωτεινά αντικείμενα καρφωμένα στο ουράνιο στερέωμα, που με το πέρασμα του χρόνου μένουν ακίνητα ή πλανώνται το ένα σε σχέση με τα άλλα. Η Αστρονομία ως κλάδος έρευνας είχε γεννηθεί!
Με την ανάπτυξη της επιστημονικής μεθόδου, η οποία οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στον Αριστοτέλη, ο άνθρωπος χρησιμοποιεί πλέον όλες τις αισθήσεις του συστηματικά. Συλλέγει πληροφορίες και τις ταξινομεί, με βάση αυτές αναπτύσσει θεωρίες για το πώς λειτουργεί ο κόσμος και στη συνέχεια κάνει πειράματα για να ελέγξει αν οι θεωρίες αυτές είναι σωστές. Έτσι καταφέρνει πριν από σχεδόν 3.000 χρόνια και προβλέπει σπάνια φαινόμενα όπως οι εκλείψεις. Μερικούς αιώνες αργότερα κατανοεί ότι η Γη είναι σφαιρική, υπολογίζοντας με ακρίβεια το μέγεθός της, εκτιμά την απόσταση έως τη Σελήνη και τολμά - όχι με τόση επιτυχία - να μετρήσει την απόστασή του από την ίδια την πηγή του φωτός, τον Ήλιο.
Η πρόοδος είναι αλματώδης. Φυσικά φαινόμενα, όπως το ουράνιο τόξο ύστερα από μια ανοιξιάτικη βροχή, ή το φως που περνά μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα δίπλα σε ένα παράθυρο, προδίδουν ότι το φως του Ήλιου δεν είναι διαφανές και άχρωμο. Αντίθετα, διακρίνεται από πληθώρα χρωμάτων, αυτά που οι αρχαίοι Έλληνες απέδιδαν στη θεότητα Ίριδα και τα οποία εμφανίζονται με σαφώς καθορισμένη σειρά: από το ιώδες έως το πράσινο και από το κίτρινο έως το ερυθρό. Ακριβή πλέον πειράματα του επιτρέπουν να κατανοήσει ότι το φως δεν κινείται πάντοτε σε ευθεία γραμμή, καθώς και ότι ανακλάται, σκεδάζεται και απορροφάται από την ύλη ανάλογα με το χρώμα του. Ανακαλύπτει ότι ο τρόπος με τον οποίο συντελούνται αυτές οι αλλαγές στο φάσμα του φωτός καθορίζεται πλήρως από την ύλη μέσα από την οποία περνά, και αποκαλύπτει την άγνωστη έως τότε σύσταση και δομή της. Τέλος, κατορθώνει να μετρήσει την ίδια την ταχύτητα του φωτός και να επιβεβαιώσει τολμηρές θεωρίες ότι όντως αυτή αποτελεί τη μέγιστη ταχύτητα με την οποία μπορεί να κινηθεί οτιδήποτε στο Σύμπαν.
Το φως των άστρων χρησιμοποιούν και σήμερα οι αστρονόμοι που πήραν με τη σειρά τους τη σκυτάλη της ανακάλυψης. Αρωγός σε αυτόν τον αγώνα δρόμου είναι η σύγχρονη τεχνολογία που τους εξοπλίζει με εντυπωσιακά όργανα. Τεράστια τηλεσκόπια σε ψηλές βουνοκορφές όλης της Γης, πάνω από τα σύννεφα, συλλέγουν συνεχώς με ξέφρενους ρυθμούς το φως απομακρυσμένων άστρων και γαλαξιών. Υπερευαίσθητες ψηφιακές φωτογραφικές κάμερες καταγράφουν την κάθε αμυδρή αχτίδα, την αναλύουν και αποκωδικοποιούν τα μυστικά του αντικειμένου που τη γέννησε.
Τα τελευταία 50 χρόνια η διαστημική τεχνολογία επιτρέπει επίσης στους αστρονόμους για πρώτη φορά να μεταφέρουν τα τηλεσκόπιά τους από τον πλανήτη μας στο Διάστημα. Έτσι αίρουν και το τελευταίο παραπέτασμα ανάμεσα στα επιστημονικά τους όργανα και στα αστέρια που παρατηρούν, αυτό της ατμόσφαιρας της Γης, η οποία λόγω της χημικής σύστασης του αέρα επηρεάζει το φως καθώς αυτό τη διαπερνά. Μπορούν και καταγράφουν πλέον φως με χρώματα πέρα από αυτά της ίριδας, όπως το υπέρυθρο, το οποίο η ατμόσφαιρα της Γης συγκρατούσε. Η μελέτη αυτού του υπέρυθρου φωτός, που εκπέμπεται από πιο ψυχρά αντικείμενα και διαπερνά εύκολα τη σκόνη που υπάρχει διάσπαρτη στο Σύμπαν, μας επιτρέπει να δούμε μια νέα, σκοτεινή πλευρά των αστρονομικών αντικειμένων. Μας οδηγεί να ανακαλύψουμε πλανήτες που μόλις έχουν δημιουργηθεί γύρω από κοντινά αστέρια, καθώς και υπερμαζικές μελανές οπές που κρύβονται μέσα σε πυρήνες μακρινών γαλαξιών πίσω από «αστρονομικές» ποσότητες σκόνης.
Ο συγκερασμός αυτός επιστήμης και τεχνολογίας, σε συνδυασμό με τη δίψα για ανακάλυψη, γνώση και κατανόηση, οδηγεί τους αστρονόμους στο να ανοίξουν ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν, φέρνοντάς τους ένα βήμα πιο κοντά στον πηγαιμό για την Ιθάκη τους...

