Αναρτήθηκε από: physics4u | 27/05/2009

Τι προκάλεσε τους παγετώνες;

Οι γεωλόγοι ίσως ανακάλυψαν την απάντηση σε ένα παμπάλαιο ερώτημα: Τι προκάλεσε τις πρώτες εποχές παγετώνων στον πλανήτη μας. Σύμφωνα με μια νέα επιστημονική μελέτη, αυτές προκλήθηκαν από την αύξηση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης, μια εξέλιξη που οδήγησε στην κατανάλωση των “αερίων του θερμοκηπίου” στην ατμόσφαιρα και συνεπώς στο σταδιακό πάγωμα του πλανήτη.

Η έρευνα, που έγινε από διεθνή ομάδα γεωλόγων από τις ΗΠΑ, τον Καναδά, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Κίνα και τη Ν.Αφρική, με επικεφαλής τον Άλαν Κάουφμαν, καθηγητή γεωλογίας στο αμερικανικό πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, δημοσιεύεται στο περιοδικό “Geology”.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, βρέθηκαν στοιχεία που δείχνουν ότι η αύξηση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα συνέπεσε με την πρώτη εξάπλωση των πάγων στην επιφάνεια του πλανήτη. Χρησιμοποιώντας ισότοπα θείου για να προσδιορίσουν την ποσότητα οξυγόνου μέσα σε βράχους ηλικίας 2,3 δισ. ετών στη Νότιο Αφρική, βρήκαν σαφείς ενδείξεις για μια ξαφνική αύξηση στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο, η οποία συνέβη παράλληλα με την εμφάνιση των παγετώνων.

Η γεωχημική ανάλυση έδειξε ότι η “οξείδωση” της ατμόσφαιρας συνέπεσε χρονικά με την πρώτη γνωστή ανωμαλία στον κύκλο του άνθρακα στη Γη, η οποία πιθανώς προήλθε από τη διαφοροποίηση της φωτοσυνθετικής ζωής, που παρήγαγε το οξυγόνο.

Πριν 2,5 δισ. χρόνια, προτού η γήινη ατμόσφαιρα αποκτήσει σημαντική ποσότητα οξυγόνου, τα φωτοσυνθετικά βακτήρια απελευθέρωναν σιγά-σιγά οξυγόνο και έτσι άρχισε πιθανότατα η οξυγόνωση της επιφάνειας των ωκεανών και αρκετά αργότερα της ατμόσφαιρας. Το πρώτο οξυγόνο που σχηματίστηκε με αυτό τον τρόπο, επέδρασε με το σίδηρο στους ωκεανούς, δημιουργώντας οξείδια του σιδήρου, τα οποία επικάθησαν στους βυθούς ως ιζήματα, δημιουργώντας αλλεπάλληλα στρώματα βράχων κόκκινου-καφέ χρώματος διάσπαρτων ανά τον κόσμο.

Αργότερα, το οξυγόνο “δραπέτευσε” από τους ωκεανούς στην ατμόσφαιρα, όπου και άρχισε να συγκεντρώνεται σε ολοένα μεγαλύτερες ποσότητες. Σύμφωνα με τις νέες εκτιμήσεις των επιστημόνων, όπως αναφέρουν στην μελέτη τους, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο αλληλεπίδρασε με το μεθάνιο, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου, σχηματίζοντας διοξείδιο του άνθρακα, που είναι 62 φορές λιγότερο αποτελεσματικό ως αέριο του θερμοκηπίου για την θέρμανση του πλανήτη. Η διαδικασία αυτή – δηλαδή η σταδιακή αντικατάσταση του μεθανίου από το διοξείδιο του άνθρακα – οδήγησε στην πτώση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης, προκαλώντας τελικά την πρώτη εποχή των παγετώνων.

Εκτός από την επίδρασή του στο κλίμα (μέσα από την παραπάνω αλληλουχία γεγονότων), η αύξηση του οξυγόνου προκάλεσε την αύξηση του όζοντος στη στρατόσφαιρα, δηλαδή στο στρώμα του αερίου, που βρίσκεται μεταξύ 12 και 30 μιλίων πάνω από την επιφάνεια της Γης, και προστατεύει από τις επιβλαβείς υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Η αύξηση της προστατευτικής ασπίδας από την ακτινοβολία επέτρεψε στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, που μέχρι τότε ζούσαν στα βάθη των ωκεανών για λόγους προστασίας, να ανέβουν προς την επιφάνεια των θαλασσών και έτσι να αυξηθεί δραστικά η ποσότητα του οξυγόνου που απελευθέρωναν, ενισχύοντας περαιτέρω το στρατοσφαιρικό όζον.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η συνεχής άνοδος του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα επέτρεψε επίσης την παροχή περισσότερων θρεπτικών ουσιών στις θάλασσες, βοηθώντας τη βιολογική εξέλιξη προς την κατεύθυνση της εμφάνισης των πρώτων πολύπλοκων κυττάρων, τα οποία χρειάζονταν ελεύθερο οξυγόνο για να προωθήσουν τις βιοσυνθετικές διεργασίες στο εσωτερικό τους.

Τελικά, κατά τους ερευνητές, η “Μεγάλη Οξείδωση” της Γης, προκάλεσε τον πλήρη μετασχηματισμό της ατμόσφαιρας, του κλίματος και της ζωής στον πλανήτη μας.

Εκτός από την επίδρασή του στο κλίμα (μέσα από την παραπάνω αλληλουχία γεγονότων), η αύξηση του οξυγόνου προκάλεσε την αύξηση του όζοντος στη στρατόσφαιρα, δηλαδή στο στρώμα του αερίου, που βρίσκεται μεταξύ 12 και 30 μιλίων πάνω από την επιφάνεια της Γης, και προστατεύει από τις επιβλαβείς υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Η αύξηση της προστατευτικής ασπίδας από την ακτινοβολία επέτρεψε στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, που μέχρι τότε ζούσαν στα βάθη των ωκεανών για λόγους προστασίας, να ανέβουν προς την επιφάνεια των θαλασσών και έτσι να αυξηθεί δραστικά η ποσότητα του οξυγόνου που απελευθέρωναν, ενισχύοντας περαιτέρω το στρατοσφαιρικό όζον.

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η συνεχής άνοδος του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα επέτρεψε επίσης την παροχή περισσότερων θρεπτικών ουσιών στις θάλασσες, βοηθώντας τη βιολογική εξέλιξη προς την κατεύθυνση της εμφάνισης των πρώτων πολύπλοκων κυττάρων, τα οποία χρειάζονταν ελεύθερο οξυγόνο για να προωθήσουν τις βιοσυνθετικές διεργασίες στο εσωτερικό τους.

Τελικά, κατά τους ερευνητές, η “Μεγάλη Οξείδωση” της Γης, προκάλεσε τον πλήρη μετασχηματισμό της ατμόσφαιρας, του κλίματος και της ζωής στον πλανήτη μας.

Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ

Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ ανέπτυξαν ένα νέο τρόπο για την χρονολόγηση αρχαιολογικών αντικειμένων – με τη βοήθεια της φωτιάς και του νερού, για να ξεκλειδώσουν το «εσωτερικό ρολόι».

Η απλή αυτή μέθοδος, που υπόσχεται να γίνει τόσο σημαντική στον τρόπο που χρονολογούνται τα κεραμικά υλικά όπως και η χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα, έχει γίνει για τα βιολογικά υλικά όπως είναι το ξύλο ή τα οστά.

Late Saxon Pottery

Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και το Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, ανακάλυψε μια νέα τεχνική που ονομάστηκε  χρονολόγηση "rehydroxylation” η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ψημένα υλικά, όπως κεραμικά πήλινα τούβλα, πλακάκια και κεραμικά.

Δουλεύοντας στο Μουσείο του Λονδίνου, οι ερευνητές ήταν σε θέση να χρονολογήσουν δείγματα τούβλων από την ρωμαϊκή, μεσαιωνική και τη νεότερη περίοδο με αξιοσημείωτη ακρίβεια.

Έχουν αναγνωρίσει ότι η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ηλικίας των αντικειμένων έως και 2.000 χρόνια – αλλά πιστεύουν ότι έχει τις δυνατότητες να χρησιμοποιείται για την χρονολόγηση σε αντικείμενα περίπου 10.000 ετών.

Η μέθοδος αυτή βασίζεται στο γεγονός ότι ένα ψημένο κεραμικό υλικό θα αρχίσει να αντιδρά χημικά με την ατμοσφαιρική υγρασία, μόλις έχει βγει από τον κλίβανο, μετά το ψήσιμο του. Το φαινόμενο αυτό κατά τη διάρκεια της ζωής του εξακολουθεί να γίνεται και προκαλεί αύξηση του βάρους του – όσο μεγαλύτερο είναι το υλικό, τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση του βάρους.

Το 2003, η ομάδα του Εδιμβούργου και του Μάντσεστερ, ανακάλυψαν ένα νέο νόμο που ορίζει επακριβώς τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται ο ρυθμός της αντίδρασης μεταξύ των κεραμικών και του νερού ανάλογα με το χρόνο.

Στην εφαρμογή λοιπόν του νόμου αυτού στηρίζεται η νέα μέθοδος χρονολόγησης, επειδή η ποσότητα του νερού που ενώνεται χημικά με ένα κεραμικό προσφέρει ένα «εσωτερικό ρολόι» ,που μπορεί να είναι διαθέσιμο για τον προσδιορισμό της ηλικίας του.

Η τεχνική περιλαμβάνει τη μέτρηση της μάζας του δείγματος του κεραμικού και στη συνέχεια τη θέρμανση του σε περίπου 500 βαθμούς Κελσίου σε φούρνο, που απομακρύνει το νερό.

Το δείγμα στη συνέχεια ζυγίζεται με μια συσκευή μέτρησης υπερ-ακριβείας, γνωστή ως μικροζυγός, για να προσδιοριστεί ο ακριβής ρυθμός με τον οποίο ενώθηκε το κεραμικό με το νερό με την πάροδο του χρόνου.

Χρησιμοποιώντας τον ανωτέρω νόμο είναι δυνατόν να υπολογιστεί από τις πληροφορίες που συλλέγονται η ηλικία του δείγματος.

Η επικεφαλής της έρευνας Moira Wilson, καθηγήτρια στη Σχολή Μηχανολόγων, δήλωσε: "Τα ευρήματα αυτά έρχονται μετά από πολλά χρόνια σκληρής δουλειάς. Είμαστε ιδιαίτερα ενθουσιασμένοι από τις δυνατότητες αυτής της νέας τεχνικής, η οποία θα μπορούσε να γίνει μια καθιερωμένη μέθοδος για τον καθορισμό της ηλικίας των κεραμικών αντικειμένων αρχαιολογικού ενδιαφέροντος.

"Επίσης, η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να καθορίσει τη μέση θερμοκρασία του υλικού κατά τη διάρκεια της ζωής του, αν η ακριβής ημερομηνία της παρασκευής του είναι γνωστή. Και από αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι χρήσιμη στις μελέτες της αλλαγής του κλίματος.

"Εκτός από τη νέα μέθοδο χρονολόγησης, υπάρχουν και πιο ευρείες εφαρμογές, όπως για την ανίχνευση πλαστών κεραμικών.”

Οι ερευνητές θέλουν τώρα να δούνε αν η νέα τεχνική χρονολόγησης μπορεί να εφαρμοστεί σε πήλινα, πορσελάνινα και κεραμικά σκεύη.

Πηγή: ScienceDaily

Επί αιώνες οι αρχαίοι πίστευαν η Γη ήταν επίπεδη. Αποδεικτικά στοιχεία για το αντίθετο, είχαν αγνοηθεί είτε είχαν ενσωματωθεί αβίαστα στην κυρίαρχη άποψη για τον Κόσμο. Σήμερα δε που απορρίπτουμε την επίπεδη Γη ως μια απαξιωτική ιδέα, μπορεί να κάνουμε ένα σχεδόν πανομοιότυπο λάθος – δεν αφορά όμως τον πλανήτη μας, αλλά για ολόκληρο το σύμπαν.

Όταν πρόκειται για το σύμπαν, η έννοια της “επιπεδότητας” αναφέρεται στην μοίρα των δεσμών του φωτός να ταξιδεύουν παράλληλα μεταξύ τους σε μεγάλες αποστάσεις. Εάν το σύμπαν είναι «επίπεδο», οι ακτίνες θα παραμείνουν για πάντα παράλληλα. Ύλη, ενέργεια και σκοτεινή ενέργεια ωστόσο δημιουργούν μια καμπυλότητα του χωροχρόνου. Εάν το σύμπαν του χωροχρόνου είναι κυρτωμένη θετικά, όπως και η επιφάνεια της σφαίρας, οι παράλληλες δέσμες κάποτε θα συναντηθούν. Αν το σύμπαν έχει μια αρνητική κυρτότητα, αν δηλαδή το σύμπαν έχει το σχήμα της σέλας, τότε οι παράλληλες δέσμες θα αποκλίνουν.

Χάρις, εν μέρει, στο δορυφόρο Wilkinson Microwave Anisotropy (WMAP), ο οποίος αποκάλυψε την πυκνότητα της ύλης και της σκοτεινής ενέργειας στις απαρχές του σύμπαντος, οι περισσότεροι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το σύμπαν είναι επίπεδο. Αλλά αυτή η άποψη τώρα τίθεται υπό αμφισβήτηση από τον Joseph Silk στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, που υποστηρίζει ότι είναι πιθανό οι παρατηρήσεις του να έχουν παρερμηνευθεί.

Σε μια δημοσίευση που έκανε στο Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, ο Joseph Silk πήραν τα δεδομένα από τον WMAP καθώς και άλλα πειράματα της κοσμολογίας και τα ανέλυσαν χρησιμοπο

Ετικέτες Technorati: ,

ιώντας το θεώρημα Bayes, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δείξει πώς ένα συγκεκριμένο συμπέρασμα μιας θεωρίας, επηρεάζεται από διαφορετικές παραδοχές εκκίνησης.

Χρησιμοποιώντας η ομάδα σύγχρονες αστρονομικές υποθέσεις, που προϋποθέτουν ένα επίπεδο σύμπαν, υπολόγισαν την πιθανότητα το σύμπαν να ήταν σε μία από τις τρεις καταστάσεις:: επίπεδο, με θετική ή αρνητική κυρτότητα. Αυτό λοιπόν τους οδήγησε σε μια 98% πιθανότητα το σύμπαν να είναι πράγματι επίπεδο. Όταν όμως επανέλαβαν τον υπολογισμό με βάση μια θέση πιο ανοιχτού πνεύματος, η πιθανότητα άλλαξε κι έγινε 67%, κάνοντας ένα επίπεδο σύμπαν πολύ λιγότερο αυτού που γενικά δέχονται οι αστρονόμοι.

“Βγαίνει μια λογική υπόθεση ότι το σύμπαν δεν είναι εντελώς επίπεδο,” λέει ο Silk, προσθέτοντας ότι ο υπολογισμός τους δείχνει πόσο οι ισχυρές προκαταλήψεις των αστρονόμων μπορούν να επηρεάσουν τα συμπεράσματά τους.

Ο David Spergel του Πανεπιστημίου του Princeton, ο εκπρόσωπος του WMAP, συμφωνεί. “Έχουν αναπτύξει ένα στατιστικά αυστηρό τρόπο για την εξέταση του ζητήματος”, λέει.

Ο Silk υποστηρίζει πως οι αστρονόμοι είναι ανάγκη να φτάσουν σε ένα 99,9999 τοις εκατό εμπιστοσύνη στο επίπεδο σύμπαν, που είναι αρκετά υψηλό. Είναι δυνατόν, ωστόσο, με τις μετρήσεις να μην είναι ποτέ σε θέση να φτάσουμε σε αυτό το επίπεδο ακρίβειας.

Πηγή: New Scientist

Το πρωί της 30ης Ιουνίου 908 έγινε μια έκρηξη στον ουρανό πάνω από μια απομακρυσμένη περιοχή της κεντρικής Σιβηρίας. Μια πύρινη βολίδα ισχύος εκατονταπλάσια της ατομικής έκρηξης στη Χιροσίμα, διέσχισε την ανώτερη ατμόσφαιρα, καίγοντας σχεδόν 2.000 τετραγωνικά χιλιόμετρα γης.

Γι αυτό κάποιοι ευφάνταστοι πίστεψαν ότι εμφανίστηκε στην περιοχή αυτή κάποιο UFO ή έγινε έκρηξη μιας μαύρης τρύπας προκειμένου να εξηγήσουν την τεράστια έκρηξη.

Οι επιστήμονες σήμερα πιστεύουν ότι ένα μικρό τμήμα ενός κομήτη ή ενός αστεροειδή ήταν αυτό που προκάλεσε το επονομαζόμενο γεγονός Tunguska, που ονομάστηκε έτσι από τον ποταμό που βρίσκεται στην πιο πάνω περιοχή.


Tunguska 1908: η πιο μυστηριώδης έκρηξης της σύγχρονης ιστορίας

Τώρα, μια νέα επιστημονική μελέτη προτείνει πως ένα κομμάτι από έναν κομήτη προκάλεσε την πύρινη βολίδα ισχύος 5 έως 10 μεγατόνων, κι αυτό ήταν που προκάλεσε την έκρηξη, Μάλιστα το μεγαλύτερο μέρος του κομήτη αναπήδησε στην ατμόσφαιρα και γύρισε πίσω σε τροχιά γύρω από τον ήλιο.

Οι επιστήμονες έφτασαν ακόμα και στο σημείο να αναγνωρίσουν το υποψήφιο ουράνιο αντικείμενο του υπεύθυνο για την έκρηξη της Tunguska, που τώρα βρίσκεται σε απόσταση 200 εκατομμυρίων χιλιομέτρων μακριά, και το οποίο πρόκειται να ξαναπεράσει κοντά από τη Γη το 2045. Μήπως λοιπόν υπάρχει ένας κρυμμένος αλλά ισχυρός κίνδυνος μέσα στον φαινομενικά ήσυχο κι άκακο κομήτη;

Όμως πώς ένας κομήτης – βασικά μια μπάλα από νερό, πάγο και κοσμική σκόνη – θα μπορούσε να δημιουργήσει μια τόσο μαζική έκρηξη χωρίς να αφήσει κάποιο ίχνη; Η απάντηση , πιστεύουν οι επιστήμονες, μπορεί να αναζητηθεί στη βασική χημεία και όχι στην περίπλοκη φυσική ή ακόμα σε στοιχεία που μέχρι τώρα δεν έχουν βρεθεί στην περιοχή.

Ένα από τα πιο περίεργα απομεινάρια από το γεγονός της Tunguska είναι το μοτίβο της καμένης γης που άφησε πίσω του. Καμιά κυκλική καμένη περιοχή. Αλλά απανθρακωμένα δέντρα διασκορπισμένα σαν μια πεταλούδα, με τα εξωτερικά φτερά της να εκτείνονται σε μια βόρεια με βορειοανατολική και μια νότια με νοτιοανατολική κατεύθυνση. Όταν παρουσιάστηκε αυτό το ασυνήθιστο μοτίβο, κορυφαίοι επιστήμονες μεταξύ των οποίων ο Giuseppe Longo του Πανεπιστημίου της Μπολόνια στην Ιταλία και ο Yuri Medvedev του Ρωσικού Ινστιτούτου Εφαρμοσμένης Αστρονομίας, εστιάστηκαν σε δυο βασικές θεωρίες – ότι είτε δυο διαφορετικά αντικείμενα εξερράγησαν στον ουρανό πάνω από την περιοχή, είτε ένα αντικείμενο πέρασε από την ατμόσφαιρα, κάνοντας έναν κύκλο γύρω από τη Γη και στη συνέχεια ξαναμπήκε στην ατμόσφαιρα από την περιοχή της Tunguska σε ένα δεύτερο πέρασμά του.

Ο Edward Drobyshevski, ερευνητής φυσικός στη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών πιστεύει πως το τμήμα του κομήτη που δημιούργησε την έκρηξη συμπίεσε τα εκρηκτικά υλικά του – στη μορφή του υδρογόνου,  το αέριο που μετέτρεψε το γερμανικό αερόστατο Hindenburg το 1937 σε μια μια φλεγόμενη κόλαση, σε δευτερόλεπτα.

Η θεωρία αυτή του Drobyshevski που εμπλέκει το υδρογόνο, ξεκίνησε όταν ο ίδιος εστιάστηκε στη βασική χημεία και συγκεκριμένα στην ηλεκτρόλυση – δηλαδή στον διαχωρισμό του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο με τη χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος. Το υδρογόνο που προκάλεσε την έκρηξη το 1908, όπως λέει ο Drobyshevski, πιθανότατα προέρχεται από την προηγούμενη ενσάρκωση του κομήτη, ως ένα μικρό τμήμα ενός φύλλου πάγου που βρισκόταν σε έναν δορυφόρο του Δία ή του Κρόνου. Με τον χρόνο, τα ισχυρά μαγνητικά πεδία του μητρικού πλανήτη του φεγγαριού διέσπασαν μερικά μόρια νερού που βρισκόταν στο φύλλο αυτό του πάγου κι έτσι παραγόταν λίγο υδρογόνο και φυσαλίδες οξυγόνου, που παρέμεναν παγιδευμένες στο εσωτερικό του.

Μόλις σχηματίστηκε αρκετό υδρογόνο μέσα στο παγωμένο φύλλο, μια απευθείας σύγκρουσή του με έναν αστεροειδή θα το ανάγκασε να εκραγεί, στέλνοντας θραύσματα πάγου γεμάτα με φυσαλίδες υδρογόνου στο διάστημα. Το 1981 ο Drobyshevski δημοσίευσε μια έρευνα στην οποία πρότεινε πως πάγος πλούσιος σε υδρογόνο που βρισκόταν στον δορυφόρο Τιτάνα του Κρόνου, εξερράγη κάποια στιγμή περίπου 3000 με 10.000 χρόνια πριν, εμπλουτίζοντας έτσι τη σύσταση των δακτυλίων του Κρόνου και πιθανώς εκσφενδονίζοντας κάποια τμήματα πάγου στο ηλιακό σύστημα)

Αυτά τα θραύσματα του πάγου στη συνέχεια  θα περιδιάβαιναν το ηλιακό σύστημα, σύμφωνα με τον Drobyshevski, και περιστασιακά θα διασταυρωνόντουσαν με έναν πλανήτη σαν τη Γη, όπως μπορεί να συνέβη το 1908. Αν προστεθεί και μια σπίθα σε αυτά τα θραύσματα από την τριβή κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα, θα προκύψει μια γιγάντια, φυσικά αναπτυσσόμενη, εκρηκτική βόμβα πάγου.

Όταν το αντικείμενο σαν μετεωρίτης του γεγονότος της Tunguska πέρασε τη γήινη ατμόσφαιρα, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Drobyshevski, το 10% του πάγου του εξερράγη. Αυτό στη συνέχεια ανάγκασε το κύριο μετέωρο να φύγει πίσω (σαν ανάκρουση) στο διάστημα. Μια τέτοια τροχιά θα μπορούσε να εξηγήσει το ασυνήθιστο μοτίβο σε σχήμα πεταλούδας που παρουσιάζουν τα κατεστραμμένα δέντρα στην περιοχή, συμπληρώνει.

Η υπόθεση του Drobyshenski είναι πολύ ενδιαφέρουσα και εξηγεί πολλά από τα στοιχεία που συναπαρτίζουν το μυστήριο της έκρηξης στην Tunguska, αλλά απέχει ακόμα πολύ από το να αποτελεί μια απόδειξη, σύμφωνα με άλλους ερευνητές που ασχολούνται με το αντικείμενο. Σε κάθε περίπτωση πάντως, η έρευνα αυτή μπορεί να μας προσφέρει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τα αντικείμενα που περνάνε κοντά από τη Γη και τους αόρατους κινδύνους που μπορούν να κρύβονται μέσα στο παγωμένο εσωτερικό τους.

Ο Drobyshevski και οι συνεργάτες του ψάχνοντας σε βάσεις δεδομένων πάνω από 6.000  αντικειμένων  κοντά στη Γη, βρήκαν ένα, που ονομάζεται 2005NB56, το οποίο πέρασε έξω από την τροχιά της Σελήνης γύρω στις Ιονίου 1908!

Η χρονική στιγμή και η κατεύθυνση που θα είχε ερχόμενο κοντά στη Γη το 2005NB56 ταιριάζει με αυτά που περιέγραψαν οι αυτόπτες μάρτυρες στην Tunguska, σύμφωνα με τον Drobyshevsky. Το αντικείμενο αυτό υπολογίστηκε να βρίσκεται κάπου στα 10 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, αλλά το νούμερο αυτό ενέχει μεγάλο περιθώριο λάθους, λέει.

Ο κομήτης 2005NB56 πρόκειται να περάσει κοντά από τη Γη το 2045, στη Γη, περίπου 5 εκατομμύρια χιλιόμετρα περίπου ή 16 φορές την απόσταση από τη Γη στη Σελήνη. Αυτή τη φορά, δεν μπορεί να γίνει άμεση απειλή για τον πλανήτη μας, όμως ο Drobyshevsky λέει, ότι η μελέτη του  αντικειμένου θα μπορούσε να αποφέρει σημαντικές γνώσεις σχετικά με τα αντικείμενα κοντά στη Γη  – και ποιοί είναι οι απρόβλεπτοι κίνδυνοι για τα σχετικά αντικείμενα με πάγους.

Ένας άλλος επιστήμονας από τη Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, ο Yuri Medvedev του Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Αστρονομίας στην Αγία Πετρούπολη, είναι εντυπωσιασμένος, αλλά δεν πείστηκε από το επιχείρημα του Drobyshevski, ότι το 2005NB56 προκάλεσε την έκρηξη της Tunguska. Ο Medvedev λέει ότι η θεωρία του Drobyshevski απέχει πολύ από τα δοκιμασμένα, αλλά αξίζει περισσότερη προσοχή από τους αστρονόμους.

“Η θεωρία του Drobyshevski εξηγεί ορισμένες ασυνήθιστες παρατηρήσεις,” λέει ο Medvedev. Για παράδειγμα όταν η βολίδα Deep Impact της NASA έπεσε πάνω στην επιφάνεια του κομήτη Tempel 1, το 2005, ένα μικρό τμήμα του κομήτη εξερράγη με απροσδόκητη μανία – συνεπές με την υπόθεση ότι ορισμένοι κομήτες φέρουν τα δικά τους πυροτεχνήματα υδρογόνου”.

Πηγή: popularmechanics.com

Σχετικά άρθρα

Ήταν η πύρινη βολίδα στην Τουνγκούσκα μια χημική βόμβα από κομήτη;

Στη νέα ταινία “Star Trek” το διαστημόπλοιο Εντερπράιζ οργώνει όλο τον Γαλαξία με την ταχύτητα του φωτός. Αλλά μπορούμε να ταξιδεύσουμε ποτέ με αυτή την ταχύτητα ή και μεγαλύτερη ακόμα;

Δύο φυσικοί από το πανεπιστήμιο Baylor πιστεύουν ότι έχουν μια ιδέα που μπορεί να μετατρέψει τα ταξίδια με την ταχύτητα του φωτός από επιστημονική φαντασία σε επιστήμη, ενώ ηιδέα τους δεν παραβιάζει κανένα νόμο της φυσικής.

Ο Gerald Cleaver, βοηθός καθηγητής της Φυσικής στο Baylor, και ο Richard Obousy, μεταδιδακτορικός φοιτητής, πιστεύουν ότι με τον χειρισμό των διαστάσεων του χωροχρόνου γύρω από το διαστημόπλοιο με ένα τεράστιο ποσό ενέργειας, θα δημιουργηθεί μια “φυσαλίδα” που θα μπορούσε να οδηγήσει γρηγορότερα το διαστημόπλοιο από την ταχύτητα του φωτός. Για να δημιουργήσετε αυτή την φυσαλίδα οι δύο φυσικοί πιστεύουν πως ο χειρισμός των 11 διαστάσεων θα δημιουργήσει σκοτεινή ενέργεια.

Ο Cleaver λέει πως η θετική σκοτεινή ενέργεια είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος, όπως ακριβώς έγινε και μετά το Big Bang, όταν το σύμπαν επεκτάθηκε γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

“Σκεφτείτε το διαστημόπλοιο σαν ένα σέρφερ που τρέχει πάνω στο κύμα, η ιστοσανίδα κινείται πολύ γρήγορα, αλλά ο σέρφερ μένει ακίνητος”, δηλώνει ο Cleaver. “Το διαστημόπλοιο θα πρέπει να πιεστεί από την φυσαλίδα και η φυσαλίδα θα ταξιδεύει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.”

Η μέθοδος βασίζεται στον κινητήρα Alcubierre, ένας Μεξικανός φυσικός , που το 1994 πρότεινε  την επέκταση του ιστού του χώρου πίσω από ένα διαστημόπλοιο σε μια φυσαλίδα και την συρρίκνωση του χωροχρόνου μπροστά του. Το διαστημόπλοιο δεν θα προχωρά στην πραγματικότητα, αλλά το πλοίο θα προχωρά χάρις στην επέκταση και την συρρίκνωση των διαστάσεων του χωροχρόνου. Δεδομένου ότι ο χώρος κινείται γύρω από το διαστημόπλοιο κι όχι το ίδιο, η θεωρία δεν παραβιάζει τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η οποία δηλώνει ότι χρειάζεται άπειρη ενέργεια για την επιτάχυνση ενός αντικειμένου πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός.

Η θεωρία χορδών προτείνει ότι το σύμπαν αποτελείται από πολλές διαστάσεις. Πέρα από τις τρεις γνωστές διαστάσεις και τον χρόνος που είναι η τέταρτη διάσταση, οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι υπάρχουν συνολικά 10 διαστάσεις, με τις άλλες 6 διαστάσεις να μην μπορούμε ακόμα να προσδιορίσουμε. Μια νέα θεωρία, που ονομάζεται Μ-θεωρία, δέχεται ότι οι “χορδές” πραγματικά δονούνται σε ένα χώρο 11-διαστάσεων. Μάλιστα αυτή η 11η διάσταση είναι που οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσε να βοηθήσει την πρόωση του διαστημοπλοίου ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός.

Οι φυσικοί εκτιμούν ότι το ποσό της ενέργειας που απαιτείται για να επηρεάσει τις επιπλέον διαστάσεις είναι ισοδύναμη με το σύνολο της μάζας του Δία αν μετατραπεί σε ενέργεια.

“Είναι μια τεράστια ποσότητα ενέργειας,” λέει ο Cleaver. “Είμαστε ακόμη πολύ μακριά για να δημιουργήσουμε τρόπους αξιοποίησης αυτού του είδους της ενέργειας.”

Το άρθρο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό : Journal of the British Interplanetary Society

Πηγή: ScienceDaily

Ήταν οι μεγάλες εξαφανίσεις των ειδών πραγματικές βιολογικές καταστροφές ή ήταν αυτές απλώς το αποτέλεσμα των χασμάτων στα αρχεία των απολιθωμάτων; Μια έρευνα που έγινε από γεωλόγους των πανεπιστημίων του Μπρίστολ, του Πλύμουθ, και του Σάρατοφ στη Ρωσία, έριξε νέο φως πάνω σε μια συζήτηση που έχει διχάσει τους επιστήμονες τελευταία, ενώ είχε αναγνωριστεί ήδη από τον Δαρβίνο στην Καταγωγή των Ειδών.

