نجوم به زبان ساده: کیهان و منظومه شمسی
کیهان
کیهان هر چیزی است که ما می‌توانیم لمس، احساس، اندازه‌گیری یا تشخیص دهیم که شامل موجودات زنده، سیارات، ستارگان، کهکشانها، ابرهای غبار، نور و حتی زمان است. قبل از تولد کیهان، زمان، مکان و ماده وجود نداشتند.
کیهان دارای بیلیونها کهکشان است که هر کدام دارای میلیونها یا بیلیونها ستاره است. فضای بین ستاره‌ها و کهکشانها تا حد زیادی خالی است. با این حال، حتی مکان‌های دور از ستاره‌ها و سیارات حاوی ذرات پراکنده غبار یا چند اتم هیدروژن در هر سانتی‌متر مکعب هستند. فضا همچنین پر از تشعشعات (مانند نور و گرما)، میدان‌های مغناطیسی و ذرات پر انرژی (مانند پرتوهای کیهانی) است.
کیهان فوق‌العاده پرجرم است. یک جت جنگنده مدرن بیش از یک میلیون سال طول می‌کشد تا به نزدیکترین ستاره به خورشید برسد. اگر با سرعت نور (300000 کیلومتر در ثانیه) سفر کنیم، 100000 سال طول می‌کشد تا به تنهایی از کهکشان راه شیری عبور کنیم.
هیچ کس اندازه دقیق کیهان را نمی‌داند، زیرا ما نمی‌توانیم لبه آن را ببینیم. تنها چیزی که می‌دانیم این است که جهان مرئی حداقل 93 بیلیون سال نوری وسعت دارد. (یک سال نوری مسافتی است که نور در یک سال طی می‌کند (حدود 9 تریلیون کیلومتر.)
کیهان همیشه به یک اندازه نبوده است. دانشمندان بر این باورند که این انفجار در یک انفجار بزرگ آغاز شد که تقریباً 14 بیلیون سال پیش رخ داد. از آن زمان، کیهان با سرعت بسیار بالایی به سمت بیرون منبسط می‌شود. بنابراین مساحت فضایی که اکنون می‌بینیم بیلیونها برابر بزرگتر از زمانی است که کیهان بسیار جوان بود. کهکشانها نیز با گسترش فضای بین آنها از هم بیشتر دور می‌شوند.
بیگ بنگ
بیشتر ستاره‌شناسان بر این باورند که جهان در حدود 14 بیلیون سال پیش در یک انفجار بزرگ آغاز شد. در آن زمان، کل جهان درون حبابی بود که هزاران بار کوچکتر از یک سر سوزن بود. گرمتر و متراکمتر از هر چیزی بود که بتوانیم تصور کنیم.
سپس ناگهان منفجر شد. کیهانی که می‌دانیم متولد شده است. زمان، فضا و ماده همه با انفجار بزرگ آغاز شدند. در کسری از ثانیه، جهان از کوچکتر از یک اتم به بزرگتر از یک کهکشان تبدیل شد و با سرعت فوق العاده ای به رشد خود ادامه داد. امروزه نیز در حال گسترش است.
با انبساط و سرد شدن جهان، انرژی به ذرات ماده و پادماده تبدیل شد. این دو نوع ذره متضاد تا حد زیادی یکدیگر را نابود کردند. اما برخی مواد باقی ماندند. ذرات پایدارتری به نام پروتون و نوترون زمانی که کیهان یک ثانیه سن داشت شروع به تشکیل شدن کردند.
طی سه دقیقه بعد، دما به زیر 1 بیلیون درجه سانتیگراد رسید. اکنون هوا به اندازه کافی خنک شده بود تا پروتونها و نوترونها به هم برسند و هسته‌های هیدروژن و هلیوم را تشکیل دهند.
پس از 300000 سال، جهان تا حدود 3000 درجه سرد شده بود. هسته‌های اتمی در نهایت توانستند الکترونها را برای تشکیل اتم جذب کنند. کیهان پر از ابرهای هیدروژن و گاز هلیوم شد.
کهکشانها
تقریباً همه ستارگان متعلق به گروه های غول پیکری هستند که به نام کهکشانها شناخته می‌شوند. خورشید یکی از حداقل 100 بیلیون ستاره در کهکشان ما، کهکشان راه شیری است و بیلیونها کهکشان در کیهان وجود دارد.
به هر کجای آسمان نگاه می‌کنیم کهکشانهایی با اشکال و اندازه‌های مختلف وجود دارد. برخی مارپیچی هستند، با بازوهای منحنی که دور یک هسته مرکزی روشن پیچیده شده‌اند.