Βασίλης Χαρμανδάρης

Επίκουρος καθηγητής Αστροφυσικής

Πανεπιστημίου Κρήτης

Τα μεγάλα οπτικά τηλεσκόπια

Στις πιο αφιλόξενες ερημικές βουνοκορφές του πλανήτη μας δεσπόζουν γιγαντιαία υπερσύγχρονα οπτικά τηλεσκόπια, με τα οποία οι επιστήμονες εξερευνούν τα άδυτα του Σύμπαντος με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ άλλοτε.
Στα τέλη του 20ου αιώνα, η τεχνολογική πρόοδος οδήγησε σε μια πραγματική επανάσταση στην κατασκευή μεγάλων τηλεσκοπίων. Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1990, τα καλύτερα εν λειτουργία τηλεσκόπια είχαν διάμετρο μέχρι 5 μέτρα. Τα τελευταία 15-20 χρόνια έχουν τεθεί σε λειτουργία 8 τηλεσκόπια με διάμετρο μεταξύ 8 και 10 μέτρων, ενώ κατά την επόμενη δεκαετία αναμένεται να λειτουργήσουν 3 τηλεσκόπια με διαμέτρους της τάξης των 30-40 μέτρων! Η επιτυχής λειτουργία τέτοιων τεράστιων τηλεσκοπίων, που θεωρούνταν ουσιαστικά ακατόρθωτη πριν από μερικά χρόνια, έγινε εφικτή χάρη στην προσαρμοστική οπτική, την οπτική συμβολομετρία και στην κατασκευή κυψελοειδών αντί μονολιθικών κατόπτρων.
Στην κορυφή του ανενεργού ηφαιστείου Μάουνα Κέα στη Χαβάη και σε υψόμετρο 4.300 είναι συγκεντρωμένα μερικά από τα μεγαλύτερα σύγχρονα τηλεσκόπια. Στην κορυφή αυτή υπάρχει η μισή ποσότητα οξυγόνου από ό,τι στην επιφάνεια της θάλασσας και οι συνθήκες για αστρονομικές παρατηρήσεις θεωρούνται εξαιρετικές.
Το Ευρωπαϊκό Συμβολομετρικό Τηλεσκόπιο VLT βρίσκεται στο όρος Παρανάλ, στην έρημο Ατακάμα της Χιλής, σε υψόμετρο 2.600 και ανήκει στο Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο του Νότιου Ημισφαιρίου (ESO). Αποτελείται από 4 τηλεσκόπια διαμέτρου 8,2 μέτρων το καθένα και από 4 κινητά βοηθητικά τηλεσκόπια διαμέτρου 1,8 μέτρα το καθένα. Τα τηλεσκόπια μπορούν να λειτουργήσουν μαζί, σχηματίζοντας ένα γιγαντιαίο συμβολόμετρο, το οποίο ισοδυναμεί με ένα πολύ μεγαλύτερο τηλεσκόπιο, που μπορεί να παρατηρεί με ακρίβεια κατά 25 φορές μεγαλύτερη από ό,τι το καθένα από τα 4 τηλεσκόπια χωριστά. Αξίζει να σημειωθεί ότι χρησιμοποιώντας ένα μόνο από τα τηλεσκόπια των 8,2 μέτρων μπορεί κάποιος να παρατηρήσει εξαιρετικά αμυδρά αντικείμενα 30ου μεγέθους, μέσα σε μία μόνο ώρα. Το μέγεθος αυτό αντιστοιχεί σε ουράνια σώματα που είναι 4 δισεκατομμύρια φορές αμυδρότερα από αυτά που μπορούμε να δούμε με γυμνό μάτι! Φανταστείτε ένα αυτοκίνητο πάνω στο φεγγάρι με αναμμένους τους προβολείς του. Με το VLT μπορεί κάποιος να διακρίνει τους δύο προβολείς σαν ξεχωριστές πηγές φωτός!
Θα πρέπει να αναφέρουμε ακόμα μερικά από τα μεγαλύτερα εν λειτουργία οπτικά τηλεσκόπια στον κόσμο, όπως το Μέγα Τηλεσκόπιο των Καναρίων Νήσων (Gran Telescopio Canarias), με κυψελοειδές κάτοπτρο, συνολικής διαμέτρου 10,4 μέτρων στην Ισπανία, το τηλεσκόπιο SALT στη Νότια Αφρική (διαμέτρου 11 μέτρων), τα δίδυμα τηλεσκόπια Keck στη Χαβάη (διαμέτρου 10 μέτρων το καθένα), το τηλεσκόπιο Hobby-Eberly στο Τέξας των ΗΠΑ (διαμέτρου 9,2 μέτρων), το Μεγάλο Διπλό Τηλεσκόπιο στην Αριζόνα των ΗΠΑ, τα δύο τηλεσκόπια Gemini (το ένα στη Χαβάη και το άλλο στη Χιλή, διαμέτρου 8,1 μέτρων το καθένα). Για να καταλάβουμε την ισχύ των σύγχρονων αυτών οργάνων, αρκεί να αναφέρουμε ότι αν «βλέπαμε τόσο καλά» όσο το τηλεσκόπιο SALT, για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να διακρίνουμε τη φλόγα ενός κεριού στο φεγγάρι με γυμνό μάτι!
Ο κατάλογος σύγχρονων τηλεσκοπίων θα ήταν ελλιπής χωρίς το περίφημο διαστημικό τηλεσκόπιο «Hubble» της NASA, το οποίο, αν και έχει πολύ μικρότερη διάμετρο (κάτοπτρο διαμέτρου 2,4 μέτρων) από τα μεγάλα γήινα τηλεσκόπια, έχει συνεισφέρει μερικές από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στην Αστροφυσική τα τελευταία 15 χρόνια, υποβοηθούμενο από την απουσία της ατμόσφαιρας, που αποτελεί το μεγαλύτερο εχθρό των γήινων τηλεσκοπίων, παρά τις νέες επαναστατικές μεθόδους που εφαρμόζονται για την αντιμετώπισή της (προσαρμοζόμενα κάτοπτρα και τεχνητούς αστέρες που προβάλλονται στον ουρανό με laser).
Με τα σύγχρονα οπτικά τηλεσκόπια, οι επιστήμονες βρίσκουν πλανήτες που περιφέρονται γύρω από μακρινά άστρα, μελετούν με μεγάλη λεπτομέρεια τη γένεση και το θάνατο των άστρων, την εξέλιξη των γαλαξιών και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις, ενώ έχουν καταφέρει να παρατηρήσουν ακόμα και ύλη που «καταβροχθίζεται» από γιγάντιες μαύρες τρύπες, όπως αυτή που βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία. Μεγάλη πρόοδος έχει σημειωθεί στην κατανόηση της δομής του Σύμπαντος στο οποίο ζούμε, μετρώντας ποσοτικά το περιεχόμενο του Σύμπαντος σε «σκοτεινή» ύλη και προσεγγίζοντας με αρκετή αξιοπιστία την κοσμολογική σταθερά.
Τα νέας γενιάς γήινα τηλεσκόπια (διαμέτρου της τάξης των 30-40 μέτρων) που είναι υπό σχεδιασμό, καθώς και το υπό κατασκευή νέο διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA (James Webb Space Telescope, διαμέτρου 6,5 μέτρων) αναμένεται ότι θα ανοίξουν νέα παράθυρα στο Σύμπαν, επιτρέποντάς μας να μελετήσουμε το σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών και άστρων μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά ακόμα και τη γένεση πλανητικών συστημάτων!
Δεν θα ήταν υπερβολή να υποστηρίξουμε ότι ο 21ος αιώνας θα αποδειχθεί ο «χρυσός αιώνας» της Αστρονομίας.

