Σύμπαν

Εικόνα 1: Ξυλογραφία του Φλαμαριόν (18ος αι.), μια από τις πιο γνωστές καλλιτεχνικές απεικονίσεις του σύμπαντος. Η ξυλογραφία απεικονίζει έναν προσκυνητή του Μεσαίωνα, που, διαπερνώντας τον ουράνιο θόλο, κοιτά τους μηχανισμούς που ρυθμίζουν τη λειτουργία του Σύμπαντος. Ένας απ' αυτούς μοιάζει αρκετά με τις παραδοσιακές απεικονίσεις ενός "τροχού μέσα σε τροχό", όπως περιγράφεται στα οράματα του προφήτη Ιεζεκιήλ.

Σύμπαν

Του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου, δασκάλου–Συγγραφέα

Το Σύμπαν, σύμφωνα με την επιστήμη, αφορά το χωροχρονικό συνεχές, στο οποίο περιλαμβάνεται το σύνολο της ύλης και της ενέργειας. Το σύμπαν, στις μεγάλες διαστάσεις του, είναι αντικείμενο μελέτης της επιστήμης της αστροφυσικής, ενώ στις πολύ μικρές διαστάσεις, της κβαντομηχανικής. Οι γνωστές μορφές της ενέργειας, όπως το φως, η θερμότητα, κ.ά. συνδέονται με την ύλη μέσα από σχέσεις ανταλλαγής. Σύμφωνα με την σύγχρονη Φυσική, υπάρχει ισοδυναμία μεταξύ ύλης και ενέργειας, οπότε και οι δύο συνολικά απαρτίζουν το σύμπαν. Μέσα στο σύμπαν περιλαμβάνεται και η λεγόμενη σκοτεινή ύλη. Το σύμπαν αφορά τη σημερινή κατάσταση της ύλης και της ενέργειάς του. Η εικόνα της παρατήρησης π.χ. αστέρων ή γαλαξιών είναι ψευδής σε ότι αφορά το παρόν και δεν εκφράζει αναγκαστικά τη μορφή που έχει το σύμπαν σήμερα, καθώς ένας αστέρας π.χ. μπορεί να έχει πάψει να υπάρχει και να μην το γνωρίζουμε ακόμα, γιατί δεν έχει φτάσει σε μάς η πληροφορία αυτή μέσω του φωτός! Η εικόνα του παρελθόντος, με βάση την ισοδυναμία ύλης και ενέργειας, βοηθά να εκτιμήσουμε ποσοτικά το σύνολό του Σύμπαντος.

ΣΧΗΜΑ: Το Σύμπαν, για την πλειονότητα των αστροφυσικών, δεν είναι ούτε ≪άμορφο≫ ούτε ≪άπειρο≫, αλλά έχει πέρατα. Δηλαδή το Σύμπαν είναι περιορισμένο, ≪περατό≫ [Α. Αϊνστάιν]. Θεωρίες όπως αυτή της μεγάλης έκρηξης [bing bang] εκτιμούν ότι το σχήμα του Σύμπαντος είναι, το πιθανότερο, υπερ-σφαιρικό. Μια υπερσφαίρα οριζόμενη σε τέσσερις διαστάσεις(!) μπορεί να κατανοηθεί, απλοϊκά, ως μια σφαίρα τριών μεν διαστάσεων, της οποίας όμως η ακτίνα συνεχώς μεταβάλλεται, [όπως ένα μπαλόνι που αείποτε φουσκώνει]. Αυτή η διαστολή φαίνεται πως συνεχίζεται από τη δημιουργία του μέχρι σήμερα, σύμφωνα με το μοντέλο της μεγάλης έκρηξης.

ΕΚΤΑΣΗ: Επειδή οι αποστάσεις μεταξύ των ουρανίων σωμάτων είναι πάρα πολύ μεγάλες, θεωρήθηκε αναγκαίο στην Αστρονομία να χρησιμοποιηθεί μια μεγάλη μονάδα μήκους, που ονομάζεται έτος φωτός (ε.φ.) [light year (l.y.)]. Το έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως, με τη γνωστή ταχύτητά του [σχεδόν 300.000 km/s (299.792,458 km/s)] σε χρονική διάρκεια ενός έτους. Tο έτος φωτός ισούται με 9,465×1012 km [9.465.000.000.000 χλμ.= περίπου 9,5 τρις χλμ!] Παρά τη μεγάλη ισχύ των σημερινών τηλεσκοπίων το πέρας του Σύμπαντος δεν είναι καν αντιληπτό.

Από το Αστεροσκοπείο Palomar, (ένα από τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου), διακρίνονται ουράνια σώματα και πέραν της απόστασης των 2 δισεκατομμυρίων ε.φ.! Επίσης, από μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια είναι δυνατόν οι αστρονόμοι να διεισδύσουν στον χώρο του Σύμπαντος μέχρι των έξι δισεκατομμυρίων ε.φ.!! Και όμως το Σύμπαν τελικά είναι τόσο μεγάλο, που θα χρειασθεί να κατασκευασθούν πολύ ισχυρότερα τηλεσκόπια για να κατορθωθεί να γίνει αντιληπτή η έκτασή του στο σύνολό της. Η έκταση του ορατού Σύμπαντος είναι συνδεδεμένη με την ηλικία του, της οποίας η πιο ακριβής εκτίμηση αυτή τη στιγμή είναι περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη. Με βάση την ειδική σχετικότητα, η ακτίνα του εκτιμάται στα 13,7-14 δισεκατομμύρια ε.φ., δηλαδή η απόσταση που μπορεί να έχει διανύσει το φως στο προηγούμενο χρονικό διάστημα από την εποχή του Big Bang!.