Η ΓΗ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΔΟ ΤΗΣ ΠΕΡΜΙΑΝ-ΤΡΙΑΔΙΚΗΣ ΕΞΑΦΑΝΙΣΗΣ

Pangea supercontinent

  • Η μεγαλύτερη μαζική εξαφάνιση των ειδών έγινε πριν περίπου 250 εκατ. χρόνια.

  • Περίπου το 95% των θαλάσσιων οργανισμών και τα 3/4 των χερσαίων οικογενειών στην Πανγαία υπερήπειρο εξαφανίστηκαν.

  • Τους βράχους του τέλους της Πέρμιαν εποχής μπορεί κάποιος να τους δει σήμερα στην Κίνα, Ιταλία και Πακιστάν.

  • Κύριοι υπεύθυνοι για την εξαφάνιση θεωρούνται οι διακυμάνσεις της θαλάσσιας στάθμης, η ηφαιστειακή δραστηριότητα, οι πτώσεις αντικειμένων από το διάστημα και η τήξη του παγωμένου μεθανίου  στα θαλάσσια ιζήματα.

Η επιστημονική ομάδα ανακάλυψε στοιχεία στα Ρωσικά Ουράλια που αποδεικνύουν ότι πράγματι συνέβη η πιο σοβαρή μαζική εξαφάνιση των ειδών, και η οποία έλαβε χώρα στο τέλος της Πέρμιαν και στις αρχές της Τριασσικής Περιόδου, πριν περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια. Το συμβάν της πιο μεγάλης εξαφάνισης θεωρείται ότι είναι το αποτέλεσμα της ραγδαίας αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη, που ξεκλήρισε το 80 έως το 95 τοις εκατό των ειδών του πλανήτη μας.

Αυτή η εξαιρετικά σημαντική έρευνα διαψεύδει την τρέχουσα άποψη που δέχεται ότι στην Ρωσία αυτή η μαζική εξαφάνιση δεν καταγράφηκε ποτέ και ότι η φαινόμενη εξαφάνιση των ειδών κατά την περίοδο εκείνη στην πραγματικότητα οφείλεται σε ένα κενό, δηλαδή ότι δεν έχουν βρεθεί σχετικά απολιθώματα. Ο επικεφαλής ερευνητής, Graeme Taylor από το Πανεπιστήμιο του Πλύμουθ, εξηγεί: “Έγκριτοι επιστήμονες συμπεριλαμβανομένων υπέδειξαν ότι είχε γίνει ένα λάθος δέκα εκατομμυρίων ετών κατά την χρονολόγηση των πετρωμάτων στη Ρωσία και ότι τα σημερινά πετρώματα θεωρούνται δέκα εκατομμύρια χρόνια μεγαλύτερα από αυτά που είναι. Αυτό θα σήμαινε ότι η μη ανακάλυψη των απολιθωμάτων στη Ρωσία – άρα και το χάσμα – οφείλεται ότι έχει γίνει μια λάθος χρονολόγηση. Υπονομεύοντας έτσι σοβαρά την ιδέα της μαζικής εξαφάνισης.”

Οι επιστήμονες συνδύασαν λοιπόν τη μαγνητική καταγραφή των απολιθωμάτων μέσα στα επίμαχα Ρωσικά πετρώματα, με εκείνες από τις υπόλοιπες χώρες του πλανήτη. Αποδεικνύοντας έτσι ότι τα ρωσικά πετρώματα πράγματι καταγράφουν την πορεία προς την εκδήλωση της μαζικής εξαφάνισης ανάμεσα στην Πέρμια και την Τριασσική περίοδο, και ως εκ τούτου τα απολιθώματα που χάνονται σε αυτά τα βράχια αποτελούν μέρος της μαζικής εξαφάνισης.

Εξηγώντας τη σημασία των αποτελεσμάτων, ο Δρ Taylor λέει: “Δεν υπάρχει πράγματι κανένα κενό στην Πέρμιαν-Τριασσική περίοδο. Τα αρχεία των πετρωμάτων είναι πλήρη και η μαζική εξαφάνιση ενισχύεται κι άλλο, ως ένα σημαντικό σημείο καμπής στην ιστορία της ζωής στη Γη και ως το πιο καταστροφικό γεγονός που έγινε μέχρι τώρα στον πλανήτη μας. “

Μια άλλη άποψη για την αιτία της μαζικής εξαφάνισης των ειδών

Η μεγαλύτερη έως τώρα μαζική εξαφάνιση έμβιων οργανισμών στην ιστορία του πλανήτη μας είναι πιθανό να προκλήθηκε από την ύπαρξη γιγάντιων λιμνών αλατιού, που απελευθέρωσαν στην ατμόσφαιρα μεγάλες ποσότητες αλογονούχων αερίων, τα οποία μετέβαλαν την ατμοσφαιρική σύνθεση τόσο δραματικά, που η ζωή δεν μπορούσε πια να συνεχιστεί όπως πριν.

Μέχρι τώρα οι επιστήμονες είχαν υποθέσει ότι για τη μαζική καταστροφή ευθύνονταν ηφαιστειακές εκρήξεις, πτώσεις αστεροειδών κ.α. Η νέα θεωρία διατυπώθηκε από διεθνή ομάδα ερευνητών από την Ρωσία, την Αυστρία, τη Ν. Αφρική και τη Γερμανία, και δημοσιεύεται στα «Πρακτικά» της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Doklady Earth Sciences).

Η νέα θεωρία βασίζεται σε μελέτη των τρεχουσών βιοχημικών και ατμοσφαιρικών διεργασιών και προειδοποιεί ότι θα υπάρξει σταδιακή αύξηση των εκτάσεων ερήμου και λιμνών άλατος στη Γη, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, με συνέπεια να ενταθούν μελλοντικά οι επιπτώσεις των αλογονούχων αερίων, όπως είχε συμβεί και στο παρελθόν.

Η αφετηρία για τη νέα θεωρία ήταν η ανακάλυψη στο νότο της Ρωσίας και στη Ν. Αφρική ότι οι μικροβιακές διεργασίες στις σημερινές λίμνες άλατος με φυσικό τρόπο παράγουν και απελευθερώνουν άκρως ευμετάβλητους αλογονάνθρακες, όπως χλωροφόρμιο, τριχλωροαιθυλένιο και τετραχλωροαιθυλένιο. Οι επιστήμονες μετέφεραν αυτή τη διαδικασία στην λεγόμενη Θάλασσα Ζεχστάιν, η οποία, πριν περίπου 250 εκατ. χρόνια, βρισκόταν στη σημερινή κεντρική Ευρώπη και κατελάμβανε μια έκταση όση η Γαλλία σήμερα. Η περιοχή αυτή ήταν μια τεράστια επίπεδη «θάλασσα» αλατιού, εκτεθειμένη στο ξηρό κλίμα της ερήμου και στην έντονη ηλιακή ακτινοβολία.

Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι μόνο από αυτή την περιοχή, στο τέλος της Πέρμιας Περιόδου, απελευθερωνόταν κάθε χρόνο μια τεράστια ποσότητα αλογονούχων αερίων, της τάξης τουλάχιστον του 1,3 εκατ. τόνου τριχλωροαιθυλενίου και άλλου τόσου τετραχλωροαιθυλενίου, καθώς και 1,1 εκατ. τόνου χλωροφορμίου. Οι ποσότητες αυτές είναι πενταπλάσιες από τις αντίστοιχες σημερινές ετήσιες παγκόσμιες βιομηχανικές εκπομπές των ίδιων αερίων (και για το χλωροφόρμιο 20πλάσιες).

Σύμφωνα με τη νέα θεωρία, οι εκπομπές αυτών των αερίων από τη Θάλασσα Ζεχστάιν και από τις άλλες τεράστιες λίμνες άλατος που υπήρχαν πριν 250 εκατ. χρόνια, πυροδότησαν μια πολύπλοκη αλυσίδα ατμοσφαιρικών και χημικών γεγονότων που κατέληξαν στη μεγαλύτερη καταστροφή του πλανήτη.

Οι επιστήμονες κρούουν τον κώδωνα κινδύνου ότι η υπερθέρμανση του πλανήτη και η συνεπαγόμενη κλιματική αλλαγή επιτείνουν την ερημοποίηση, αυξάνοντας έτσι τον αριθμό και τη συνολική επιφάνεια των λιμνών άλατος, πράγμα που σταδιακά μπορεί να οδηγήσει ξανά σε δραματική αύξηση των επικίνδυνων αλογονούχων αερίων στην ατμόσφαιρα, με τις ίδιες τοξικές παρενέργειές τους.

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι ανοιχτό παραμένει γι’ αυτούς το ερώτημα αν η παραπάνω διαδικασία ήταν από μόνη της αρκετή για να οδηγήσει στη μαζική καταστροφή της Πέρμιας Περιόδου ή κατά πόσο συνδυάστηκε με άλλα καταστροφικά συμβάντα, όπως εκρήξεις ηφαιστείων ή προσκρούσεις αστεροειδών. Σε κάθε περίπτωση πάντως, όπως επισημαίνουν, οι επιστήμονες μέχρι σήμερα είχαν σοβαρά υποτιμήσει τις αρνητικές συνέπειες από την ερημοποίηση και την απελευθέρωση αερίων από τις λίμνες άλατος.

Πηγή: Καθημερινή

Αν ρωτήσετε από πού προήλθαν όλα αυτά που βλέπουμε γύρω μας και σας απαντήσουν “από το Big Bang”, μην τους πιστέψετε. Καμιά ουσία δεν γεννήθηκε την ώρα της Μεγάλης Έκρηξης. Κι αν δεν συνέβαινε μια τρομερή διαστολή (ο πληθωρισμός) μετά το Big Bang δεν θα υπήρχε τίποτα γύρω μας, ούτε εσείς για να υποβάλλετε τούτη την ερώτηση.

Το σύμπαν γεννήθηκε από μια ανωμαλία, ένα σημείο με άπειρη πυκνότητα, πριν από 13.7 δισεκατομμύρια χρόνια περίπου. Όμως η κβαντομηχανική – η επιστήμη του μικρόκοσμου – δέχεται ότι σε τόσες ακραίες συνθήκες δεν ισχύει κανένας γνωστός νόμος της φύσης. Πρέπει να περιμένουμε να φθάσει το σύμπαν στο μήκος Planck (10-35m), όταν η πυκνότητα από άπειρη έγινε “μόνο” 1094 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Αυτά είναι τα απόλυτα όρια στο μέγεθος και στην πυκνότητα από τα οποία αρχίζει να εφαρμόζεται η κβαντική μηχανική.

Δυστυχώς, αν μια φυσαλίδα στο μέγεθος του μήκους Planck περιέχει όλη την υλο-ενέργεια του σύμπαντος, το ισχυρό βαρυτικό του πεδίο θα το κάνει αμέσως να καταρρεύσει προς μια σημειακή ανωμαλία, ή μια συμπαντική μαύρη τρύπα. Εκτός κι αν παρέμβει κάποιος άλλος μηχανισμός ή ένα κολοσσιαίο γεγονός κι αλλάξει την κατάσταση.

Γι αυτό και στην αρχή η γέννηση του σύμπαντος από το μηδέν φάνηκε αρχικά αδύνατη. Αλλά, έστω ότι το σύμπαν ξέφευγε από τη μοίρα της μαύρης τρύπας, τι θα μπορούσε να ήταν; Ένα σύμπαν γεμάτο ακτινοβολία χωρίς καμιά ύλη και πολύ μικρό με τα σημερινά κριτήρια.  

Η θεωρία του Big Bang φυσικά κι έδωσε το έναυσμα στην επιστήμη να εξηγήσει γιατί το σύμπαν δεν είναι σταθερό, και ότι προέρχεται από ένα απειροελάχιστο σημείο ενώ ακόμα και σήμερα διαστέλλεται.  Αλλά υπάρχουν κι άλλα αινίγματα που παρατηρούμε σήμερα και η αρχική θεωρία του Big Bang δεν μπορούσε να εξηγήσει. Για παράδειγμα, η εξαιρετική επιπεδότητα, η ομοιογένεια και ισοτροπία του σύμπαντος από πού προέρχονται; πώς δημιουργήθηκαν; τυχαία ή με κάποιο άλλο μηχανισμό που η πρώτη θεωρία του Big Bang αγνοούσε. Γι αυτό υπήρχε η ανάγκη μιας άλλης θεωρίας, συμπληρωματικής της αρχικής, που θα έλυνε τα παραπάνω προβλήματα. Ένα μοντέλο που θα έδειχνε πώς το σύμπαν ξέφυγε από τη μοίρα της μαύρης τρύπας και την αδυσώπητη βαρυτική έλξη, πώς το σύμπαν έγινε σχεδόν επίπεδο, ομοιογενές και ισότροπο. Κι αυτή η θεωρία είναι ο Πληθωρισμός.

Ο πληθωρισμός ή μια εκθετική διαστολή μετά την εποχή Planck (τα πρώτα 10 -43 του δευτερολέπτου) μπορεί να αποτρέψει το σχηματισμό μιας συμπαντικής μαύρης τρύπας, ενώ η αρχή της απροσδιοριστίας όπως την ανέλυσε ο Edward Tryon επιτρέπει την εμφάνιση ολόκληρου του σύμπαντος από το κενό, ή από το τίποτα όπως χαρακτηριστικά το είπε, σαν μια κβαντική διακύμανση του κενού, πράγμα που επιτρέπεται από την κβαντική θεωρία. 

Σελίδες: 1 2 3 4 5 6

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Ο 20ος αιώνας των μεγάλων θεωριών

Α! Αστρικές δομή και εξέλιξη

Με τον ερχομό του 20ού αιώνα το θέμα της φύσης των «νεφελοειδών» ήταν για δεκαετίες ακόμη το αντικείμενο διαφωνιών και αντεγκλήσεων, αφού κανένας δεν γνώριζε τι ακριβώς ήσαν,  ήταν ένα από τα κύρια αντικείμενα διαφωνιών και αντεγκλήσεων μεταξύ των αστρονόμων. Στα μέσα, όμως της δεκαετίας του 1910 ο Αμερικανός αστρονόμος Harlow Shapley (1885-1972), εξετάζοντας τη χωροταξική κατανομή των σφαιρωτών σμηνών στο Γαλαξία μας έδωσε μια ξεκάθαρη εικόνα του Γαλαξία μας και των άστρων που φαίνονταν στο νυχτερινό ουρανό, ενώ συγχρόνως το Ηλιακό μας Σύστημα βρέθηκε να είναι τοποθετημένο όχι στο κέντρο, όπως θεωρούσαν μέχρι τότε, αλλά στις παρυφές του Γαλαξία. Μ’ αυτόν τον τρόπο, δηλαδή, ο Shapley εκθρόνισε τον Ήλιο από το κέντρο του Γαλαξία, όπως ακριβώς ο Κοπέρνικος είχε εκθρονίσει τη Γη από το κέντρο του Ηλιακού μας Συστήματος.

Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Δανός αστρονόμος  Ejnar Hertzsprung (1911) και αργότερα ο Αμερικανός Henry Russell (1913), ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, πρότειναν ότι η λαμπρότητα (ή το απόλυτο μέγεθος) και η επιφανειακή θερμοκρασία (ή ο φασματικός τύπος)  των κοντινών φωτεινών άστρων μπορεί να δείχνουν κατά ποιό τρόπο είχαν εξελιχθεί τα αστέρια στο χρόνο. Το διάγραμμα τους, που ονομάζεται διάγραμμα Hertzsprung­Russell (H-R), παριστάνει τη σχέση μεταξύ του φασματικού τύπου – που συνδέεται άμεσα με τη θερμοκρασία επιφάνειας – και της λαμπρότητας – που εξαρτάται από το απόλυτο μέγεθος – των αστέρων ενός γαλαξία. Με αυτό τον τρόπο χωρίς να γνωρίζουμε τα στάδια εξέλιξης ενός άστρου, μελετούμε τα χαρακτηριστικά στοιχεία πολλών άστρων, που βρίσκονται σε διάφορα στάδια εξέλιξης. Αφού γνωρίζουμε τον φασματικό τύπο, το χρώμα και την λαμπρότητα του άστρου που μας ενδιαφέρει, από το διάγραμμα των H-R βλέπουμε τι εξέλιξη θα έχει.  

Στη δεκαετία του ’20 ο Arthur Eddington καθόρισε τις βασικές εξισώσεις της αστρικής δομής και της μεταφοράς ενέργειας, και παρήγαγε τις σχέσεις μεταξύ της μάζας, της ακτίνας και της κεντρικής θερμοκρασίας των αστεριών. Αυτές οι σχέσεις κατέδειξαν ότι το εσωτερικό των αστεριών ήταν σε θερμοκρασίες πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς Kelvin. Εν τω μεταξύ η νέα κβαντική θεωρία του Niels Bohr εφαρμόστηκε στα ιόντα, που φαίνονταν στα επιφανειακά στρώματα των αστέρων, και ήταν κρίσιμη για την ανάπτυξη των μοντέλων των αστρικών ατμοσφαιρών. Αυτή η εργασία κατέληξε στην αναγνώριση ότι οι ατμόσφαιρες των αστεριών κυρίως αποτελούνται από υδρογόνο και ήλιο.

Στις 6 Οκτωβρίου 1923, με τη ραγδαία εξέλιξη της φωτογραφικής τέχνης και με τη βοήθεια του τεράστιου για την εποχή εκείνη τηλεσκοπίου με κάτοπτρο διαμέτρου 2,5 μέτρων στο όρος Ουίλσον στην Καλιφόρνια, ο αστρονόμος Edwin Hubble (1889-1953) κατόρθωσε να φωτογραφήσει μεμονωμένα άστρα στο νεφελοειδή της Ανδρομέδας επιβεβαιώνοντας έτσι την άποψη ότι επρόκειτο για έναν απόμακρο αστρικό κόσμο, μια τεράστια πολιτεία δισεκατομμυρίων άστρων έξω και πέρα από το δικό μας Γαλαξία. Πολύ πιο μακριά υπάρχουν 100 δισεκατομμύρια άλλοι γαλαξίες σαν το δικό μας.

Περίπου το 80% των αστέρων που έχουν ανακαλυφθεί βρίσκονται σε μια ζώνη που διασχίζει διαγώνια το διάγραμμα H-R και ονομάζεται Κύρια Ακολουθία. Στην Κύρια Ακολουθία, που προτάθηκε το 1932, βρίσκονται τα αστέρια που η βαρυτική κατάρρευση ισορροπείται από την πυρηνική καύση του υδρογόνου. Άρα αυτά τα άστρα αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο. Η βασική ακολουθία επομένως ερμηνεύθηκε ως γεωμετρικός τόπος των διαφορετικών αστρικών μαζών, όχι μια εξελικτική διαδρομή.

Προς το τέλος της δεκαετίας του ’30 ο Hans Bethe και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν τον κύκλο “πρωτονίου-πρωτονίου” καθώς και τον “κύκλο άνθρακα-αζώτου”, πυρηνικές διαδικασίες σύντηξης, που τροφοδοτούν με πυρηνικά καύσιμα τον ήλιο και τα άλλα αστέρια της Κύριας Ακολουθίας.

Και το 1955 οι Fred Hoyle και Martin Schwarzschild υπολόγισαν το πρώτο λεπτομερές μοντέλο για την εξέλιξη ενός αστέρος, που έχει εξαντλήσει το υδρογόνο στον πυρήνα του. Σε αυτό το σημείο το αστέρι αρχίζει να καίει το ήλιο του, δημιουργώντας κατά συνέπεια τον άνθρακα, το άζωτο και το οξυγόνο, και γρήγορα μεταβάλλεται σε ένα φωτεινό, διαστελλόμενο, ψυχρό “κόκκινο γίγαντα” άστρο. Μέχρι το 1962 οι Chishuro Hayashi και οι συνάδελφοι του ήταν σε θέση να εξηγήσουνι πλήρως το διάγραμμα Hertzsprung­Russell με λεπτομερή εξελικτικά μοντέλα για όλο το εύρος των αστρικών μαζών από 0.01 έως 100 φορές τη μάζα του ήλιου. Η πλήρης εξέλιξη των αστέρων από τη γέννησή τους έως το θάνατό τους έγινε τελικά κατανοητή.

Β! Μετρική κλίμακα και η διαστολή του Σύμπαντος

Οι μελέτες των μεταβλητών αστεριών, που ονομάστηκαν Κηφείδες από την Henrietta Leavitt το 1912, ήταν θεμελιώδεις στην ανακάλυψη του εξελισσόμενου σύμπαντος. Οι παλλόμενοι μεταβλητοί Κηφείδες είναι ένας τύπος αστεριού, που κατά κανονικά χρονικά διαστήματα μεταβάλλεται η λαμπρότητά τους. Το φαινόμενο οφείλεται σε περιοδικές αναπάλσεις (συστολή και διαστολή) της ατμόσφαιρας τους. Η Leavitt κατάφερε να δείξει ότι υπάρχει μια σχέση μεταξύ της απόλυτης φωτεινότητας (και απόλυτου μεγέθους) και της περιόδου του φωτεινού παλμού, που συνήθως είναι μερικές ώρες η και ημέρες ακόμη.

Ο Edwin Hubble χρησιμοποίησε αυτήν την σχέση το 1924 για να μετρήσει την απόσταση έως τα σπειροειδή νεφελώματα και κατέδειξε για πρώτη φορά ότι ήταν εξωγαλαξιακά αντικείμενα ενώ ο Γαλαξίας μας, που έχει διάμετρο 100.000 έτη φωτός, είναι ένας ανάμεσα σε αμέτρητους γαλαξίες. Εν τω μεταξύ ο Vesto Slipher χρησιμοποιώντας τη μετατόπιση Doppler των φασματικών γραμμών σε περισσότερους από 40 γαλαξίες, μέτρησε τις ακτινικές ταχύτητες  τους και βρήκε ότι οι περισσότεροι από αυτούς, οι μακρινοί γαλαξίες, απομακρύνονταν από μας. Το φαινόμενο αυτό ονομάστηκε φυγή των γαλαξιών.

Το 1929 ο Hubble συνδύασε τις μετρήσεις που έκανε για τις αποστάσεις των γαλαξιών και εκείνες άλλων ερευνητών (που βασίστηκαν στα φωτεινότερα αστέρια μέσα στους γαλαξίες) με τις ταχύτητες απομάκρυνσης για να ανακαλύψει ότι τα δύο αυτά μεγέθη είναι ανάλογα. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση του γαλαξία τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του. Έβγαλε λοιπόν μια σχέση που είναι γνωστή σαν νόμος του Hubble v=H0d . Η διαστολή του Σύμπαντος είχε ανακαλυφθεί. Ανάλογα επίσης με τη τιμή της σταθεράς H0 του Hubble, μπορούμε να υπολογίσουμε και την ηλικία του Σύμπαντος.

Ο θεωρητικός Αλέξανδρος Friedmann είχε ήδη δείξει ότι τα μοντέλα της διαστολής του σύμπαντος βασίζονταν στη Γενική Σχετικότητα, ενώ το στατικό, ομοιογενές και ισοτροπικό μοντέλο του Σύμπαντος που αναπτύχθηκε από τον Einstein το 1917 ήταν λανθασμένο.

Για σχεδόν 30 χρόνια, εντούτοις, η χρονική κλίμακα της διαστολής του Σύμπαντος φάνηκε πάρα πολύ μικρή όταν συγκρίθηκε με την ηλικία της Γης και των παλαιότερων αστεριών. Έτσι η Γη κατά παράξενο τρόπο φαινόταν να είναι παλαιότερη και από το πιο παλιό άστρο.  Ο Allan Sandage διευκόλυνε πολύ αυτό το πρόβλημα το 1956 χάρις στις βελτιωμένες του εκτιμήσεις για τις αποστάσεις των γαλαξιών.

Η διαμάχη για το ρυθμό διαστολής του Σύμπαντος ­ που υπολογίζετε με τη λεγόμενη σταθερά του Hubble, την H0 ­ συνέχισε να προκαλεί αντιθέσεις τα προηγούμενα 30 χρόνια. Το πρόβλημα της σταθεράς του Hubble H0 είναι το εξής: Το σύμπαν δεν διαστέλλεται με σταθερό ρυθμό, στις απαρχές του σύμπαντος η διαστολή επιταχυνόταν με μεγάλο ρυθμό, μετά η επιτάχυνση μετριάστηκε, ενώ σήμερα η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται αρκετά. Έτσι η σταθερά του Hubble αλλάζει τιμή ανάλογα με τον ρυθμό διαστολής ενώ στο μέλλον θα είναι μεγαλύτερη λόγω επιτάχυνσης της επέκτασης του Σύμπαντος.

Εντούτοις, σήμερα οι αστροφυσικοί έχουν καταλήξει σε μια τιμή της σταθεράς του Hubble H0 , που κυμαίνεται από 60 έως 70 km s­1 ανά μεγαπαρσέκ (1 μεγαπαρσέκ ισούται με 3.26 εκατομμύρια έτη φωτός). Αυτό μεταφράζεται σε μια χρονική κλίμακα διαστολής 15 ± 1,2 δισεκατομμύρια έτη, η οποία θα ήταν και η ηλικία του Σύμπαντος εάν δεν υπήρξε καμία επιτάχυνση ή επιβράδυνση της διαστολής του Σύμπαντος.

Εν τω μεταξύ η ηλικία των παλαιότερων αστεριών, που υπολογίζεται από τα μοντέλα της αστρικής εξέλιξης, έχουν μειωθεί σταθερά. Το 1982 η ηλικία αυτή υπολογίστηκε 17 δισεκατομμύρια έτη. Εντούτοις, οι πιό πρόσφατες μελέτες των αρχαίων αστεριών, χρησιμοποιώντας τις αποστάσεις που παράγονται από την αστρομετρική διαστημική αποστολή Hipparcos, εμφανίζουν ότι τα αρχαία αυτά αστέρια είναι ηλικίας 11.5 ± 1.5 δισεκατομμύρια έτη. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει πλέον κανένα “πρόβλημα ηλικίας” για το Σύμπαν.

Γ! Η νέα αστρονομία χρησιμοποιεί τις μη ορατές ακτινοβολίες

Η εν καιρώ του πολέμου ανάπτυξη του ραντάρ έβγαλε μια ολόκληρη γενιά ράδιο-εμπειρογνωμόνων στην αστρονομία, για να ακολουθήσουν πρωτοποριακές ανακαλύψεις, που έγιναν στη δεκαετία του ’30 και τη δεκαετία του ’40. Το 1934 ο Karl Jansky είχε ανακαλύψει τη ράδιο-εκπομπή από τον Γαλαξία μας και στη δεκαετία του ’40 ο Grote Reber ολοκλήρωσε τους πρώτους ράδιο-χάρτες όλου του Ουρανού. Στην ίδια περίοδο ο John Hey ανακάλυψε τη ράδιο-εκπομπή από τον ήλιο και ανίχνευσε τις πρώτες σημειακές ράδιο-πηγές. Μέχρι την πρόσφατη δεκαετία του ’50 η ραδιοαστρονομία είχε αρχίσει να είναι ένα πολύ σημαντικό πεδίο της σύγχρονης αστρονομίας.

Αμέσως ακολούθησαν έρευνες σε άλλες ζώνες μηκών κύματος: Γρήγορα η υπέρυθρη αστρονομία έκανε μεγάλη πρόοδο κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του ’60, που κατέληξε στην πτήση του Υπέρυθρου Αστρονομικού Δορυφόρου (IRAS) το 1983 και του Υπέρυθρου Διαστημικό Παρατηρητηρίου της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Εταιρείας (ISO) το 1995. Η έναρξη του δορυφόρου Uhuru το 1970 χαρακτηρίστηκε σαν ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός για την αστρονομία των ακτίνων X.

Οι νέοι αστρονόμοι κατάφεραν να ανακαλύψουν μια πλούσια γκάμα νέων φαινομένων, όπως οι ραδιογαλαξίες, τα κβάζαρ, τα pulsars και από εκεί τους αστέρες νετρονίων. Άλλα ευρήματα έχουν συμπεριλάβει τα διπλά συστήματα ακτίνων X με αστέρια νετρονίων και μαύρες οπές, τις ογκώδεις μαύρες οπές στους γαλαξιακούς πυρήνες, τα άστρα με τις εκπομπές ακτινοβολίας και τους υπερφωτισμένους στο υπέρυθρο γαλαξίες, τους πρωτοπλανητικούς δίσκους, και τέλος τους βαρυτικούς φακούς από τα αστέρια, τους γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών.

Οι μαύρες οπές απέδειξαν ότι να είναι μια από τις πιό δραματικές συνέπειες της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein. Για πρώτη φορά συζητήθηκαν από μια ομάδα θεωρητικών αστροφυσικών, αλλά τώρα φαίνονται ότι είναι η κοινή τελική κατάληξη για τα αστέρια, που έχουν τουλάχιστον 20 φορές τη μάζα του δικού μας ήλιου. Οι μαύρες οπές είναι κυρίαρχες στους γαλαξιακούς πυρήνες, όπου βρίσκονται με μάζες που κυμαίνονται μεταξύ 10 6 και 10 9 ηλιακών μαζών. Αν και οι αποδείξεις για την ύπαρξή τους είναι, αναπόφευκτα, έμμεσα, είναι ήδη συντριπτικές.

Η αστροφυσική τώρα της υψηλής ενέργειας ­ δηλαδή η μελέτη των ενεργητικών φωτονίων και των σχετικιστικών σωματιδίων ­ είναι καταπληκτικό πλούσιο πεδίο. Τα επιτεύγματα αυτού του πεδίου, έχουν περιλάβει την αναλυτική φυσική της αεριώδους προσαύξησης στους δίσκους γύρω από τις μαύρες οπές και τα συμπαγή αστέρια, και τα μοντέλα για την παραγωγή των σχετικιστικών πιδάκων στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. 

Δ! Το διαστρικό μέσο

Διαστρική σκόνηΗ ανακάλυψη της διαστρικής σκόνης από τον Robert Trumpler το 1930, μετασχημάτισε την αντίληψή μας για το χώρο μεταξύ των αστεριών. Μελέτες που ακολούθησαν για τη σκόνη και το ατομικό, μοριακό και ιονισμένο αέριο, μας έχουν αποκαλύψει τη σύνθετη φυσική των νεφών του αερίου και της σκόνης που εισχωρούν μέσα στους γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας. Οι φασματοσκοπικές μελέτες, που κυμαίνονται από τα οπτικά μήκη κύματος έως τα ραδιοκύματα, είναι ιδιαίτερα σημαντικά στην κατανόηση των τρόπων με τους οποίους σχηματίζονται τα νέα αστέρια συνεχώς από τη διαστρική σκόνη και το αέριο.

Τα περισσότερα από τα βαριά στοιχεία στο διαστρικό μέσο, που περιλαμβάνουν περίπου 2% της συνολικής του μάζας, βρίσκονται είτε υπό μορφή μικρών κόκκων πυριτικού άλατος είτε ανθρακούχου σκόνης, είτε σε μόρια μονοξειδίου του άνθρακα. Ο Arno Penzias και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν αρχικά το μονοξείδιο άνθρακα στο διαστρικό διάστημα το 1970. Τώρα είναι γνωστά πάνω από 50 είδη διαστρικών μορίων.