Δέσποινα Χατζηδημητρίου

Αναπληρώτρια καθηγήτρια

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστήμιο Κρήτης

Ο Ήλιος και οι πλανήτες

Από το ασύλληπτα μεγάλο πλήθος αστεριών στο στερέωμα υπάρχει ένα που για μας τους ανθρώπους ξεχωρίζει. Δεν εννοώ ούτε τον Πολικό Αστέρα ούτε τον Σείριο ούτε τον Αλδεβαράν, αλλά τον Ήλιο. Ο Ήλιος είναι το πιο όμορφο αστέρι, επειδή χωρίς αυτόν πολύ απλά δεν θα υπήρχαμε. Το εγγύτατο στη Γη αστέρι είναι ο ζωοδότης κάθε μορφής ζωής στον πλανήτη μας. Χάρη στην ακτινοβολία του ευδοκιμούν τα φυτά και χάρη στην ύπαρξη των φυτών επιβιώνουν τα φυτοφάγα ζώα και ο άνθρωπος.
Και το πιο όμορφο αστέρι του Σύμπαντος είναι στολισμένο με ένα διάδημα μοναδικών πλανητών: Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης, Δίας, Κρόνος, Ουρανός, Ποσειδώνας. Ο καθένας με τα ιδιαίτερα, μοναδικά χαρακτηριστικά του.
Η σχέση του Ήλιου με τους πλανήτες «του» έχει δύο όψεις: μια ορατή και μια αόρατη. Η ορατή είναι συνδεδεμένη με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του, η αόρατη με το μαγνητικό του πεδίο και τον ηλιακό άνεμο.
Ας τα πάρουμε ξεχωριστά. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του Ήλιου δεν είναι εξολοκλήρου ορατή, αφού περίπου η μισή βρίσκεται στο υπέρυθρο και λιγότερο στο υπεριώδες μέρος του φάσματος. Ωστόσο μιλάμε για «ορατή» όψη, επειδή είναι η πλευρά εκείνη της σχέσης του Ήλιου με εμάς τους ανθρώπους που τη βλέπουμε (και τη νιώθουμε ως θερμότητα).
Η ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας και ενέργειας που φτάνει στον κάθε πλανήτη καθορίζει και την ποιότητα της σχέσης του Ηλίου με τον πλανήτη. Η πιο θερμή σχέση υπάρχει, προφανώς λόγω της εγγύτητας, με τον Ερμή, ο οποίος δέχεται κατά μέσο όρο ισχύ 10.000 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο, τη στιγμή που η Γη δέχεται γύρω στα 1.300 κι ο μακρινός Ποσειδώνας μόλις 1,5 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο.
Η σχέση αυτή του Ηλίου και των πλανητών είναι καθοριστική για την ύπαρξη ζωής. Ο Ερμής κυριολεκτικά ψήνεται από την ηλιακή ακτινοβολία, ενώ ο Ποσειδώνας είναι ένας παγωμένος και εξίσου αφιλόξενος για τη ζωή κόσμος. Οι (θεωρητικά τουλάχιστον) πιο κατάλληλοι για να φιλοξενήσουν ζωή με τις μορφές που γνωρίζουμε, είναι οι ενδιάμεσοι πλανήτες Αφροδίτη, Γη και Άρης. Και ο μόνος πλανήτης που φιλοξενεί σήμερα ζωή είναι η Γη.
Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι η θερμοκρασία του πλανήτη είναι ευνόητο ότι εξαρτάται από την απόστασή του από τον Ήλιο, υπάρχει και μια εξαίρεση. Η Αφροδίτη, αν και βρίσκεται σε διπλάσια απόσταση από τον Ήλιο από ό,τι ο Ερμής, είναι μια πύρινη κόλαση και μάλιστα με θερμοκρασίες που ξεπερνούν τις θερμοκρασίες του Ερμή: 48ο C, αντί για τους 470ο C του Ερμή! Η δυσανάλογα (για τη θέση της) υψηλή θερμοκρασία της Αφροδίτης αποτελούσε αίνιγμα, έως ότου αναγνωρίστηκε ότι η αιτία είναι μάλλον η πυκνή ατμόσφαιρά της, που αποτελείται τουλάχιστον κατά 95% από διοξείδιο του άνθρακα. Η ατμόσφαιρα πιθανότατα λειτουργεί σαν θερμοκήπιο, μπλοκάροντας τη διαφυγή θερμότητας με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας στο Διάστημα. Το αποτέλεσμα είναι οι εφιαλτικές υψηλές θερμοκρασίες του πλανήτη.
Η αόρατη όψη της σχέσης του Ήλιου με τους πλανήτες οφείλεται, όπως είπαμε, στο μαγνητικό του πεδίο και στον ηλιακό άνεμο. Ο ηλιακός άνεμος είναι η καυτή ανάσα του Ήλιου: αποτελείται κυρίως από θετικά ιόντα υδρογόνου και ήλιου και ηλεκτρόνια, και απλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις του Διαστήματος, παρασύροντας μαζί του και το μαγνητικό πεδίο του Ηλίου.
Η επίδραση αυτού του συνδυασμού μαγνητικού πεδίου και πλάσματος (όπως ονομάζουμε το μίγμα θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων) στον κάθε πλανήτη εξαρτάται από το αν ο πλανήτης διαθέτει δικό του ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Εάν αυτό συμβαίνει, όπως στην περίπτωση της Γης, του Δία και του Κρόνου, παρατηρούνται βίαια φαινόμενα απελευθέρωσης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας και επιτάχυνσης ιόντων και ηλεκτρονίων. Τα φαινόμενα αυτά είναι μέρος του διαστημικού καιρού.
Η πιο εντυπωσιακή συνέπεια της επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων από την επίδραση του Ήλιου στους μαγνητισμένους πλανήτες είναι το σέλας, ένα θέαμα εξαίσιας, μοναδικής ομορφιάς, που στη Γη έχει μαγεύσει τον άνθρωπο από τα πανάρχαια χρόνια.
Με τη μορφή μεγαλοπρεπών και ζωηρόχρωμων φώτων στο νυχτερινό ουρανό, το σέλας έχει μια ατέλειωτη ποικιλία μορφών, χρωμάτων και δομών, που εναλλάσσονται συνεχώς. Οι πολύχρωμες κουρτίνες φωτός έχουν περιγραφεί σαν «φλεγόμενοι ουρανοί» και «ουράνιοι δράκοντες» από τον Ησίοδο.
Σήμερα, χάρη στη δυνατότητα να παρατηρούμε τους πλανήτες με διαστημικά σκάφη, γνωρίζουμε ότι και στους γιγάντιους πλανήτες Δία και Κρόνο, που διαθέτουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο, εκδηλώνεται το λαμπρός σέλας, σαν ύμνος της στενής σχέσης του Ήλιου με τους πλανήτες του.