برخی از آنها نواری از ستاره در سراسر مرکز دارند که بازوهایی در دو انتها وصل شده است. برخی دیگر اصلاً شکل قابل تشخیصی ندارند. بزرگترین کهکشانها شبیه توپهای له شده هستند. آنها حاوی 10 میلیون میلیون ستاره هستند، اما گاز یا غبار بسیار کمی دارند. تقریباً همه کهکشانها دارای یک سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز خود هستند.
کهکشانها تنها چند صد میلیون سال پس از ایجاد کیهان متولد شدند. در آن زمان، حدود 13 بیلیون سال پیش، کهکشانها کوچک بودند و بسیار به هم نزدیکتر بودند. برخوردها رایج بود. همانطور که کهکشانها به یکدیگر برخورد کردند، اندازه آنها بزرگ شد و شکل آنها تغییر کرد.
از آن زمان، جهان در حال گسترش است. اکثر کهکشانها با سرعت زیاد از هم دور می‌شوند، به جز در خوشه‌های کهکشانی که دور یکدیگر می‌رقصند.
کهکشان راه شیری
ما در یکی از بازوهای یک کهکشان مارپیچی بزرگ به نام کهکشان راه شیری زندگی می‌کنیم. خورشید و سیارات آن (از جمله زمین) در این بخش آرام کهکشان، تقریباً در نیمی از مرکز آن قرار دارند.
کهکشان راه شیری شبیه یک گرداب بزرگ است که هر 200 میلیون سال یک بار می‌چرخد. حداقل از 100 بیلیون ستاره و همچنین غبار و گاز تشکیل شده است. آنقدر بزرگ است که 100000 سال طول می‌کشد تا نور از یک طرف به طرف دیگر عبور کند.
دیدن مرکز کهکشان بسیار سخت است زیرا ابرهای گاز و غبار دید ما را مسدود می‌کنند. دانشمندان فکر می‌کنند که حاوی یک ابرسیاهچاله پرجرم است که هر چیزی را می بلعد که خیلی نزدیک باشد.
در خارج از مارپیچ اصلی حدود 200 خوشه ستارگان توپی شکل وجود دارد. هر “خوشه کروی” بسیار قدیمی است و حاوی یک میلیون ستاره است. کهکشان راه شیری متعلق به خوشه‌ای متشکل از حداقل 40 کهکشان است. گروه محلی به اصطلاح دارای دو کهکشان مارپیچی بزرگ است: کهکشان راه شیری و آندرومدا.
بقیه خیلی کوچکتر هستند. آنها شامل دو کهکشان هستند که با چشم غیر مسلح از کشورهای جنوب استوا قابل مشاهده هستند. این کهکشانها به نام فردیناند ماژلان، کاشف پرتغالی، ابرهای ماژلانی نامیده می‌شوند.
ستاره‌ها
ستاره‌ها مانند مردم متولد شده، پیر می‌شوند و می‌میرند. محل تولد آنها ابرهای سرد و عظیمی از گاز و غبار است که به سحابی‌ها معروف هستند. معروفترین آنها سحابی جبار است که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است.
بیلیونها سال پس از تولد، وقتی ستاره‌ای با اندازه متوسط مانند خورشید به پایان عمر خود می‌رسد، منبسط می‌شود و به یک غول سرخ تبدیل می‌شود. وقتی این اتفاق برای خورشید بیفتد، آنقدر بزرگ می‌شود که سیارات عطارد و زهره را ببلعد!
ستاره پس از پف کردن لایه‌های گاز بیرونی خود فرو می‌ریزد و یک کوتوله سفید بسیار متراکم تشکیل می‌دهد. یک قاشق چای‌خوری از مواد یک کوتوله سفید تا 100 تن وزن دارد! در طی بیلیونها سال، کوتوله سفید سرد و نامرئی می‌شود. اما نگران نباشید، این اتفاق تا حدود 5 بیلیون سال دیگر برای خورشید ما نخواهد افتاد!
ستارگان سنگین‌تر از هشت برابر خورشید به طور ناگهانی به زندگی خود پایان می‌دهند. وقتی سوخت آنها تمام می‌شود، تبدیل به ابرغول قرمز می‌شوند. آنها سعی می‌کنند با سوزاندن سوخت‌های مختلف برای چند میلیون سال زنده بمانند. سپس آنها خود را در یک انفجار بزرگ ابرنواختری منفجر می‌کنند.
ستاره‌های کوچک برای مدت طولانی، بیش از 10 بیلیون سال زندگی می‌کنند. مرگ آنها هرگز مشاهده نشده است، اما انتظار می‌رود که آنها بی سر و صدا به زندگی خود پایان دهند و در نهایت خاموش شوند.
بزرگترین ستاره‌ها خیلی ناگهانی به زندگی خود پایان می‌دهند. در اواخر عمرشان، آنها به ابرغول قرمز تبدیل می‌شوند، قبل از اینکه در نهایت در یک انفجار بزرگ ابرنواختری از هم بپاشند.
