Η βασική λειτουργία του Planet Physics είναι να ενθαρρύνει, να προωθήσει και να υποστηρίξει την εκπαίδευση στον τομέα της Φυσικής, κάνοντας τη μάθηση απτή, ενδιαφέρουσα και διαδραστική.

Ο Μεγάλος Ελκυστής

Ο Μεγάλος Ελκυστής είναι μια βαρυτική ανωμαλία που βρίσκεται περίπου 220 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη, στην κατεύθυνση του υπερσμήνους Ύδρα-Κένταυρος. Η περιοχή αυτή ασκεί μια βαρυτική έλξη τόσο ισχυρή, που επηρεάζει την κίνηση των γαλαξιών σε εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός. Το φαινόμενο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970, όταν οι αστρονόμοι παρατήρησαν ότι ο Γαλαξίας μας, μαζί με άλλους κοντινούς γαλαξίες, κινούνταν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση με ταχύτητα περίπου 600 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο.

.

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα σχετικά με το Μεγάλο Ελκυστή, είναι ότι δεν μπορεί εύκολα να παρατηρηθεί άμεσα. Γιατί; Επειδή βρίσκεται στη “Ζώνη Αποφυγής” (Zone of Avoidance), μια περιοχή του ουρανού που καλύπτεται από το πυκνό αέριο και τη σκόνη του δικού μας γαλαξία. Αυτό καθιστά πολύ δύσκολο για τα οπτικά τηλεσκόπια να αποκτήσουν καθαρή θέα, αφήνοντας τους επιστήμονες να βασίζονται σε παρατηρήσεις ακτινών Χ και ραδιοκυμάτων για τη συλλογή δεδομένων.

.

Διάφορες θεωρίες έχουν προταθεί για να εξηγήσουν την τεράστια βαρυτική έλξη του Μεγάλου Ελκυστή, αλλά καμία από αυτές δεν έχει αποδειχθεί. Η τελευταία ήταν το 2016, από μια πολυεθνική ομάδα Νοτιοαφρικάνων, Ευρωπαίων και Αυστραλών ερευνητών. Η ερευνητική ομάδα, χρησιμοποιώντας δεδομένα από φασματογράφους και τηλεσκόπια, εντόπισε μια περιοχή γαλαξιακής «υπερπυκνότητας», που συνάδει με τον χαρακτηρισμό “υπερσμήνος”. Ανακοίνωσε έτσι την ανακάλυψη του υπερσμήνους «Vela», που θα μπορούσε να αποτελεί την απαιτούμενη εξήγηση για μια βαρυτική έλξη στη «γειτονιά» του υπερσμήνους Shapley, που βρίσκεται και ο Μεγάλος Ελκυστής.

.

Ο Μεγάλος Ελκυστής συνεχίζει να αποτελεί αντικείμενο έντονης μελέτης και συζήτησης. Με την πρόοδο της τεχνολογίας και των μεθόδων παρατήρησης, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι το πέπλο του μυστηρίου θα αρθεί τελικά. Μέχρι τότε, ο Μεγάλος Ελκυστής παραμένει ένα από τα πιο γοητευτικά αινίγματα στην προσπάθειά μας να κατανοήσουμε το σύμπαν.

.

Φωτογραφία: Hubble. Αποτυπώνεται η περιοχή στην οποία θεωρείται ότι βρίσκεται ο Μεγάλος Ελκυστής

Θερμόσφαιρα, το πιο “καυτό” μέρος της ατμόσφαιρας

Σήμερα, θα κάνουμε ένα ταξίδι ψηλά πάνω από την επιφάνεια της Γης για να εξερευνήσουμε τη θερμόσφαιρα, ένα στρώμα της ατμόσφαιρας που είναι τόσο συναρπαστικό, όσο και μυστηριώδες. Η θερμόσφαιρα, που βρίσκεται μεταξύ 85 και 600 χιλιομέτρων πάνω από τη Γη, είναι ένα βασίλειο των άκρων, όπου οι θερμοκρασίες μπορούν να φτάσουν μέχρι και τους 2.500°C!

