2024-04-26 19:49:28
του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής Ιδρυμα Ευγενίδου
Υπάρχουν και άλλοι γαλαξίες στο Σύμπαν εκτός από τον δικό μας; Μπορεί η ερώτηση αυτή να μας φαίνεται απλοϊκή σήμερα, ωστόσο πριν από έναν μόλις αιώνα οι περισσότεροι αστρονόμοι θα απαντούσαν αρνητικά σ’ αυτό το ερώτημα. Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, ο πλησιέστερος σε μας γιγάντιος σπειροειδής γαλαξίας, έπαιξε καταλυτικό ρόλο στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο βλέπουμε το Σύμπαν και την θέση μας σ’ αυτό. Ωστόσο, ακόμη και μέχρι το 1920, οι περισσότεροι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι ο γαλαξίας αυτός δεν είναι παρά ένα νεφέλωμα στο εσωτερικό του Γαλαξία μας. Ποια ήταν, λοιπόν, τα πρώτα βήματα που οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι ο Γαλαξίας μας δεν είναι παρά ένας μόνο ανάμεσα σε αναρίθμητους άλλους;
Για να πιάσουμε το νήμα της ιστορίας μας από την αρχή, θα μεταφερθούμε στο 1687, όταν εκδόθηκαν οι Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας, ένα από τα κορυφαία επιστημονικά συγγράμματα όλων των εποχών
. Στηριγμένος στους ώμους των γιγάντων που προηγήθηκαν και αναπτύσσοντας τα νέα μαθηματικά εργαλεία που του ήταν απαραίτητα για την μαθηματική διατύπωση των θεωριών του, ο Ισαάκ Νεύτωνας (1643–1786) διατύπωσε την πρώτη σύγχρονη φυσική θεωρία για την βαρύτητα και τους τρεις νόμους που διέπουν την κίνηση των σωμάτων, κατορθώνοντας παράλληλα μέσα από αυτή την θεώρηση να καταλήξει στους εμπειρικούς νόμους του Κέπλερ που περιγράφουν την κίνηση των πλανητών. Ο Νεύτωνας, δηλαδή, ήταν ο πρώτος επιστήμονας που απέδειξε ότι η κίνηση των σωμάτων στην Γη και των ουράνιων σωμάτων στο Σύμπαν περιγράφονται από τους ίδιους φυσικούς νόμους. Ποια ήταν, όμως, η θέση της Γης σ’ αυτό το Σύμπαν;
Το 1750, έναν σχεδόν αιώνα μετά την δημοσίευση του μνημειώδους έργου του Νεύτωνα, ο Άγγλος αστρονόμος Thomas Whight (1711–1786) ήταν από τους πρώτους που θεώρησαν σωστά ότι ο Γαλαξίας μας απαρτίζεται από μυριάδες άστρα τα οποία περιφέρονται γύρω από ένα κέντρο, όπως περίπου οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο. Από τότε, ωστόσο, και μέχρι το πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα, οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι ο Γαλαξίας μας είναι ο μοναδικός που υπάρχει στο Σύμπαν: ένα «σύμπαν-νησί», όπως επικράτησε να λέγεται, μέσα στον απέραντο ωκεανό του Διαστήματος. Σημαντική εξαίρεση σ’ αυτόν τον κανόνα αποτέλεσε ο σπουδαίος Γερμανός φιλόσοφος Immanuel Kant (1724–1804), ο οποίος υποστήριζε ότι το Σύμπαν εμπεριέχει και άλλους γαλαξίες εκτός από τον δικό μας.
Ήδη, όμως, από τα μέσα του 18ου αιώνα, οι αστρονόμοι είχαν αρχίσει να ανακαλύπτουν και κάποια δυσδιάκριτα νεφελώματα, η φύση των οποίων θα παρέμενε αδιευκρίνιστη για πολλά ακόμη χρόνια. Παρόλ’ αυτά, το 1845, ο Ιρλανδός αστρονόμος William Parsons (1800–1867), χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο τότε τηλεσκόπιο του κόσμου που ο ίδιος είχε κατασκευάσει, απέδειξε ότι πολλά απ’ αυτά έχουν σπειροειδή δομή, με χαρακτηριστικότερο ίσως παράδειγμα το Μεγάλο Νεφέλωμα της Ανδρομέδας.