Ιωάννης Δαγκλής

Διευθυντής ερευνών Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών

Αναζήτηση εξωηλιακών πλανητών

Εξωηλιακός πλανήτης ή εξωπλανήτης (exoplanet) ονομάζεται κάθε πλανήτης που δεν ανήκει στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα, δηλαδή δεν περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο.
Η ύπαρξη τέτοιων πλανητών πέρα από το δικό μας Ηλιακό Σύστημα αποτελούσε μέχρι το 1990 ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της Αστρονομίας και ήταν συνυφασμένο με το πανανθρώπινο και διαχρονικό ερώτημα της ύπαρξης ζωής στο Σύμπαν. Από το 1990 όμως τα δεδομένα άλλαξαν ριζικά το σκηνικό. Το 1992 ανακαλύφθηκαν από τους Wolszczan και Frail οι πρώτοι εξωηλιακοί πλανήτες γύρω από τον pulsar PSR 1257+12, και το 1995 οι Mayor και Queloz ανακάλυψαν τους πρώτους τέτοιους πλανήτες να περιφέρονται γύρω από τον αστέρα 51 Πήγασου, έναν αστέρα σαν τον δικό μας Ήλιο. Μέχρι τον Ιανουάριο 2009 είχαν ανακαλυφθεί 336 εξωηλιακοί πλανήτες. Ο αριθμός αυτός μεταβάλλεται γρήγορα καθώς νέες ανακαλύψεις προστίθενται κάθε τόσο.
Πιστεύεται ότι το 10% των άστρων έχει τουλάχιστον έναν γίγαντα πλανήτη με περίοδο μικρότερη των 10 ετών. Υπάρχουν περίπου 100 δισεκατομμύρια άστρα σε κάθε γαλαξία, οπότε πρέπει να υπάρχουν περί τα 10 δισεκατομμύρια πλανήτες στον δικό μας Γαλαξία! Και υπάρχουν δισεκατομμύρια γαλαξίες στο Σύμπαν.
Οι περισσότεροι εξωηλιακοί πλανήτες που έχουν ανακοινωθεί είναι γιγαντιαίοι πλανήτες αερίου και μοιάζουν με τον πλανήτη Δία, αλλά μάλλον αυτό είναι αποτέλεσμα των περιορισμών στην τεχνολογία και τα μέσα ανίχνευσης. Εκτιμάται, όμως, ότι οι ελαφροί και βραχώδεις είναι πολύ περισσότεροι από τους γιγαντιαίους αέριους πλανήτες.

ΤΡΟΠΟΙ ΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ
Σχεδόν όλοι οι γνωστοί εξωπλανήτες, που είναι εξαιρετικά αμυδρά σώματα σε σύγκριση με τους δικούς μας πλανήτες, έχουν ανακαλυφθεί με τις εξής κύριες έμμεσες μεθόδους ανίχνευσης:
Αστρομετρική μέθοδος. Συνίσταται στην ακριβή μέτρηση της θέσης του αστέρα στον ουρανό και της παρατήρησης του τρόπου με τον οποίον αλλάζει η θέση του με το χρόνο εξαιτίας της βαρυτικής επίδρασης του πλανήτη πάνω στον αστέρα.
Μέθοδος Doppler. Κατά την περιφορά του αστέρα και του πλανήτη γύρω από το κοινό κέντρο μάζας τους, οι μεταβολές στην ταχύτητα με την οποία ο αστέρας πλησιάζει ή απομακρύνεται από τη Γη (δηλαδή οι μεταβολές στην ακτινική ταχύτητα του αστέρα ως προς τη Γη) μπορούν να υπολογιστούν από τη μετατόπιση των φασματικών γραμμών του αστέρα με βάση το φαινόμενο Doppler. Αυτή είναι και η πιο χρησιμοποιημένη μέθοδος.
Μέθοδος διάβασης. Εάν ένας πλανήτης περνάει μπροστά από το δίσκο του δικού του αστέρα, τότε η παρατηρούμενη λαμπρότητα του αστέρα ελαττώνεται κατά ένα μικρό ποσοστό. Η ελάττωση αυτή εξαρτάται από τις διαστάσεις του αστέρα και του πλανήτη.
Μέθοδος βαρυτικής μικροεστίασης. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει όταν το βαρυτικό πεδίο ενός αστέρα ενεργεί ως ένας φακός, ενισχύοντας το φως ενός απομακρυσμένου αστέρα του αστρικού πεδίου. Η ύπαρξη πλανήτη γύρω από τον μπροστινό αστέρα μπορεί να προκαλέσει αναγνωρίσιμες ανωμαλίες στην καμπύλη φωτός του φαινομένου της βαρυτικής μικροεστίασης.

ΑΜΕΣΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα υπάρχοντα τηλεσκόπια, εφοδιασμένα με όργανα κατάλληλα για κατευθείαν «φωτογράφηση» πλανητών, μπορούν να ανιχνεύσουν άμεσα εξωηλιακούς πλανήτες (που πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτεροι από τον Δία, να είναι πολύ μακριά από το δικό τους άστρο και να είναι νέοι, οπότε θα είναι θερμοί και θα εκπέμπουν έντονα στο υπέρυθρο).
Η ανακάλυψη του πρώτου πολυπλανητικού συστήματος ανακοινώθηκε στις 13 Νοεμβρίου 2008, αλλά η φωτογραφία του πάρθηκε το 2007 με τα τηλεσκόπια Keck και Gemini. Παρατηρήθηκαν κατευθείαν τρεις πλανήτες να περιφέρονται γύρω από το άστρο HR 8799, και με μάζα 10, 10 και 7 φορές τη μάζα του Δία. Την ίδια μέρα ανακοινώθηκε ότι το διαστημικό τηλεσκόπιο «Hubble» «φωτογράφησε» κατευθείαν έναν εξωηλιακό πλανήτη γύρω από τον αστέρα Fomalhaut με μάζα περίπου τριπλάσια της μάζας του Δία.

ΕΞΩΗΛΙΑΚΟΙ ΠΛΑΝΗΤΕΣ ΚΑΙ ΖΩΗ
Η ανακάλυψη αρκετών εξωηλιακών πλανητών θέτει σε νέες βάσεις το ζήτημα ύπαρξης εξωγήινης ζωής, καθώς δίνει μια καλύτερη εικόνα της στατιστικής πιθανότητας ανάπτυξης ζωής στον Γαλαξία μας (σύμφωνα με την εξίσωση του Ντρέικ). Σήμερα πιστεύεται ότι ο τρίτος πλανήτης του ερυθρού νάνου Gliese 581 (περίπου 20 έτη φωτός από τη Γη) είναι το καλύτερο μέχρις στιγμής παράδειγμα εξωηλιακού πλανήτη, λίγο μόνο μεγαλύτερου από τη Γη, που περιφέρεται μέσα στη λεγόμενη «κατοικήσιμη ζώνη», ώστε να είναι δυνατή η εμφάνιση και η ανάπτυξη της ζωής πάνω Του. Η ύπαρξη ζωής σχεδόν σε όλους τους υπόλοιπους εξωηλιακούς πλανήτες μάλλον αποκλείεται, καθώς πρόκειται για γίγαντες αερίων με πολύ υψηλές θερμοκρασίες στην ατμόσφαιρά τους.