 Όμως με βάση τη γενική σχετικότητα, λόγω της διαστολής του χώρου, η ακτίνα του ορατού Σύμπαντος εκτιμάται τρεις φορές μεγαλύτερη, στα 46 δισεκατομμύρια ε.φ.! Υποθέτοντας ότι το Σύμπαν είναι σχεδόν επίπεδο ως προς την καμπυλότητά του, ο όγκος του υπολογίζεται σε 3×1080 κ.μ. [αλλιώς το 3 ακολουθούμενο από ογδόντα μηδενικά κ.μ.!!]. Η διάμετρος ενός μεσαίου μεγέθους γαλαξία είναι της τάξης των 40.000 ε.φ. και η μέση απόσταση μεταξύ δύο μεγάλων γαλαξιών είναι της τάξης των 2 εκατομμύριων ε.φ.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ: Το ορατό Σύμπαν περιέχει περίπου 3 ως 7×1022 άστρα, τα οποία είναι οργανωμένα σε περίπου 8×1010 [80 δις] γαλαξίες και οι οποίοι με την σειρά τους συγκροτούν σμήνη και υπερσμήνη. Η χωρική καμπυλότητα του ορατού Σύμπαντος είναι κοντά στο μηδέν, η οποία σύμφωνα με τα σύγχρονα κοσμολογικά μοντέλα δείχνει ότι η παράμετρη πυκνότητα του Σύμπαντος πρέπει να είναι κοντά σε μία συγκεκριμένη κρίσιμη τιμή. Η τιμή αυτή έχει υπολογισθεί σε περίπου 5,9 άτομα υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο. Σύγχρονες παρατηρήσεις υπολογίζουν την ορατή ύλη στο 4,6% του περιεχομένου του ορατού Σύμπαντος, με το υπόλοιπο 23% να αποτελείται από ψυχρή σκοτεινή ύλη και περίπου 72% από σκοτεινή ενέργεια. Συνεπώς, το ορατό Σύμπαν έχει μία μέση πυκνότητα ορατής ύλης περίπου 0,27 ατόμων υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο!

ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΟΥΡΑΝΙΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ: Όλα τα ουράνια σώματα του Σύμπαντος ανήκουν σε δύο συστήματα: Α΄ Στο Ηλιακό Σύστημα ή Κοπερνίκειο1, στο οποίο περιλαμβάνονται ο Ήλιος, οι πλανήτες, οι δορυφόροι τους, οι κομήτες, οι διάττοντες αστέρες, οι αστεροειδείς και οι αερόλιθοι. Β΄ Στο σύστημα των απλανών που περιλαμβάνει τους αστέρες και τα νεφελώματα.

ΕΙΔΗ ΟΥΡΑΝΙΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ: Γενικά τα ουράνια σώματα διακρίνονται σε πλανήτες και απλανείς ή αστέρες. Πλανήτες είναι τα ουράνια σώματα που κινούνται (πλανώνται) γύρω από τον Ήλιο σε ελλειπτικές τροχιές σύμφωνα με τους νόμους του Κέπλερ. Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των Πλανητών είναι: 1. Μεταβάλλονται οι γωνιώδεις αποστάσεις μεταξύ τους και σε σχέση με τους απλανείς. 2. Είναι σώματα ετερόφωτα. 3. Το εκπεμπόμενο από αυτούς φως είναι σταθερό. 4. Όταν τους παρατηρούμε τηλεσκοπικά, μεγεθύνονται λόγω της μικρής σχετικά απόστασης.

Απλανείς ή αστέρες είναι οι πολύ απομακρυσμένοι ήλιοι, δηλαδή οι αστέρες που μένουν ακίνητοι στο χώρο (δεν πλανώνται). Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των απλανών είναι: 1. Δεν μεταβάλλονται οι μεταξύ τους γωνιώδεις αποστάσεις. 2. Είναι σώματα αυτόφωτα. 3. Παρατηρούμενοι με τηλεσκόπιο δεν μεγεθύνονται λόγω της πολύ μεγάλης απόστασης. 4. Το εκπεμπόμενο απ΄ αυτούς φως δεν είναι σταθερό, αλλά παρουσιάζει στίλβη2.

…………………………………………………………………………………………

1. Ονομάζεται και Κοπερνίκειο Σύστημα από το όνομα του αστρονόμου, που βασιζόμενος στη θεωρία των Πυθαγόρειων, απέδειξε ότι ο Ήλιος είναι ακίνητος και περί αυτόν περιφέρονται η Γη, οι Πλανήτες και οι δορυφόροι τους. Πριν την εποχή του Κοπέρνικου, ήταν σε χρήση το Πτολεμαϊκό σύστημα όπου η Γη ήταν το ακίνητο κέντρο και γύρω της περιφέρονταν ο Ήλιος, οι Πλανήτες και οι δορυφόροι τους.

2. Στίλβη είναι η μεταβολή λαμπρότητας των αστέρων, συνδυασμένη με εμφάνιση σπινθηρισμών. Οι κινήσεις του αέρα μεταβάλλουν ακανόνιστα τη διάθλασή τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή στην ένταση της φωτεινής δέσμης, οπότε εμφανίζεται το φαινόμενο της στίλβης. Όταν πνέει ισχυρός άνεμος και ο αστέρας βρίσκεται χαμηλά στον ορίζοντα, το φαινόμενο είναι εντονότερο. Η στίλβη επηρεάζει δυσμενώς τις αστρονομικές παρατηρήσεις.