Η διαστρική σκόνη έχει μια δραστική επίδραση στη ροή της ακτινοβολίας μέσα σε ένα γαλαξία. Ένα σημαντικό μέρος του ορατού και υπεριώδους φωτός που εκπέμπεται από τα αστέρια απορροφάται δραστικά από τη σκόνη και επανεκπέμπεται στα υπέρυθρα μήκη κύματος (ανωτέρω σχήμα). Οι χάρτες του ουρανού, που έγιναν από το IRAS, αποκάλυψαν την πλήρη εικόνα αυτής της επανεκπεμπόμενης ακτινοβολίας για πρώτη φορά. 

Ε! Η θερμή Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang)

Όμως η σημαντικότερη δραματική ανακάλυψη της νέας αστρονομίας ήταν η ανακάλυψη της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου από τους Penzias και Robert Wilson το 1965. Αυτή η ακτινοβολία ερμηνεύθηκε αμέσως ως το απομεινάρι της ακτινοβολίας – στην φάση που κυριαρχούσε στο σύμπαν αμέσως μετά τη Θερμή Μεγάλη Έκρηξη. Ο υψηλός βαθμός ισοτροπίας του, έδειξε μια εξαιρετικά απλή δομή για το Σύμπαν στις μεγαλύτερες κλίμακες.

Στη δεκαετία του ’40 και τη δεκαετία του ’50 ο George Gamow και οι συνάδελφοι του είχαν προωθήσει την έννοια ενός θερμού Bing Bang Σύμπαντος, που κυριαρχήθηκε από την ακτινοβολία στα αρχικά του στάδια. Ήλπιζαν έτσι να εξηγήσουν ότι τα στοιχεία δημιουργήθηκαν από τις πυρηνικές αντιδράσεις στον αρχικό Κόσμο. Στο τέλος κατάφεραν να δείξουν ότι μόνο το ήλιο, το δευτέριο και το λίθιο κοσμολογικά λείψανα, σύμφωνα με τους λεπτομερείς υπολογισμούς από το Bob Wagoner, τον Willy Fowler και τον Fred Hoyle το 1967.

Οι Geoffrey και Margaret Burbidge, Fowler και Hoyle είχαν δείξει προηγουμένως ότι τα βαρέα στοιχεία ­ δηλαδή από τον άνθρακα και μετά ­ έγιναν στα αστέρια. Και το 1972  αποδείχθηκε πλήρως ότι τα υπόλοιπα ελαφρά στοιχεία (βηρύλλιο και βόριο) έγιναν από τις κοσμικές ακτίνες, που διαπέρασαν μέσα από τους διαστρικούς πυρήνες ηλίου.

Στη δεκαετία του ’70 επιστημονικές ομάδες στο Princeton, το Μπέρκλευ και τη Φλωρεντία ανίχνευσαν την πρώτη μικροσκοπική απόκλιση από την ισοτροπία στην Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Αυτή η λεγόμενη “ανισοτροπία διπόλων” φαίνεται ότι οφείλεται στην κίνηση του Γαλαξία μας μέσω του κοσμικού πλαισίου. Η επίδραση του φαινομένου αυτού είναι ότι ο μικροκυματικός ουρανός εμφανίζεται ελαφρώς θερμότερος προς την κατεύθυνση της κίνησής μας, κατά ένα τοις χιλίοις, και ελαφρώς πιό ψυχρός στην αντίθετη κατεύθυνση.

 

Σχήμα 2
Χάρτης Του Ουρανού, που βασίστηκε σε δεδομένα (1991) του δορυφόρου COBE (Cosmic Background Explorer). Η μεσαία κόκκινη λωρίδα οφείλεται στις μικροκυματικές εκπομπές του Γαλαξία μας.
 

Οι χάρτες των γαλαξιών όλου του ουρανού, που δημιουργήθηκαν από τις έρευνες του IRAS επέτρεψαν στους αστρονόμους να αποδείξουν ότι αυτή η κίνηση οφειλόταν στη βαρυτική έλξη των γαλαξιών μέσα σε 300 μεγαπαρσέκ. Μάλιστα συνέχισε να βελτιώνεται η ακρίβεια με την οποία  θα μπορούσε να μετρηθεί η ισοτροπία του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων. Αργότερα το 1991 η ομάδα του Cosmic Background Explorer (COBE) ανήγγειλε ότι είχε ανιχνεύσει ανισοτροπίες με ακρίβεια 1 μέρος προς 100.000 σε μια γωνιακή κλίμακα 10° ( Σχήμα 2ο). Αυτές οι ανισοτροπίες ήταν οι πρώτες αποδείξεις των μικρών διακυμάνσεων της πυκνότητας από τις οποίες πρέπει να εξελίχθηκαν οι σημερινοί γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών.

Από τη δεκαετία του ’60 το φάσμα της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου είχε φανεί ότι αντιστοιχούσε σε ένα μέλαν σώμα περίπου 2.7 Κelvin. Αυτές οι μετρήσεις έφθασαν στο αποκορύφωμά τους το 1990 όταν έδειξε η ομάδα του COBE ότι είχε μετρήσει το τέλειο φάσμα κατά Planck, με ακρίβεια ένα μέρος προς χίλια. Αυτή η μορφή μέλανος σώματος κατά Planck είναι οι ισχυρότερες πιθανές αποδείξεις για ένα Σύμπαν το οποίο δημιουργήθηκε με μία Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) και με μια ακτινοβολία που την εξουσίαζε στην αρχική του φάση.

ΣΤ! Σχηματισμός των γαλαξιών και των σμηνών

Οι γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών θεωρούνται πως προέρχονται από τα αποτελέσματα της βαρύτητας πάνω στις μικρές διακυμάνσεις της πυκνότητας, που παρουσιάζονταν στις αρχικές φάσεις του Σύμπαντος. Αυτή η ιδέα αναπτύχθηκε αρχικά από τους Jim Peebles και Yakov Zel’dovich προς το τέλος της δεκαετίας του ’60. Αλλά μέχρι το 1980 ήταν σαφές ότι ο υψηλός βαθμός ισοτροπίας του Κοσμικού Υποβάθρου Μικροκυμάτων, έθεσε τα προβλήματα για ένα Σύμπαν που περιέχει μόνο την συνηθισμένη “βαρυονική” ύλη, δηλ. νετρόνια και πρωτόνια.

Όμως για να είναι σε θέση να σχηματισθούν οι γαλαξίες μέχρι σήμερα, ήταν απαραίτητο οι διακυμάνσεις να εμφανίστηκαν και με την ύπαρξη κάποιων μη-βαρυονικών συστατικών. Προκειμένου να ξεκινήσει ο σχηματισμός δομών αυτά τα μη-βαρυονικά στοιχεία πρέπει να έχουν αποσυνδεθεί από την ακτινοβολία, που δημιουργήθηκε στο Big Bang, πολύ πριν δημιουργηθούν τα βαρυόνια. Με άλλα λόγια, δεν μπορούν να γίνουν οι γαλαξίες εκτός αν ο Κόσμος εξουσιάζεται από τη “σκοτεινή ύλη” που, εξ ορισμού, δεν ακτινοβολεί. Κατά συνέπεια η εμφάνιση της σκοτεινής ύλης ήταν η αιτία που βρισκόμαστε όλοι σήμερα εδώ, με τη μορφή της βαρυονικής ύλης.

Ο Zel’dovich πρότεινε ότι ότι ένα νετρίνο με μια μάζα μερικών δεκάδων ηλεκτρονιοβόλτ (eV) θα μπορούσε να σχηματίσει την “θερμή σκοτεινή ύλη”, που ονομάζεται έτσι επειδή τα νετρίνα θα μπορούσαν να κινούνται με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Υποστήριξε ότι μια τέτοια θερμή σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να εξηγήσει την προέλευση της δομής σε ένα σχηματισμό της μορφής “από το μεγάλο προς το μικρό”, με τα σμήνη δηλαδή να σχηματίζονται πρώτα και τα οποία τεμαχίστηκαν αργότερα σε γαλαξίες. Οι προσομοιώσεις με υπολογιστές έδειξαν, εντούτοις, ότι αυτό το μοντέλο δεν λειτούργησε και ότι το εναλλακτικό σενάριο της “ψυχρής σκοτεινής ύλης” λειτούργησε στις προσομοιώσεις πολύ καλύτερα.

Αυτό θα οδηγούσε σε ένα σχηματισμό δομών “από τα μικρότερα στοιχεία προς τα μεγαλύτερα”. Έτσι στο μοντέλο αυτό οι γαλαξίες σχηματίσθηκαν πρώτα και έπειτα συγχωνεύτηκαν για να σχηματισθούν τα σμήνη των γαλαξιών. Αυτή η προσέγγιση απαιτεί την παρουσία σωματιδίων σκοτεινής ύλης, τα οποία κινούνταν αργά στις απαρχές του Σύμπαντος. Αυτήν την χρονική περίοδο τα πιο επιτυχή σενάρια είναι βασισμένα στη ψυχρή σκοτεινή ύλη, με το δημοφιλέστερο υποψήφιο για τη σκοτεινή ύλη να είναι το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο, το νετραλίνο (neutralino). Πράγματι, διάφορα υπόγεια πειράματα βρίσκονται εν εξελίξει για να προσπαθήσουν να ανιχνεύσουν αυτό το μυστηριώδες νετραλίνο..

Πάντως, είναι απαραίτητο να υπάρξει κι ένα πρόσθετο συστατικό για να ταιριάξει το παρατηρηθέν φάσμα των διακυμάνσεων της πυκνότητας σήμερα στο Σύμπαν. Οι προτάσεις για αυτό το πρόσθετο συστατικό περιλαμβάνουν μια πρόσθετη απωθητική δύναμη, η οποία ενεργεί σε μεγάλες κλίμακες, μια έννοια που εισήχθη αρχικά από τον Einstein το 1917 για να επιτύχει έναν στατικό Σύμπαν στο μοντέλο που υπολογίστηκε με βάση την Γενική Σχετικότητα. Θα μπορούσε επίσης να υπάρξει κι ένα δεύτερο συστατικό σκοτεινής ύλης υπό μορφή νετρίνο με μάζα μερικών ηλεκτρόνιο-βολτ.

Εν τω μεταξύ, πειράματα ατμοσφαιρικών νετρίνων εμφανίζουν να αποδεικνύουν ότι τουλάχιστον ένα είδος νετρίνο έχει μάζα διάφορη του μηδενός. Εντούτοις, κι αυτή η υπονοούμενη μάζα δεν είναι αρκετά μεγάλη για να έχει μια αρκετή κοσμολογική επίδραση, εκτός αν οι αστροφυσικοί στραφούν στα σενάρια της μη Καθιερωμένης Φυσικής (φυσική υπερχορδών).

Ένα σημαντικό συστατικό στη θεωρία της προέλευσης της δομής ήταν η εφεύρεση του πληθωρισμού από τον Alan Guth το 1980. Αυτή η θεωρία εισήχθη για να λύσει το ονομαζόμενο πρόβλημα των μαγνητικών μονόπολων καθώς και το πρόβλημα των οριζόντων στην κοσμολογία. Στο πρώτο πρόβλημα η αλλαγή φάσης, που συνδέεται με το σπάσιμο της συμμετρίας της μεγάλης ενοποιημένης δύναμης στο αρχικό στάδιο του Σύμπαντος, είναι πιθανόν να έχει παραγάγει μια υψηλή πυκνότητα από αυτά τα μαγνητικά μονόπολα. Εντούτοις κανένας αστροφυσικός δεν τα έχει παρατηρήσει. Το πρόβλημα των οριζόντων προκύπτει όταν κοιτάξουμε στο μικροκυματικό υπόβαθρο σε αντίθετες κατευθύνσεις. Πώς είναι δυνατόν δύο περιοχές του Σύμπαντος, που ποτέ δεν είχαν αιτιακή επαφή σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο της επέκτασης του Σύμπαντος, να κατορθώσουν να είναι όμοια;

Η αρχική ιδέα του πληθωρισμού ήταν ότι στην εποχή του σπασίματος της συμμετρίας, το Σύμπαν θα ήταν σε μια κατάσταση “ψευδοκενού”. Αυτό θα ενεργούσε σαν μια τεράστια κοσμολογική άπωση και θα οδηγούσε σε μια εκθετική διαστολή για αρκετό χρόνο (περίπου 10 ­32 sec) για να λύσει το πρόβλημα των οριζόντων. Η ενέργεια του κενού θα μετατρεπόταν έπειτα σε ύλη και ακτινοβολία. Με αυτή τη διαδικασία θα είχαν παραχθεί και οι απαιτούμενες μικρές, αρχέγονες διακυμάνσεις πυκνότητας, και η κανονική διαστολή, που παρατήρησε ο Hubble, θα είχε επαναληφθεί. Μάλιστα από τότε έχουν δημιουργηθεί πολλές παραλλαγές αυτής της γενικής ιδέας.

Ζ! Η σημερινή κατάσταση και οι μελλοντικές προοπτικές

Σχήμα 3. Οι πιο απομακρυσμένοι γαλαξίες, που έχουν φωτογραφηθεί απέχουν αποστάσεις της τάξης των 12 δισεκατομμυρίων ετών.

Στο τέλος του 20ου αιώνα, βρήκε την αστροφυσική και την κοσμολογία να βρίσκονται σε ένα πολύ υψηλό επίπεδο. Αλλά φαίνεται να μην υπάρχει κανένα τέλος στον πλούτο των νέων ανακαλύψεων. Το Hubble Deep Field ­ ένας χάρτης μιας μικρής περιοχής του Ουρανού σε πολύ μεγάλο βάθος, που έγινε με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble  ­ έχει επεκτείνει χρονολογικά προς τα πίσω την εικόνα που έχουμε, όταν σχηματίζονταν τα αστέρια μέσα στους γαλαξίες,  την εποχή που το Σύμπαν ήταν μόνο στο 10% της σημερινής ηλικίας του (η εικόνα 3, δείχνει ακριβώς πως ήταν το σύμπαν εκείνη την εποχή).

Εν τω μεταξύ, οι έρευνες στο Hubble Deep Field με υπέρυθρες ακτίνες και σε μήκη κύματος κάτω από το 1 χιλιοστό, χρησιμοποιώντας τον ISO και το τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell στη Χαβάη, έχουν δείξει ότι οι περισσότεροι σχηματισμοί αστεριών στους γαλαξίες κρύβονται από μπροστά μας από τη μεσογαλαξιακή και διαστρική σκόνη.

Η νέα γενιά των τηλεσκοπίων των 8 και 10 μέτρων  καθιστά τη φασματοσκοπία των πολύ απόμακρων γαλαξιών σχεδόν ρουτίνα. Επιτρέπουν επίσης τον προσδιορισμό των απόμακρων υπερκαινοφανών, που εμφανίζονται να δείχνουν ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι επιταχυνόμενη, που πιθανώς να οφείλεται στη μυστήρια κοσμολογική άπωση, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Τον τελευταίο καιρό προσεκτικές φασματοσκοπικές αναζητήσεις έχουν ανακαλύψει εκατό περίπου πλανήτες στο μέγεθος του Δία, να περιστρέφονται γύρω από τα γονικά τους αστέρια.

Τον τελευταίο καιρό έχουν αρχίσει να ανιχνεύονται μυστήριες εκρήξεις των ακτίνων-γ.  Αυτά τα έντονα ξεσπάσματα της ακτινοβολίας γάμμα έχουν παρατηρηθεί σε κοσμολογικές αποστάσεις και φαίνονται να αφορούν την καταστροφή ενός αστεριού νετρονίων και το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας.

WMAPΈναν ανάλογο χάρτη με αυτόν που έφτιαξε η αποστολή WMAP αλλά πολύ πιο λεπτομερή θα φτιάξει και η αποστολή Planck

Ο εκρηκτικός ρυθμός της προόδου είναι πιθανό να συνεχιστεί τουλάχιστον και στις επόμενες δεκαετίες. Και η NASA και η Ευρωπαϊκή Διαστημική Εταιρεία (ESA) προγραμματίζουν μελλοντικές αποστολές για να χαρτογραφήσουν το μικροκυματικό υπόβαθρο. Η διαστημοσυσκευή χαρτογράφησης της ανισοτροπίας της μικροκυματικής ακτινοβολίας (WMAP) και η αποστολή του διαστημικού παρατηρητηρίου Planck μπορούν να καθορίσουν με πρωτοφανή ακρίβεια τις περισσότερες από τις βασικές κοσμολογικές παραμέτρους,  και να εξετάσουν την προέλευση αυτών των διακυμάνσεων της πυκνότητας.

Η αποστολή της ESA στην περιοχή μηκών κυμάτων της τάξεως του υποχιλιοστού FIRST, και το δίκτυο των ΗΠΑ-Ευρώπης ALMA, όπως και το διαστημικό τηλεσκόπιο της επόμενης γενιάς της NASA θα εξετάσουν μαζί (σαν ένα συμπληρωματικό τρίο), τον σχηματισμό αστεριών στο αρχικό Σύμπαν. Εν τω μεταξύ, αποστολές όπως τη Gaia, Darwin και η Διαστημική  Αποστολή Συμβολομετρίας θα προσπαθήσουν να φέρουν την πρόοδο στην ανακάλυψη και την κατανόηση των πλανητικών συστημάτων.

Επίσης μια σειρά επίγειων πειραμάτων και, τελικά, την Διαστημική Αποστολή Κεραιών Συμβολομετρίας με λέιζερ της ESA,  πρέπει επιτέλους να κάνει την αστρονομία των βαρυτικών κυμάτων μια πραγματικότητα. Και  ήδη αρχίζουν να κυκλοφορούν οι ιδέες για ένα επίγειο οπτικό τηλεσκόπιο με έναν καθρέφτη διαμέτρου των 100 μέτρων.

Από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων όλες οι πρόοδοι στη φυσική έχουν βρει άμεση εφαρμογή στην αστροφυσική και την κοσμολογία. Και επανειλημμένως η αστρονομία είναι η οδηγός δύναμη για σημαντικές ανακαλύψεις στη φυσική. Η κατανόησή μας για τον αστροφυσικό Κόσμο έχει προωθηθεί ανυπολόγιστα από την αρχή του 20ου αιώνα.

Και καθώς εισήλθαμε στην επόμενη χιλιετία, δεν φαίνεται να εξαντλείται η φλέβα των ανακαλύψεων στην Αστροφυσική.

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Αστρονόμοι της Αναγέννησης

 Ο Νικόλαος Κοπέρνικος και το ηλιοκεντρικό του σύστημα

Ο πρώτος από τους φημισμένους αστρονόμους της Αναγέννησης ήταν ο Πολωνός Νικόλαος Κοπέρνικος (1473-1543), κληρικός και αστρονόμος. Ο Κοπέρνικος θεωρούσε το γεωκεντρικό σύστημα υπερβολικά πολύπλοκο, γι’ αυτό και υποστήριζε το πιο απλό ηλιοκεντρικό σύστημα, με τη Γη να περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της μία φορά την ημέρα και να περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο μία φορά το χρόνο.

Κοπέρνικος ΟΚοπέρνικος παρατηρεί τον Ουρανό

Το 1496 πήγε στην Ιταλία για να σπουδάσει νομικά και ιατρική. Η γεωκεντρική αστρονομία περί τα τέλη του 15ου αιώνα αντιμετώπιζε αρκετές δυσκολίες. Κατ’ αρχάς το ημερολόγιο είχε απορυθμιστεί. Επιπλέον ο «εξισωτής» του Πτολεμαίου θεωρήθηκε ως μια «αφύσικη» περιπλοκή. Η τροχιά που υπολόγιζε για τη Σελήνη προϋπέθετε σημαντική αλλαγή στο φαινόμενο μέγεθος της κατά τη διάρκεια του μήνα, κάτι που φανερά δεν συνέβαινε. Γενικότερα το όλο περίπλοκο σύστημα του ως προς την τροχιά των πλανητών παρουσία αντιφάσεις. Ακόμα, το γεγονός πως η περίοδος περιφοράς του κάθε πλανήτη γύρω από Γη ήταν συνδεδεμένη με το ηλιακό έτος επίσης δημιουργούσε πρόβλημα.

Το 1503 ο Κοπέρνικος επέστρεψε στην Πολωνία για να υπηρετήσει ως κληρικός. Τα χαλαρά εκκλησιαστικά του καθήκοντα του επέτρεπαν να επικεντρώνει τη δραστηριότητα του στην αστρονομία. Έτσι αναμόρφωσε αποφασιστικά το σύστημα του Πτολεμαίου, καταργώντας τον ενοχλητικό εξισωτή του.

Ο Κοπέρνικος έκανε ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός αναγνωρίζοντας ότι οι κινήσεις των πλανητών θα μπορούσαν να εξηγηθούν με την τοποθέτηση του Ήλιου στο κέντρο του Κόσμου αντί της Γης. Κατά την άποψη του, η Γη ήταν απλά ένας από πολλούς πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο, και η καθημερινή κίνηση των αστεριών και των πλανητών ήταν ακριβώς μια αντανάκλαση της περιστροφής της Γης στον άξονα της. Αν και ο Έλληνας αστρονόμος Αρίσταρχος ανέπτυξε την ίδια υπόθεση 1500 χρόνια νωρίτερα, ο Κοπέρνικος ήταν το πρώτο πρόσωπο που υποστήριξε τις ιδέες του στην σύγχρονη εποχή.

Σύστημα ΚοπέρνικουΑριστερά: Στο ηλιοκεντρικό σύστημα του Κοπέρνικου όταν παρατηρούμε τους εξωτερικούς πλανήτες φαίνονται μερικές φορές να ‘γυρίζουν’ προσωρινά πίσω και μετά να κινούνται κανονικά. Έτσι εξηγήθηκε η ανάδρομος κίνηση χωρίς την ανάγκη επικύκλων όπως στο σύστημα του Πτολεμαίου.

Αντί λοιπόν ο Ήλιος να είναι ένας από τους επτά κινούμενους πλανήτες, τοποθετήθηκε στο κέντρο του πλανητικού συστήματος ενώ η Γη μετακινήθηκε και έγινε ο τρίτος πλανήτης του ηλιακού πια συστήματος. Τέλος η Σελήνη ανεξαρτητοποιήθηκε από τον Ήλιο και παρέμεινε σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Ο Κοπέρνικος χώρισε τους πλανήτες σε δυο ομάδες: αυτούς που βρίσκονται στο εσωτερικό της γήινης τροχιάς και αυτούς που βρίσκονται στο εξωτερικό της. Καθόρισε την διάταξη των πλανητών η οποία στο πτολεμαϊκό σύστημα έμοιαζε αυθαίρετη. Οι αποστάσεις των πλανητών από τον Ήλιο καθώς και οι τροχιακές περίοδοι τους υπολογίστηκαν και αποδείχτηκε ότι συνδέονται αρμονικά. Η κίνηση της Γης έδωσε μια εύκολη ερμηνεία της ανάδρομης κίνησης του Άρη, του Δία και του Κρόνου.

Το 1543 – χρονολογία του θανάτου του Κοπέρνικου – εκδόθηκε το επαναστατικό του έργο De Revolutionibus, το οποίο υιοθετήθηκε άμεσα από όσους ενδιαφέρονταν να μελετήσουν τις θέσεις των πλανητών.

Κατά την ηλιοκεντρική άποψη του Κοπέρνικου για τον Κόσμο, η περιστασιακή ανάδρομη κίνηση των πλανητών, οφείλεται στις συνδυασμένες κινήσεις της Γης και των πλανητών. Καθώς οι ταχύτητες της Γης γύρω από τον ήλιο είναι μεγαλύτερες,  προσπερνά περιοδικά τους εξωτερικούς πλανήτες. Όπως ένας πιο αργός δρομέας σε έναν εξωτερικό διάδρομο στο στάδιο των αγώνων, έτσι και ο πιο μακρινός πλανήτης εμφανίζεται να κινείται προς τα πίσω σχετικά με τη Γη.

Το μοντέλο του Κοπέρνικου εξηγεί επίσης γιατί οι δύο πλανήτες που είναι πιο κοντά στον ήλιο, ο Ερμής και η Αφροδίτη, δεν απομακρύνονται ποτέ μακριά από τον ήλιο πάνω στον ουρανό και επέτρεψε έτσι στον Κοπέρνικο να υπολογίσει σε κατά προσέγγιση, την κλίμακα του ηλιακού μας συστήματος για πρώτη φορά. Βέβαια το μοντέλο του Κοπέρνικου είχε προβλήματα. Ήταν προσκολλημένος ακόμα στην κλασσική ιδέα ότι οι πλανήτες πρέπει να κινούνται σε κυκλικές τροχιές με σταθερές ταχύτητες, όπως έλεγε και ο Πτολεμαίος, και στο μοντέλο του οι τροχιές ήταν κυκλικές μέσα σε άλλους κύκλους για να μπορέσει να προβλέψει τις θέσεις των πλανητών με λογική ακρίβεια.

Παρά τη βασική αλήθεια του μοντέλου του, ο Κοπέρνικος δεν απέδειξε ότι η Γη κινείται γύρω από τον ήλιο. Αυτή η άποψη αφέθηκε για τους επόμενους αστρονόμους.

Ο Τύχων Μπράχε και το νόβα άστρο του

Τύχων ΜπράχεΤην ίδια περίοδο έζησε κι ένας από τους σημαντικότερους παρατηρησιακούς αστρονόμους της Αναγέννησα, ο Τύχων Μπράχε (1546-1601), του οποίου οι παρατηρήσεις έμειναν στα χέρια του νεαρού βοηθού του Γιόχαν Κέπλερ.

Ο Tycho Brahc ήταν ένας Δανός αριστοκράτης και παρατηρητής του ουρανού που, χάρη στην οικονομική υποστήριξη του βασιλιά Φρειδερίκου του B’ έχτισε ένα καταπληκτικό αστεροσκοπείο στη νησίδα Βεν της Βαλτικής θάλασσας. O Tycho διαπίστωσε ότι οι πλανήτες δεν ακολουθούσαν τις τροχιές που είχε καθορίσει ο Κοπέρνικος και αποφάσισε να αφιερώσει τη ζωή του στη συστηματική παρατήρηση και καταγραφή των θέσεων των αστέρων και των πλανητών.

Την ανέφελη νύχτα της 11ης Νοεμβρίου 1572, ο Tycho παρατήρησε ένα νέο άστρο να φωτοβολεί στον αστερισμό της Κασσιόπειας. Παρακολούθησε τις αλλαγές στο χρώμα και τη λαμπρότητα του επί δεκαπέντε συνεχόμενους μήνες και δημοσίευσε τα συμπεράσματα του στο βιβλίο του Προγυμνάσματα. Αυτή η «νόβα» δεν ήταν στην πραγματικότητα ένα νέο άστρο. Ήταν ένας αστέρας που προϋπήρχε και που εξερράγη αυξάνοντας τρομακτικά τη λαμπρότητα του.

Η παρατήρηση του μεγάλου κομήτη του 1577 ήταν ακόμα πιο συναρπαστική. Ο Tychc προσπάθησε να μετρήσει την απόσταση του από τη Γη μελετώντας τη θέση του ως προς απομακρυσμένους αστέρες, όπως αυτή παρατηρήθηκε από διάφορους αστρονόμους ανά την Ευρώπη. Καθώς δεν παρατηρήθηκε καμιά «παράλλαξη» ο Tycho συμπέρανε πως ο κομήτης βρισκόταν πιο μακριά από τη Σελήνη. Ο Αριστοτέλης θεωρούσε τους κομήτες ως μετεωρολογικά αντικείμενα που κινούνται ακριβώς πάνω από τα σύννεφα. Ο Tycho απέδειξε ότι οι κομήτες κινούνται ανάμεσα στους πλανήτες. Η μεταβλητή λαμπρότητα και μορφή του μεγάλου κομήτη τον οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η τροχιά του ήταν ελλειπτική κάτι που σήμαινε ότι θα έπρεπε να έχει διαπεράσει τις κρυστάλλινες σφαίρες που υποτίθεται ότι έφεραν τα ουράνια σώματα. Ο Tycho ισχυρίστηκε ότι αυτές οι σφαίρες δεν υπάρχουν και ότι οι πλανήτες μετακινούνται στο στερέωμα χωρίς κανένα στήριγμα.

Η εμμονή του Tycho να σχεδιάσει ένα μεγάλο, σταθερό και αξιοσημείωτα ακριβές όργανο παρατήρησης δια γυμνού οφθαλμού μετασχημάτισε την αντίληψη για τις αστρονομικές παρατηρήσεις. Επίσης, υπερηφανευόταν αδικαιολόγητα ότι ήταν και κοσμολόγος. To «τυχωνικό» του σύστημα ήταν ένα ελλιπές συντηρητικό σύστημα που ακροβατούσε ανάμεσα στο πτολεμαϊκό και το κοπερνίκειο: η Γη ακινητοποιήθηκε και πάλι, με τον Ήλιο και τη Σελήνη να περιφέρονται γύρω της ως δορυφόροι και τους υπόλοιπους πλανήτες να περιφέρονται ως δορυφόροι του Ήλιου.

Ο Γιόχαν Κέπλερ και οι νόμοι της κίνησης των πλανητών

Ο Johannes Kepler (1571 -1630) ένας ιδιοφυής Γερμανός που είχε πάθος για τα κάθε λογής μαθηματικά προβλήματα. Δεν ήταν παρατηρητής αλλά ένας εξαίρετος θεωρητικός που έστρεψε την προσοχή του στη βελτίωση της ακρίβειας του Κοπερνίκειου Συστήματος, πεπεισμένος ότι υπήρχε κάποιος βασικός φυσικός νόμος ή μια ομάδα νόμων που καθόριζαν τις κινήσεις των πλανητών.

Έτσι ο στόχος που έθεσε ήταν να κατανοήσει το σχήμα και το μέγεθος των πλανητικών τροχιών, καθώς και τη σχέση τους με τον απαιτούμενο χρόνο για την ολοκλήρωση μιας πλήρους περιφοράς.

Λόγω των θρησκευτικών διώξεων, ο Kepler, που ήταν Λουθηρανός έφυγε το 1598 από το Γκρατς της Αυστρίας και πήγε στην Πράγα για να συνεργαστεί με τον Tycho Brahe, τον οποίο και διαδέχτηκε ως Αυτοκρατορικός Μαθηματικός το 1601. Ο Tycho που ήταν ένας καταπληκτικός αστρονόμος παρατηρητής είχε κάνει αμέτρητες παρατηρήσεις, και γι αυτό ο Kepler επιχείρησε να ερμηνεύσει τις παρατηρήσεις του για τον Άρη. Ύστερα από επίπονη εργασία και αφού απέρριψε πολλά μοντέλα που διαφωνούσαν με τα ακριβή στοιχεία των παρατηρήσεων του Tycho, ο Kepler διαπίστωσε πως ο Άρης έχει μια ελλειπτική τροχιά, με τον Ήλιο στη μια του εστία.

Το δόγμα της κυκλικότητας των κινήσεων των πλανητών με σταθερές ταχύτητες, που είχε πρυτανεύσει στην ανάλυση των πλανητικών τροχιών επί 2.600 χρόνια είχε επιτέλους καταρρεύσει.