Από τότε και σχεδόν μέχρι το πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα, δύο θεμελιώδη αστρονομικά προβλήματα παρέμεναν άλυτα. Το πρώτο αφορούσε στην φύση των σπειροειδών νεφελωμάτων: ήταν άραγε αέρια νέφη ή αστρικά σμήνη εντός του Γαλαξία μας ή μήπως ήταν κι αυτά σύμπαντα-νησιά, δηλαδή γαλαξίες όπως ο δικός μας; Το δεύτερο πρόβλημα αφορούσε στο μέγεθος του Σύμπαντος και στην θέση μας σ’ αυτό.
Το πρώτο σημαντικό βήμα για την απάντηση αυτών των ερωτημάτων έγινε το 1917, όταν ο Αμερικανός αστρονόμος Heber Curtis (1872–1942) ανακάλυψε ότι οι αστρικές εκρήξεις νόβα που είχαν εντοπιστεί στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας ήταν πιο αμυδρές από αντίστοιχες εκρήξεις εντός του Γαλαξία. Εκτίμησε έτσι ότι το νεφέλωμα αυτό ήταν τόσο μακριά μας, ώστε δεν θα μπορούσε να ανήκει στον Γαλαξία μας. Ο Curtis, δηλαδή, θεωρούσε ότι ο Γαλαξίας μας δεν είναι ο μοναδικός που υπάρχει στο Σύμπαν και ότι τα σπειροειδή νεφελώματα είναι κι αυτά γαλαξίες. Αντιθέτως, ο συνάδελφός του Harlow Shapley (1885–1972) θεωρούσε ότι ο Γαλαξίας μας είναι ο μοναδικός μεγάλος γαλαξίας που υπάρχει στο Σύμπαν. Στις 26 Απριλίου 1920, οι δύο αυτοί αστρονόμοι αντιπαρατέθηκαν δημόσια, σε μία επιστημονική διαμάχη που έλαβε χώρα στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian στην Ουάσιγκτον. Κεντρικά σημεία της διαμάχης αυτής, που έκτοτε έχει μείνει γνωστή ως η Μεγάλη Διαμάχη, ήταν η θέση του Ηλιακού συστήματος στον Γαλαξία, η φύση και η απόσταση των σπειροειδών νεφελωμάτων και το μέγεθος του Σύμπαντος.
Η επιστημονική αντιπαράθεση για την ύπαρξη ή όχι και άλλων γαλαξιών μπορούσε να λήξει μόνο με την βοήθεια ισχυρότερων τηλεσκοπίων, αλλά και νέων μεθόδων υπολογισμού αστρονομικών αποστάσεων. Ο Αμερικανός αστρονόμος Edwin Hubble (1889–1953) ήταν αρκετά τυχερός, ώστε να έχει στην διάθεσή του και τα δύο. Πραγματικά, από το 1919 ο Hubble εργαζόταν στο αστεροσκοπείο Wilson της Καλιφόρνιας, όπου είχε εγκατασταθεί το τηλεσκόπιο Hooker, το ισχυρότερο της εποχής του. Εκτός αυτού, είχε στην διάθεσή του τις πρωτοποριακές μελέτες της Henrietta Leavitt (1868–1921), η οποία είχε αναπτύξει μία νέα τεχνική υπολογισμού αποστάσεων, χρησιμοποιώντας άστρα περιοδικά μεταβλητής λαμπρότητας, που ονομάζονται Κηφείδες.
Υπολογίζοντας αρχικά την απόσταση της Ανδρομέδας με την βοήθεια ενός Κηφείδα, ο Hubble απέδειξε ότι αυτή είναι μεγαλύτερη ακόμη κι από το μέγιστο εύρος του Γαλαξία μας που ήταν αποδεκτό εκείνη την εποχή. Απέδειξε, δηλαδή, ότι η Ανδρομέδα βρίσκεται πολύ μακριά μας, ώστε να θεωρείται ότι αποτελεί μέρος του Γαλαξία μας, και ότι στην πραγματικότητα είναι ένας διακριτός γαλαξίας. Επαναλαμβάνοντας τις μετρήσεις αυτές και σε άλλα νεφελώματα, ο Hubble απέδειξε ότι κι αυτά είναι εντέλει ανεξάρτητοι γαλαξίες, σε μεγάλες αποστάσεις από τον Γαλαξία μας. Με την ανακάλυψή του αυτή, που ανακοινώθηκε το 1924, ο Hubble έδωσε οριστικό τέλος στην επιστημονική διαμάχη για την ύπαρξη ή όχι και άλλων γαλαξιών και έθεσε τις βάσεις για μία ακόμη αλλαγή παραδείγματος, όσον αφορά στον τρόπο που βλέπουμε την θέση μας στο Σύμπαν.