Παναγιώτης Νιάρχος

Καθηγητής Παρατηρησιακής Αστροφυσικής

Εθνικό Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Αστροφυσικοί πίδακες

Η σύγχρονη Αστροφυσική αποκρυπτογραφεί ένα ζωντανό και ανακυκλούμενο Σύμπαν ιονισμένου αερίου (πλάσματος), όπου ο Ήλιος και οι αστέρες γεννιούνται και πεθαίνουν ως έμβιοι οργανισμοί. Σήμερα για πρώτη φορά παρατηρούμε τη διαδικασία γένεσης άλλων ήλιων, όταν μέσα σε αθέατα νεφελώματα εκκολάπτονται νέοι αστέρες που περιβάλλονται από πυκνά δισκοειδή κουκούλια ύλης και εκτοξεύουν περίτεχνους πίδακες πλάσματος στον μεσοαστρικό χώρο. Το τέλος της ζωής των αστέρων οδηγεί είτε στον σχηματισμό λευκών νάνων είτε ταχύτατα περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων στο κέντρο πολυσχιδών νεφελωμάτων, ή, ακόμα, μυστηριωδών μελανών οπών που εκτοξεύουν νέφη πλάσματος με σχετικιστικές ταχύτητες. Σε πολύ μακρινότερες αποστάσεις έχουν πρόσφατα συλλέξει ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη στο κέντρο ιδιόμορφων γαλαξιών, τεράστιων μελανών οπών οι οποίες ζυγίζονται χάρη στο πλάσμα που τις περιβάλλει υπό μορφή δίσκου και από τους οποίους αναβλύζουν σχετικιστικοί πίδακες με λαμπρούς κόμβους που φαίνονται να κινούνται με ταχύτητες που υπερβαίνουν ακόμα και την ταχύτητα του φωτός.

ΝΕΟΓΕΝΝΗΤΟΙ ΑΣΤΕΡΕΣ ΑΠΟ ΣΚΟΤΕΙΝΑ ΝΕΦΕΛΩΜΑΤΑ
Οι κοντινότεροι πίδακες πλάσματος εμφανίζονται στις περιοχές γένεσης αστέρων όταν ένα γιγαντιαίο μοριακό νεφέλωμα διαστάσεων εκατοντάδων ετών φωτός καταρρέει λόγω του βάρους του. Τότε, λόγω του νόμου διατήρησης της στροφορμής, περιστρέφεται ολοένα και ταχύτερα σχηματίζοντας ένα δίσκο. Στο κέντρο του δίσκου βρίσκεται ο πρωτοαστέρας, ο οποίος έπειτα από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια συνεχούς προσαύξησης ύλης αποκτά υψηλή κεντρική θερμοκρασία και πυκνότητα για την έναρξη θερμοπυρηνικών αντιδράσεων. Καθώς το άστρο προσπαθεί να αναδυθεί μέσα από την αέρια μήτρα του, από το δίσκο εκτοξεύονται, σαν περίτεχνα πυροτεχνήματα, λεπτοί πίδακες πλάσματος που διαδίδονται ανέπαφοι για αρκετά έτη φωτός, πολλές χιλιάδες φορές την απόσταση Γης-Ηλίου. Οι πίδακες αυτοί είναι πλάσμα του δίσκου που επιταχύνεται όπως χάντρες περασμένες σε σύρματα τα οποία είναι κολλημένα στο δίσκο και σχηματίζουν κάποια γωνία με τον άξονα περιστροφής του.

ΛΕΥΚΟΙ ΝΑΝΟΙ ΑΠΟ ΕΡΥΘΡΟΥΣ ΓΙΓΑΝΤΕΣ
Πίδακες πλάσματος εμφανίζονται και κατά το θάνατο των άστρων. Ερυθροί και αμυδροί αστέρες ελαφρότεροι του Ηλίου καίνε τα θερμοπυρηνικά τους καύσιμα με αργό ρυθμό (τρισεκατομμύρια χρόνια), κυανοί λαμπροί αστέρες βαρύτεροι του Ήλιου καίνε ταχύτερα και είναι βραχύβιοι (μερικά εκατομμύρια χρόνια), ενώ αστέρες ενδιάμεσης μάζας (όπως ο Ήλιος) καίνε συντηρητικά και είναι μακρόβιοι (μερικά δισεκατομμύρια χρόνια). Όταν εξαντληθεί το υδρογόνο στον αστρικό πυρήνα, οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σταματούν και ο πυρήνας καταρρέει λόγω έλλειψης δύναμης ικανής να αντισταθεί στη βαρύτητα, ενώ η παραγόμενη θερμότητα δημιουργεί υψηλές θερμοκρασίες που καίνε το ήλιο σε άνθρακα. Η παραγόμενη θερμότητα προκαλεί μια απότομη διαστολή και ψύξη των εξωτερικών στρωμάτων, μετατρέποντας τον αστέρα σε ερυθρό γίγαντα. Όταν ο πυρήνας εξαντλήσει τα αποθέματα του ήλιου, αρχίζει πάλι να καταρρέει και ο μόνος τρόπος να σταματήσει αυτό είναι η κβαντομηχανική πίεση των ηλεκτρονίων. Αυτό γίνεται όταν ο πυρήνας του άστρου συρρικνωθεί στις διαστάσεις της Γης, σχηματίζοντας ένα λευκό νάνο, δηλαδή αστρική στάχτη ένα κυβικό εκατοστό της οποίας ζυγίζει περίπου ένα τόνο.

ΑΣΤΕΡΕΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΑΝΕΣ ΟΠΕΣ
Όταν ένα άστρο ηλιακής μάζας ξοδέψει όλο το ήλιο στον πυρήνα του, η διαδικασία παραγωγής ενέργειας τερματίζεται. Σε βαρύτερους όμως αστέρες, μετά την καύση του ηλίου ο πυρήνας έχει αρκετή μάζα και καταρρέοντας επιτυγχάνει κατάλληλες θερμοκρασίες για την καύση σε διαδοχικά στρώματα ηλίου σε άνθρακα, άνθρακα σε πυρίτιο κλπ., μέχρι την παραγωγή του σιδήρου. Ο σίδηρος έχει τον πιο σταθερό πυρήνα από όλα τα χημικά στοιχεία, έτσι ώστε απαιτείται να ξοδευτεί περισσότερη ενέργεια για τη σύντηξη των πυρήνων του από όση παράγεται. Επομένως, μετά την παραγωγή σιδήρου ο αστρικός πυρήνας φθάνει σε ενεργειακό αδιέξοδο και είναι καταδικασμένος σε καταστροφή με δυο τελικά προϊόντα. Όταν είναι σχετικά ελαφρύς, ολίγων ηλιακών μαζών, πρωτόνια και ηλεκτρόνια συνενώνονται σχηματίζοντας νετρόνια. Το τελικό προϊόν είναι ένα άστρο νετρονίων μεγέθους μερικών μόνο χιλιομέτρων, αλλά πυκνότητας τρομακτικά υψηλής (μια μικρή κουταλιά αυτής της ύλης ζυγίζει ένα δισεκατομμύριο τόνους και ολόκληρος ο πληθυσμός της Γης αν στελνόταν εκεί θα συμπιεζόταν τόσο, ώστε θα χωρούσε μέσα σε ασπιρίνη). Από την άλλη, οι βαρύτεροι πυρήνες άνω των περίπου 10 ηλιακών μαζών, καταλήγουν στις περίφημες μελανές οπές.
Η κατάρρευση του πυρήνα σιδήρου δημιουργεί ένα ισχυρό κρουστικό κύμα που διαλύει και εκσφενδονίζει κυριολεκτικά τα εξωτερικά στρώματα του άστρου στο Διάστημα. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης, η σύγκρουση διαφόρων πυρήνων οδηγεί στο σχηματισμό των βαρύτερων του σιδήρου στοιχείων (μολύβδου, χρυσού, ουρανίου κλπ.), διασκορπίζοντας στο Διάστημα τα στοιχεία που θα χρησιμοποιηθούν κατά την επόμενη αστρική γενιά για να σχηματίσουν νέα άστρα, πλανήτες, ζωή κλπ. Τα βαριά στοιχεία που βρίσκονται στο σώμα μας προέρχονται από μια τέτοια ακριβώς διαδικασία.

ΠΙΔΑΚΕΣ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΓΑΛΑΞΙΑΚΟΥΣ ΠΥΡΗΝΕΣ ΚΑΙ ΚΒΑΖΑΡ
Αστροφυσικοί πίδακες αναδύονται και από μακρινούς και ιδιόμορφους γαλαξίες στο κέντρο των οποίων λουφάζουν γιγάντιες μελανές οπές και συμβαίνουν εξαιρετικά βίαια, ενεργητικά και συναρπαστικά φαινόμενα, για την κατανόηση των οποίων η σύγχρονη Φυσική δοκιμάζει τα όριά της. Εκεί, για παράδειγμα, μέσα στις διαστάσεις ενός πλανητικού συστήματος χωρούν δεκάδες γαλαξίες σαν τον δικό μας!
Τέτοια χαρακτηριστικά καθιστούν αυτά τα σώματα όχι μόνο τις πιο ισχυρές ενεργειακές πηγές στη Φύση, αλλά ίσως και τα πιο συναρπαστικά εργαστήρια της Φυσικής στο Σύμπαν.

Κανάρης Τσίγκανος

Καθηγητής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών

Αστρική εξέλιξη

ΓΕΝΝΗΣΗ
Στην πρόσκαιρη ζωή μας πάνω στη Γη τίποτα δεν μας φαίνεται τόσο μόνιμο και σταθερό όσο τα άστρα στον ουρανό. Και όμως, αυτή η «σταθερότητα» των άστρων δεν είναι παρά μόνο φαινομενική. Γιατί τα άστρα, όπως και κάθε τι άλλο στο Σύμπαν, γεννιούνται, εξελίσσονται και πεθαίνουν. Χάρη, μάλιστα, στα μεγάλα τηλεσκόπια και τα τροχιακά μας αστεροσκοπεία τις τελευταίες μερικές δεκαετίες συγκεντρώσαμε μια τεράστια ποσότητα πληροφοριών για το τι συμβαίνει στο Σύμπαν. Ακτίνες Χ και γ, καθώς επίσης και υπεριώδεις οπτικές, υπέρυθρες και διαφόρων ειδών ραδιοακτινοβολίες συλλαμβάνονται, συγκεντρώνονται και μελετώνται αποκαλύπτοντάς μας διαδικασίες εν δράσει, που ούτε καν θα μπορούσαμε να προβλέψουμε πριν από μερικά χρόνια.
Στις μεσοαστρικές περιοχές, για παράδειγμα, τα αραχνοΰφαντα νεφελώματα αερίων και σκόνης συγκεντρώνουν το περιεχόμενό τους σε μεγάλους σωρούς φέρνοντας αντιμέτωπες τη βαρύτητα με τη θερμότητα, σ’ έναν αγώνα που όλο και γιγαντώνεται και μπορεί να διαρκέσει εκατομμύρια χρόνια έως ότου αρχίσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις ενός νέου άστρου. Κάτω από ορισμένες συνθήκες τα νεφελώματα αυτά, καθένα με διάμετρο πολλών ετών φωτός, διασπώνται, με αποτέλεσμα μια ή περισσότερες από τις περιοχές αυτές να αρχίσουν μια αργή αλλά σταθερή συστολή κάτω από τη δύναμη της βαρύτητας των υλικών τους.
Με το πέρασμα του χρόνου η θερμοκρασία στο κέντρο του νεφελώματος αρχίζει σταδιακά να αυξάνει εκπέμποντας τεράστιες ποσότητες υπέρυθρης ενέργειας. Όταν η θερμοκρασία αυτή φτάσει τους 10-15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, αρχίζουν οι πυρηνικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο, σηματοδοτώντας έτσι τη γέννηση ενός νέου άστρου. Αέρια υλικά που προσελκύονται από την περιφέρεια στριφογυρίζουν με τεράστιες ταχύτητες γύρω από το νεογέννητο άστρο σχηματίζοντας μια τεράστια δίνη υπερθερμασμένων υλικών.
Από τους πόλους του περιστρεφόμενου δίσκου ξεπετάγονται τεράστιοι πίδακες υλικών, πάνω και κάτω από τον δίσκο, σαν γιγάντια ενεργά ηφαίστεια. Με την πάροδο του χρόνου ο δίσκος των υλικών συμπυκνώνεται σχηματίζοντας μικρότερα σώματα τα οποία μετατρέπονται σε πλανήτες και δορυφόρους, ενώ η ακτινοβολία του νέου άστρου σαν μανιασμένος άνεμος εκσφενδονίζει σιγά-σιγά τα υπολειπόμενα υλικά του δίσκου αφήνοντας πίσω τους πλανήτες να περιφέρονται γύρω από το άστρο τους. Μετά τη γέννησή του ένα άστρο συνεχίζει να μετατρέπει το υδρογόνο του σε ήλιο στις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που εκτελούνται στο κέντρο του.
Όταν ο Γαλαξίας μας ήταν ακόμα νέος, τα πρωταρχικά του νεφελώματα δημιούργησαν δεκάδες ή εκατοντάδες χιλιάδες άστρα ταυτόχρονα, σχηματίζοντας έτσι τα γνωστά μας σφαιρωτά σμήνη. Σήμερα όμως τα νεφελώματα δεν είναι τόσο μεγάλα και σχηματίζουν πολύ λιγότερα άστρα στα λεγόμενα ανοιχτά ή γαλαξιακά σμήνη άστρων. Σε γενικές γραμμές ένα ανοιχτό σμήνος αποτελείται από 50-500 συνολικά άστρα, ενώ σε σπάνιες περιπτώσεις μπορεί να φτάσουν τις μερικές χιλιάδες. Ακόμα και ο Ήλιος μας γεννήθηκε σ’ ένα παρόμοιο σμήνος.