Υποστήριξε επίσης την ηλιοκεντρική άποψη του Κοπέρνικου για τον Κόσμο αλλά όπως είπαμε αφαίρεσε τις κυκλικές τροχιές των πλανητών. Όμως το μοντέλο αυτό δημιουργήθηκε μόνο αφού εξάντλησε κάθε συνδυασμό κυκλικών κινήσεων που θα μπορούσε να συλλάβει. Βασίζοντας την εργασία του στις λεπτολόγες και υπερβολικά ακριβείς παρατηρήσεις που έκανε με τα μάτια του ο Δανός αστρονόμος Tycho Brahe, ο Κέπλερ προσπάθησε περισσότερο από μια δεκαετία να ταιριάξει τις θέσεις του Άρη με κάποιο είδος κυκλικής κίνησης. Αλλά μόνο όταν αντικατάστησε τον κύκλο με την έλλειψη, μπόρεσε να ταιριάξει τις θέσεις του Άρη στο νέο μοντέλο του, όπως και τους άλλους πλανήτες.

Ύστερα δε από μακρές και επίμονες δοκιμές διαφόρων υποθέσεων, ο Κέπλερ έκανε δυο βασικές διαπιστώσει: πρώτον, ότι ο Άρης κινείται σε μια έλλειψη, με τον Ήλιο σε μία από τις δυο εστίες και, δεύτερον, ανακάλυψε το νόμο που καθορίζει την ταχύτητα με την οποία ο Άρης κινείται στα διάφορα τμήματα της τροχιάς του.

Οι νόμοι του ΚέπλερΑριστερά: Φαίνεται η ελλειπτική τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο, που βρίσκεται στη μία εστία της έλλειψης. Επίσης, η επιβατική ακτίνα σε ίσους χρόνους κάνει ίσα εμβαδά

Η ελλειπτική τροχιά ήταν ο πρώτος νόμος του Κέπλερ. Αργότερα αντιμετώπισε το πρόβλημα των μεταβολών των ταχυτήτων των πλανητών. Ο δεύτερος νόμος περιγράφει το πώς η νοητή γραμμή που συνδέει τον πλανήτη με τον Ήλιο (επιβατική ακτίνα) σαρώνει σε ίσους χρόνους, ίσες επιφάνειες, κάτι που εξηγεί το γιατί ο πλανήτης κινείται γρηγορότερα όταν είναι πλησιέστερα στον Ήλιο. Ο τρίτος και τελικός νόμος της πλανητικής κίνησής του δίνει την ακριβή σχέση μεταξύ της απόστασης ενός πλανήτη από τον ήλιο και του χρόνου περιστροφής του – το τετράγωνο του ηλιακού έτους είναι ανάλογο του κύβου της μέσης απόστασης του από τον Ήλιο.

Οι δυο νόμοι του Κέπλερ δημοσιεύτηκαν το 1609, ενώ λίγο αργότερα απέδειξε ότι οι δυο αυτοί νόμοι έχουν ισχύ και για όλους τους άλλους πλανήτες. Με τους δυο αυτούς νόμους ο Κέπλερ μπορούσε να εξηγήσει άνετα τις κινήσεις των πλανητών σχεδόν με μηδαμινό λάθος. Ο τρίτος και τελευταίος νόμος του δημοσιεύτηκε το 1619, μέσα στο μυστικιστικό βιβλίο του De Harmonica Mundi.

Ο Kepler προσπάθησε επίσης να κατανοήσει τις δυνάμεις που προκαλούν τις πλανητικές κινήσεις, διατυπώνοντας τη λανθασμένη θέση ότι υπάρχει μαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ των πλανητών και του Ήλιου. Οι Ρουδολφιανοί του πίνακες τού 1627 ήταν οι πρώτοι σύγχρονοι αστρονομικοί πίνακες και χρησιμοποιούσαν τους λογαρίθμους τους οποίους μόλις είχε επινοήσει ο John Napier. Έδιναν στους αστρονόμους τη δυνατότητα να προβλέψουν τις θέσεις των πλανητών σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή του παρελθόντος, του παρόντος ή του μέλλοντος και η καταπληκτική τους ακρίβεια εξασφάλισε στον Kepler μεγάλη φήμη.

Ο Γαλιλαίος Γαλιλέι και το τηλεσκόπιο του

ΓαλιλαίοςΣτο διάστημα όμως που συνέβαιναν οι διάφορες αυτές εξελίξεις, ένας Ιταλός επιστήμονας μελετούσε τον ουρανό με ένα όργανο που επρόκειτο να γίνει το πιο ισχυρό εργαλείο της παρατηρησιακής Αστρονομίας. Ο Γαλιλαίος (15 Φεβρουαρίου 1564-1642) δεν εφηύρε το τηλεσκόπιο και δεν ήταν ο πρώτος που το έστρεψε προς τον ουρανό. Ήταν, όμως χωρίς αμφιβολία, ο πρώτος που εκτίμησε τη σπουδαιότητα του και κατάλαβε όλα όσα παρατήρησε μ’ αυτό. Ο Γαλιλαίος ανακάλυψε, για παράδειγμα, ότι οι πλανήτες ήταν αρκετά διαφορετικοί σε εμφάνιση από ό,τι τα άστρα, ενώ το 1610 ανακάλυψε τέσσερις δορυφόρους να περιφέρονται γύρω από τον Δία, που αποδείχτηκε ένα μεγάλο επιχείρημα υπέρ του Κοπερνίκειου Συστήματος.

Το καλοκαίρι του 1609, όταν ο Γαλιλαίος βρισκόταν στη Βενετία, έμαθε ότι δυο Ολλανδοί είχαν συνδυάσει δυο κομμάτια καμπυλωμένο διαφανές γυαλί δημιουργώντας μια συσκευή που έκανε τα απομακρυσμένα αντικείμενα να φαίνονται κοντινά. Εκείνη την εποχή, οι κυρτοί φακοί ήταν ήδη σε χρήση επί 300 χρόνια και οι κοίλοι επί 150. Το φθινόπωρο του 1608, οι Hans Lippershey και Zacharias Janssen, δυο κατασκευαστές φακών που εργάζονταν στη σκιά ενός εργοστασίου παραγωγής γυαλιού στην Ολλανδία, κατασκεύασαν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο τηλεσκόπια. Σε λίγους μήνες τα νέα είχαν κάνει το γύρο της Ευρώπης.

Ο Γαλιλαίος είχε και τις τεχνικές γνώσεις και το χάρισμα του αυτοσχεδιασμού. Μέχρι τον Αύγουστο του 1609 είχε κατασκευάσει ένα τηλεσκόπιο που μεγέθυνε τα αντικείμενα οκτώ φορές και μέχρι το τέλος του χρόνου το είχε βελτιώσει ώστε να μεγεθύνει στο εικοσαπλασιο. Αρχές Δεκεμβρίου του 1609 είχε ανακαλύψει ότι το φεγγάρι έχει βουνά και είχε μετρήσει το ύψος μερικών από αυτά. Περί τα μέσα Ιανουαρίου του 1610 είχε ανακαλύψει τέσσερις δορυφόρους γύρω από το Δία και τους είχε ονομάσει αστέρες των Μεδίκων προς τιμήν του Μεγάλου Δούκα Κόσιμο.

Παρατηρώντας τον Γαλαξία μας, συνειδητοποίησε ότι αυτό που στο γυμνό μάτι φαντάζει σαν νεφέλωμα αποτελείται στην πραγματικότητα από μυριάδες αστέρια. Έγινε σαφές ότι οι πλανήτες εμφανίζονται ως δίσκοι και ότι η Αφροδίτη έχει φάσεις όπως ακριβώς και η Σελήνη. Ακόμη ο Ήλιος, αντί να είναι το σύμβολο της τελειότητας όπως ισχυριζόταν ο Αριστοτέλης, ήταν γεμάτος κηλίδες και ατέλειες και περιστρεφόταν κάθε 25 μέρες γύρω από τον άξονα του.

Ο Γαλιλαίος έσπευσε να δημοσιεύσει τα συμπεράσματα του πριν τον προλάβουν άλλοι. Στις 13 Μαρτίου 1610 έστειλε ένα αντίγραφο του Sidereus Nuncius (ο αγγελιαφόρος των άστρων) στην αυλή της Φλωρεντίας. Μέχρι τις 19 Μαρτίου, 550 αντίγραφα είχαν τυπωθεί και πουληθεί.

Κάτω, όμως από την απειλή να τον κάψουν ζωντανό, ο Γαλιλαίος αναγκάστηκε να ανακαλέσει και να περάσει το υπόλοιπο της ζωής του σε κατ’ οίκον περιορισμό, μέχρι που πέθανε το 1642 σε ηλικία 78 ετών. Οι νέες, όμως ιδέες διαδόθηκαν παντού σαν πυρκαγιά. Και στο τέλος ακόμη και το εκκλησιαστικό κατεστημένο κατάλαβε ότι ούτε οι αφορισμοί ούτε το κάψιμο των βιβλίων ούτε οι απειλές ούτε οι εκτελέσει μπορούσαν να σταματήσουν την εξάπλωση των νέων γνώσεων. Γιατί το όραμα του Γαλιλαίου βασιζόταν στην πραγματικότητα.

Ισαάκ Νεύτωνας και η μαθηματική στήριξη των κινήσεων των πλανητών

Την ίδια χρονιά που πέθανε ο Γαλιλαίος γεννήθηκε ίσως ο μεγαλύτερος επιστήμονας όλων των εποχών. Ο Ισαάκ Νεύτων (1642-1727) ήταν ένας μεγάλος μαθηματικός και έδειχνε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τα αστρονομικά προβλήματα της εποχής του. Την απάντηση του στα προβλήματα αυτά περιέλαβε, μεταξύ άλλων, στο φημισμένο έργο του «Principia Mathematica», που θεμελίωνε τον Παγκόσμιο Νόμο της Βαρύτητας.

Ως Λουκασιανός καθηγητής μαθηματικών στο Καίμπριτζ ο Νεύτωνας είχε εξασφαλίσει τη φήμη του πολύ πριν από τη δημοσίευση του κορυφαίου έργου του Principia Mathematica το 1687.

Το 1666, πέντε χρόνια μετά την εγγραφή του ως φοιτητή στο Κολέγιο Τρίνιτι, επινόησε το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου που περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο οι βαρυτικές δυνάμεις που δρουν πάνω σε πλανήτες μειώνονται καθώς αυξάνουν οι αποστάσεις. άρχισε μάλιστα να υποψιάζεται ότι ο ίδιος νόμος εφαρμόζεται και στα μήλα που πέφτουν από τα δέντρα. Για να εκφράσει τις πλανητικές κινήσεις με μαθηματικό τρόπο, επινόησε τον απειροστικό λογισμό.

Το Principia Mathematica ενοποιεί τη γήινη μηχανική του Γαλιλαίου με την ουράνια μηχανική, που είχε προκύψει εμπειρικά από τους νόμους του Kepler. Ο παλαιότερος νόμος του αντιστρόφου τετραγώνου του Νεύτωνα αναφερόταν αποκλειστικά στη φυγόκεντρη δύναμη που υφίσταται ένας πλανήτης που περιφέρεται περί τον Ήλιο- στο έργο Principia Mathematica ο Νεύτωνας έδειξε πώς αυτή η δύναμη εξισορροπείται από μια ελκτική βαρυτική δύναμη που ασκείται – εξ αποστάσεως – μεταξύ του Ήλιου και του πλανήτη και απέδειξε ότι η τροχιά του πλανήτη οφείλει να είναι ελλειπτική.

Ένα από τα σπουδαιότερα έργα του ήταν ότι μας έδειξε ότι οι τρεις νόμοι του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών μπορούσαν να προκύψουν με μαθηματικό τρόπο από τη δική του θεωρία, η οποία δεν εξηγούσε μόνο τις κινήσει των πλανητών, αλλά και πολλά άλλα φαινόμενα, όπως οι παλίρροιες και οι ισημερίες.

Οι πρώτες άμεσες αποδείξεις για τους νόμους του Κέπλερ ήρθαν από τους νόμους του Νεύτωνα για την κίνηση, που λένε ότι το ελαφρύτερο πάντα βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το βαρύτερο σώμα.  Επειδή ο ήλιος έχει περίπου 330.000 φορές περισσότερη μάζα από τη Γη, φυσικά και ο πλανήτης μας πρέπει να κινείται γύρω από αυτόν. Μια άμεση παρατήρηση της γήινης κίνησης ήρθε το 1838 όταν μέτρησε ο Γερμανός αστρονόμος Friedrich Bessel τη μικροσκοπική μετατόπιση, ή την παράλλαξη, ενός κοντινού αστεριού σχετικά με τα πιο απόμακρα αστέρια. Αυτή η μικροσκοπική μετατόπιση αντανακλά την μεταβολή του ανωτέρω σημείου καθώς περιστρεφόμαστε γύρω από τον ήλιο κατά τη διάρκεια του έτους.

Μία από τις δυσκολίες που ανακύπτουν κατά την ανασκόπηση των 2.300 ετών της αστροφυσικής οφείλεται στο γεγονός ότι πολλές από τις προόδους που έγιναν από τους αστρονόμους, ήταν συγχρόνως και σημαντικές πρόοδοι στη φυσική. Η ανάλυση του Γαλιλαίου για το ρόλο της επιτάχυνσης στην κατανόηση των σωμάτων που πέφτουν καθώς και της κίνησης των βλημάτων, μπορεί να ταξινομηθεί ως καθαρή φυσική. Εντούτοις, η αναγνώριση από το Νεύτωνα ότι η τροχιά της Σελήνης γύρω από τη Γη είναι ένα όριο της κίνησης ενός βλήματος, που έχει ριχθεί από τη Γη, και η ανακάλυψη από αυτό της βαρύτητας σαν καθολική ιδιότητα των σωμάτων, πρέπει σίγουρα να εκληφθεί σαν μια αστροφυσική ανακάλυψη.

Οι εργασίες του Γαλιλαίου και του Νεύτωνα στον 17ο αιώνα αντιπροσωπεύουν την πρώτη σημαντική πρόοδο από τα χρόνια του Πτολεμαίου, 15 αιώνες νωρίτερα. Και οι δύο επιστήμονες είχαν μεγάλη συνεισφορά στην ανάπτυξη του τηλεσκοπίου. Ο Νεύτωνας μάλιστα παρείχε την κρίσιμη σημαντική ανακάλυψη του τηλεσκοπίου ανάκλασης, ενώ και ο Γαλιλαίος ήταν ένας από τους πρώτους που εφήρμοσε, το προσφάτως ανακαλυφθέν, διαθλαστικό  τηλεσκόπιο στην αστρονομία. Η περιγραφή που έκανε,  στον αντιπρόσωπο του Πάπα, για τις πρώτες παρατηρήσεις της Σελήνης, του Δία και του Γαλαξία με τη βοήθεια του τηλεσκοπίου είναι ένα από τα ομορφότερα ντοκουμέντα στην ιστορία της επιστήμης.

Το τηλεσκόπιο φυσικό ήταν να βελτιώσει πολύ την ακρίβεια της αστρονομίας και να ανοίξει τον δρόμο για πολλές σημαντικές ανακαλύψεις. Το 1728 ο James Bradley ανακάλυψε την παρέκκλιση, την κυκλική αλλαγή στην φαινόμενη θέση ενός αστεριού, που οφείλεται στη γήινη τροχιακή ταχύτητα γύρω από τον Ήλιο και το 1838 ο Friedrich Bessel ανακάλυψε την παράλλαξη, τη μικρή αλλαγή στη θέση των κοντινότερων αστεριών όπως φαίνεται από τις αντίθετες πλευρές της γήινης τροχιάς.

Ο Edmond Halley και ο περιοδικός κομήτης Halley

ΧάλεϋΣτο περίφημο έργο του Principia Mathematica ο Ισαάκ Νεύτωνας είχε δείξει ότι μπορεί να υπολογιστεί η τροχιά ενός κομήτη, αν μετρηθεί με ακρίβεια η θέση του μέσα σε διάστημα δύο μηνών. Παρουσίασε μάλιστα την μέθοδο του χρησιμοποιώντας τον μεγάλο κομήτη του 1680. Όμως η τεχνική είναι αποτελεσματική μόνο με την προϋπόθεση ότι η τροχιά είναι παραβολική: δηλαδή αν υποτεθεί ότι ο κομήτης έρχεται από άπειρη απόσταση, διέρχεται από το ηλιακό μας σύστημα και επιστρέφει σε άπειρη απόσταση. Ο Νεύτωνας είχε στη διάθεση του αποθηκευμένα στοιχεία για 23 ακόμη κομήτες, ήταν όμως πολύ απασχολημένος ή πολύ βαριεστημένος για να ασχοληθεί με όλους αυτούς τους επίπονους υπολογισμούς. Τα στοιχεία παραδόθηκαν στον Λονδρέζο φίλο του Edmond Halley, στέλεχος της Βασιλικής Εταιρείας, ο οποίος τα χρησιμοποίησε κατάλληλα.

Έτσι, το 1696 ο Edmond Halley παρουσίασε μια εργασία στη Βασιλική Εταιρεία στην οποία περιείχε τις πιθανές τροχιές των κομητών του 1607, του 1618 και του 1682. Συμπέρανε μάλιστα ότι οι κομήτες 1607 και του 1682 ήταν επανεμφανίσεις του ίδιου ουράνιου σώματος.

Το 1705 ο Halley ήταν πια καθηγητής γεωμετρίας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και δημοσίευσε το περίφημο έργο του Astronomiae Cometicae Synopsis, όπου κατέγραψε κινήσεις 24 κομητών που μέχρι τότε είχαν θεωρηθεί παραβολικές. Παρατήρησε τώρα ότι ο κομήτης του 1531 (όπως παρατηρήθηκε από τον Petrus Apianus) είχε παρόμοια τροχιά με αυτούς του 1607 (όπως παρατηρήθηκε από τον Johannes Kepler) και του 1682, και έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρόκειται για τον ίδιο κομήτη που έχει μια κλειστή, πολύ επιμήκη ελλειπτική τροχιά γύρω από τον Ήλιο και που είναι ορατός μόνο όταν περνά κοντά Γη.

Η περίοδος επανεμφάνισης του είναι περίπου 76 χρόνια (η περίοδος αυτή έκτοτε τροποποιήθηκε στα 75-76 χρόνια). Ο Halley έγραψε: «Συνεπώς τολμώ να προβλέψω πως θα επιστρέψει το έτος 1758». Όντως επέστρεψε, και εμφανίστηκε για πρώτη φορά τη μέρα των Χριστουγέννων. Από τότε ονομάστηκε κομήτης του Halley.

Η επιστροφή του κομήτη απέδειξε περίτρανα ότι οι βαρυτικοί νόμοι του Νεύτωνα ισχύουν τουλάχιστον μέχρι τα απώτατα άκρα του πλανητικού μας συστήματος.

Την επιστροφή του κομήτη όμως είδε πρώτος στις 25 Δεκεμβρίου 1758 όχι ο Halley αλλά ο Johann Georg Palitzsch, ένας γερμανός αγρότης και ερασιτέχνης αστρονόμος, ενώ στις 13 Μαρτίου του 1759 πέρασε από το περιήλιο του με μια καθυστέρηση 618 ημερών, λόγω της έλξης που προκάλεσαν ο Δίας και ο Κρόνος. Ο ίδιος ο Halley δεν έζησε για να δει την επιστροφή του κομήτη, γιατί ήδη είχε πεθάνει το 1742.

Έτσι, ο κομήτης Halley ήταν ο πρώτος που αναγνωρίστηκε ως περιοδικός.

Ο William Herschel και η ανακάλυψη του Ουρανού

William HerschelΚατά την αρχαιότητα είχαν παρατηρηθεί στον ουρανό επτά κινούμενα αντικείμενα: Σελήνη, ο Ήλιος, ο Ερμής, η Αφροδίτη, ο Άρης, ο Δίας και ο Κρόνος. Στις 13 Μάρτιοι 1781, προστέθηκε στη λίστα και ο Ουρανός, διπλασιάζοντας την ακτίνα του γνωστού πλανητικού συστήματος.

O William Herschel (1738 -1822) ήταν γερμανικής καταγωγής αλλά είχε εγκατασταθεί στην Αγγλία όπου έπαιζε εκκλησιαστικό όργανο στην Οκταγωνική Εκκλησία. Στον ελεύθερο χρόνο του άρχισε να κατασκευάζει κάτοπτρα τηλεσκοπίων χρησιμοποιώντας ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου.

Το απόγευμα της Τρίτης 13 Μαρτίου 1781 βρισκόταν στον κήπο του σπιτιού του ένα ξύλινο τηλεσκόπιο που είχε κατασκευάσει μόνος του. Το κάτοπτρο είχε διάμετρο 15,7 εκατοστά και εστιακή απόσταση 2,13 μέτρα. O Herschel παρατηρούσε μια περιοχή του αστερισμού των Διδύμων ταξινομώντας τα άστρα ως προς τη λαμπρότητα τους σε μια προσπάθεια χαρτογράφησης του Γαλαξία μας.

Συγχρόνως κατέγραφε και όσα άλλα περίεργα αστρονομικά αντικείμενα παρατηρούσε. Κοντά στον αστέρα 1 Geminorum παρατήρησε έναν «αστέρα» που του φάνηκε λαμπρότερος και μεγαλύτερος από ότι συνήθως· υποπτεύθηκε πως πρόκειται για κομήτη. Αυξάνοντας συνεχώς τη μεγεθυντική ισχύ του τηλεσκοπίου του παρατηρούσε τον αστέρα να μεγαλώνει συνεχώς.

O Herschel έγραψε σε πολλούς αστρονόμους ανακοινώνοντας τους την ανακάλυψη του. Αυτοί έστρεψαν το τηλεσκόπιο τους στον ουρανό και διαπίστωσαν πως αντίθετα με  τους κομήτες, αυτό το νέο αντικείμενο μετακινούνταν αργά και σταθερά, ενώ επιπλέον δεν είχε κεφαλή και ουρά. Ο Andreas Lexel υπολόγισε ότι η τροχιά του ήταν σχεδόν κυκλική, με περίοδο 83 ετών περίπου. Ήταν σαφές πως επρόκειτο για πλανήτη.

Το 1782 ο Herschel πρότεινε ο νέος πλανήτης να ονομαστεί Georgium Sidus (το άστρο του Γεωργίου). Ο βασιλιάς Γεώργιος ο Γ ικανοποιήθηκε τόσο πολύ από την ανακάλυψη που διόρισε τον Herschel αστρονόμο της αυλής με μισθό £200 το χρόνο. Το 1850, ύοτερα από πρόταση του Γερμανού αστρονόμου Johann Bode, ο πλανήτης ονομάστηκε «Ουρανός» το όνομα του μυθολογικού πατέρα του Κρόνου.

Crab NebulaΔεξιά: Ένα από τα πιο όμορφα νεφελώματα, το νεφέλωμα του Καρκίνου

Στα μέσα του 19ου αιώνα ήρθε το δεύτερο μεγάλο τεχνολογικό εργαλείο της αστροφυσικής, ο φασματογράφος. Έγινε αμέσως σαφές ότι μερικά από τα νεφελώματα, όπως το διάσημο στον Ωρίωνα, ήταν καυτά αεριώδη νέφη. Και το φάσμα της ατμόσφαιρας του ήλιου, που καταγράφηκε κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, αποκάλυψε την παρουσία ενός νέου στοιχείου, το ήλιο. Έναν αιώνα αργότερα, το ήλιο επρόκειτο να αποδειχθεί με μεγάλη κοσμολογική σημασία.

Και έτσι οι αστρονόμοι εισήλθαν στον 20ό αιώνα με έναν ορίζοντα μεγαλύτερο από αυτό του Αριστοτέλη, αλλά αυτό δεν ήταν τίποτα μπροστά σε αυτό που επρόκειτο να έρθει. Είχαν μόνο το τηλεσκόπιο και τον φασματογράφο, τη νευτώνεια βαρύτητα και τις εφαρμογές της στις τροχιές του φεγγαριού και των πλανητών. Αλλά δυστυχώς δεν είχαν ακόμα στο οπλοστάσιό τους, καμία πραγματική αστροφυσική, καμία σχετικότητα, καμία κβαντική θεωρία και καμία πραγματική κοσμολογία.

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Η Αστρονομία στην Αρχαία Ελλάδα

Μετά τον Ορφέα, τον Ησίοδο και τον Όμηρο αρχίζει η επιστημονική ανάπτυξη της Αστρονομίας στην Ελλάδα με τον Θαλή, περίπου το 600 π.Χ., η οποία χαρακτηρίζεται από την προσπάθεια μιας σειράς αστρονόμων να διατυπώσουν νόμους για τα παρατηρούμενα αστρονομικά φαινόμενα. Στην προσπάθεια τους αυτή ανάπτυξαν και διάφορες υποθέσεις σχετικά με τη δομή και την αρχή του σύμπαντος (κοσμολογία).

Ο Θαλής, που θεωρείται ο πατέρας της ελληνικής και παγκόσμιας φιλοσοφίας έζησε στη Μίλητο από το 624 ως το 564 π.Χ.. Ήταν όχι μόνο παρατηρητής του ουρανού (όπως οι παλιότεροι Ησίοδος, Όμηρος και Ορφέας), αλλά και θεωρητικός αστρονόμος. Πρόβλεψε την έκλειψη του ηλίου που έγινε το 585 π.Χ., υπολόγισε πρώτος την διάρκεια του έτους σε 365 ημέρες και ότι η διάμετρος του Ηλίου ήταν το 1/720 της φαινόμενης τροχιάς του περί τη Γη. Συγχρόνως βρήκε ότι η σχέση αυτή υπάρχει και μεταξύ της διαμέτρου της Σελήνης και της τροχιάς της περί την Γη. Γνώριζε, επίσης, ότι οι εκλείψεις του ήλιου παρουσιάζονταν σε περιόδους 223 σεληνιακών κύκλων. Δίκαια λοιπόν θεωρείται ο πρώτος Έλληνας αστρονόμος.

Ο Αναξίμανδρος. (610-545 π.Χ.) ήταν νεότερος, μαθητής και διάδοχός του Θαλή στη σχολή της Μιλήτου. Υποστήριζε ότι η αρχή των όντων ήταν το άπειρο, δηλαδή η αιώνια και συνεχώς μεταβαλλόμενη ύλη, επινόησε το πρώτο ηλιακό ημερολόγιο, σχεδίασε τον πρώτο χάρτη της έως τότε γνωστής γης και ασχολήθηκε με αστρονομικά και κοσμολογικά ζητήματα. Θεωρείται ο πρόδρομος της μαθηματικής προσέγγισης στην αστρονομία. Μίλησε πρώτος για το ότι η Γη είναι μετέωρη και για την κίνηση της γύρω από το κέντρο του κόσμου (προφανώς τον ήλιο). Μέτρησε πρώτος τις αποστάσεις των πλανητών από τη Γη καθώς και τα μεγέθη τους. Σχεδίασε τον πρώτο χάρτη της ουράνιας σφαίρας, χάραξε την κίνηση του Ήλιου πάνω στην εκλειπτική, μέτρησε δε με σχετική ακρίβεια την λόξωση της εκλειπτικής (24ο αντί της σωστής 23ο 27′). Υπολόγισε με τον γνώμωνα τα ηλιοστάσια και τις ισημερίες.

Ο Αναξιμένης (585-528 π.Χ.) διαδέχτηκε τον Αναξίμανδρο στη σχολή. Πίστευε ότι η αρχή των όντων ήταν ο αέρας, που, με την κίνηση, αλλού γίνεται νερό και αλλού γίνεται αιθέρας και φωτιά. Κατάλαβε πρώτος ότι το φως του φεγγαριού προέρχεται από τον ήλιο και εξήγησε φυσικά τις εκλείψεις του ήλιου και του φεγγαριού.

Στον Πυθαγόρα και τους μαθητές του οφείλουμε την εξήγηση των εκλείψεων και των φάσεων της Σελήνης. Διατύπωσαν δε για πρώτη φορά νόμους για την κίνηση των πλανητών και την απόσταση τους από τον Ήλιο.

Ο Φιλόλαος (6ος-5ος αιώνας π.Χ.) ήταν ο πρώτος που εκθρόνισε τη Γη από το κέντρο του Κόσμου και στη θέση της έβαλε μια πύρινη σφαίρα μια Εστία γύρω από την οποία στρέφεται η Γη κάθε 24 ώρες. Θεωρούσε ότι ο Ήλιος, η Γη και η Σελήνη περιφέρονται γύρω από αυτή την πύρινη σφαίρα. Η επινόηση αυτή του πυθαγόρειου Φιλόλαου – ότι η Γη και η Σελήνη κινούνται – ήταν πραγματική επανάσταση για την εποχή του. Σήμερα δεχόμαστε ότι η Εστία του Φιλόλαου και των Πυθαγορείων ήταν ο Ήλιος. 

Ο Αναξαγόρας (γεννήθηκε στις Κλαζομενές της Ιωνίας περί το 500 π.Χ.) πίστευε για τη Γη πως έχει τυμπανοειδές σχήμα και πως συγκρατείται στον αέρα. Τον Ήλιο ο Αναξαγόρας τον θεωρούσε ως διάπυρο λίθο κι όχι ο θεός Απόλλων ή ο Φοίβος, ενώ το μέγεθός του ήταν μεγαλύτερο από την Πελοπόννησο. Για τη Σελήνη πίστευε πως ήταν ετερόφωτη, αλλά τη θεωρεί ως μια δεύτερη Γη που κατοικείται από ανθρώπους και άλλα όντα. Και για τα άστρα έλεγε ότι έχουν όμοια μορφή με αυτή του Ηλίου. Ασχολήθηκε επίσης με τους κομήτες και τους διάττοντες αστέρες, ενώ για τους μετεωρίτες, ο Αναξαγόρας πιστεύει ότι ήταν λίθοι που στροβιλίζονται και έλκονται από τη Γη. Καταδικάστηκε σε θάνατο γιατί εισήγαγε κενά δαιμόνια, αλλά πρόλαβε και έφυγε. Στον τάφο του γράφτηκε: “Εδώ αναπαύεται ο Αναξαγόρας, που για τον ουράνιο κόσμο βρήκε την αλήθεια”.

Ο Μέτων (έζησε τον 5ο αιώνα π.Χ. στην Αθήνα) υπήρξε αστρονόμος, γεωμέτρης και μηχανικός. Επινόησε έναν ημερολογιακό κύκλο βασισμένο στις κινήσεις της Σελήνης, που είναι γνωστός ως Κύκλος του Μέτωνα ή Κύκλος της Σελήνης. Η δημιουργία ενός σταθερού συστήματος χρονολόγησης – το οποίο θα καθόριζε την περιοδικότητα των φαινομένων σε σχέση με κάποια σταθερά αριθμητικά δεδομένα – ήταν βασική προϋπόθεση για να υπάρξει πρακτική αστρονομία βασισμένη στα μαθηματικά. Ο Μέτων παρατηρώντας την περιοδικότητα της Σελήνης και καταγράφοντας τους χρόνους εμφάνισης των πανσελήνων, για πολλά έτη, συνειδητοποίησε μια σειρά κανονικοτήτων και επαναλήψεων. Προσδιόρισε λοιπόν ότι ανά 19 έτη επαναλαμβάνεται η ίδια σειρά των πανσελήνων, παρατήρηση με την οποία ήταν δυνατό να προβλεφθούν ακριβώς οι μελλοντικές πανσέληνοι. Τις αστρονομικές παρατηρήσεις του ο Μέτων τις πραγματοποιούσε με ένα αστρονομικό όργανο, τον γνώμονα ή ηλιοτρόπιο. Με την βοήθεια του γνώμονα ανακάλυψε ότι οι ισημερίες και οι τροπές δεν διαιρούσαν το έτος σε 4 εποχές ίσης διάρκειας, κάτι που λέγεται ότι είχε υποστηριχθεί παλαιότερα και από το Θαλή. Ο κύκλος του Μέτωνα χρησιμοποιήθηκε αργότερα ως παραλλαγή για το εβραϊκό ημερολόγιο, καθώς και από τη χριστιανική εκκλησία για τον προσδιορισμό των εορτών. Έφτιαξε επίσης ένα παρατηρητήριο στον Κολωνό, ηλιακό ρολόι στην Πνύκα.