برای یک هفته یا بیشتر، این ابرنواختر از تمام ستارگان دیگر در کهکشان خود بیشتر می‌درخشد. سپس به سرعت محو می‌شود. تنها چیزی که باقی می‌ماند یک جسم کوچک و متراکم است – یک ستاره نوترونی یا یک سیاهچاله – که توسط ابری در حال انبساط از گاز بسیار داغ احاطه شده است.
عناصر ساخته شده در داخل ابرغول (مانند اکسیژن، کربن و آهن) در فضا پراکنده شده‌اند. این غبار ستاره‌ای در نهایت ستاره‌ها و سیارات دیگر را می‌سازد!
کوتوله‌ها و ابرغولها
خورشید یک ستاره است. مانند بسیاری از ستارگان، خورشید توپی از گاز بسیار داغ است که مقادیر زیادی نور، گرما و سایر تشعشعات را از خود ساطع می‌کند. این تشعشع در اثر واکنش‌های هسته‌ای در هسته تولید می‌شود. مثل این است که میلیونها بمب هیدروژنی در هر ثانیه منفجر شوند.
ستاره‌ها انواع مختلفی دارند. ستارگان سرخ سردترین ستاره‌ها هستند و دمای سطح آنها حدود 2500 درجه سانتیگراد است. ستاره‌های آبی-سفید داغ‌ترین ستاره‌ها هستند و به اندازه‌ای خیره کننده 40000 درجه می‌رسند. ستارگان زرد رنگی مانند خورشید با دمای سطحی در حدود 5500 درجه در میان قرار دارند.
ستاره‌ها در اندازه‌های مختلفی وجود دارند. خورشید اندازه متوسطی دارد. سوخت هیدروژن خود را نسبتاً آهسته می‌سوزاند، بنابراین می‌تواند 10 بیلیون سال درخشش خود را حفظ کند. برخی از ستاره‌ها بسیار بزرگتر و داغتر از خورشید هستند. مانند خودروهای گازسوز، این ابرغولها تمام سوخت هیدروژن و هلیوم خود را خیلی سریع استفاده می‌کنند. شاید بعد از 500 میلیون سال، آنها در یک انفجار ابرنواختری می‌میرند.
سردترین و کندترین ستارگان در حال سوختن کوتوله‌های قرمز هستند. اینها می‌توانند بیش از 10 تریلیون (10000 بیلیون) سال زنده بمانند. ستاره‌های سردتر و کوچکتر کوتوله‌های قهوه‌ای هستند. اینها “ستاره های شکست خورده” هستند.
ابرنواختر
هرازگاهی کهکشان راه شیری ما توسط یک انفجار بزرگ روشن می‌شود. این رویداد خشونت‌آمیز که به نام ابرنواختر شناخته می‌شود، مرگ یک ابرغول را نشان می‌دهد – ستاره‌ای سنگین وزن که چندین برابر بزرگتر از خورشید است.
چندین نوع انفجار ابرنواختری وجود دارد. وقتی ستاره کوچکی که به کوتوله سفید معروف است، مواد زیادی را از یک ستاره مجاور بیرون می‌کشد، ستاره منفجر می‌شد. با تشکیل گاز، کوتوله سفید چنان داغ و فعال می‌شود که منفجر می‌شود. دیگر ابرنواخترها زمانی اتفاق می‌افتند که سوخت هسته‌ای ستارگان پرجرم در هسته‌شان تمام شود. که قادر به تولید انرژی بیشتر نیست، هسته فرو می‌ریزد و ستاره را از بین می‌برد.
ابرنواخترها مهم هستند زیرا مواد ستاره‌ای را در سراسر کهکشان پخش می‌کنند. تقریباً همه چیز روی زمین (از جمله ما!) از عناصری (مانند کربن و آهن) ساخته شده است که از این غبار ستاره‌ای به وجود آمده است.
خورشید
خورشید تقریباً به طور کامل از دو گاز هیدروژن و هلیوم ساخته شده است. دمای سطح آن حدود 5500 درجه سانتیگراد است (بیش از 20 برابر گرمتر از یک اجاق در حداکثر دمای آن). در مرکز، دما تا حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد و گاز تا حدود 10 برابر چگالی سرب فشرده می‌شود.
در چنین دماها و فشارهای بالا، خورشید به یک راکتور هسته‌ای تبدیل می‌شود که در آن هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شود. در همان زمان، مقادیر زیادی تشعشع تولید می‌شود که به صورت نور مرئی، مادون قرمز و فرابنفش و اشعه ایکس راه خود را به سطح پیدا می‌کند.
خورشید در هر ساعت یک بیلیون تن گاز را با سرعت 2 میلیون کیلومتر در ساعت به فضا پرتاب می‌کند. با این حال، خورشید آنقدر پرجرم است که می‌تواند بیلیونها سال به سوختن ادامه دهد.