.

Η θερμόσφαιρα θερμαίνεται κυρίως από την υπεριώδη ακτινοβολία και τις ακτίνες Χ του Ήλιου. Όταν αυτά τα φωτόνια υψηλής ενέργειας συγκρούονται με τα αραιά μόρια του αέρα, μεταφέρουν ενέργεια, προκαλώντας τη “διέγερση” των μορίων, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία. Η θερμόσφαιρα είναι το στρώμα που εμφανίζονται το βόρειο και το νότιο σέλας. Φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο αλληλεπιδρούν με το μαγνητικό πεδίο της Γης και συγκρούονται με μόρια οξυγόνου και αζώτου, παράγοντας ζωντανά χρώματα που φωτίζουν τον νυχτερινό ουρανό.

.

Παρά το γεγονός ότι το όνομά της υποδηλώνει θερμότητα, η θερμόσφαιρα μπορεί επίσης να είναι απίστευτα κρύα κατά τη διάρκεια της νύχτας, με θερμοκρασίες που πέφτουν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν πολύ λίγα μόρια που συγκρατούν τη θερμότητα.

.

Η θερμόσφαιρα χρησιμεύει ως «πύλη προς το διάστημα» και φιλοξενεί τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Ο ISS περιστρέφεται γύρω από τη Γη μέσα στη θερμόσφαιρα, όπου η αντίσταση του αέρα είναι ελάχιστη, επιτρέποντάς του να διατηρεί την ταχύτητά του και την τροχιά του με λιγότερα καύσιμα. Το στρώμα αυτό περιέχει επίσης την ιονόσφαιρα, ένα υπόστρωμα γεμάτο με φορτισμένα σωματίδια που παίζουν κρίσιμο ρόλο στις ραδιοεπικοινωνίες και τα σήματα GPS. Πώς όμως, ο ISS βρίσκεται σε ένα χώρο με τόσο υψηλή θερμοκρασία, χωρίς να λιώνουν τα μέρη που τον αποτελούν;

.

Αν και η θερμοκρασία της θερμόσφαιρας είναι τρομακτικά υψηλή, στην πραγματικότητα δεν το νιώθουμε. Αν τοποθετούσαμε το χέρι μας στην περιοχή, δεν θα αισθανόμασταν ζέστη, επειδή η πυκνότητα του αέρα είναι τόσο χαμηλή, που δεν υπάρχουν αρκετά μόρια για να μεταφέρουν θερμότητα στο δέρμα μας.

Το φαινόμενο Doppler στην Αστρονομία

Σήμερα, θα μελετήσουμε το φαινόμενο Doppler στο πλαίσιο της αστρονομίας. Αυτό το φαινόμενο, το οποίο αναλύσαμε πρόσφατα στο πεδίο του Ήχου, παίζει καθοριστικό ρόλο στην κατανόηση του σύμπαντος.

.

Στην αστρονομία, το φαινόμενο Doppler χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κίνησης ουράνιων αντικειμένων, όπως τα αστέρια και οι γαλαξίες. Όταν ένα αστέρι απομακρύνεται από τη Γη, το φως που εκπέμπει φαίνεται να μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος, ένα φαινόμενο γνωστό ως “μετατόπιση προς το ερυθρό”. Αντίθετα, αν ένα αστέρι μας πλησιάζει, το φως του μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο του φάσματος, γνωστό ως “μετατόπιση προς το μπλε”.

.

Αυτές οι μετατοπίσεις του φωτός παρέχουν κρίσιμα δεδομένα για τη δομή και τη συμπεριφορά του Σύμπαντος. Για παράδειγμα, η ανακάλυψη της ερυθράς μετατόπισης συνέβαλε καθοριστικά στην επιβεβαίωση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, έναν ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης κοσμολογίας. Η μετατόπιση προς το μπλε από την άλλη, μπορεί να υποδεικνύει ουράνια αντικείμενα που κινούνται προς το μέρος μας, πράγμα κρίσιμο για τη μελέτη της τοπικής δυναμικής του γαλαξία μας.