Ο Πλάτωνας (427-347 π.Χ.) εκτός από φιλόσοφος άσκησε μεγάλη επίδραση στην εποχή του και σαν αστρονόμος. Θεωρούσε την αστρονομία κλάδο των μαθηματικών ενώ στην Πολιτεία περιέγραψε την κίνηση των ουρανίων σωμάτων με την βοήθεια περιστρεφόμενων σφονδύλων. Θεωρούσε το σύμπαν σφαιρικό και τη Γη να κατέχει το κέντρο του. Στο τέλος της ζωής του, όμως σύμφωνα με τον Πλούταρχο, αφού διάβασε τα έργα του Φιλόλαου μετάνιωσε που έβαλε τη Γη στο κέντρο του κόσμου.

Ο Εύδοξος ο Κνίδιος (408 -355/3 πΧ), ήταν σπουδαίος μαθηματικός και γεωμέτρης. Αυτή η ιδιότητα του τον βοήθησε να ασχοληθεί με την αστρονομία. Η Σχολή που ίδρυσε στον Κύζικο άκμασε για πολύ καιρό και τα γραπτά του χρησίμευσαν για πρωτότυπο στη συλλογή «Μικρή Αστρονομία», που παρουσίαζε σε γεωμετρική μορφή το σύνολο των θεωρημάτων που αναφέρονται στη σφαίρα και στην ημερήσια περιστροφή. Πρώτος αυτός εφάρμοσε τη μέθοδο, που ακολούθησε ο Αρίσταρχος ο Σάμιος, για να υπολογίσει την απόσταση της Γης από τη Σελήνη και τον Ήλιο. Και το κυριότερο συνέλαβε την πρώτη γεωμετρική θεωρία για την κίνηση των πλανητών (με ομόκεντρες σφαίρες που περιστρέφονται η μια μέσα στην άλλη). Πάλι πρώτος απέδειξε τη σφαιρικότητα της Γης, την οποία χώρισε σε ζώνες, και μέτρησε για πρώτη φορά την περίμετρό της. Διόρθωσε την “οκταετηρίδα” του Κλεοστράτου, ο οποίος συνέδεε το σεληνιακό με το ηλιακό έτος. Χαρτογράφησε τους αστερισμούς του Ισημερινού και των Τροπικών κύκλων, και τους έδωσε ονόματα σύμφωνα με τον Ίππαρχο. Μέτρησε τις περιόδους πέντε πλανητών, δίδοντας τους τις εξής τιμές: Άρης 2 έτη (πραγματική 1.88), Δίας 12 έτη (11.86) και Κρόνος 30 έτη (29.46). Θεωρείται σαν ιδρυτής της θεωρητικής αστρονομίας και της ουρανίου μηχανικής. Πάνω στο έργο του βασίστηκε αργότερα όπως είπαμε ο αστρονόμος Αρίσταρχος ο Σάμιος.  Τέλος ίδρυσε αστεροσκοπεία σε πολλά μέρη.

Ο Ηρακλείδης ο Ποντικός (390-330 π.Χ.) γεννήθηκε μεν στην Ηράκλεια του Πόντου, αλλά σπούδασε φιλοσοφία στην Αθήνα υπό τον Πλάτωνα και Αριστοτέλη.  Οι Αθηναίοι τον αποκαλούσαν και “παραδοξολόγο”, γιατί εισήγαγε επαναστατικές ιδέες στην αστρονομία. Ο Ηρακλείδης διατύπωσε πρώτος τη θεωρία ότι ο χώρος είναι άπειρος. Παραδεχόταν και δίδασκε ότι η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονα της σε 24 ώρες και απέδιδε την ημερήσια περιστροφή της Ουράνιας σφαίρας στην περιστροφή της Γης. Ορισμένοι πιστεύουν ότι ο Ηρακλείδης είχε υπόψη του, εκτός της ημερήσιας κινήσεως του Ήλιου κατά την ανάδρομη φορά, και την ετήσια κίνηση αυτού επί της εκλειπτικής κατά την ορθή φορά. Για τη θεωρία των άστρων, πλανητών και απλανών, ο Ηρακλείδης ταυτίζεται με τα πυθαγόρεια δόγματα και ισχυριζόταν πως κάθε αστέρας υφίσταται σαν ένας κόσμος που περιλαμβάνει και αέρα και αιθέρα, μέσα στον άπειρο αιθέρα. Θεωρούσε τους κομήτες ως σύννεφα που βρίσκονται σε πολύ μεγάλο ύψος και φωτίζονται από το ανώτερο φως το ίδιο με εκείνο του Ολύμπου των Πυθαγορείων. Ο Συμπλίκιος ανέφερε ότι ο Ηρακλείδης ο Ποντικός και ο Αρίσταρχος ο Σάμιος πιστεύουν ότι ο Ουρανός και τα άστρα μένουν ακίνητα ενώ η Γη γυρίζει γύρω από τους πόλους του ισημερινού με κατεύθυνση από τα δυτικά προς τα ανατολικά κάνοντας μια περιστροφή περίπου την ημέρα. Ο Πρόκλος αναφέρει ότι ο Ηρακλείδης σε αντίθεση από τον Πλάτωνα που πίστευε ότι η Γη είναι ακίνητη, υποθέτει ότι αυτή κινείται κυκλικά και ότι ο ουρανός και οι απλανείς αστέρες παραμένουν ακίνητοι (ενώ η Γη κάνει περιστροφή γύρω από τον άξονά της), κάτι αντίθετο με τα φαινόμενα και την απλή λογική.

Ο Αριστοτέλης (384 – 322 π.Χ.) μαζί με τον δάσκαλό του Πλάτωνα αποτελεί τη φωτεινή δυάδα της φιλοσοφικής σκέψης του αρχαίου κόσμου. Υπήρξε σοφός μεγαλοφυής, εγκυκλοπαιδικός, φυσιοδίφης, δημιουργός της λογικής και ο σημαντικότερος από τους διαλεκτικούς της αρχαιότητας. Θεωρείται σαν ο μεγαλύτερος συστηματικός μελετητής στην ιστορία του παγκόσμιου πολιτισμού. Το έργο του αποτελεί ένα ολοκληρωμένο, κλειστό, οικουμενικό σύστημα έρευνας και διδασκαλίας και περιλαμβάνει μεταξύ άλλων γραπτά για τη Βιολογία, την Ποίηση, τη Μετεωρολογία, την Πρώτη Φιλοσοφία (ή Μεταφυσική), τη Ρητορική και την Πολιτική. Οι αστρονομικές αντιλήψεις του Αριστοτέλη ίσχυαν μέχρι την Αναγέννηση με τη μορφή του γεωκεντρικού συστήματος του Πτολεμαίου και αντικαταστάθηκαν από το ηλιοκεντρικό σύστημα του Κοπέρνικου.

Στο έργο του “Περί του Ουρανού” ο Κόσμος στο σύνολό του αποτελεί σφαιρικό χώρο του οποίου το κέντρο κατέχει η επίσης σφαιρική Γη. Ο Αριστοτέλης έδωσε δύο επί πλέον λόγους γιατί η Γη ήταν στρογγυλή. Πρώτον, σημείωσε ότι η γήινη σκιά πάντα έκανε μια κυκλική στεφάνη πάνω στο φεγγάρι κατά τη διάρκεια μιας σεληνιακής έκλειψης, η οποία εξηγείται μόνο αν η Γη ήταν σφαιρική. Εάν η Γη ήταν ένας δίσκος, η σκιά της θα εμφανιζόταν ως επιμηκυσμένη έλλειψη τουλάχιστον κατά τη διάρκεια της έκλειψης. Δεύτερον, ο Αριστοτέλης ήξερε ότι οι άνθρωποι που ταξίδεψαν προς το Βορρά, είδαν τον Πολικό Αστέρα να ανατέλλει υψηλότερα στον ουρανό, ενώ προς το Νότο είδαν τον Πολικό αστέρα να βυθίζεται. Σε μια επίπεδη Γη, οι θέσεις των αστεριών δεν θα μεταβάλλονταν με τη τοποθεσία της παρατήρησης.

Ο Αριστοτέλης θεωρούσε ότι η Γη είναι σφαιρική αλλά όχι πολύ μεγάλη, ενώ ήταν ακίνητη. Σε ένα χωρίο του ο Αριστοτέλης μας πληροφορεί ότι το μήκος της περιμέτρου της γήινης σφαίρας δεν είναι μεγάλη σε σύγκριση με τους όγκους των άλλων αστεριών. Και την υπολόγισε σε τεσσαράκοντα μυριάδες στάδια που ισοδυναμούν με 73.000 χλμ. δηλαδή με το διπλάσιο σχεδόν του πραγματικού μήκους. Ως προς τους πλανήτες δέχεται ο Αριστοτέλης ότι είναι σε σειρά απόστασης: Σελήνη, Ήλιος, Ερμής, Αφροδίτη, Άρης, Ζεύς και Κρόνος.

Περίπου το 330 π.Χ. ο Αριστοτέλης αναγνώρισε ότι ο Ήλιος και η Σελήνη είναι σφαίρες, και ότι οι τροχιές τους γύρω από τη Γη είναι κυκλικές. Έδειξε ότι οι κινήσεις των πλανητών θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από έναν συνδυασμό διάφορων κυκλικών κινήσεων. Αλλά μετά από προσεκτική μελέτη αποφάσισε ότι ο ήλιος δεν ήταν στο κέντρο αυτών των τροχιών, έτσι επέλεξε τη Γη ως το κέντρο του ηλιακού μας συστήματος.

Ο Αριστοτέλης εξήγησε σωστά τις εκλείψεις του ήλιου και της Σελήνης, και συμπέρανε ότι η Γη ήταν σφαιρική από τη σκιά της πάνω στο φεγγάρι. Έκανε ακόμη και μια σωστή εκτίμηση της γήινης ακτίνας. Επιπλέον, αναγνώρισε ότι τα αστέρια πρέπει να είναι πολύ απόμακρα και υποστήριξε ότι ήταν κι αυτά σφαιρικά. Επίσης έθεσε ως αίτημα ότι τα αστέρια πρέπει να βρίσκονται πέρα από μια ορισμένη απόσταση.

Λόγω του τρομακτικού κύρους του η άποψη του Αριστοτέλη για την ακίνητη Γη έγινε αιτία να μην διαδοθεί η άποψη του Φιλολάου περί κινήσεως της Γης, ούτε του Αρίσταρχου του Σάμιου που υποστήριζε το ηλιοκεντρικό σύστημα.

Ο Αρίσταρχος ο Σάμιος (310 – 230 π.Χ.) ήταν αστρονόμος και μαθηματικός από τη Σάμο. Είναι ο πρώτος άνθρωπος που σε έργο του πρότεινε το ηλιοκεντρικό μοντέλο, θέτοντας τον Ήλιο και όχι τη Γη στο κέντρο του γνωστού Σύμπαντος. Για το λόγο αυτό είναι συχνά γνωστός ως ο Έλληνας Κοπέρνικος. Οι ιδέες του περί Αστρονομίας δεν είχαν γίνει αρχικά αποδεκτές και θεωρήθηκαν κατώτερες από εκείνες του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου, έως ότου αναγεννήθηκαν επιτυχώς και αναπτύχθηκαν από τον Κοπέρνικο περίπου 2000 χρόνια μετά. Ως εκ τούτου, ο Αρίσταρχος πίστευε ότι τα αστέρια βρίσκονται σε άπειρη απόσταση, και αυτό το θεωρούσε ως εξήγηση για την απουσία ορατής παράλλαξης, δηλαδή της παρατηρούμενης κίνησης των αστέρων καθώς η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο. Στην πραγματικότητα τα αστέρια βρίσκονται πολύ πιο μακριά από όσο είχε υποτεθεί στην αρχαιότητα, το οποίο ερμηνεύει το γεγονός ότι η αστρική παράλλαξη είναι ανιχνεύσιμη μόνο με τηλεσκόπια. Αλλά είχε υποτεθεί ότι το γεωκεντρικό μοντέλο ήταν μια απλούστερη και καλύτερη εξήγηση για την έλλειψη παράλλαξης. Ο Αρίσταρχος παρατήρησε την κίνηση της Σελήνης διαμέσου της σκιάς της Γης κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης Σελήνης. Εκτίμησε ότι η διάμετρος της Γης ήταν 3 φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο της Σελήνης. Χρησιμοποιώντας τον υπολογισμό του Ερατοσθένους ότι η περιφέρεια της Γης ήταν 42.000 χλμ., συμπέρανε ότι η Σελήνη έχει περιφέρεια ίση με 14.000 χλμ. Σήμερα, είναι γνωστό ότι η Σελήνη έχει περιφέρεια περίπου ίση με 10.916 χλμ.  Ο Αρίσταρχος παρατήρησε ότι ο Ήλιος, η Σελήνη και η Γη σχηματίζουν σχεδόν μια ορθή γωνία τη στιγμή του πρώτου ή του τελευταίου τετάρτου της Σελήνης. Εκτίμησε ότι η γωνία ήταν 87°. Χρησιμοποιώντας σωστά τη Γεωμετρία, αλλά με λανθασμένα στοιχεία παρατήρησης, ο Αρίσταρχος συμπέρανε ότι ο Ήλιος ήταν 20 φορές πιο μακριά από ό,τι η Σελήνη. Στην πραγματικότητα ο Ήλιος είναι περίπου 390 φορές πιο μακριά. Εντόπισε ότι η Σελήνη και ο Ήλιος έχουν σχεδόν το ίδιο φαινόμενο μέγεθος από τη Γη και συμπέρανε ότι οι διάμετροί τους θα είναι ανάλογοι με την απόστασή τους από τη Γη. Έτσι κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο Ήλιος είχε 20 φορές μεγαλύτερη διάμετρο από τη Σελήνη, κάτι που είναι υπολογιστικά λογικό και σωστό, αλλά επίσης λάθος (αφού στηρίζεται σε λάθος δεδομένα). Η εκτίμησή του όμως αυτή υποδεικνύει ότι ο Ήλιος είναι ξεκάθαρα μεγαλύτερος από τη Γη, κάτι που υποστηρίζει το ηλιοκεντρικό μοντέλο.

Ο Ερατοσθένης (276 – 194 π.Χ.) ήταν μαθηματικός, γεωγράφος και αστρονόμος. Από τα πιο σπουδαία επιτεύγματά του ήταν ότι υπολόγισε για πρώτη φορά το μέγεθος της Γης, ότι κατασκεύασε ένα σύστημα συντεταγμένων με παράλληλους και μεσημβρινούς, και ότι κατασκεύασε ένα χάρτη του τότε γνωστού κόσμου. Είχε αρκετές σημαντικές συνεισφορές στην Αστρονομία, όπως τον σφαιρικό αστρολάβο που τον χρησιμοποιούσαν ευρέως μέχρι την εφεύρεση του πλανηταρίου τον 18ο αιώνα. Αναφέρεται ότι είχε υπολογίσει την περιφέρεια της Γης γύρω στο 240 π.Χ. χρησιμοποιώντας το ύψος του Ηλίου κατά την εαρινή ισημερία κοντά στην Αλεξάνδρεια και στη νήσο Ελεφαντίνη, κοντά στη Συήνη (το σημερινό Ασουάν της Αιγύπτου). Εκτός από την ακτίνα της Γης ο Ερατοσθένης προσδιόρισε την καμπυλότητα του ελλειψοειδούς, μέτρησε την απόκλιση του άξονα της Γης με μεγάλη ακρίβεια δίνοντας την τιμή 23° 51′ 15″, κατασκεύασε έναν αστρικό χάρτη που περιείχε 675 αστέρες, πρότεινε την προσθήκη στο ημερολόγιο μίας ημέρας ανά τέσσερα χρόνια και προσπάθησε να συνθέσει μία ιστορία βασισμένη σε ακριβείς ημερομηνίες.

Η εποχή του Ερατοσθένη ήταν έτοιμη για επιτεύγματα όπως η μέτρηση των πραγματικών διαμέτρων του Ήλιου, της Σελήνης και της Γης, και των μεταξύ τους αποστάσεων. Αυτές οι μετρήσεις υπήρξαν ορόσημα στην ιστορία της αστρονομίας, αντιπροσωπεύοντας τα πρώτα διστακτικά βήματα στην πορεία της κατανόησης ολόκληρου του σύμπαντος. Ο Ερατοσθένης σαν πραγματικός επιστήμονας χρησιμοποίησε όχι μόνο τις προηγούμενες γνώσεις για την σφαιρική Γη και τα απαραίτητα μαθηματικά εργαλεία, αλλά σχεδίασε και τα αναγκαία πειράματα. Η άποψη ότι η Γη ήταν σφαιρική Γη ήταν αποδεκτή στην αρχαία Ελλάδα, το είχαν καταλάβει γιατί έβλεπαν τα πλοία, μετά τον απόπλου, να εξαφανίζονται σιγά σιγά στον ορίζοντα μέχρι που από το λιμάνι φαινόταν μόνο η κορυφή του καταρτιού τους. Κάτι τέτοιο είχε νόημα μόνο αν η επιφάνεια της θάλασσας καμπυλωνόταν. Αν η θάλασσα είχε καμπυλωμένη επιφάνεια, το ίδιο θα έπρεπε να συμβαίνει και με τη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι ίσως είναι σφαίρα. Αυτή η άποψη ενισχύθηκε με την παρατήρηση των εκλείψεων της Σελήνης: κατά την έκλειψη, η Γη έριχνε στη Σελήνη μια σκιά σε σχήμα κυκλικού δίσκου, ακριβώς όπως το σχήμα που θα περιμέναμε από ένα σφαιρικό αντικείμενο. Ίδιας σπουδαιότητας ήταν και το γεγονός ότι όλοι μπορούσαν να δουν ότι η ίδια η Σελήνη ήταν στρογγυλή, γεγονός που υποδείκνυε ότι η σφαίρα ήταν η φυσική κατάσταση ύπαρξης, ενισχύοντας την υπόθεση ότι και η Γη είναι στρογγυλή. Όλα άρχισαν να αποκτούν νόημα, ακόμη και τα γραπτά του έλληνα ιστορικού και ταξιδευτή Ηρόδοτου που μιλούσε για ανθρώπους στο μακρινό βορρά οι οποίοι κοιμούνταν τις μισές μέρες του χρόνου. Αν η Γη ήταν σφαιρική, τότε διαφορετικά μέρη της υδρογείου θα φωτίζονταν με διαφορετικό τρόπο ανάλογα με το γεωγραφικό τους πλάτος, γεγονός που εξηγούσε με φυσικό τρόπο έναν πολικό χειμώνα και νύχτες με διάρκεια έξι μηνών.

Ο Ίππαρχος ο Ρόδιος (190 – 120 π.Χ.) ήταν αστρονόμος, γεωγράφος, χαρτογράφος και μαθηματικός, θεωρούμενος από αρκετούς ως ο «πατέρας της παρατηρησιακής Αστρονομίας». Επίσης, του αποδόθηκε ο τίτλος του «θεμελιωτή της τριγωνομετρίας» ως και του «μεγαλύτερου αστρονόμου της αρχαιότητας», αλλά και «όλων των εποχών». Η υπομονή του, η οξυδέρκειά του αλλά και το βεβαιούμενο ιστορικά πάθος του με ότι καταπιανόταν τον οδήγησαν σε δρόμους που σήμερα, αναλογικά με τα δεδομένα της εποχής του, σίγουρα εντυπωσιάζουν. Ανέπτυξε μαθηματικά μοντέλα για την κίνηση του Ηλίου και της Σελήνης, από παρατηρήσεις αιώνων αρχίζοντας από τους Χαλδαίους της Μεσοποταμίας. Υπήρξε επίσης ο πρώτος που συνέταξε τριγωνομετρικό πίνακα, πράγμα που του επέτρεπε να επιλύει οποιοδήποτε τυχαίο τρίγωνο. Τα έξι κορυφαία πάντως επιτεύγματά του ήταν:

Υπολόγισε πως το ηλιακό ή τροπικό έτος είναι 365,242 ημέρες, όταν σήμερα τα σύγχρονα ατομικά ρολόγια τον επιβεβαιώνουν υπολογίζοντάς το σε 365,242199 ημέρες. Η ανακάλυψη της μετάπτωσης των ισημεριών. Υπολόγισε τη διάμετρο της Σελήνης και τη κυμαινόμενη απόστασή της από τη Γη. Η δημιουργία του πρώτου καταλόγου αστέρων, τουλάχιστον στο δυτικό κόσμο. Η επινόηση της κλίμακας των μεγεθών των αστέρων από τη μέτρηση της φωτεινότητάς των, που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα από όλους τους αστρονόμους του κόσμου. Το 134 π.Χ. ο Ίππαρχος ανακάλυψε ένα αστέρα που δεν υπήρχε πριν (πιθανόν κομήτης) στον αστερισμό του Σκορπιού, και τότε διατύπωσε την αρχή ότι «οι αστέρες δεν είναι αιώνιοι στον ουρανό».

Είναι εφευρέτης του Αστρολάβου, το όργανο με τη βοήθεια του οποίου μέτρησε τις συντεταγμένες των αστέρων. Τελειοποίησε τη Διόπτρα, ένα όργανο που του επέτρεψε την εκτίμηση της φαινόμενης διαμέτρου Ηλίου και Σελήνης, την απόσταση και το πραγματικό μέγεθός τους. Επίσης τελειοποίησε πολλά παλαιότερα όργανα όπως ήταν ο Γνώμων, το Ηλιοτρόπιο κλπ. Θεωρείται ο πρώτος που διαίρεσε τους κύκλους των παραπάνω αστρονομικών οργάνων σε 360 μοίρες ενώ είναι ο πρώτος που κατασκεύασε Υδρόγειο σφαίρα.

Ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων – ένα σύμπλεγμα οδοντωτών τροχών στο εσωτερικό του μηχανισμού αναπαριστούσε τη μεταβλητή γωνιακή ταχύτητα της Σελήνης -  φτιάχτηκε σύμφωνα με τη θεωρία του Ιππάρχου.

Το πολυπλοκότερο πάντως από τα γεωκεντρικά συστήματα δημιουργήθηκε από τον Κλαύδιο Πτολεμαίο (108-168 μ.Χ.) στην Αλεξάνδρεια το 2ο αιώνα μΧ.

 

Ο Κλαύδιος Πτολεμαίος ήταν βασικά ένας θεωρητικός ερευνητής που στήριξε τις απόψεις του σε μεγάλο βαθμό στις παρατηρήσεις και τα στοιχεία που είχε συγκεντρώσει ο Ίππαρχος 300 χρόνια νωρίτερα. Είναι γνωστός κυρίως για το μεγάλο έργο του, τη «Μεγάλη Μαθηματική Σύνταξη», γνωστή και ως Αλμαγέστη (από την ονομασία που της έδωσαν οι Άραβες), η οποία περιείχε τις εργασίες πολλών Ελλήνων αστρονόμων, καθώς και τις δικές του μελέτες σε συνολικά 13 τόμους.

Ο Πτολεμαίος τοποθέτησε τη Γη στο Κέντρο του Σύμπαντος, με το Φεγγάρι, Ερμή, Αφροδίτη, Ήλιο, Άρη, Δία και Κρόνο να περιφέρονται κυκλικά γύρω από τον πλανήτη μας. Το μοντέλο αυτό επέζησε για 1.900 χρόνια.

 

Η Μεγάλη Μαθηματική Σύνταξη του Κλαύδιου Πτολεμαίου, που εκτός από αστρονόμος ήταν γεωγράφος και μαθηματικός, θεωρήθηκε καθοριστικής σημασίας για περισσότερο από 1.400 χρόνια. Δεν υπαινίχθηκε απλώς ότι οι ουρανοί είναι σφαιρικοί, αλλά επέμεινε ότι έχουν ακριβώς το σχήμα της σφαίρας. Επειδή ο νυχτερινός ουρανός είχε το σχήμα τέλειου ημισφαιρίου, η Γη όφειλε να βρίσκεται στο κέντρο του σύμπαντος – στον φυσικό της τόπο σύμφωνα με την κοσμολογία του Αριστοτέλη. Περαιτέρω, η Γη του Πτολεμαίου δεν περιστρεφόταν γύρω από τον άξονα της: αν περιστρεφόταν τα σύννεφα και τα πουλιά θα έμεναν πίσω, μην μπορώντας να την ακολουθήσουν.

Η Αλμαγέστη επαναλάμβανε ένα μεγάλο μέρος από το έργο του Ίππαρχου. Μεταξύ άλλων, τη μέτρηση της γωνίας της εκλειπτικής, εκτιμήσεις των αποστάσεων της Γης από τη Σελήνη και τον Ήλιο κι έναν κατάλογο αστέρων. Ακόμα απαριθμούσε 44 αστερισμούς, στους οποίους ο Πτολεμαίος έδωσε το όνομα που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα (για παράδειγμα Ωρίων και Λέων).

Η συμβολή του Πτολεμαίου που άσκησε τη μεγαλύτερη επιρροή ήταν η μαθηματική θεωρία του για τις πλανητικές κινήσεις. Επειδή οι τροχιές των πλανητών περί τον Ήλιο είναι σχεδόν κυκλικές, το γεωκεντρικό του σύστημα μπορούσε να προβλέπει με αποδεκτή ακρίβεια τις θέσεις τους. Με λίγα λόγια: οι πλανήτες περιφέρονταν σταθερά πάνω σε έναν τέλειο κύκλο, τον επίκυκλο. Το κέντρο αυτού του κύκλου περιφερόταν σταθερά πάνω σε έναν άλλο τέλειο κύκλο (τον φέροντα) που είχε ως κέντρο του τη Γη.

Δεξιά: Φαίνεται ο επίκυκλος ενός πλανήτη και η τοποθέτηση της Γης στο κέντρο του κύκλου

Ωστόσο για να εξηγήσει τη φαινόμενη μεταβλητή ταχύτητα της περιφοράς των πλανητών καθώς και τη μη τέλεια κυκλική τροχιά τους, ο Πτολεμαίος αναγκάστηκε να εισαγάγει περίπλοκα εργαλεία, όπως ένα σημείο που ονομάζει εξισωτή. Παρ’ όλα αυτό η Αλμαγέστη δεν παύει να είναι ένα σημαντικό μαθηματικό επίτευγμα. Αρκεί να αναλογιστεί κανείς πως όλοι οι Ευρωπαίοι αστρονόμοι μέχρι την εποχή του Tycho Brahe ήταν πεπεισμένοι ότι οι σφαίρες που φέρουν τα ουράνια σώματα έχουν υλική υπόσταση.

Ο Πτολεμαίος ασχολήθηκε ακόμη με την αστρολογία και τη γεωγραφία. Η γεωγραφική πραγματεία του είχε στην κλασική γεωγραφία ανάλογη θέση με τη θέση της Αλμαγέστης στην κλασική αστρονομία.

Παρά ταύτα, πολλοί άνθρωποι πίστευαν σε μια επίπεδη Γη για πολλούς αιώνες. Από τότε λοιπόν η επίσημη άποψη ήταν ότι όσα είχαμε να μάθουμε για το Σύμπαν ήταν ήδη γνωστά. Η Γη θεωρούνταν το κέντρο του Σύμπαντος και οι ελάχιστοι που πρότειναν ιδέες, οι οποίες αργότερα αποδείχτηκαν πιο σωστές δεν ήταν παρά μεμονωμένες φωνές «βοώντων εν τη ερήμω». Και τότε μέσα σε ένα σχετικά μικρό χρονικό διάστημα ολόκληρος ο κλάδος της Αστρονομίας αλλά και όλης της επιστήμης επαναστατικοποιήθηκε από την εμφάνιση αρκετών μεγαλοφυών ανθρώπων. Σε αυτό βοήθησαν και οι εξερευνήσεις στον 16ο αιώνα και οι πεποιθήσεις αυτές σταμάτησαν.

Για να εκτιμήσουμε τα επιτεύγματα του Αριστοτέλη, πρέπει να καταλάβουμε ότι δεν είχε επιτευχθεί καμία σημαντική πρόοδος στην εικόνα του Κόσμου για 1900 χρόνια, έως ότου ο Νίκολας Κοπέρνικος ανακαλύψει ότι ο ήλιος είναι το κέντρο του ηλιακού μας συστήματος. Ακόμα και η μεγάλη πρόοδος που έγινε από το Κοπέρνικο, έγινε μέσα στο αριστοτελικό πλαίσιο και συνελήφθη σαν μια προσπάθεια της βελτίωσης των παρατηρήσεών του Αριστοτέλη για τις πλανητικές τροχιές.

Για τους περισσότερους αρχαίους αστρονόμους, οι ακριβείς προβλέψεις των θέσεων των πλανητών ήταν ισοδύναμες προς την κατανόηση του πως δουλεύει το Σύμπαν. Τα πιό μακριά απόμακρα αστέρια ήταν απλά το φόντο πάνω στο οποίο πραγματοποιείται η πλανητική δράση. Ο Πτολεμαίος, ο τελευταίος των μεγάλων Ελλήνων αστρονόμων της αρχαιότητας, ανέπτυξε ένα αποτελεσματικό σύστημα για τον Κόσμο στη “Μεγίστη Μαθηματική Σύνταξη” ή Αλμαγέστη . Η θεωρία του βασίστηκε αρκετά στην εργασία του προκατόχου του Ιππάρχου, έτσι ο Πτολεμαίος σχεδίασε ένα γεωκεντρικό μοντέλο ή με την Γη στο κέντρο, ένα μοντέλο που κράτησε για 1.900 έτη.

Ότι ο Πτολεμαίος μπόρεσε να τοποθετήσει τη Γη στο κέντρο του Κόσμου και να προβλέψει ικανοποιητικά τις θέσεις των πλανητών, οφειλόταν στην ικανότητά του ως μαθηματικός. Έτσι μπόρεσε να κάνει το μοντέλο του με τέτοιο τρόπο, ώστε να διατηρήσει συγχρόνως και την αρχαία ελληνική πεποίθηση ότι οι Ουρανοί ήταν τέλειοι — κι έτσι ο κάθε πλανήτης να κινείται κατά μήκος μιας κυκλικής τροχιάς (η τέλεια καμπύλη με θεϊκή ιδιότητα) με σταθερή ταχύτητα. 

Οι μεγαλύτερες δυσκολίες που έπρεπε να υπερνικήσει εξηγούσαν τις μεταβαλλόμενες ταχύτητες και τις περιστασιακές ανάδρομες κινήσεις (από την ανατολή προς τη δύση) των πλανητών. Το έργο αυτό το ολοκλήρωσε βάζοντας τον πλανήτη να κινείται κατά μήκος ενός μικρού κύκλου, του ονομαζόμενου επίκυκλου, του οποίου το κέντρο κινιόταν ομοιόμορφα κατά μήκος ενός μεγαλύτερου κύκλου, που ονομάστηκε φέροντας ή οδηγός κύκλος, με τη Γη στο κέντρο του.