ΕΞΕΛΙΞΗ
Τα άστρα που αποτελούν τα νεαρά αστρικά σμήνη δεν έχουν όλα το ίδιο μέγεθος, το ίδιο χρώμα ή την ίδια λαμπρότητα. Τι, άραγε, είναι αυτό που κάνει τα άστρα, αν και έχουν περίπου την ίδια ηλικία και γεννήθηκαν στο ίδιο νεφέλωμα, να μην έχουν εντούτοις το ίδιο χρώμα και την ίδια λαμπρότητα; Η απάντηση βρίσκεται στη μάζα των άστρων, αφού για κάθε άστρο στο Σύμπαν το πιο σημαντικό στοιχείο στη ζωή και την εξέλιξή του καθορίζεται από την ποσότητα της ύλης που περιλαμβάνει. Γιατί η ποσότητα της ύλης που έχει το κάθε άστρο όταν γεννιέται, καθαρίζει επακριβώς και τη μοίρα του: τη ζωή του και το θάνατό του!
Μερικά άστρα γεννιούνται με λιγοστό υδρογόνο, λάμπουν αμυδρά με ένα αδύναμο φως, έχουν μια κοκκινωπή φαιά απόχρωση και επιφανειακή θερμοκρασία 3.000 βαθμούς Κελσίου. Άστρα σαν τον Ήλιο μας έχουν περισσότερα υλικά, είναι θερμότερα και λάμπουν στους 6.000 βαθμούς Κελσίου, με ένα έντονο κιτρινωπό φως. Μερικά άλλα, πάλι, έχουν πολλαπλάσια υλικά από ό,τι ο Ήλιος, είναι κυανόλευκα με θερμοκρασία 20.000 βαθμούς Κελσίου και λάμπουν με την ένταση ενός εκατομμυρίου ήλιων. Η μάζα πάντως του κάθε άστρου δεν καθορίζει μόνο την εμφάνιση που έχει όταν γεννηθεί. Καθορίζει επίσης και τι είδους άστρο θα γίνει, πόσα χρόνια θα ζήσει, πώς θα είναι στη γεροντική του ηλικία και τέλος πώς θα πεθάνει. Όλα εξαρτώνται από την ποσότητα της μάζας που έχει εκεί.
Ένα άστρο ενηλικιώνεται όταν η πίεση της βαρύτητας των εξωτερικών του στρωμάτων εξισορροπείται από την πίεση της ακτινοβολίας και ενέργειας που παράγεται στον πυρήνα του από τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Έτσι το άστρο αυτό παραμένει σε ισορροπία όσο καιρό η «καύση» του υδρογόνου είναι η μοναδική θερμοπυρηνική αντίδραση που εκτελείται στον πυρήνα του. Η περίοδος Η περίοδος αυτή της ωριμότητας ενός άστρου διαρκεί το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του. Μετά τη σταθεροποίηση ενός άστρου, η μάζα του θα καθορίσει πόσα χρόνια θα ζήσει σταθερά.
Τα μικρά κοκκινωπά άστρα, αυτά που λέμε κόκκινους νάνους, έχουν μόλις το ένα δεκάκις χιλιοστό της λαμπρότητας του Ηλίου και είναι τόσο αμυδρά ώστε κανένα τους δεν φαίνεται από τη Γη χωρίς τη βοήθεια τηλεσκοπίου. Παρόλη όμως την αμυδρότητα και την απλότητά του, ένα μικρό κόκκινο άστρο θα επιζήσει περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο είδος άστρου. Επειδή είναι μικρό, οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις του εκτελούνται αργά, και γι’ αυτό λάμπει αμυδρά. Θα χρειαστούν πολλές δεκάδες δισεκατομμύρια χρόνια για να εξαντλήσει το καύσιμο υδρογόνο του.
Αντίθετα, οι τεράστιοι γαλάζιοι γίγαντες είναι άστρα πλούσια σε υλικά και γι’ αυτό ιδιαίτερα σπάταλα. Οι θερμοπυρηνικές τους αντιδράσεις εκτελούνται με έναν ταχύτατο ρυθμό, με αποτέλεσμα να ακτινοβολούν τεράστιες ποσότητες ενέργειας μέσα σε λίγο χρόνο. Γι’ αυτό άλλωστε και η ζωή τους δεν πρόκειται να διαρκέσει πολύ. Ένα άστρο 25 ηλιακών μαζών, για παράδειγμα, σπαταλάει τα υλικά του πολύ γρήγορα λάμποντας 80.000 φορές πιο έντονα από ό,τι ο Ήλιος με μια θερμοκρασία 35.000 βαθμούς Κελσίου. Γι’ αυτό η ζωή ενός τέτοιου άστρου δεν διαρκεί περισσότερο από μερικά εκατομμύρια χρόνια.