Κάπως έτσι, λοιπόν, το νεφέλωμα της Ανδρομέδας «αναβαθμίστηκε» σε γαλαξία, περίπου 2,5 εκατ. έτη φωτός μακριά. Σε αντίθεση, όμως, με τους περισσότερους γαλαξίες που απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, καθώς ο μεταξύ τους χώρος διαστέλλεται, ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο Γαλαξίας μας «οδεύουν» ολοταχώς προς τη σύγκρουση. Πραγματικά, οι περισσότεροι αστρονόμοι θεωρούν ότι οι δύο γαλαξίες θα συγκρουστούν σε περίπου 4,5 δισ. χρόνια και εντέλει θα συγχωνευθούν, σχηματίζοντας έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία. Τέτοιες συγκρούσεις είναι ιδιαίτερα συχνές στην εξελικτική πορεία του Σύμπαντος και παρατηρούνται διότι η βαρυτική έλξη μεταξύ δύο ή περισσότερων γαλαξιών μπορεί τοπικά να υπερισχύει της κοσμικής διαστολής. Αυτός είναι και ο βασικός λόγος που οι περισσότεροι γαλαξίες πολύ σπάνια εμφανίζονται απομονωμένοι μέσα στην απεραντοσύνη του Σύμπαντος. Αντίθετα, οργανώνονται κάτω απ’ την αμοιβαία τους βαρύτητα σε ομάδες και σμήνη, τα οποία περιλαμβάνουν από μερικές δεκάδες μέχρι και μερικές χιλιάδες γαλαξίες.
Για περισσότερες πληροφορίες, μπορείτε να διαβάσετε ή και να «κατεβάσετε» το βιβλίο της παράστασης με τίτλο Το κέντρο του Κόσμου: από το γεωκεντρικό σύστημα στην διαστολή του Σύμπαντος, στον ακόλουθο σύνδεσμο:
https://www.eef.edu.gr/media/3288/to-kentro-tou-kosmou_web-corr.pdf
Φωτογραφία: Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας (© Robert Gendler, http://www.robgendlerastropics.com/).
Υπάρχουν και άλλοι γαλαξίες στο Σύμπαν εκτός από τον δικό μας; Μπορεί η ερώτηση αυτή να μας φαίνεται απλοϊκή σήμερα, ωστόσο πριν από έναν μόλις αιώνα οι περισσότεροι αστρονόμοι θα απαντούσαν αρνητικά σ’ αυτό το ερώτημα. Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, ο πλησιέστερος σε μας γιγάντιος σπειροειδής γαλαξίας, έπαιξε καταλυτικό ρόλο στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο βλέπουμε το Σύμπαν και την θέση μας σ’ αυτό. Ωστόσο, ακόμη και μέχρι το 1920, οι περισσότεροι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι ο γαλαξίας αυτός δεν είναι παρά ένα νεφέλωμα στο εσωτερικό του Γαλαξία μας. Ποια ήταν, λοιπόν, τα πρώτα βήματα που οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι ο Γαλαξίας μας δεν είναι παρά ένας μόνο ανάμεσα σε αναρίθμητους άλλους;
Για να πιάσουμε το νήμα της ιστορίας μας από την αρχή, θα μεταφερθούμε στο 1687, όταν εκδόθηκαν οι Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας, ένα από τα κορυφαία επιστημονικά συγγράμματα όλων των εποχών
Το 1750, έναν σχεδόν αιώνα μετά την δημοσίευση του μνημειώδους έργου του Νεύτωνα, ο Άγγλος αστρονόμος Thomas Whight (1711–1786) ήταν από τους πρώτους που θεώρησαν σωστά ότι ο Γαλαξίας μας απαρτίζεται από μυριάδες άστρα τα οποία περιφέρονται γύρω από ένα κέντρο, όπως περίπου οι πλανήτες γύρω από τον Ήλιο. Από τότε, ωστόσο, και μέχρι το πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα, οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι ο Γαλαξίας μας είναι ο μοναδικός που υπάρχει στο Σύμπαν: ένα «σύμπαν-νησί», όπως επικράτησε να λέγεται, μέσα στον απέραντο ωκεανό του Διαστήματος. Σημαντική εξαίρεση σ’ αυτόν τον κανόνα αποτέλεσε ο σπουδαίος Γερμανός φιλόσοφος Immanuel Kant (1724–1804), ο οποίος υποστήριζε ότι το Σύμπαν εμπεριέχει και άλλους γαλαξίες εκτός από τον δικό μας.