Όταν αυτό το σχέδιο κόντευε να ολοκληρωθεί, ο Πτολεμαίος κατάλαβε πως υπήρχαν κάποια λάθη και έτσι έκανε μερικές μικρές διορθώσεις. Πρώτον, τοποθέτησε τη Γη ελαφρώς πιο μακριά από το κέντρο του φέροντος κέντρου (Μια Γη που δεν βρίσκεται στο κέντρο αυτού του κύκλου, μοιάζει με το σημερινό σύστημα, όπου ο ήλιος βρίσκεται στο ένα κέντρο της έλλειψης. Και δεύτερον, τοποθέτησε το κέντρο της κίνησης του επίκυκλου να κινείται με μια σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από ένα τρίτο σημείο, το οποίο βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά του κέντρου του φέροντος κύκλου από τη Γη. Αυτές οι τροποποιήσεις επέτρεψαν στον Πτολεμαίο, να προβλέψει τις θέσεις των πλανητών με λογική — αν και κάθε άλλο παρά ιδανική — ακρίβεια. 

Κατά τη διάρκεια του Μεσαίωνα δυστυχώς η περισσότερη από αυτήν την γνώση της Αρχαίας Ελλάδας για την αστροφυσική εξαφανίστηκε στην Ευρώπη, αν και κάποια γνώση συντηρήθηκε από τους Άραβες. Μόνο ένα αχνό φως ρίχτηκε μέσα σε αυτό το σκοτάδι από μορφωμένους μοναχούς, όπως ο πατέρας Bede στον 8ο αιώνα.

Η αναγέννηση όμως στην αστροφυσική δεν ήρθε, όταν οι αστρονόμοι μετέβαλαν το θεωρητικό πλαίσιο του Αριστοτέλη, με τις εργασίες του Γαλιλαίου στην αρχή του 17ου αιώνα. Η αληθινή αναγέννηση ήρθε μόνο κατά τη διάρκεια του 12ου και 13ου αιώνα, όταν ανακαλύφθηκαν  εκ νέου οι  εργασίες του Αριστοτέλη από τους ευρωπαίους μελετητές.

Η Υπατία (370 μ.Χ. – 415 μ.Χ. Αλεξάνδρεια) είναι η τελευταία φιλόσοφος και μαθηματικός της αρχαίας Ελλάδας. Ο πατέρας της, ο Θέωνας, ήταν κι αυτός μαθηματικός και αστρονόμος. Έγραψε σχόλια όχι μόνο για τα Μαθηματικά αλλά και για τον Αστρονομικό Κανόνα του Πτολεμαίου. Εκτός από τη φιλοσοφία και τα μαθηματικά, η Υπατία είχε ενδιαφέρον για τη μηχανική και την πρακτική τεχνολογία. Τα γράμματα του Συνέσιου περιέχουν σχέδια της για αρκετά επιστημονικά όργανα που περιλαμβάνουν κι έναν αστρολάβο. Ο αστρολάβος χρησιμοποιούταν για τη μέτρηση των θέσεων του άστρων, πλανητών και του ήλιου και για τον υπολογισμό της ώρας όπως και του ανερχόμενου ζωδίου του ζωδιακού.

Η Υπατία ήταν ο τελευταίος ειδωλολάτρης επιστήμονας του δυτικού κόσμου και ο θάνατός της συνέπεσε με τα τελευταία χρόνια της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας. Και αφού από τότε δεν υπήρξαν σημαντικοί πρόοδοι στα μαθηματικά, την αστρονομία και τη φυσική σε όλο τη Δύση για άλλα 1000 χρόνια, η Υπατία έγινε σύμβολο του τέλους της αρχαίας επιστήμης. Μετά την Υπατία ήρθε το χάος και ο βαρβαρισμός των Σκοτεινών Χρόνων.

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

5.000 χρόνια επιτευγμάτων στην Αστρονομία

Το 2009 γιορτάζουμε τα 400 χρόνια από την πρώτη παρατήρηση του Γαλιλαίου με τηλεσκόπιο, γι αυτό και έχει ανακηρυχθεί σαν Έτος της Αστρονομίας. Συμμετέχοντας σε αυτή την γιορτή της αστρονομίας περιγράφουμε τους κυριότερους σταθμούς της Αστρονομίας (κυρίως της αρχαίας ελληνικής και της σύγχρονης δυτικής).

Η ιστορία της Αστρονομίας είναι συνυφασμένη σχεδόν με την πορεία του ανθρώπου πάνω στη Γη. Με τα πρώτα του βήματα πάνω στη Γη ο άνθρωπος έστρεψε το βλέμμα του στον έναστρο ουρανό γεμάτος δέος κι ερωτήματα. Η ανατολή και η δύση του Ηλίου, οι φάσεις της Σελήνης, η εναλλαγή των εποχών, η κίνηση των άλλων πλανητών στον ουρανό, η εμφάνιση των κομητών και το συγκλονιστικό φαινόμενο των εκλείψεων, ήταν τα πρώτα ερεθίσματα για ν’ αρχίσει τη συστηματική παρακολούθηση των ουρανίων σωμάτων.

Ως επιστήμη, η Αστρονομία ξεκίνησε απλά, όπως όλες οι επιστήμες, με παρατηρήσεις που είχαν σκοπό τον προσδιορισμό των θέσεων και των κινήσεων των ουρανίων σωμάτων. Έτσι στην αρχή αναπτύσσεται η Αστρονομία Θέσεως των ουρανίων αντικειμένων και μετά η Μαθηματική Αστρονομία, που κυριαρχεί ουσιαστικά μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα. Τότε αρχίζει σιγά-σιγά η είσοδος της Φυσικής και των φυσικών μεθόδων στην Αστρονομία για να γεννηθεί, στην αρχή ως κλάδος της, η Αστροφυσική. Με την πάροδο όμως του χρόνου, η Αστροφυσική θα κυριαρχήσει εντελώς, έτσι ώστε σήμερα, κάτω από επιφανειακές διαφορές, να ταυτίζεται με την έννοια της Αστρονομίας. Ωστόσο, ο όρος χρησιμοποιείται ιδιαίτερα όταν η έρευνα αναφέρεται στη φυσική σύσταση και στις φυσικές ιδιότητες των ουρανίων σωμάτων.

Η γνώση που έχουμε για το σύμπαν είναι αλήθεια ότι προωθήθηκε αφάνταστα κατά τον 20ο αιώνα, αλλά η Αστρονομία ξεκίνησε 3.000 χρόνια π.Χ. με την απλή παρατήρηση του ουρανού. Η Σελήνη, ο Ήλιος, οι πλανήτες, τα άστρα και οι αστερισμοί του ουρανού ήταν τα πρώτα αντικείμενα που παρατηρήθηκαν, με σκοπό πρώτα την δημιουργία ημερολογίων και μετά να συνδέσουν τα ουράνια αντικείμενα με τους Θεούς τους.

 

Ο μεγάλος σπειροειδής γαλαξίας NGC1232
Τα σημερινά τηλεσκόπια προσφέρουν λεπτομερείς εικόνες των μακρινών γαλαξιών. Σαν παράδειγμα ο μεγάλος σπειροειδής γαλαξίας  NGC1232, που απέχει 100.000.000 έτη φωτός από μας και έχει μήκος 200.000 έτη φωτός.

 

Αν κοιτάξουμε 5.000 χρόνια πίσω μας, βλέπουμε δύο μεγάλες περιόδους επιστημονικών επιτευγμάτων. Η μία περίοδος βρίσκεται στην αρχή της εποχής αυτής ­ στον Ελληνικό κόσμο του Αναξίμανδρου, του Αριστοτέλη, του Αρίσταρχου του Σάμιου, του Ιππάρχου και του Κλαύδιου Πτολεμαίου. Η άλλη περίοδος βρίσκεται τους τελευταίους 5 αιώνες. Ειδικά στον 20ο αιώνα τα επιτεύγματα της αστρονομίας είναι τεράστια.

Επίπεδη ΓηΔεξιά: Οι αρχαίοι πίστευαν ότι η Γη ήταν επίπεδη και κυκλική

Η προϊστορική αρχαιολογία σε όλο τον κόσμο

Οι πρώτοι θεωρητικοί αστρονόμοι έπρεπε να συντάξουν τις θεωρίες τους βασιζόμενοι μόνο σε ό,τι ήταν ορατό δια γυμνού οφθαλμού, και όλοι τους ξεκινούσαν από την κατανοήσιμη έννοια ότι η Γη ήταν ακίνητη και αποτελούσε το κέντρο του Σύμπαντος. Αν και η καθημερινή εμπειρία μας κάνει να πιστεύουμε ότι είναι μια λογική υπόθεση, όμως η άμεση παρατήρηση της φύσης, μας δείχνει ότι ο πραγματικός κόσμος δεν είναι και τόσο απλός. Παραδείγματος χάριν, όταν ένα σκάφος έρχεται από μακριά, το πρώτο που φαίνεται είναι τα πανιά του και μετά το ίδιο το ίδιο το σκάφος. Εάν η Γη ήταν επίπεδη, τότε θα βλέπαμε κατευθείαν ολόκληρο το σκάφος, μόλις πλησίαζε κοντά στην ακτή.

Η πρώτη φάση ανάπτυξης της Αστρονομίας (προϊστορικοί καθώς και αρχές των ιστορικών χρόνων) συνδέεται με την εξυπηρέτηση καθαρά πρακτικών αναγκών, όπως ήταν η ύπαρξη ημερολογίου, ο προσανατολισμός στην ξηρά και στη θάλασσα κ.ά. Μέσα στο ίδιο πλαίσιο όμως θα πρέπει να τοποθετηθεί και μία άλλη όψη της Αστρονομίας της αρχαιότητας: η πίστη, από άγνοια και φόβο, του τότε ανθρώπου, ότι τα άστρα και ιδιαίτερα ο Ήλιος, η Σελήνη και οι πλανήτες, επηρεάζουν άμεσα τα γεγονότα πάνω στη Γη, όπως είναι οι πόλεμοι, οι επιδημίες, οι πλημμύρες, οι πείνες, ακόμα και το πεπρωμένο κάθε ανθρώπου. Έτσι αναπτύχθηκε η Αστρολογία και μαζί της οι αστρονομικές παρατηρήσεις, οι οποίες με την πάροδο των αιώνων και των χιλιετιών οδήγησαν σε μετρήσεις σημαντικής ακρίβειας, αλλά και σε μια πολύ προχωρημένη γνώση διαφόρων αστρονομικών φαινομένων, χωρίς όμως να έχει γίνει καμιά σχεδόν προσπάθεια θεωρητικής ερμηνείας.

Σε όλη τη Γη συναντάμε αρχαία μνημεία που παρουσιάζουν αστρονομικό ενδιαφέρον κι έχουν ηλικία 5.000 ετών περίπου. Οι πυραμίδες της Αιγύπτου και το μεγαλιθικό μνημείο Stonehenge στην Αγγλία, έχουν αστρονομικό προσανατολισμό, δηλαδή τέτοιον ώστε να συνδέονται προς διάφορα αστρονομικά φαινόμενα. Από τον προσανατολισμό π.χ. των πυραμίδων προκύπτει πως οι Αιγύπτιοι γνώριζαν ορισμένες βασικές διευθύνσεις στο χώρο, που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι. Είναι γνωστό ακόμα πως χρησιμοποιούσαν ημερολόγιο από το 4.000 π.Χ.. Αυτό λοιπόν σημαίνει ότι γνώριζαν πολύ καλά τις φάσεις της Σελήνης και την κίνηση του Ήλιου στην εκλειπτική.

Εκτός της Αιγύπτου η Αστρονομία αναπτύχθηκε πάρα πολύ και στην περιοχή του Ευφράτη ποταμού. Εκεί ο Βαβυλωνιακός πολιτισμός, που ξεκίνησε το 3.000 π.Χ., έδωσε στην Αστρονομία πάρα πολλά, ιδιαίτερα τους τελευταίους π.Χ. αιώνες με τους Χαλδαίους. Στην Ινδία επίσης, από το 1.500 π.Χ., καθώς και στην Κίνα από το 1.400 π.Χ. περίπου, υπάρχουν αξιόπιστες μαρτυρίες για αξιόλογες αστρονομικές γνώσεις, ενώ σε μυθολογικό επίπεδο οι γνώσεις αυτές ανάγονται στην 3η π.Χ. χιλιετία. Όλοι αυτοί οι πολιτισμοί είχαν δημιουργήσει ημερολόγια, είχαν αναπτύξει τις παρατηρήσεις των ουρανίων σωμάτων, ξεχώριζαν και ονόμαζαν τους αστερισμούς. Παρατηρούσαν ακόμα τις εκλείψεις του Ηλίου και της Σελήνης, για τις οποίες υπάρχουν στοιχεία από το 2.200 π.Χ.

Στην Αμερική πάλι, τρεις πολιτισμοί – των Ίνκας, των Αζτέκων και των Μάγια – είχαν σημαντικά αστρονομικά επιτεύγματα. Το ημερολόγιο των Μάγισ π.χ., αν και στηριζόταν σε πολύ πρωτόγονες μεθόδους παρατήρησης, ήταν σημαντικής ακρίβειας.

Η Ελληνική αστρονομία

Σαν Ελληνική αστρονομία λέμε αυτή που γράφηκε στην ελληνική γλώσσα κατά την αρχαιότητα. Την χωρίζουμε δε σε τέσσερις περιόδους:

Η 1η περίοδος είναι η αυγή της Αστρονομίας. Ξεκινάει με τους ύμνους του Ορφέα (16ος αιώνας π.Χ.)  και φτάνει στα έπη του Ομήρου (9ος αιώνας π.Χ.) και του Ησιόδου (8ος αιώνας π.Χ.). Είναι μια εποχή όπου γίνονται παρατηρήσεις του ουρανού χωρίς κανένα θεωρητικό μοντέλο για τον Κόσμο. Σε αυτή την περίοδο αναφέρεται πως ο Χείρων έφτιαξε τον αστερισμό του Τοξότη για να οδηγήσει τους Αργοναύτες στην εκστρατεία τους. Στα Ορφικά κείμενα περιέχονται εκτός από κοσμογονικές αντιλήψεις και ονόματα αστερισμών, αειφανείς αστέρες, η ζωδιακή ζώνη και οι πλανήτες. Τέλος και ο Όμηρος μέσα στα έπη του δίνει σημαντικές πληροφορίες για τις αστρονομικές γνώσεις της εποχής. Ο ίδιος θεωρούσε τη Γη επίπεδη, ενώ γνώριζε ότι ο Αυγερινός είναι ο ίδιος με τον Έσπερο. Επίσης, αναφέρει τις Πλειάδες, τις Υάδες, τον Ωρίωνα, τη Μεγάλη Άρκτο, τον Αρκτούρο, τον Βοώτη και το λαμπρό Σείριο. Στην Οδύσσεια περιγράφει την κίνηση του Ήλιου στον ουρανό σαν καμπύλη και την παρομοιάζει με την σπείρα της έλικας.

Η 2η περίοδος είναι η προσωκρατική. Αρχίζει από τον 7ο αιώνα με κύριους εκπροσώπους του Ίωνες και φτάνει έως τους πυθαγόρειους φιλοσόφους του 5ου αιώνα π.Χ. Σπουδαίος αστρονόμος της εποχής αυτής ήταν ο Αναξίμανδρος (610 π.Χ. – 546 π.Χ.) και ο Φιλόλαος.

Η 3η περίοδος είναι της κλασσικής Ελλάδος. Διαρκεί από τον 5ο αιώνα έως τον 4ο αιώνα π.Χ., με κύριους εκπροσώπους τον Πλάτωνα, τον Αριστοτέλη, τον Εύδοξο και άλλους αστρονόμους.

Η 4η περίοδος είναι η ελληνιστική ή αλεξανδρινή. Άρχισε από τον 4ο αιώνα π.Χ. έως τον 4ο αιώνα μ.Χ. αυτή , με κύριους εκπροσώπους τον Αρίσταρχο, τον Ερατοσθένη, τον Ίππαρχο, τον Ηρακλείδη τον Ποντικό, τον Πτολεμαίο και άλλους.

Αστρονομικά όργανα των Αρχαίων

1. Αστρολάβος: Επινοήθηκε κατά την εποχή του Ιππάρχου (2ος π.Χ. αιώνας) και το χρησιμοποιούσαν οι αστρονόμοι για να υπολογίζουν τα ύψη των αστέρων από τον ορίζοντα και τις εκλειπτικές συντεταγμένες. Ο επίπεδος αστρολάβος, τον οποίο επινόησε ο Ίππαρχος, επέτρεπε τη στερεογραφική προβολή σφαίρας. Με τη βοήθεια της προβολής αυτής βρισκόταν με ακρίβεια η ώρα κατά την οποία γινόταν η παρατήρηση ενός αστέρα. Ο επίπεδος αστρολάβος χρησίμευε και για την επίλυση σφαιρικών τριγώνων.

2. Γνώμονας: Ένα από τα πιο απλά και πιο πολύτιμα όργανα που χρησίμευε για τον καθορισμό πολλών αστρονομικών φαινομένων και γεωγραφικών στοιχείων (καθορισμός μεσημβρινής γραμμής, διάρκειας έτους, γεωγραφικού πλάτους, απόκλισης Ήλιου, κ.ά.). Ο πρώτος που χρησιμοποίησε τον γνώμονα ήταν ο Αναξίμανδρος.

3. Διόπτρα: Υπήρχε η διόπτρα του Πυθέου που η ύπαρξη του βεβαιώνεται από το γεγονός ότι ο Πυθέας είχε εντοπίσει ότι ο βόρειος ουράνιος πόλος και ο πολικός αστέρας δεν συμπίπτουν. Η διόπτρα του Ιππάρχου που χρησίμευε για την εκτίμηση της φαινόμενης διαμέτρου του Ήλιου και της Σελήνης. Με τη διόπτρα ο Ίππαρχος υπολόγισε την απόσταση και το πραγματικό μέγεθος των δύο αυτών αστέρων. Η διόπτρα του Ήρωνος, που χρησίμευε για διάφορες γεωδαιτικές και αστρονομικές μετρήσεις. Η διόπτρα του Αρχιμήδη που είχε τοποθετηθεί στην κορυφή του φάρου της Αλεξάνδρειας και τέλος η διόπτρα του Δικαιάρχου.

4. Ηλιακό ρολόι: Πρώτος εφευρέτης και κατασκευαστής του θεωρείται ο Απολλώνιος ο Περγαίος. Βελτιώσεις επέφερε αργότερα ο Αρίσταρχος ο Σάμιος.

5. Κλεψύδρα: Όργανο για τη μέτρηση της ισημερινής ώρας. Η κλεψύδρα θεωρείται εφεύρεση του Κτησιβίου.

6. Ουράνια σφαίρα: Μια απλή περιστρεφόμενη σφαίρα με τους κύριους κύκλους χαραγμένους πάνω της. Πρώτος κατασκευαστής της ουράνιας σφαίρας θεωρείται κατά τους μυθικούς χρόνους ο Χείρων και κατά τους ιστορικούς ο Θαλής. Ο Εύδοξος βελτίωσε τη σφαίρα σημειώνοντας τους γνωστούς αστερισμούς και τους μεγάλους αστέρες. Ένα είδος σφαίρας χρησιμοποιούσαν ο Αναξίμανδρος και ο Ίππαρχος. Μία βελτιωμένη παραλλαγή ήταν και η “μεταπτωτική σφαίρα” στην οποία μπορούσε να ληφθεί υπ’ όψη η μετατόπιση της θέσης των πόλων του Ουρανού κατά 1° ανά 73 έτη.

7. Σκάφη: Την χρησιμοποίησε ο Ερατοσθένης για να επιτύχει τη μέτρηση της Γης, ενώ ο επινοητής της αναφέρεται πως ήταν ο Αρίσταρχος ο Σάμιος.

8. Υπολογιστής των Αντικυθήρων: Ίσως το πιο διάσημο όργανο πρωτοποριακό και μεγάλης ακρίβειας. Πιθανολογείται ότι τον εφεύρε ο Αρχιμήδης ή κάποιος μαθητής του Ποσειδωνίου. Ο υπολογιστής που βρέθηκε το 1900 στο βυθό των Αντικυθήρων, ήταν ένας ημερολογιακός μηχανισμός που έδειχνε τις κινήσεις του Ήλιου, της Γης και της Σελήνης σε διάφορες φάσεις. Η κατασκευή του ανάγεται στον 1o π.X. αιώνα.

9. Ωρολόγιο του Αρχιμήδη: Πρόκειται για ένα ρολόι με μηχανισμό, όπου αντί του ελατηρίου χρησιμοποιούνταν ροή νερού.

10. Κρίκος: Όργανο που έδινε το ύψος του Ήλιου όταν μεσουρανούσε.

Συνέχεια

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Μπορεί να κρύβεται ένα παράδοξο σύμπαν

26 Δεκεμβρίου 2007 ώρα 3:30 π.μ. στο McMurdo της Ανταρκτικής, επιστήμονες επιφορτισμένοι με την διεξαγωγή ενός πειράματος παρέμειναν όλη τη νύχτα ξάγρυπνοι σε θερμοκρασίες υπό του μηδενός, περιμένοντας τους ανέμους να υποχωρήσουν για να πετάξουν ένα αερόστατο. Τελικά, το γιγάντιο αερόστατο ανεβαίνει. Γεμάτο με περίπου ένα εκατομμύριο κυβικά μέτρα ηλίου, ανέρχεται σε μεγάλο ύψος στην στρατόσφαιρα μεταφέροντας συσκευές για ένα πείραμα που ονομάζεται ATIC.

Για 19 ημέρες, το ATIC γύριζε σε όλο το Νότιο Πόλο, μελετώντας τις κοσμικές ακτίνες που έρχονται από το διάστημα. Μετά, σχεδόν ένα χρόνο αργότερα, η ομάδα του ATIC έκανε μια εκπληκτική δήλωση: βρήκαν ότι περισσότερα από όσο περίμεναν υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνια είχαν αφήσει τα σημάδια τους. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται σπουδαίο, αλλά το αποτέλεσμα είναι αξιοσημείωτο, διότι μπορεί να είναι ένα ενδεικτικό σημάδι της σκοτεινής ύλης, την αόρατη ουσία που θεωρείται ότι αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν.

Η σκοτεινή ύλη κρύβεται από τους ανιχνευτές

Και δεν είναι το μόνο. Μόλις πριν από μήνες, μια ιταλική ομάδα ανέφερε ότι ότι ένα δορυφορικό πείραμα τους, που ονομάζεται PAMELA, παρατήρησε παρόμοια υπερβολή του αριθμού των παρατηρούμενων ηλεκτρονίων, μαζί με μια υπερβολή ποζιτρονίων. Προσθέστε σε αυτά κάποια προηγούμενα αποτελέσματα από δορυφόρους ακτίνων γάμμα και πειράματα για την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης εδώ στη Γη, και ξαφνικά έχουμε μία πληθώρα νέων ενδείξεων σχετικά με την σκοτεινή ύλη.

Σύσταση της σκοτεινής ύλης

“Είναι μια πολύ συναρπαστική στιγμή για να κάνουμε φυσική της σκοτεινής ύλης”, λέει ο Dan Hooper, φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Fermi στο Ιλλινόις.

 Τα ευρήματα των πειραμάτων δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό,τι είχαμε φανταστεί. Τα αρχικά υποψήφια φαβορί για την σκοτεινή ύλη των  θεωρητικών ξέπεσαν από τις προτιμήσεις τους, γιατί τα τελευταία πειράματα έκαναν υποθέσεις για νέες, εξωτικές ποικιλίες της σκοτεινής ύλης. Εάν είναι σωστές, μπορούμε να ζούμε δίπλα σε ένα “κρυφό τομέα”, μια αθέατη πλευρά του σύμπαντος που υπάρχει γύρω μας και περιλαμβάνει μια νέα δύναμη της φύσης.

Τέτοιοι κρυμμένοι κόσμοι μπορεί να ακούγονται παράξενα, αλλά αυτοί αναδύονται φυσικά από περίπλοκες θεωρίες, όπως η θεωρία χορδών, η οποία επιχειρεί να συνενώσει τα πολύ μικρά και τα πολύ μεγάλα. Οι κρυμμένοι κόσμοι μπορούν, κυριολεκτικά, να είναι γύρω μας. Θα μπορούσαν, θεωρητικά, να κατοικούνται από ένα πλούσιο σύνολο σωματιδίων και να έχουν τις δικές τους δυνάμεις. Ωστόσο, εμείς θα πρέπει να αγνοούμε την ύπαρξή τους, επειδή τα σωματίδια αυτά αλληλεπιδρούν ασθενώς με την συνηθισμένη ύλη του σύμπαντος. Τον τελευταίο καιρό, οι φυσικοί έχουν πάρει στα σοβαρά την ιδέα ότι τα σωματίδια από τους εν λόγω κρυμμένους τομείς θα μπορούσαν να είναι η σκοτεινή ύλη.


Οι ανιχνευτές της σκοτεινής ύλης

Γνωρίζουμε ελάχιστα σχετικά με την σκοτεινή ύλη, αλλά ξέρουμε ότι η βαρύτητα τους είναι αυτή που κρατάει ενωμένους τους γαλαξίες και τα σμήνη των γαλαξιών, παρά τις καταπληκτικά μεγάλες ταχύτητες των μεμονωμένων άστρων και γαλαξιών στο εσωτερικό τους, που θα μπορούσαν να ξεφύγουν από τους γαλαξίες ή τα σμήνη αντίστοιχα. Γνωρίζουμε, επίσης, ότι πρέπει να είναι φτιαγμένη από σωματίδια που έχουν μάζα και αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με το περιβάλλον τους. Οτιδήποτε ταιριάζει με την περιγραφή αυτή είναι γνωστά ως Σωματίδια με Μάζα που Αλληλεπιδρούν Ασθενώς (WIMP).

Η ανακάλυψη των WIMPs είναι πιο εύκολο να το λες παρά να το κάνεις, γι αυτό οι επιστήμονες χρησιμοποιούν έμμεσους τρόπους για να τα αναζητήσουν. Όταν συσσωρεύονται σε μεγάλους αριθμούς, θα πρέπει να συγκρούονται μεταξύ τους και να εξαϋλώνονται, αφήνοντας πίσω τους σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια, ποζιτρόνια και αντιπρωτόνια. Αυτό μπορεί να μπερδεύει την αναζήτηση για την σκοτεινή ύλη, καθώς τα ίδια σωματίδια παράγονται όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με την διαστρική σκόνη.

Πάρτε τη συσκευή Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), που πέταξε με το διαστημικό λεωφορείο Discovery το 1998. Η συσκευή αυτή ανίχνευσε περισσότερα ποζιτρόνια στο διάστημα από ό,τι ήταν αναμενόμενο από την κοσμική ακτινοβολία. Το ίδιο και με το τηλεσκόπιο αντιύλης υψηλής ενέργειας (HEAT), που προώθηκε με αερόστατα το 1994, 1995 και 2000. “Αλλά η αποτύπωση των σφαλμάτων δεν ήταν αρκετά καλή για να μάθω αν υπήρχε ή όχι κάτι ενδιαφέρον,” λέει ο φυσικός Neal Weiner του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.

Τώρα που και τα δύο ATIC και PAMELA επιβεβαιώνουν το πλεόνασμα, τα αποτελέσματα δεν μπορούν πλέον να προεξοφλούνται. Οι αστροφυσικοί μέχρι σήμερα αγωνίζονται να εξηγήσουν το πλεόνασμα των ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων. Εάν αποτύχουν, τότε το πιθανότερο είναι να οφείλεται στην εξαΰλωση των WIMPs, που το καθένα έχει μια μάζα περίπου 600 με 1000 φορές μεγαλύτερη από ένα πρωτόνιο.

Ταιριάζουν τα νετραλίνα με τα πειραματικά δεδομένα;

Μέχρι στιγμής, το θέμα συναρπάζει. Όμως, οι ερευνητές έχουν να αντιμετωπίσουν προβλήματα όταν προσπαθούν να εντοπίσουν το είδος των σωματιδίων από τα οποία μπορεί να φτιάχνονται τα WIMPs. Από τη δεκαετία του 1980, το κυριότερο υποψήφιο σωματίδιο ήταν ένα σταθερό σωματίδιο που ονομάστηκε νετραλίνο, που αναδύθηκε από τις προσπάθειες των φυσικών να διορθώσουν το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Αυτό το θεωρητικό σωματίδιο έχει αρκετή μάζα, αλληλεπιδρά ασθενώς με την κανονική ύλη και, κυρίως, η πυκνότητα του στις απαρχές του σύμπαντος θα ήταν αρκετή για να μας δώσει την σκοτεινή ύλη που παρατηρούμε σήμερα.

Ωστόσο, τα αποτελέσματα των ATIC και PAMELA θέτουν αυστηρούς περιορισμούς σχετικά με τη φύση της σκοτεινής ύλης, που δυσκολεύει τα πράγματα για την εξαύλωση και τα νετραλίνα. Σύμφωνα με τις έως τώρα γνώσεις που έχουμε για τα νετραλίνα, θα πρέπει να παράγουν λίγα ηλεκτρόνια με υψηλές ενέργειες και πολλά με μικρές ενέργειας. Το πείραμα ATIC διαπίστωσε το αντίθετο. Όχι μόνο αυτό, αλλά η εξαΰλωση θα πρέπει να δημιουργήσει και αντιπρωτόνια, κάτι που το PAMELA δεν έχει αποδείξει.

“Τα νετραλίνα δεν ταιριάζουν με αυτό το σύνολο δεδομένων”, λέει ο Weiner.

Σωματίδια Kaluza-Klein και πρόσθετες διαστάσεις

Δεδομένου αυτών των ‘κτυπημάτων’ κατά των νετραλίνων, πολλοί, συμπεριλαμβανομένης και της ομάδας ATIC, έχουν στραφεί προς άλλον υποψήφιο: στα σωματίδια Kaluza-Klein. Αυτά τα σωματίδια προέκυψαν σε θεωρίες κατά τη δεκαετία του 1930 σε μια προσπάθεια για την ενοποίηση της βαρύτητας με τον ηλεκτρομαγνητισμό θέτοντας μία επιπλέον διάσταση του χώρου.

Σύμφωνα με τις θεωρίες, γνωστά σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, μπορούν να εισέλθουν σε μια μικρή, κρυμμένη πρόσθετη διάσταση, όπου μπορούν να κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες. Η ενέργεια της κίνησης στην επιπλέον διάσταση εκδηλώνεται ως μάζα στον κόσμο μας. Έτσι ένα ηλεκτρόνιο που κινείται σε μια ανώτερη διάσταση θα μας φαίνεται ως ένα πολύ βαρύτερο ηλεκτρόνιο Kaluza-Klein, εκτός κι αν η άμεση ανίχνευση ενός τέτοιου ηλεκτρονίου είναι αδύνατη. Αυτά τα βαριά σωματίδια είναι βραχύβια και διασπώνται σε ελαφρότερα σωματίδια τα οποία, όπως τα νετραλίνα, είναι σταθερά και έχουν τις σωστές ιδιότητες της σκοτεινής ύλης.