خورشید هر 11 سال یکبار فعالتر می‌شود. در چنین مواقعی تعداد لکه‌های تیره خورشید در سطح آن افزایش می‌یابد. در اوج چرخه لکه‌های خورشیدی، طوفانهای خورشیدی انفجاری بیشتری وجود دارد. در طول آخرین حداکثر خورشیدی در سال 2001، بسیاری از شعله‌های خورشیدی و پرتاب‌های جرمی تاجی بیلیونها تن مواد را با سرعت بالا به فضا منفجر کردند.
اگر این طوفانها به سمت زمین حرکت کنند، می‌توانند عوارض جانبی جدی داشته باشند. آنها ممکن است باعث قطع برق، آسیب رساندن به ماهواره‌ها و تأثیر بر ارتباطات و سیستمهای ناوبری شوند. آنها همچنین شفقهای زمین را ایجاد می‌کنند که معمولاً به عنوان شفق شمالی و جنوبی شناخته می‌شوند.
منظومه شمسی و سیارات آن
منظومه شمسی از خورشید و تمام اجرام کوچکتری تشکیل شده است که در اطراف آن حرکت می‌کنند. به غیر از خورشید، بزرگترین اعضای منظومه شمسی هشت سیاره اصلی هستند. نزدیکترین سیاره به خورشید چهار سیاره نسبتا کوچک و سنگی هستند: عطارد، زهره، زمین و مریخ.
فراتر از مریخ، کمربند سیارکی است – منطقه‌ای که میلیونها جرم سنگی در آن پراکنده شده‌اند. اینها بقایای شکل‌گیری سیارات در 4.5 بیلیون سال پیش هستند.
در سمت دور کمربند سیارکی چهار غول گازی – مشتری، زحل، اورانوس و نپتون قرار دارند. این سیارات بسیار بزرگتر از زمین هستند، اما نسبت به اندازه خود بسیار سبک وزن هستند. آنها بیشتر از هیدروژن و هلیوم ساخته شده‌اند.
تا همین اواخر دورترین سیاره شناخته شده دنیای یخی به نام پلوتو بود. با این حال، بسیاری از اخترشناسان فکر می‌کنند آنقدر کوچک است که نمی‌توان آن را یک سیاره واقعی نامید.
جسمی به نام اریس، که حداقل به بزرگی پلوتو است، در سال 2005 بسیار دور از خورشید کشف شد. در سالهای اخیر بیش از 1000 جهان یخی مانند اریس در فراسوی پلوتو کشف شده است. اینها اشیاء کمربند کویپر نامیده می‌شوند. در سال 2006، اتحادیه بین المللی نجوم تصمیم گرفت که پلوتو و اریس باید به عنوان “سیاره‌های کوتوله” طبقه‌بندی شوند.
منظومه شمسی مکان بزرگی است، اما در مقایسه با اندازه کل کیهان تقریباً به طرز غیرقابل تصوری کوچک است. اگر جهان را کشوری عظیم تصور کنید، پس منظومه شمسی ما تنها یک خیابان در یکی از شهرهای آن است و زمین یکی از خانه‌های آن خیابان است. ما می‌دانیم که بیشتر ستارگانی که در فضا می‌بینیم حداقل یک سیاره دارند و بسیاری از آنها منظومه خود با چندین سیاره را دارند، اما منظومه شمسی برای ما خاص است زیرا خانه ما است.تقریباً 5 بیلیون سال پیش، زمانی که ابر عظیمی از غبار و گاز که در فضا حرکت می‌کرد، شروع به فروپاشی کرد، شاید پس از آن که توسط موج ضربه‌ای در حال انفجار یک ستاره در هم ریخته شد. ابر در وسط کوچکتر، متراکمتر و همچنین داغتر شد، تا اینکه در نهایت یک ستاره جدید به حیات خود ادامه داد – ستاره‌ای که اکنون آن را خورشید می‌نامیم. اما مقدار زیادی گاز و غبار باقی مانده بود و همانطور که به دور خورشید در حلقه‌ای می‌چرخید، مانند یک دونات غبارآلود بزرگ، به شکل ابرهای کوچکتر جمع شد که سقوط کرد و سیارات، از جمله زمین را تشکیل داد. خیلی طول کشیدکه همه جهانها ساکن شوند و موقعیتهایی را که امروز آنها را می‌بینیم در اختیار بگیرند. ما اکنون کاوشگرهای فضایی را برای کاوش در تمام سیارات منظومه شمسی – و بسیاری از قمرها، سیارک‌ها و دنباله‌دارها – فرستاده‌ایم، اما چیزهای شگفت‌انگیز زیادی در همسایگی خورشیدی ما وجود دارد که احتمالاً هرگز همه آنها را نخواهیم دید.