Ήδη, όμως, από τα μέσα του 18ου αιώνα, οι αστρονόμοι είχαν αρχίσει να ανακαλύπτουν και κάποια δυσδιάκριτα νεφελώματα, η φύση των οποίων θα παρέμενε αδιευκρίνιστη για πολλά ακόμη χρόνια. Παρόλ’ αυτά, το 1845, ο Ιρλανδός αστρονόμος William Parsons (1800–1867), χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο τότε τηλεσκόπιο του κόσμου που ο ίδιος είχε κατασκευάσει, απέδειξε ότι πολλά απ’ αυτά έχουν σπειροειδή δομή, με χαρακτηριστικότερο ίσως παράδειγμα το Μεγάλο Νεφέλωμα της Ανδρομέδας.
Από τότε και σχεδόν μέχρι το πρώτο τέταρτο του 20ού αιώνα, δύο θεμελιώδη αστρονομικά προβλήματα παρέμεναν άλυτα. Το πρώτο αφορούσε στην φύση των σπειροειδών νεφελωμάτων: ήταν άραγε αέρια νέφη ή αστρικά σμήνη εντός του Γαλαξία μας ή μήπως ήταν κι αυτά σύμπαντα-νησιά, δηλαδή γαλαξίες όπως ο δικός μας; Το δεύτερο πρόβλημα αφορούσε στο μέγεθος του Σύμπαντος και στην θέση μας σ’ αυτό.
Το πρώτο σημαντικό βήμα για την απάντηση αυτών των ερωτημάτων έγινε το 1917, όταν ο Αμερικανός αστρονόμος Heber Curtis (1872–1942) ανακάλυψε ότι οι αστρικές εκρήξεις νόβα που είχαν εντοπιστεί στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας ήταν πιο αμυδρές από αντίστοιχες εκρήξεις εντός του Γαλαξία. Εκτίμησε έτσι ότι το νεφέλωμα αυτό ήταν τόσο μακριά μας, ώστε δεν θα μπορούσε να ανήκει στον Γαλαξία μας. Ο Curtis, δηλαδή, θεωρούσε ότι ο Γαλαξίας μας δεν είναι ο μοναδικός που υπάρχει στο Σύμπαν και ότι τα σπειροειδή νεφελώματα είναι κι αυτά γαλαξίες. Αντιθέτως, ο συνάδελφός του Harlow Shapley (1885–1972) θεωρούσε ότι ο Γαλαξίας μας είναι ο μοναδικός μεγάλος γαλαξίας που υπάρχει στο Σύμπαν. Στις 26 Απριλίου 1920, οι δύο αυτοί αστρονόμοι αντιπαρατέθηκαν δημόσια, σε μία επιστημονική διαμάχη που έλαβε χώρα στο Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian στην Ουάσιγκτον. Κεντρικά σημεία της διαμάχης αυτής, που έκτοτε έχει μείνει γνωστή ως η Μεγάλη Διαμάχη, ήταν η θέση του Ηλιακού συστήματος στον Γαλαξία, η φύση και η απόσταση των σπειροειδών νεφελωμάτων και το μέγεθος του Σύμπαντος.