Το ελαφρύτερο σωματίδιο Kaluza-Klein έχει μια άλλη ελκυστική ιδιότητα. Όταν αυτά τα WIMPs συγκρούονται μεταξύ τους και εξαϋλώνονται, η υλοενέργεια τους μετατρέπεται σε αντίθετα φορτισμένα σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια ή  μιόνια και αντιμιόνια, των οποίων η ενέργεια ταιριάζει με τα αποτελέσματα των ATIC και PAMELA. Επιπλέον, τα σωματίδια Kaluza-Klein αναμένεται να παράγουν πολύ λιγότερα αντιπρωτόνια από ότι η εξαΰλωση των νετραλίνων τα οποία, πάλι, ευθυγραμμίζονται με τα τελευταία πειράματα.

“Αυτό που μου αρέσει στο σωματίδια Kaluza-Klein είναι ότι δεν εφευρέθηκε για να εξηγήσει την σκοτεινή ύλη,” λέει ο Hooper.

Αν οι ερευνητές μπορούν να αποδείξουν την ύπαρξη των σωματιδίων Kaluza-Klein, θα επιβεβαιώσουν τις θεωρίες που λένε ότι υπάρχουν περισσότερες διαστάσεις στον χώρο από τις τρεις γνωστές.

Ωστόσο, τα απροσδόκητα ευρήματα της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να μας πουν ότι το σύμπαν είναι ακόμη πιο άγνωστο από ό,τι εμείς υποψιαζόμαστε. Ερευνητές έχουν ξαναδεί κι άλλες ανώμαλες παρατηρήσεις του παρελθόντος, συμπεριλαμβανομένων και των παρατηρήσεων από τον δορυφόρο ακτίνων γάμμα INTEGRAL της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, το 2002.

Εκπομπές ακτίνων-γ στο διάστημα

Το INTEGRAL ανίχνευσε πολύ λαμπρές εκπομπές των φωτονίων με ενέργεια ακριβώς 511 keV στον Γαλαξία. Τέτοια φωτόνια Εσείς περιμένουμε να βρούμε όταν τα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια εξαϋλώνονται παράγοντας ακτίνες γάμμα.

“Το ερώτημα είναι πόσοι ποζιτρόνια υπάρχουν και από πού προέρχονται;” λέει ο Weiner. “Η κατανομή τους δεν μοιάζει με αυτό που περιμένουμε από αστροφυσικές πηγές”, όπως είναι τα σουπερνόβα ή τα μικροβάζαρ.

Μήπως οι εν λόγω εκπομπές προέρχονται από σκοτεινή ύλη; Το 2007, οι Weiner και Doug Finkbeiner του Πανεπιστημίου του Harvard καταπιάστηκαν με τα αποτελέσματα του INTEGRAL. Αυτοί υπολόγισαν ότι εάν τα WIMPs μπορούσαν να βρεθούν σε μια διεγερμένη κατάσταση όταν συγκρούονται μεταξύ τους τότε θα μπορούσαν να εκπέμπουν φωτόνια 511 keV , όταν επανέρχονται στην βασική τους κατάσταση.

Νέα άγνωστη αλληλεπίδραση;

Ωστόσο, για να επιτευχθεί αυτή η κατάσταση, οι Weiner και Finkbeiner έπρεπε να υποθέσουν ότι τα WIMPs αλληλοεπηρεάστηκαν μέσω μια νέας δύναμης. Καθημερινές δυνάμεις, όπως ο ηλεκτρομαγνητισμός, μεταδίδονται με σωματίδια φορείς της δύναμης (φωτόνια) που εξακοντίζονται ανάμεσα στα δύο φορτισμένα σωματίδια. Κατά τον ίδιο τρόπο, οι Weiner και Finkbeiner υπολόγισαν ότι η νέα τους δύναμη χρειάζεται ένα υποθετικό σωματίδιο που ζυγίζει περίπου το ίδιο με ένα πρωτόνιο και κινείται ανάμεσα στα WIMPs μόνο. Αυτό σημαίνει ότι το καθιερωμένο μοντέλο σωματιδίων δεν ‘αισθάνεται’ αυτή την δύναμη. Η σκοτεινή ύλη, όπως φαίνεται, θα μπορούσε να ανήκει σε έναν κρυμμένο τομέα (πεδίο) του σύμπαντος.

Οι κρυμμένοι τομείς ή πεδία έχουν μελετηθεί από τον Matthew Strassler του Πανεπιστημίου Rutgers στο New Jersey, και την Kathryn Zurek του Fermilab. “Όταν μιλάμε για κρυμμένους κόσμους, αυτό που λέμε είναι ότι θα μπορούσε να υπάρχει ένα πεδίο τόσο περίπλοκο, όπως τα ορατά πεδία, αλλά είναι προστατευμένο από εμάς, επειδή ο τρόπος που επικοινωνεί με τα ηλεκτρόνια και τους πυρήνες είναι πολύ ασθενής”, λέει η Zurek.

Υπάρχουν κάποιοι υπαινιγμοί ότι ένα τέτοια κρυμμένο πεδίο θα μπορούσε να είναι η πηγή της σκοτεινής ύλης. Ήρθε στο φως τον περασμένο Οκτώβριο του 2008, όταν οι Weiner και Finkbeiner συνεργάστηκαν με τους θεωρητικούς Nima Arkani-Hamed στο Πρίνστον και τον Tracy Slatyer στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.

Όταν οι Weiner και Finkbeiner αρχικά πρότειναν τις σκοτεινές δυνάμεις για να εξηγήσουν την ανωμαλία του INTEGRAL, η ιδέα τους έγινε δεκτή με σκεπτικισμό. Στη συνέχεια ήρθαν τα αποτελέσματα των ATIC και PAMELA. Για να συμβιβάσει όλες τις διαπιστώσεις, η ομάδα αυτή επανεξέτασε την ιδέα τους και, προς έκπληξή τους, διαπίστωσε ότι η νέα δύναμη έλκει τα WIMPs και αυξάνει την πιθανότητα ότι θα συγκρουστούν και να εξαϋλωθούν.

Αποδεικνύεται ότι η σκοτεινή δύναμη ενισχύει τον ρυθμό εξαΰλωσης των αργά κινούμενων WIMPs κατά δύο έως τρεις τάξεις μεγέθους, όπως απαιτείται για να εξηγήσει τα αποτελέσματα των ATIC και PAMELA. Ωστόσο, δεν έχει καμία επίπτωση στα πολύ ταχύτερα σωματίδια που γέμιζαν το νεαρό σύμπαν. Όλα αυτά σημαίνουν ότι θα πρέπει ακόμη να υπάρχουν άφθονα WIMPs γύρω μας, που θα είμαστε σε θέση να βλέπουμε την εξαΰλωση τους.

Οι υπολογισμοί του Arkani-Hamed επίσης δείχνουν ότι όταν ένα σωματίδιο WIMPs εξαϋλώνεται μπορεί να παράγει τους φορείς της σκοτεινής δύναμης. Επειδή αυτά τα νέα σωματίδια ζυγίζουν περίπου το ίδιο με ένα πρωτόνιο, αυτά είναι πολύ ελαφρά για να διασπαστούν σε ένα πρωτόνιο και ένα αντιπρωτόνιο. Επομένως, αντιθέτως θα διασπώνται  στα ελαφρότερα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια.

Ο Weiner λέει πως η ομάδα του ήταν ενθουσιασμένη από τα αποτελέσματα, διότι το ίδιο πράγμα που αύξησε τον αριθμό των εξαϋλώσεων είναι το ίδιο πράγμα που δίνει ένα πλεόνασμα των ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων – χωρίς αντιπρωτόνια. Στην δε πρώτη τους “ενοποιημένη θεωρία” περιέγραψαν τα αποτελέσματα από τα πειράματα των ATIC, PAMELA και INTEGRAL.

Επίσης, αυτό λύνει ένα άλλο μυστήριο της σκοτεινής ύλης. Τον Απρίλιο του 2008, μια ομάδα που αναζητούσε την σκοτεινή ύλη, βαθιά στο εσωτερικό του Όρους Gran Sasso στην Ιταλία, ανέφερε αύξηση στην ενέργεια των σωματιδίων που χτυπούσε τους ανιχνευτές κάθε Ιούνιο σε σύγκριση με το Δεκέμβριο σε μια περίοδο 11 ετών. Η συνεργασία Dama / LIBRA απέδωσε τα ευρήματα τους  στην κίνηση της Γης μέσω μιας θάλασσας από WIMPs που περιβάλλει τον Γαλαξία μας.

Όμως κανένα άλλο πείραμα που αναζητά άμεσες επαφές με την σκοτεινή ύλη, όπως ο ανιχνευτής CDMS στο υπόγειο εργαστήριο Soudan στην Μινεσότα, έχουν δει τίποτα τέτοιο. Εξαιτίας αυτού, οι περισσότεροι φυσικοί έχουν απορρίψει το πόρισμα Dama / LIBRA.

Μήπως η σκοτεινή ύλη είναι περίπλοκη;

Έτσι λοιπόν ποιά αποτελέσματα είναι σωστά; Και τα δύο, λέει ο Weiner, ο οποίος ισχυρίζεται ότι η ενοποιημένη θεωρία μπορεί να εξηγήσει τη διαφορά μεταξύ των αποτελεσμάτων Dama/LIBRA και CDMS. Η παραδοσιακή άποψη της σκοτεινής ύλης προβλέπει σωματίδια του ίδιου τύπου που αναπηδούν στους πυρήνες, σαν τις μπάλες μπιλιάρδου. Η ομάδα CDMS υποθέτει πως αυτό θα συμβεί στο εσωτερικό του ανιχνευτή τους. Αλλά αν η σκοτεινή ύλη είναι πιο περίπλοκη, όπως ισχυρίζεται η ομάδα Weiner, τότε οι συγκρούσεις με τους πυρήνες μπορούν αντίθετα να δημιουργήσουν διεγερμένες καταστάσεις της σκοτεινής ύλης.

Αυτό το σενάριο ευνοεί τους ανιχνευτές που χρησιμοποιούν υλικό με βαρύτερους πυρήνες. Το πείραμα Dama/LIBRA περιέχει ιώδιο, το οποίο είναι σημαντικά βαρύτερο από το πυρίτιο και το γερμάνιο εντός του CDMS, και έτσι το Dama/LIBRA είναι πιο πιθανό να κάνει ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, πιστεύει ο Weiner.

Ο Hooper είναι εντυπωσιασμένος με την υπόθεση εργασίας, αλλά παραμένει επιφυλακτικός. “Το πράγμα που είναι ελκυστικό στο μοντέλο τους είναι ότι σκοτώνει πολλά πουλιά με μια σφαίρα”, λέει. “Ωστόσο, πρόκειται για μια πολύ προσεκτικά σχεδιασμένη σφαίρα για να τα σκοτώσει όλα.”

Ο Weiner είναι πιο αισιόδοξος. “Στη Φυσική πάντα προσπαθούμε να βρούμε μία και μόνη εξήγηση για πολλαπλά φαινόμενα”, λέει. “Αυτό σίγουρα δεν αποτελεί εγγύηση ότι αυτή η ιδέα είναι σωστή, αλλά μερικά είδη θεωριών τείνουν να δουλέψουν, και αυτή η θεωρία φαίνεται σαν να θέλει να συνεργαστεί.”

Μια σύνθετη εικόνα του δίσκου της σκοτεινής μάζας (κόκκινο σχήμα) και ο Άτλας του Γαλαξία μας

Ενώ αυτή η ενοποιημένη θεωρία έχει προσελκύσει την προσοχή, από τότε που δόθηκε στη δημοσιότητα, υπάρχουν εμπόδια. Αν αυτή είναι σωστή, τότε η υψηλή πυκνότητα της σκοτεινής ύλης στο κέντρο του Γαλαξία σημαίνει ότι θα πρέπει εκεί να υπάρχει αρκετή εξαΰλωση – και πολλά ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια. Εμείς θα περιμένουμε να δούμε αυτά τα φορτισμένα σωματίδια να κάνουν σπειροειδείς κινήσεις γύρω από μαγνητικά πεδία, παράγοντας μια έντονη ακτινοβολία σύγχροτρον.

“Δεν μπορείτε να τη δείτε,” λέει ο Lars Bergström, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης στη Σουηδία, ο οποίος έχει εξετάσει λεπτομερώς μετρήσεις ραδιο-τηλεσκοπίων κοντά στο κέντρο του Γαλαξία. Λοιπόν, πώς θα πούμε πως είναι σωστό αντί για λάθος;

Σε αυτό θα βοηθήσουν κι άλλα πειράματα. Το ένα είναι ο δορυφόρος Fermi, που ξεκίνησε την περασμένη χρονιά, που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει με ένα υψηλό βαθμό ακρίβειας την υπερβολή των ηλεκτρονίων με ένα ευρύ φάσμα  ενέργειας. Αν τα WIMPs πραγματικά έχουν 600 φορές μεγαλύτερη μάζα από τα πρωτόνια, τότε θα περιμέναμε να δούμε μια απότομη μείωση του αριθμού των ηλεκτρονίων, με ενέργεια πάνω από ένα ορισμένο όριο. Ο ανιχνευτής HESS στη Ναμίμπια, που μετρά φωτόνια εκπεμπόμενα από ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας τα οποία κτυπούν την ατμόσφαιρα, θα πρέπει επίσης να είναι ευαίσθητος σε αυτή τη μείωση. Σε περίπτωση που διαπιστώσει κάτι τέτοιο, θα είναι ένα εκπληκτικό σήμα, καθώς αυτό δεν μπορεί να παραχθεί από αστροφυσικά πηγές.

Ο δορυφόρος Fermi θα είναι επίσης σε θέση να δει ακτίνες γάμμα που παράγονται όταν εξαϋλώνονται τα WIMPs. Οι ενέργειες σε αυτές τις ακτίνες θα πρέπει να διαφοροποιήσει τις καταστάσεις Kaluza-Klein από τα νετραλίνο. Ο δορυφόρος Fermi ακόμη θα είναι σε θέση να εντοπίσει από ποιά σημεία στον ουρανό προέρχονται οι ακτίνες γάμμα. Αν εντοπίσει μια μεγάλη συγκέντρωση στην γειτονιά μας, τότε τα νετραλίνα θα είναι ευνοημένα καθώς οι ισχυρισμοί εναντίον τους υποθέτουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη σε όλο το γαλαξιακό φωτοστέφανο.

Μπορεί επίσης να συγκεντρώσει στοιχεία από πιο κοντά μας για να επιβεβαιώσει αυτό το γεγονός. Η Pauline Gagnon, μια πειραματική φυσικός που εργάζεται στο Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής CERN, συζητάει με τον φυσικό Neal Weiner σχετικά με την επιβεβαίωση της ενοποιημένη τους θεωρίας. Προκαταρκτικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Συγκρουόμενων Αδρονίων στη Γενεύη θα μπορούσε να παράγει αυτό το νέο άγνωστο φορέα δύναμης, που θα μπορούσε ενδεχομένως να διασπαστεί σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Η Gagnon συνεργάζεται με άλλους για να δούνε πώς θα εμφανιστούν στον γιγαντιαίο ανιχνευτή ATLAS αυτά τα μηνύματα.

Όλες οι ελπίδες μας στηρίζονται στα ευρήματα του δορυφόρου Fermi για έμμεσες ενδείξεις για τη φύση της σκοτεινής ύλης. “Αν λοιπόν διαπιστώσουμε ότι σωματίδια με το ίδιο είδος μάζας και ιδιότητες δημιουργούνται στον επιταχυντή LHC, νομίζω ότι και ο τελευταίος σκεπτικιστής θα αποδεχόταν ότι αυτό μπορούμε να το παρατηρήσουμε εκεί έξω στο διάστημα”, λέει ο Hooper.

Είναι το σπίτι όλων μας, αλλά υπάρχουν πολλά πράγματα σχετικά με τη Γη που παραμένουν παντελώς άγνωστα. Πώς σχηματίστηκε από το νέφος της σκόνης και του αερίου; Πώς τα κατάφερε να γαλουχήσει ζωή; Και τι συμβαίνει βαθιά μέσα στον πυρήνα της; Πώς τελικά η Γη απέκτησε τα καλύτερα υλικά; Τι συνέβη κατά τη διάρκεια των σκοτεινών εποχών της Γης; Από πού προήλθε η ζωή πάνω στη Γη; Γιατί η Γη έχει τεκτονικές πλάκες; Τι υπάρχει στο κέντρο της Γης; Γιατί το κλίμα της Γης είναι τόσο σταθερό; Μπορούμε να προβλέψουμε τους σεισμούς και τις ηφαιστειακές εκρήξεις;

Μια έρευνα αυτών και άλλων θεμελιωδών ερωτημάτων σχετικά με τον όμορφο, αινιγματικό κόσμο μας ίσως μας βοηθήσει να τον καταλάβουμε καλύτερα.

Πρώτο ερώτημα: Πώς τελικά η Γη απέκτησε τα καλύτερα υλικά για τη ζωή;

 Από ένα παρόμοιο νέφος αερίου και σκόνης φτιάχτηκε η ΓηΑν κοιτάξουμε γύρω μας στους οκτώ πλανήτες του ηλιακού συστήματος βλέπουμε ότι η Γη είναι τελείως διαφορετική από τους υπόλοιπους πλανήτες. Όλοι τους όμως είναι φτιαγμένοι από το ίδιο αρχικό νέφος του αερίου και της σκόνης, που περιέβαλλε τον Ήλιο πριν 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια. Καθώς η βαρύτητα συμπύκνωνε αυτό το νέφος γύρω από τον Ήλιο, κόκκοι σκόνης συγκρούονταν και κολλούσαν μεταξύ τους, μεγαλώνοντας σε μέγεθος και δημιουργώντας όλο και μεγαλύτερα βαρυτικά πεδία. Αυτές οι μεγαλύτερες μάζες συγκρούονταν και συγχωνεύονταν μεταξύ τους, σχηματίζοντας τους πλανήτες που γνωρίζουμε σήμερα.

Αυτή είναι η γενική εικόνα, αλλά οι λεπτομέρειες του τι ακριβώς συνέβη στα πρώτα στάδια της ζωής της Γης παραμένουν ακόμα ένα μυστήριο. Η επίλυση του είναι ουσιαστική για να κατανοήσουμε γιατί ο πλανήτης μας είναι τόσο κατάλληλος για τη ζωή. Ξέρουμε ότι η απόστασή του από τον Ήλιο του προσφέρει την κατάλληλη ποσότητα θερμότητας και φωτός ώστε να είναι κατοικήσιμος, όμως αυτό από μόνο του δεν αρκεί. Χωρίς το μοναδικό μείγμα άνθρακα, υδρογόνου, αζώτου, οξυγόνου, φωσφόρου και θείου που συνθέτουν τα ζωντανά όντα και χωρίς το υγρό νερό στην επιφάνειά του πλανήτη μας, η ζωή όπως τη γνωρίζουμε δεν θα μπορούσε να εξελιχθεί. Από χημικής απόψεως η Γη είναι απλώς καλύτερα φτιαγμένη για τη ζωή από τους γείτονές της. Πώς όμως εμείς πήραμε όλα τα καλά υλικά;

Αυτό το οποίο γνωρίζουμε τελικά είναι ότι διαφορετικά στοιχεία θα μπορούσαν να έχουν συμπυκνωθεί από το νέφος σε διαφορετικές θερμοκρασίες, οι οποίες θα εξαρτώνταν από την απόσταση τους από τον Ήλιο. Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε τι ακριβώς συνέβη στη συνέχεια, επειδή τα πετρώματα της Γης συμπιέστηκαν, έλιωσαν και αλλοιώθηκαν πάρα πολλές φορές ώστε να συγκρατήσουν κάποιες πληροφορίες σχετικά με το πώς σχηματίστηκαν. Και, επειδή οι περισσότεροι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος είναι έξω από τις δυνατότητες μας να τους επισκεφθούμε, οι μετεωρίτες αποτελούν την καλύτερη ελπίδα μας. Σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τους πλανήτες και έκτοτε σε μεγάλο βαθμό δεν έχουν διαταραχθεί και παραμένουν όπως ήταν στις απαρχές του ηλιακού συστήματος. Για να τους μελετήσουμε όμως,  πρέπει να περιμένουμε κάποιος από αυτός να πέσει από το διάστημα.

Μια τάξη μετεωριτών που ονομάζονται χονδρίτες μοιάζουν από πολλές απόψεις στη σύστασή τους με τη Γη, κάτι το οποίο υποδηλώνει ότι ίσως σχηματίστηκαν από τις ίδιες πρώτες ύλες. Παρ΄ όλα αυτά παρουσιάζουν κάποιες λεπτές διαφορές οι οποίες είναι δύσκολο να εξηγηθούν. Για παράδειγμα, το μείγμα των ισοτόπων του οξυγόνου στους χονδρίτες μετεωρίτες δεν ταιριάζουν με αυτά που βρέθηκαν στη Γη. Ως τώρα κανείς δεν γνωρίζει το γιατί, αλλά επειδή το οξυγόνο είναι το στοιχείο που υπάρχει σε μεγαλύτερη αφθονία στον φλοιό της Γης, αποτελώντας σχεδόν το μισό της μάζας της, το μυστήριο αυτό δεν μπορεί να αγνοηθεί.

Πρώιμη ΓηΈνα άλλο μεγάλο άλυτο ερώτημα είναι πώς η Γη απέκτησε το ζωογόνο νερό της. Επειδή βρισκόταν τόσο κοντά στον Ήλιο, πιθανώς η θερμοκρασία της θα πρέπει να ήταν υπερβολικά υψηλή ώστε να μπορέσει το νερό απλώς να συμπυκνωθεί απομακρυνόμενο από το νέφος των αερίων κατά τον σχηματισμό του πλανήτη. Ενώ αν κάποια ποσότητα νερού είχε συγκεντρωθεί, τότε αυτή θα πρέπει να είχε εξατμιστεί εντελώς κατά τη διάρκεια της τιτάνιας σύγκρουσης που σχημάτισε τη Σελήνη. Η δημοφιλέστερη εξήγηση είναι ότι το νερό έφθασε αργότερα, με τη μορφή παγωμένων κομητών από το εξώτερο ηλιακό σύστημα, που έπεφταναν σαν βροχή κατά την περίοδο που είναι γνωστή ως ο “Ύστερος Βαρύς Βομβαρδισμός”. Ως τώρα, ωστόσο, δεν υπάρχουν απτές αποδείξεις που να επιβεβαιώνουν αυτή τη θεωρία για την προέλευση του νερού στη Γη.

Είναι ξεκάθαρο ότι χρειαζόμαστε περισσότερες γνώσεις σχετικά με τον τρόπο που σχηματίστηκαν οι πλανήτες. Το Ευρωπαϊκό Διαστημικό Τηλεσκόπιο Herschel, που θα εκτοξευθεί σε λίγες ημέρες, ίσως μας δώσει κάποιες απαντήσεις. Με ένα κάτοπτρο που είναι σχεδόν μιάμιση φορά το μέγεθος του Χαμπλ θα κοιτάξει βαθιά στο διάστημα και θα χρησιμοποιήσει τους ανιχνευτές υπερύθρων του για να μας προσφέρει μια καινούργια άποψη των νεφών της σκόνης από τα οποία σχηματίζονται καινούργια άστρα και πλανήτες, εκ των οποίων ίσως κάποιοι να είναι τόσο τυχεροί όσο και η Γη.

Πηγή: New Scientist “Unknown Earth: Our planet’s seven biggest mysteries”

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Από πού προήλθε η ζωή;

Αφήνοντας κατά μέρος τη μακρινή πιθανότητα η ζωή να έφθασε στη Γη με ένα μετεωρίτη από κάπου αλλού, τότε θα πρέπει να υποθέσουμε ότι αυτή δημιουργήθηκε από τις όποιες φυσικές και χημικές συνθήκες επικρατούσαν στον πλανήτη κατά τη νεαρή ηλικία του. Η ανακάλυψη αυτών των συνθηκών είναι δύσκολη, κυρίως επειδή η Γη στην οποία ζούμε σήμερα δεν διατηρεί σχεδόν κανένα ίχνος από εκείνη την εποχή.

Μέχρι σήμερα οι αρχαιότερες αποδείξεις για ζωή προέρχονται από ιζηματογενή πετρώματα ηλικίας 3,8 δισεκατομμυρίων ετών. Τα πετρώματα αυτά, τα οποία ανακαλύφθηκαν τη δεκαετία του 1990 στη Δυτική Γροιλανδία, παρουσιάζουν ένα ασυνήθιστα χαμηλό ποσοστό του βαρύ ισοτόπου του άνθρακα. Αυτό θεωρείται σαν ένα δείγμα παρουσίας μικροοργανισμών, επειδή τα ελαφρότερα ισότοπα περνούν πιο εύκολα από τα τοιχώματα των κυττάρων και έτσι συσσωρεύονται όπου υπάρχουν μικρόβια.

Αυτά τα πετρώματα σχηματίστηκαν σε μια περίοδο κατά την οποία ο πλανήτης ανασυντασσόταν ύστερα από τη δραματική σύγκρουση που σχημάτισε τη Σελήνη. Οι πρωτογενείς ωκεανοί και ήπειροι είχαν αρχίσει να σχηματίζονται, αλλά η διαδικασία διακοπτόταν κάθε τόσο και λιγάκι από την πρόσκρουση κάποιου μεγάλου αστεροειδούς με τον πλανήτη μας και την άνοδο της θερμοκρασίας των ωκεανών. Ο Δαρβίνος φαντάστηκε τη ζωή να αναδύεται από μια ‘θερμή λιμνούλα’, στην πραγματικότητα είναι σχεδόν βέβαιον ότι επρόκειτο για ένα καυτό, αλμυρό καζάνι.

Η ζωή σχεδόν σίγουρα αναδύθηκε σε ένα καυτό αλμυρό καζάνι

Αυτό βεβαίως είναι ένα περιβάλλον εντελώς διαφορετικό από αυτό στο οποίο ζούμε σήμερα, αλλά ίσως αυτό να είναι αναμενόμενο. Δεν υπάρχουν καταγεγραμμένες περιπτώσεις κάποιου γεγονότος ‘πηγής της ζωής’ στη σύγχρονη Γη, επομένως οι κατάλληλες συνθήκες ίσως να μην υπάρχουν πια. Ή ίσως αυτό συμβαίνει σε τόσο μικροσκοπικές κλίμακες που δεν έχουμε παρατηρήσει.

Ανάλογες συνθήκες με αυτές της νεαρής Γης εξακολουθούν να υπάρχουν. Μπορούμε να τις συναντήσουμε γύρω από υδροθερμικές πηγές στον βυθό της θάλασσας, όπου η γεωθερμική δραστηριότητα εκτοξεύει πίδακες (γκέυζερ) καυτού νερού στον ωκεανό. Αυτές οι περιοχές υποστηρίζουν τεράστιες συγκεντρώσεις μικροοργανισμών, πολλοί εκ των οποίων έχουν εκπληκτικά πρωτόγονους μεταβολισμούς και κανένας δεν αντλεί την ενέργειά του από το φως του Ηλίου. Το αν οι υδροθερμικές πηγές υπήρξαν η πηγή της ζωής ή απλώς ένα από τα πρώτα καταφύγιά της παραμένει ωστόσο άγνωστο.

Μια άλλη δυσκολία είναι να ανακαλύψουμε ακριβώς τι συνέβηκε και ήρθαν σε επαφή ανόργανα χημικά στοιχεία μαζί, ώστε να σχηματίσουν ζωντανούς οργανισμούς. Εδώ έχουμε να αντιμετωπίσουμε μια κατάσταση ανάλογη με αυτή του αβγού και της κότας: για να λειτουργήσει το DΝΑ χρειάζεται πρωτεΐνες, ωστόσο τα προγράμματα για τη σύνθεση αυτών των πρωτεϊνών δίνονται από το DΝΑ. Ποιο δημιουργήθηκε λοιπόν πρώτο; Η πιο πιθανή απάντηση πιστεύεται σήμερα ότι είναι πως εξελίχθηκαν ταυτόχρονα μέσω ενός δικτύου αντιδράσεων ανάμεσα σε απλούστερα χημικά. Αυτό καθιστά διπλά δύσκολο τον προσδιορισμό του να ανακαλύψουμε πότε οι πρώτοι οργανισμοί πέρασαν από το στάδιο των χημικών στη ζωή.

Οι γεωλόγοι στρέφονται προς τον Άρη για να βρουν απαντήσεις. Εκεί δεν υπάρχουν τεκτονικές πλάκες που μπορούν να καταστρέψουν τις όποιες αποδείξεις, και έτσι μπορούν να βρεθούν ιζηματογενή πετρώματα που χρονολογούνται από την εποχή της εμφάνισης της ζωής στη Γη. Ελπίζουν ότι, αντίθετα με τα αντίστοιχα πετρώματα στη Γη, τα πετρώματα στον Άρη να διατηρούν κάποια στοιχεία της χημείας που υπήρχε πριν από την εμφάνιση της ζωής. Οι πιθανότητες είναι μικρές, όμως θα μπορούσαν και να καταγράφουν ακόμη κι ένα γεγονός προέλευσης της ζωής, που οδήγησε σε μορφές ζωής οι οποίες μπορεί να υπάρχουν κάπου ακόμη στον Κόκκινο Πλανήτη.

Πηγή: New Scientist “Unknown Earth: Our planet’s seven biggest mysteries”

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Η Εποχή του Άδη ή Καταρχαιοζωικός Αιώνας

Η Εποχή του Άδη ή Καταρχαιοζωικός Αιώνας αρχίζει με το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος και της Γης – που προσδιορίζεται ότι έγινε πριν 4,567 δισεκατομμύρια χρόνια – τον σχηματισμό της πρώτης ατμόσφαιρας και ωκεανών καθώς επίσης και το βομβαρδισμό από τους εναπομείναντες πλανητοειδείς και τα συντρίμμια. Τελείωσε δε πριν 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Το όνομα του το πήρε γιατί ήταν μια καταχθόνια περίοδος, που κράτησε περίπου 760 εκατομμύρια χρόνια, όταν η Γη υπέφερε από συχνό και άγριο βομβαρδισμό από κομήτες, αστεροειδείς και άλλα πλανητικά συντρίμμια.

Κάποια στιγμή, στις αρχές αυτής της εποχής σχηματίστηκε το φεγγάρι, όταν έπεσε πάνω στην αρχική Γη ένα αντικείμενο σαν τον Άρη μεγάλο, που κονιορτοποίησε και τα δύο. Μπορεί να ακούγεται απίστευτο, αλλά η πρώτη πρωτόγονη ζωή προέκυψε τότε σε αυτό το αρχικό στάδιο. Ήταν μια εποχή που χαρακτηρίστηκε από μεγάλη ηφαιστειακή δραστηριότητα και το σχηματισμό των πρώτων ηπείρων. Μέχρι το τέλος της Εποχής του Άδη, η Γη είχε μια ατμόσφαιρα (δεν θα μπορούσαν να την αναπνεύσουν οι περισσότεροι σημερινοί οργανισμοί), και οι ωκεανοί γέμισαν με προκαρυωτικές μορφές ζωής.