ΘΑΝΑΤΟΣ
Όλα, πάντως, τα άστρα στο τέλος της ζωής τους μετατρέπονται σε κόκκινους γίγαντες. Το στάδιο αυτό αποτελεί το προτελευταίο κεφάλαιο της ζωής του κάθε άστρου. Στο στάδιο αυτό ένα άστρο βρίσκεται στον προθάλαμο του θανάτου του. Ενός θανάτου που θα αφήσει πίσω του ένα από τρία μόνο πιθανά «λείψανα», ανάλογα με τη μάζα που έχει κάθε άστρο. Όταν ένα άστρο με λιγότερα υλικά από 4 ηλιακές μάζες γίνει κόκκινος γίγαντας, μπαίνει σε μια περίοδο αστάθειας. Η βαρυτική του δύναμη δεν είναι ικανή να συγκρατήσει τα εξωτερικά του στρώματα, τα οποία αποχωρίζονται σιγά-σιγά και διαφεύγουν στο Διάστημα. Τα αέρια αυτά στρώματα αποχωρώντας σχηματίζουν ένα διαστελλόμενο κέλυφος, το οποίο στα τηλεσκόπιά μας φαίνεται σαν ένας δακτύλιος αερίων. Οι αστρονόμοι των περασμένων αιώνων με τα μικρά τηλεσκόπιά τους νόμιζαν ότι τα αντικείμενα αυτά έμοιαζαν με πλανήτες, γι’ αυτό και το ονόμασαν πλανητικά νεφελώματα.
Τα διαστελλόμενα αέρια των πλανητικών νεφελωμάτων περιλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής μάζας ενός άστρου και καθώς αποχωρίζονται από αυτό αφήνουν πίσω τους, αποκαλύπτοντάς τον συγχρόνως, το γυμνό υπερθερμασμένο πυρήνα του. Δηλαδή το αρχικό άστρο έχει μετατραπεί σ’ έναν άσπρο νάνο που ακτινοβολεί ένα έντονο γαλανόλευκο φως από μια επιφάνεια 16.000 φορές μικρότερη από την αρχική του. Δισεκατομμύρια όμως χρόνια αργότερα, ο άσπρος νάνος θα πάψει σιγά-σιγά να ακτινοβολεί μετατρεπόμενος σ’ έναν κρυστάλλινο, άψυχο, μαύρο νάνο.
Άστρα με ακόμα μεγαλύτερη μάζα εκρήγνυνται με την ενέργεια τρισεκατομμυρίων βομβών υδρογόνου. Τεράστιες ποσότητες υλικών εκσφενδονίζονται στο Διάστημα εμπλουτίζοντας το διαστρικό χώρο με «βαριά» χημικά στοιχεία (ανώτερα του σιδήρου) που δημιουργήθηκαν κατά τη διάρκεια της έκρηξης. Μια τέτοια έκρηξη ονομάζεται νόβα, και αν η έκρηξη δεν είναι αρκετά μεγάλη τα άστρα αυτά μπορεί να επιζήσουν και να επανέλθουν σιγά-σιγά στην προηγούμενη κατάστασή τους, θαμπώνοντας ξανά αργότερα το γύρω Διάστημα με το βίαιο ξέσπασμα μιας νέας νόβα.
«Stella nova» στα λατινικά σημαίνει νέο άστρο, παρόλο που στην πραγματικότητα μια τέτοια έκρηξη σηματοδοτεί το τελευταίο στάδιο της ζωής του. Τα άστρα αυτά μπορεί να εκτοξεύσουν τα υλικά τους περισσότερες από μια φορές. Δεν υπάρχει όμως δεύτερη φορά για τα άστρα που έχουν ύλη πολλαπλάσια της ύλης που έχει ο Ήλιος μας. Όταν τα άστρα αυτά, από τις διεργασίες που συμβαίνουν στο εσωτερικό τους, αναγκαστούν να εκραγούν, τότε η έκρηξη που επακολουθεί είναι ένα από τα πιο βίαια φαινόμενα στο Σύμπαν. Η έκρηξη αυτή ονομάζεται supernova κι έχει σαν αποτέλεσμα τη συμπίεση του αστρικού πυρήνα στα περίπου 10 χιλιόμετρα.
Αποτέλεσμα αυτής της συμπίεσης είναι η δημιουργία μιας σφαίρας με την πιο λεία, στερεή επιφάνεια στο Σύμπαν, ενώ ένας βόλος υλικών της ζυγίζει ένα δισεκατομμύριο τόνους. Βρισκόμαστε δηλαδή αντιμέτωποι μ’ ένα άστρα νετρονίων, που περιστρέφεται από μερικές δεκάδες έως μερικές εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο εκπέμποντας στο Διάστημα τεράστιες ποσότητες ενέργειας, σαν ένας πραγματικός διαστημικός φάρος. Ένα τέτοιο άστρο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1968. Αργότερα όμως ανακαλύφθηκαν εκατοντάδες παρόμοια αντικείμενα, που λόγω των ραδιοακτινοβολιών που εκπέμπουν ονομάστηκαν παλλόμενες ραδιοπηγές και έγιναν γνωστές με τη διεθνή συγκεκομμένη ονομασία τους ως pulsar.
Μια supernova ή ένα pulsar είναι πραγματικά εντυπωσιακές ανακαλύψεις. Τίποτα όμως δεν μπορεί να συγκριθεί με τη βαρυτική δύναμη μιας μαύρης τρύπας: τα απολειφάδια αυτά της καρδιάς των πιο γιγάντιων άστρων στο Σύμπαν έχουν συμπιέσει τα υλικά δεκάδων ήλιων σε μια «σημειακή ιδιομορφία». Τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από ένα τέτοιο αντικείμενο, ούτε κι αυτό ακόμα το φως. Γι’ αυτό και η ανακάλυψη μιας μαύρης τρύπας μπορεί να γίνει κυρίως από την επίδραση που έχει αυτή στη γύρω περιοχή της.
Αν, λοιπόν, η μαύρη τρύπα βρίσκεται αρκετά κοντά σ’ ένα άλλο άστρο, η δύναμη της τεράστιας βαρύτητας που έχει θα τραβήξει τα υλικά του άστρου προς το μέρος της, σαν μια απόκοσμη διαστημική ρουφήχτρα. Τα αστρικά υλικά συγκεντρώνονται σ’ έναν παχύ δίσκο επικάθισης (ή προσαύξησης) γύρω από τη μαύρη τρύπα σε μια τελευταία προσπάθεια να αποφύγουν το αναπόφευκτο. Μάταια, όμως, γιατί σύντομα η βαρυτική δύναμη της μαύρης τρύπας τα τραβάει με επιταχυνόμενο ρυθμό στην απύθμενη άβυσσό της, εκπέμποντας στα πρόθυρα ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας που αποτελούν το κύκνειο άσμα των καταδικασμένων σε αφανισμό υλικών.
Υπολογίζεται μάλιστα ότι στο κέντρο του Γαλαξία μας μια τεράστια μαύρη τρύπα καταβροχθίζει κυριολεκτικά τα σωθικά του. Εκατομμύρια άστρα έχουν ήδη πέσει στην αγκαλιά της κεντρικής αυτής μαύρης τρύπας, ενώ παρόμοια αντικείμενα πρέπει να ενεργοποιούν τις εκρηκτικές διαδικασίες που παρατηρούμε και σε άλλους απόμακρους γαλαξίες. Και είναι βέβαιο ότι πέρα από τα όρια ορατότητας των σύγχρονων αστρονομικών μας οργάνων εκτείνονται πραγματικότητες που ούτε να φανταστούμε μπορούμε: διαστημικοί χώροι που ποτέ δεν πρόκειται να δούμε. Γιατί το παράξενο και υπέροχο Σύμπαν στο οποίο ζούμε θα έχει πάντοτε όλο και πιο νέες εκπλήξεις για όλους όσοι προσπαθούν να το κατανοήσουν καλύτερα.

Διονύσιος Σιμόπουλος

Διευθυντής Ευγενίδειου Πλανηταρίου