Η επιστημονική αντιπαράθεση για την ύπαρξη ή όχι και άλλων γαλαξιών μπορούσε να λήξει μόνο με την βοήθεια ισχυρότερων τηλεσκοπίων, αλλά και νέων μεθόδων υπολογισμού αστρονομικών αποστάσεων. Ο Αμερικανός αστρονόμος Edwin Hubble (1889–1953) ήταν αρκετά τυχερός, ώστε να έχει στην διάθεσή του και τα δύο. Πραγματικά, από το 1919 ο Hubble εργαζόταν στο αστεροσκοπείο Wilson της Καλιφόρνιας, όπου είχε εγκατασταθεί το τηλεσκόπιο Hooker, το ισχυρότερο της εποχής του. Εκτός αυτού, είχε στην διάθεσή του τις πρωτοποριακές μελέτες της Henrietta Leavitt (1868–1921), η οποία είχε αναπτύξει μία νέα τεχνική υπολογισμού αποστάσεων, χρησιμοποιώντας άστρα περιοδικά μεταβλητής λαμπρότητας, που ονομάζονται Κηφείδες.
Υπολογίζοντας αρχικά την απόσταση της Ανδρομέδας με την βοήθεια ενός Κηφείδα, ο Hubble απέδειξε ότι αυτή είναι μεγαλύτερη ακόμη κι από το μέγιστο εύρος του Γαλαξία μας που ήταν αποδεκτό εκείνη την εποχή. Απέδειξε, δηλαδή, ότι η Ανδρομέδα βρίσκεται πολύ μακριά μας, ώστε να θεωρείται ότι αποτελεί μέρος του Γαλαξία μας, και ότι στην πραγματικότητα είναι ένας διακριτός γαλαξίας. Επαναλαμβάνοντας τις μετρήσεις αυτές και σε άλλα νεφελώματα, ο Hubble απέδειξε ότι κι αυτά είναι εντέλει ανεξάρτητοι γαλαξίες, σε μεγάλες αποστάσεις από τον Γαλαξία μας. Με την ανακάλυψή του αυτή, που ανακοινώθηκε το 1924, ο Hubble έδωσε οριστικό τέλος στην επιστημονική διαμάχη για την ύπαρξη ή όχι και άλλων γαλαξιών και έθεσε τις βάσεις για μία ακόμη αλλαγή παραδείγματος, όσον αφορά στον τρόπο που βλέπουμε την θέση μας στο Σύμπαν.
Κάπως έτσι, λοιπόν, το νεφέλωμα της Ανδρομέδας «αναβαθμίστηκε» σε γαλαξία, περίπου 2,5 εκατ. έτη φωτός μακριά. Σε αντίθεση, όμως, με τους περισσότερους γαλαξίες που απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, καθώς ο μεταξύ τους χώρος διαστέλλεται, ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο Γαλαξίας μας «οδεύουν» ολοταχώς προς τη σύγκρουση. Πραγματικά, οι περισσότεροι αστρονόμοι θεωρούν ότι οι δύο γαλαξίες θα συγκρουστούν σε περίπου 4,5 δισ. χρόνια και εντέλει θα συγχωνευθούν, σχηματίζοντας έναν τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία. Τέτοιες συγκρούσεις είναι ιδιαίτερα συχνές στην εξελικτική πορεία του Σύμπαντος και παρατηρούνται διότι η βαρυτική έλξη μεταξύ δύο ή περισσότερων γαλαξιών μπορεί τοπικά να υπερισχύει της κοσμικής διαστολής. Αυτός είναι και ο βασικός λόγος που οι περισσότεροι γαλαξίες πολύ σπάνια εμφανίζονται απομονωμένοι μέσα στην απεραντοσύνη του Σύμπαντος. Αντίθετα, οργανώνονται κάτω απ’ την αμοιβαία τους βαρύτητα σε ομάδες και σμήνη, τα οποία περιλαμβάνουν από μερικές δεκάδες μέχρι και μερικές χιλιάδες γαλαξίες.
Για περισσότερες πληροφορίες, μπορείτε να διαβάσετε ή και να «κατεβάσετε» το βιβλίο της παράστασης με τίτλο Το κέντρο του Κόσμου: από το γεωκεντρικό σύστημα στην διαστολή του Σύμπαντος, στον ακόλουθο σύνδεσμο:
https://www.eef.edu.gr/media/3288/to-kentro-tou-kosmou_web-corr.pdf
Φωτογραφία: Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας (© Robert Gendler, http://www.robgendlerastropics.com/).
ΜΟΙΡΑΣΤΕΙΤΕ
ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΑΡΘΡΟ
Τι συμβαίνει πραγματικά στο CERN;
ΣΧΟΛΙΑΣΤΕ