Η Εποχή του Άδη δεν θεωρείται ότι είναι μία γεωλογική περίοδος με την ακριβή σημασία της λέξης. Δεν υπάρχει κανένας βράχος στη Γη από εκείνη την περίοδο – εκτός από τους μετεωρίτες. Κατά τη διάρκεια της εποχής αυτής, σχηματιζόταν ακόμα το ηλιακό σύστημα, πιθανώς μέσα σε ένα μεγάλο νέφος αερίου και σκόνης γύρω από τον ήλιο, που οι ειδικοί τον αποκαλούν δίσκο προσαύξησης. Η σχετική αφθονία βαρύτερων στοιχείων στο ηλιακό μας σύστημα δείχνει ότι αυτό το αέριο και η σκόνη προήλθαν από μια έκρηξη σουπερνόβα – μια γιγάντια  έκρηξη ενός παλαιού, τεράστιου. Τα βαρύτερα στοιχεία παράγονται μέσα στα αστέρια μέσω της πυρηνικής σύντηξης των στοιχείων. Μπορούμε να δούμε τέτοιες παρόμοιες διαδικασίες σήμερα στα νεφελώματα – όπως το νεφέλωμα M16.

Ο ήλιος σχηματίστηκε μέσα σε ένα τέτοιο νέφος αερίου και σκόνης, που συμπιέστηκε με τη βοήθεια της βαρύτητας έως ότου άρχισε να υποβάλλεται σε πυρηνική τήξη το υδρογόνο και να εκπέμπει φως και θερμότητα. Τα περιβάλλοντα σωματίδια άρχισαν να συγχωνεύονται κάτω από την επίδραση της  βαρύτητας σε μεγαλύτερα κομμάτια, ή τους πλανητοειδείς (planetesimals), οι οποίες συνέχισαν να συσσωρεύονται φτιάχνοντας τους πλανήτες. Όποιο υλικό απέμεινε διαμόρφωσε τους αστεροειδείς και τους κομήτες.

Επειδή οι συγκρούσεις μεταξύ των μεγάλων πλανητοειδών απελευθερώνουν πολλή θερμότητα, η Γη και άλλοι πλανήτες θα ήταν σε κατάσταση τήξης στην αρχή της ιστορίας τους τους. Η στερεοποίηση του λειωμένου υλικού σε βράχους συνέβη όταν η Γη ψύχθηκε. Οι παλαιότεροι μετεωρίτες και οι σεληνιακοί βράχοι είναι περίπου 4,5 δισεκατομμυρίων ετών, αλλά οι παλαιότεροι γνωστοί γήινοι βράχοι αυτήν την περίοδο είναι 3,8 δισεκατομμυρίων ετών. Κάποτε κατά τη διάρκεια των πρώτων 800 εκατομμυρίων από ιστορία της, η επιφάνεια της Γης άλλαξε κι έγινε από υγρή σε στερεή. Μόλις σχηματίστηκε ο στερεός βράχος στη Γη, άρχισε η γεωλογική ιστορία της. Αυτό πιθανότατα έγινε πριν από 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια αλλά λείπουν οι τότε βράχοι για να το επιβεβαιώσουν. Η διάβρωση και η τεκτονική των πλακών έχουν καταστρέψει πιθανώς όλους τους στερεούς βράχους, που ήταν αρχαιότεροι από 3,8 δισ. χρόνια. Η εποχή που βλέπουμε τα πρώτα ίχνη των βράχων στη Γη είναι ο Αρχαιοζωϊκός Αιώνας.

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Γιατί η Γη έχει τεκτονικές πλάκες;

Χωρίς τις τεκτονικές πλάκες ο πλανήτης μας θα ήταν ένας πολύ διαφορετικός τόπος. Η σταθερή ανακύκλωση του φλοιού της Γης μας παρέχει ένα σταθερό κλίμα, ορυκτά και κοιτάσματα πετρελαίου καθώς και ωκεανούς με μια ισορροπία χημικών ουσιών  που στηρίζουν την ζωή. Ακόμα δίνει στην εξέλιξη μια ώθηση κάθε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

Η Γη, εξ όσων γνωρίζουμε, είναι ο μοναδικός πλανήτης που διαθέτει την τεκτονική των λιθοσφαιρικών πλακών. Πώς όμως έγινε αυτό; Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι για να δημιουργηθεί η τεκτονική των πλακών o πλανήτης θα πρέπει να έχει το κατάλληλο μέγεθος: αν είναι πολύ μικρός η λιθόσφαιρά του – το στερεό τμήμα του φλοιού και του εξωτερικού μανδύα (πάνω μέρος) – θα είναι υπερβολικά πυκνή. Αν ο πλανήτης είναι υπερβολικά μεγάλος το ισχυρό βαρυτικό πεδίο του θα συμπιέζει τις όποιες πλάκες κρατώντας αυτές ακίνητες. Οι συνθήκες πρέπει επίσης να είναι οι κατάλληλες: τα πετρώματα που αποτελούν τον πλανήτη δεν πρέπει να είναι ούτε υπερβολικά θερμά, ούτε υπερβολικά ψυχρά, ούτε υπερβολικά υγρά, ούτε υπερβολικά ξηρά.

Ακόμη όμως κι αν υπάρχουν όλες αυτές οι συνθήκες, απαιτείται ένας επιπλέον κρίσιμος παράγοντας που πρέπει να έχει η λιθόσφαιρα. Με κάποιον τρόπο η λιθόσφαιρα θα πρέπει να έχει υποστεί ρωγμές έτσι ώστε το ένα κομμάτι να εισχωρεί κάτω από το άλλο. Σήμερα βλέπουμε αυτή τη διαδικασία, η οποία είναι γνωστή ως «κατάδυση» στο χείλος πολλών ωκεάνιων λεκανών, καθώς ο ψυχρός, πυκνός ωκεάνιος πυθμένας εισχωρεί κάτω από τον πιο αραιό ηπειρωτικό φλοιό και κατευθύνεται προς τον μανδύα.

Στα πρώτα στάδια της ζωής της ωστόσο η Γη ήταν πολύ θερμότερη από ό,τι σήμερα και αντί να έχει για έναν εύθρυπτο εξωτερικό φλοιό είχε μια κολλώδη σύσταση, στην οποία θα πρέπει να εμφανίστηκαν οι πρώτες ρωγμές. Πολλές ηλεκτρονικές προσομοιώσεις έχουν προσπαθήσει να διερευνήσουν κάτω από ποιες συνθήκες θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα ρήγμα στον φλοιό που θα έσπαγε αυθόρμητα, ως τώρα όμως έχουν όλες αποτύχει.

ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΠΛΑΚΩΝ

1.Το μάγμα ανεβαίνει από την ασθενόσφαιρα στις μεσο-ωκενιες ράχες.
2. Ο νέος φλοιός ψύχεται και απομακρύνεται από την ράχη.
3. Ο πυκνότερος ωκεάνειος φλοιός (πιο ψυχρός τώρα) αρχίζει να βυθίζεται πάλι πίσω στο μανδύα
4. Η τήξη της πλάκας δημιουργεί ηφαίστεια στον υπερκείμενο φλοιό.

Ένα καυτό λοφίο υλικού από τον μανδύα θα μπορούσε να έχει προκαλέσει την πρώτη οπή, αφήνοντας να ξεχυθεί υλικό προς τα πάνω από τα κατώτερα στρώματα. Ή ίσως η αιτία να ήταν κάποιος αστεροειδής ή κομήτης, που όταν προσέκρουσε πάνω στη Γη να τρύπησε την εξωτερική επιφάνεια πυροδοτώντας έτσι μια αλυσίδα γεγονότων, η οποία δημιούργησε τις πρώτες κινούμενες πλάκες.

Ένας άλλος μεγάλος άγνωστος είναι το πότε μπορεί να έχει συμβεί αυτό. Υπάρχουν ελάχιστα στοιχεία στον ωκεάνιο φλοιό επειδή το μεγαλύτερο μέρος του δεν είναι αρκετά παλαιό – ο ωκεάνιος φλοιός συνήθως έχει καταστραφεί στις ζώνες της κατάδυσης, μόλις 200 εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του. Όσα στοιχεία του ωκεάνιου φλοιού έχουν γλιτώσει από την κατάδυση δίνουν ωστόσο κάποιες ενδείξεις. Οι οφιόλιθοι είναι σκλήθρες (μικρές λεπτές φέτες) παλαιού ωκεάνιου φλοιού οι οποίες αντί με την κατάδυση να κατευθυνθούν προς τα κάτω, σπρώχτηκαν στο επάνω μέρος του ηπειρωτικού φλοιού. Μια πρόσφατη μελέτη χρονολόγησε έναν τέτοιο οφιόλιθο στη Γροιλανδία βρίσκοντας τον ότι έχει ηλικία έως 3,8 δισ. ετών: πρόκειται για την παλαιότερη ένδειξη τεκτονικής των πλακών που έχει βρεθεί ως σήμερα.

Όποια κι αν είναι η ακριβής χρονολογία της έναρξης της τεκτονικής των πλακών αυτή έχει διαμορφώσει και αναμορφώσει ξανά και ξανά έκτοτε την επιφάνεια του πλανήτη μας. Αυτή η διαδικασία ανακυκλώνει το νερό, τον άνθρακα και το άζωτο, δημιουργώντας με αυτό τον τρόπο ένα περιβάλλον που είναι τέλειο για τη ζωή. Έχει,  επίσης, δημιουργήσει μεγάλο μέρος των αποθεμάτων πετρελαίου, φυσικού αερίου και ορυκτών που υπάρχουν στη Γη – συμπιέζοντας και ψήνοντας τα αποθέματα πετρωμάτων ακριβώς στον βαθμό που χρειαζόταν. Τα ηφαίστεια που απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και η τριβή των τεκτονικών πλακών λειτουργούν μαζί για να διατηρούν το κλίμα βιώσιμο.

Οι κινήσεις των τεκτονικών πλακών κάνουν επίσης τους ωκεανούς να ανοίγουν και να κλείνουν, τα βουνά να ανεβαίνουν και να κατεβαίνουν, τις ηπείρους να ενώνονται και να χωρίζονται. Κάθε 500 ως 700 εκατομμύρια χρόνια η τεκτονική των πλακών ενώνει τις ηπείρους σχηματίζοντας μια υπερήπειρο. Η τελευταία υπερήπειρος ή Παγγαία υπήρξε πριν από 250 εκατομμύρια χρόνια και σε περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια οι ήπειροι θα συγκρουστούν ξανά μεταξύ τους.

Όταν αυτοί οι υπερήπειροι σπάνε αργά-αργά, αποχωρίζοντας μάζες ξηράς και σχηματίζοντας ρηχές θάλασσες, η εξέλιξη κινείται με πολύ μεγάλες ταχύτητες, σχηματίζοντας αμέτρητα νέα είδη, τα οποία εποικίζουν τα νέα περιβάλλοντα που δημιουργούνται.

Τελικά, η λιθόσφαιρα θα σταματήσει να κινείται, καθώς η Γη θα ψυχρανθεί και τα ρεύματα μεταφοράς στον μανδύα θα είναι πολύ αδύναμα ώστε να δώσουν ώθηση στις πλάκες. Κανείς δεν γνωρίζει για πόσο ακόμη θα συνεχιστεί η τεκτονική των πλακών ή αν θα σταματήσει προτού ο πλανήτης μας ‘φαγωθεί’ από τον Ήλιο. Ας μην ανησυχούμε όμως ιδιαίτερα για αυτό: ώσπου να συμβεί οι άνθρωποι μάλλον θα αποτελούν μια μακρινή ανάμνηση στη ζωή της Γης.


Η λιθόσφαιρα – το εξωτερικό τμήμα της Γης – χωρίζεται σε μικρό αριθμό πλακών που ‘επιπλέουν’ και κινούνται ανεξάρτητα η μία με την άλλη πάνω στο μανδύα της Γης. Το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής δραστηριότητας της Γης συμβαίνει στα όρια αυτών των πλακών. Τώρα, η επιφάνεια της Γης συντίθεται από δώδεκα περίπου μεγάλες πλάκες και αρκετές μικρότερες. Μέσα στα όρια κάθε πλάκας, οι βράχοι του γήινου φλοιού κινούνται ως ενιαίο άκαμπτο σώμα με μικρή κάμψη και λίγες ηφαιστειακές ή σεισμικές εκδηλώσεις. Τα όρια των πλακών καθορίζονται από στενές ζώνες, πάνω στις οποίες εκδηλώνεται το 80% της ηφαιστειακής και σεισμικής δραστηριότητας.

Κάθε πλάκα είναι φτιαγμένη από ένα συμπαγή μανδύα βράχων και κρυστάλλων που ονομάζεται λιθόσφαιρα, για να διακρίνεται από τη βαθύτερη ασθενόσφαιρα, στην οποία οι βράχοι βρίσκονται σε μεγαλύτερη θερμοκρασία και έτσι υφίστανται πλαστική παραμόρφωση, όταν υπόκεινται σε τεκτονικές πιέσεις. Οι κινήσεις του μανδύα προκύπτουν από την ανάγκη να μεταφερθεί στην επιφάνεια της Γης η θερμοκρασία που παράγεται εξαιτίας της ραδιενεργού αποσύνθεσης. Για αυτό άλλωστε τα πρότυπα μεταγωγής της ενέργειας ποικίλουν ανάλογα με το χρόνο. Αυτό φαίνεται ενίοτε από τις αλλαγές στα όρια των πλακών.

Πηγή: New Scientist “Unknown Earth: Our planet’s seven biggest mysteries”

Αναρτήθηκε από: physics4u | 23/05/2009

Τι βρίσκεται στο κέντρο της Γης;

Με μία λέξη: σίδηρος. Όμως αυτό δεν είναι και το τέλος της ιστορίας. Υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε γύρω από το πώς μοιάζει ο πυρήνας της Γης και το πώς σχηματίστηκε.

Earth's InnerΑυτό το οποίο ξέρουμε είναι ότι ο πυρήνας αρχίζει σε βάθος 2.890 χιλιομέτρων, και ότι η διάμετρός του είναι 6.800 χιλιόμετρα. Αποτελείται από δύο στρώματα, τον εξωτερικό πυρήνα από λιωμένο σίδηρο και τον στερεό εσωτερικό πυρήνα, ο οποίος αποτελείται από νικέλιο και σίδηρο και έχει σχεδόν το μέγεθος της Σελήνης.

Δεν ήταν βέβαια ο πυρήνας πάντα ίδιος. Αρχικά ο πλανήτης ήταν απλώς ένα τεράστιο συνονθύλευμα χωρίς εμφανή δομή. Τότε τα πιο βαριά στοιχεία, κυρίως σίδηρος και λίγο νικέλιο, κατακάθισαν προς το κέντρο και σχημάτισαν ένα πυρήνα.

Το πότε και το πώς ακριβώς συνέβη αυτό εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο συζήτησης. Μια άποψη υποστηρίζει ότι ο πυρήνας σχηματίστηκε ξαφνικά, σαν μια χιονοστιβάδα που κινήθηκε προς το κέντρο. Άλλοι πιστεύουν ότι ο σίδηρος έρευσε αργά αργά προς τα κάτω. Ραδιενεργά ισότοπα που μετρήθηκαν σε ηφαιστειογενή πετρώματα, που προέρχονται βαθιά από τη Γη, δείχνουν ότι ο πυρήνας σχηματίστηκε όταν ο πλανήτης είχε ηλικία ανάμεσα στα 30 και στα 100 εκατομμύρια χρόνια. Πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, στροβιλώδης κίνηση μέσα στον πυρήνα από ρευστό σίδηρο δημιούργησαν ένα μαγνητικό πεδίο. Ύστερα, πριν από περίπου 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια, το κέντρο του πυρήνα ψυχράνθηκε και στερεοποιήθηκε, δημιουργώντας έτσι έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα.

Ένα μυστήριο γύρω από τον πυρήνα λύθηκε πρόσφατα. Ήταν γνωστό εδώ και αρκετό καιρό ότι σεισμικά κύματα διαδίδονται πιο γρήγορα στην ανατολική πλευρά του πυρήνα απ΄ ό,τι στη δυτική, κανείς όμως δεν γνώριζε το γιατί. Νέες όμως προσομοιώσεις έδειξαν ότι αυτό κυρίως οφείλεται σε στροβιλιζόμενες δίνες ρευστού σιδήρου στον εξωτερικό πυρήνα, οι οποίες έλκουν προς τα κάτω ψυχρά υλικά γύρω από τα σύνορα με τον μανδύα και τα εναποθέτουν στον στερεό εσωτερικό πυρήνα. Τα τελευταία 300 εκατομμύρια χρόνια οι περισσότερες δίνες σιδήρου βρίσκονταν κάτω από την Ασία, κάνοντας τον εσωτερικό πυρήνα να μεγαλώσει περίπου κατά 100 χιλιόμετρα περισσότερο στην ανατολική πλευρά του σε σχέση με τη δυτική.

Αυτό θα μπορούσε να έχει συνέπειες και για το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο δημιουργείται από τη μεταφορά της θερμότητας και της ενέργειας στον εξωτερικό πυρήνα. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι οι αναταράξεις που προκαλούνται από την αύξηση του εσωτερικού πυρήνα μπορούν, με τον χρόνο, να αποσταθεροποιήσουν το μαγνητικό πεδίο και να το αντιστρέψουν, αναγκάζοντας τον βόρειο και το νότιο μαγνητικό πόλο της Γης να αλλάξουν θέσεις. Όταν συμβεί κάτι τέτοιο – όπως έχει συμβεί και στο παρελθόν πολλές φορές – ο πλανήτης θα μείνει προσωρινά απροστάτευτος από τα ενεργητικά σωματίδια που έρχονται από τον Ήλιο, τον λεγόμενο ηλιακό άνεμο. Θα μας αφήσει δηλαδή χωρίς ασπίδα απέναντι στα μαγνητικά σωματίδια του ηλιακού ανέμου. Αυτό θα προκαλέσει σίγουρη κατάρρευση στα υπολογιστικά μας συστήματα, και ίσως αποβεί καταστρεπτικό και για την ίδια τη ζωή. Το πότε, όμως, θα μπορούσε να συμβεί κάτι τέτοιο δεν το γνωρίζει κανείς.

Πηγή: New Scientist “Unknown Earth: Our planet’s seven biggest mysteries”

 Οι αστρονόμοι βρίσκονται σε σύγχυση με τον Ήλιο αφού παρατηρείται μια ασυνήθιστη μείωση της ηλιακής δραστηριότητας ενώ έχουν σχεδόν εξαφανιστεί οι ηλιακές κηλίδες και οι εκρήξεις είναι κι αυτές ελάχιστες. Ο ήλιος διανύει μια από τις πιο ήσυχες περιόδους εδώ και πολλές δεκαετίες.

Η απουσία ηλιακής δραστηριότητας προβληματίζει τους αστρονόμους γιατί συνήθως ο Ήλιος διαγράφει έναν 11ετή κύκλο δραστηριότητας. Στην κορύφωση του κύκλου η θερμοκρασία του αυξάνεται και εκτινάσσει φλόγες και τεράστιες μάζες αερίων στο μέγεθος ενός πλανήτη, ενώ ακολουθούν πιο ήπιες περίοδοι δραστηριότητας.

Η εμφάνιση και εξαφάνιση των ηλιακών κηλίδων ακολουθεί διαχρονικά ένα πρότυπο που διαρκεί ορισμένα χρόνια, όμως αυτή τη φορά η απουσία των κηλίδων έχει ξεφύγει από αυτό το πρότυπο και έχει διαρκέσει περισσότερο από άλλες φορές – μάλιστα ο Ήλιος δεν δείχνει σημάδια ότι σύντομα οι κηλίδες του θα επανεμφανιστούν. Κανένας εν ζωή επιστήμονας δεν έχει δει ποτέ τον ήλιο να συμπεριφέρεται έτσι.


Η δραστηριότητα το 2001 (αριστερά) και το 2009 (δεξιά)

Το 2008 κανονικά έπρεπε ο Ήλιος να αρχίσει να δραστηριοποιείται μετά από μια ήρεμη περίοδο. Ωστόσο, ο Ήλιος εμφάνισε ιστορικά χαμηλά 50ετίας στην πίεση των ηλιακών ανέμων (που αποτελούνται από ρεύματα φορτισμένων σωματιδίων που εκτοξεύει ο ήλιος στο διάστημα αλλά και προς τη Γη), χαμηλά 55ετίας στις ράδιο-εκπομπές και χαμηλά 100ετίας στη δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων.

Πέρα από αυτά τα χαμηλά (ηλιακοί άνεμοι, δραστηριότητα και κηλίδες) έχει επίσης παρατηρηθεί ότι ο μαγνητικός άξονας του ήλιου έχει αποκτήσει μια ασυνήθιστη κλίση. 

Σύμφωνα με την Louise Hara, καθηγήτρια στο Πανεπιστημιακό Κολέγιο του Λονδίνο, δεν είναι σαφής ακόμη η αιτία αυτής της ήπιας δραστηριότητας. “Κάποιοι υποστηρίζουν ότι εισερχόμαστε σε μια περίοδο ελάχιστης δραστηριότητας, αυτό όμως είναι ένα μεγάλο θέμα συζήτησης”. Στα μέσα του 17ου αιώνα, μια τέτοια περίοδος είχε ως αποτέλεσμα μια «μίνι εποχή παγετώνων».

Ορισμένοι επιστήμονες άρχισαν πλέον να προωθούν την θεωρία ότι ο ήλιος έχει περισσότερη σχέση με την υπερθέρμανση του πλανήτη και την κλιματική αλλαγή από ό,τι νομίζαμε ως τώρα. Το γεγονός αυτό έχει οδηγήσει πολλούς να σκεφτούν ότι κάτι τέτοιο θα μπορούσε να μετριάσει τις επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών και υπερθέρμανσης της Γης. Γιατί ο ήλιος αποτελεί τον πρωταρχικό παράγοντα του κλιματικού συστήματος της Γης, καθώς με βάση αυτόν διαμορφώνονται τα μοτίβα των θαλάσσιων ρευμάτων και όλα τα κλιματικά φαινόμενα της Γης, συμπεριλαμβανομένου του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Μήπως έχουμε υπερεκτιμήσει το ρόλο του διοξειδίου του άνθρακα στη διαμόρφωση της θερμοκρασίας της Γης και ενδεχομένως αποδειχθεί ότι ο ήλιος έχει τη δύναμη να αναστείλει την υπερθέρμανση του πλανήτη για κάποιο διάστημα, λένε μερικοί επιστήμονες.

Ωστόσο, όπως εξηγεί ο Mike Lockwood, καθηγητής στο πανεπιστήμιο του Σάουθάμπτον, η άποψη αυτή είναι υπερβολικά απλοϊκή. “Πολύ θα ήθελα ο Ήλιος να μας βοηθούσε, δυστυχώς όμως τα στοιχεία δεν υποστηρίζουν αυτή την υπόθεση”.

Ο Lockwood ήταν από τους πρώτους ερευνητές που έκαναν λόγο για μείωση της ηλιακής δραστηριότητας από το 1985. “Αν η αυτή η εξέλιξη είχε ευεργετικές ιδιότητες για τον πλανήτη μας, θα τις είχαμε δει μέχρι τώρα”.

Ο κύκλος των ηλιακών κηλίδων – πιο σκούρων από το περιβάλλον τους και πιο ψυχρών περιοχών στην επιφάνεια του Ήλιου – είναι περίπου 11ετής και παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1843. Έχει παρατηρηθεί ότι ανάλογα με το αν οι κηλίδες μεγαλώνουν ή μικραίνουν, το κλίμα της Γης γίνεται θερμότερο ή ψυχρότερο αντίστοιχα. Σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες, κατά τα τελευταία 12.000 χρόνια, υπήρξαν 27 μεγάλα “ελάχιστα” και 19 μεγάλα “ζενίθ” των ηλιακών κηλίδων, δηλαδή εποχές είτε ιδιαίτερα κρύες είτε ιδιαίτερα θερμές.

Στον 20ό αιώνα ο ήλιος ήταν ιδιαίτερα ενεργός στις δεκαετίες του ΄50 και του ΄80. Ο ήλιος έγινε αυξανόμενα ενεργός την ίδια περίπου εποχή που η Γη άρχισε να θερμαίνεται περισσότερο, όμως μέχρι τώρα γενικά οι επιστήμονες απέδιδαν μικρή μόνο επίδραση στον ήλιο (γύρω στο 10%-20% σύμφωνα με τα υπολογιστικά κλιματικά μοντέλα) – μια άποψη που ίσως στο μέλλον αλλάξει.

Αυτό που έχει παρατηρηθεί στον 21ό αιώνα, είναι ότι αφού ο ήλιος άρχισε να έχει πια μειωμένη δραστηριότητα, η αύξηση στη θερμοκρασία της Γης άρχισε επίσης να μειώνεται. Αν και στη διάρκεια του 11ετούς κύκλου των κηλίδων, η ενεργειακή παραγωγή του ήλιου μεταβάλλεται μόλις κατά 0,1% (μικρό ποσοστό για να θεωρηθεί σημαντικό για τη Γη), σε απόλυτα νούμερα αυτή η μεταβολή είναι τεράστια και αναλογεί σε 1,3 βατ ενέργειας ανά τετραγωνικό μίλι στην επιφάνεια του πλανήτη μας, ποσότητα που, σύμφωνα με νέες θεωρίες, μπορεί να επηρεάσει σημαντικά το κλίμα και το φαινόμενο του θερμοκηπίου.


Οι ηλιακές κηλίδες είναι τοποθεσίες όπου ισχυροί μαγνητικοί βρόχοι — εκατοντάδες φορές ισχυρότεροι από το μαγνητικό πεδίο που το περιβάλλει — κινούνται προς τα πάνω μέσω της φωτόσφαιρας. Οι μεσημβρινές ροές στην επιφάνεια του ήλιου μεταφέρουν τα μαγνητικά πεδία από τις κηλίδες – που βρίσκονται σε ένα μέσο γεωγραφικό πλάτος – προς τους πόλους του ήλιου. Οι πόλοι αλλάζουν φορά, επειδή αυτές οι ροές αλλάζουν τη φορά της μαγνητικής ροής.

Πηγή: BBC – Indepedent

 Βρετανοί επιστήμονες παρουσίασαν ένα μαθηματικό μοντέλο του φλερτ, που εξηγεί, ούτε λίγο ούτε πολύ, γιατί το «παιγνίδι» ανάμεσα στα δύο φύλα συχνά τραβάει σε μάκρος. Οι επιστήμονες πιστεύουν λοιπόν πως η θεωρία των παιγνίων που έχει εφαρμογή και στις σχέσεις ανδρών-γυναικών, εξηγεί γιατί οι άντρες δεν πρέπει να βιάζονται.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο βιολογικό περιοδικό «Journal of Theoretical Biology», έγινε από ερευνητές του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου (UCL), υπό τον καθηγητή μαθηματικών, Robert Seymour, του πανεπιστημίου του Warwick και της Σχολής Οικονομικών και Πολιτικών Επιστημών του Λονδίνου (LSE) υπό τον δρ. Peter Sozou.

Λέγοντας όχι: Μαθηματικοί έδειξαν ότι οι ‘καλύτεροι’ παρτενέρ επιθυμούν να γνωρίζονται περισσότερο χρόνο πριν κάνουν σεξ

Η μελέτη χρησιμοποιεί τη θεωρία των παιγνίων για να αναλύσει πώς ο άνδρας και η γυναίκα, που αρχίζουν να φλερτάρουν μεταξύ τους και να παίζουν το «παιγνίδι του ζευγαρώματος», συμπεριφέρονται με στρατηγικό τρόπο ο ένας προς τον άλλο -χωρίς κατ’ ανάγκην να το συνειδητοποιούν. Το «παιγνίδι» τελειώνει όταν ο ένας από τους δύο αποσυρθεί ή η γυναίκα αποδεχτεί τον άνδρα ως σύντροφο (αλλά όχι το αντίθετο!).

Η βασική παραδοχή είναι ότι ο άνδρας, στα μάτια της γυναίκας, είναι «καλός» ή «κακός» ανάλογα με την ικανότητα που έχει -ή η γυναίκα πιστεύει ότι έχει- για να φροντίσει τα παιδιά που θα κάνουν όταν κάποτε στο μέλλον παντρευτούν. Ο βασικός στρατηγικός στόχος της γυναίκας είναι να μάθει -με κάθε τρόπο- όσο γίνεται περισσότερες πληροφορίες για το πόσο «καλός» μπαμπάς θα γίνει ο άνδρας που έχει απέναντί της.

Ο «καλός» τύπος άνδρα είναι διατεθειμένος να τραβήξει σε μεγαλύτερο μάκρος το προκαταρκτικό φλερτ από ό,τι ο «κακός», πράγμα που η γυναίκα εκτιμά, αν μη τι άλλο επειδή έτσι έχει περισσότερο χρόνο για να εκμαιεύσει πληροφορίες σχετικά με τον υποψήφιο σύντροφό της. Οι «κακοί» άνδρες (από τη σκοπιά της γυναίκας) είναι όσοι εύκολα και γρήγορα τα παρατάνε. Όσο το φλερτ συνεχίζεται, αυξάνεται η πιθανότητα ο άνδρας να θεωρηθεί ο «κατάλληλος» τύπος.

Όπως δήλωσε ο καθηγητής Robert Seymour, «το φλερτ σε ένα σημαντικό αριθμό ζώων κρατά μεγάλα χρονικά διαστήματα. Στους ανθρώπους μπορεί να περιλαμβάνει μια σειρά από δείπνα, θεατρικές παραστάσεις, ταξίδια και άλλες εξόδους, που μπορούν να συνεχίζονται για μήνες ή και για χρόνια. Ο άνδρας συνήθως πρέπει να σηκώσει το μεγαλύτερο οικονομικό βάρος αυτού του παιγνιδιού, όμως τελικά και για τα δύο φύλα υπάρχει ένα σημαντικό κόστος, με την έννοια του χρόνου που θα μπορούσε να έχει δαπανηθεί σε άλλες πιο παραγωγικές δραστηριότητες».

Γιατί, λοιπόν, οι άνθρωποι, αλλά και άλλα ζώα, δεν επιταχύνουν τα πράγματα για να γλιτώσουν αυτό το κόστος; Η απάντηση, κατά τον Seymour, φαίνεται να βρίσκεται στο ότι «η επιμήκυνση του φλερτ είναι ένας τρόπος για το θηλυκό να αποκτήσει περισσότερες πληροφορίες για το αρσενικό και να μειώσει τις πιθανότητες μιας λανθασμένης επιλογής.

Από την άλλη, ο άνδρας, προθυμοποιούμενος για ένα τόσο μακρόχρονο φλερτ, μεταφέρει το μήνυμα ότι είναι πιθανώς ο κατάλληλος. Άρα, το μακρύ φλερτ δεν είναι παρά το τίμημα για να αυξηθεί η πιθανότητα ενός αρμονικού ταιριάσματος. Ίσως αυτό εξηγεί την κοινή πεποίθηση και συμβουλή στις γυναίκες να μην κοιμούνται με έναν άνδρα από το πρώτο ραντεβού».

Όσοι άνδρες, λοιπόν, έχουν σοβαρές προθέσεις, ας εξοπλισθούν με υπομονή!

Πηγή: ΑΠΕ

« Newer Posts - Older Posts »

Κατηγορίες

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 179 other followers