.

Μετατόπιση του φωτός προς το ερυθρό όμως, δεν έχουμε μόνο όταν ένα ουράνιο σώμα απομακρύνεται από εμάς: στο διάστημα συναντάμε και τη βαρυτική ερυθρά μετατόπιση! Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται όταν το φως διέρχεται μέσα από ένα (ισχυρό) βαρυτικό πεδίο. Σε αντίθεση με το φαινόμενο Doppler, το οποίο προκαλείται από την κίνηση της πηγής (ή του παρατηρητή), η βαρυτική ερυθρά μετατόπιση συμβαίνει λόγω της καμπύλωσης του χωροχρόνου γύρω από ένα αντικείμενο με μεγάλη βαρύτητα, όπως για παράδειγμα μια μαύρη τρύπα. Καθώς το φως βγαίνει από το βαρυτικό πεδίο, χάνει ενέργεια, με αποτέλεσμα το μήκος κύματός του να μετατοπίζεται προς το ερυθρό άκρο του φάσματος. Η έννοια αυτή αποτελεί κρίσιμη πτυχή της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και έχει επιβεβαιωθεί με διάφορα πειράματα και παρατηρήσεις.

.

Fun fact: Η βαρυτική ερυθρά μετατόπιση λαμβάνεται υπόψη στο Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS), λόγω της βαρύτητας της Γης. Αν δεν το υπολογίζαμε, τα σφάλματα θα καθιστούσαν το GPS πρακτικά…άχρηστο!

Έκρηξη “kilonova”

Όλοι γνωρίζουμε την έκρηξη supernova (υπερκαινοφανής), στη διάρκεια της οποίας ένα μεγάλο αστέρι που τελείωσε τα «καύσιμα» του φτάνει στο εκρηκτικό του τέλος. Υπάρχει όμως κι ένα λιγότερο γνωστό φαινόμενο, με παρόμοιο όνομα: η έκρηξη “kilonova”.

.

Μια kilonova είναι η κοσμική έκρηξη που συμβαίνει όταν συγκρούονται δύο αστέρες νετρονίων. Οι αστέρες νετρονίων είναι τα εξαιρετικά πυκνά υπολείμματα αστέρων που έχουν προηγουμένως γίνει υπερκαινοφανείς. Πόσο πυκνοί είναι οι αστέρες νετρονίων; Φανταστείτε τη μάζα του Ήλιου σε ένα χώρο όχι μεγαλύτερο…από μια πόλη!

.

Όταν δύο αστέρες νετρονίων πλησιάζουν σπειροειδώς ο ένας τον άλλο και τελικά συγκρούονται, δεν δημιουργούν απλώς μια έκρηξη. Χρησιμεύουν επίσης ως «κοσμικά μεταλλουργεία» για τη δημιουργία βαρύτερων στοιχείων όπως ο χρυσός και η πλατίνα, τα οποία δεν μπορούν να δημιουργηθούν στο εσωτερικό των άστρων με τη διαδικασία της σύντηξης. Οι ακραίες συνθήκες που επικρατούν κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης επιτρέπουν την ταχεία σύλληψη νετρονίων, μια διαδικασία που συμβάλλει στο σχηματισμό των βαρέων στοιχείων. Στην πράξη, το μεγαλύτερο μέρος του χρυσού ή της πλατίνας που υπάρχουν στα κοσμήματα, πιθανότατα είχε την προέλευσή του σε τέτοιες κοσμικές συγκρούσεις.

.

Αλλά υπάρχει και ένα άλλο επίπεδο στο γιατί τα kilonova είναι τόσο συναρπαστικά: παράγουν βαρυτικά κύματα, δηλαδή κυματισμούς στο χώρο και στο χρόνο. Όργανα όπως το LIGO και το Virgo μας επέτρεψαν να ανιχνεύσουμε αυτά τα κύματα, προσφέροντας έναν νέο τρόπο παρατήρησης και κατανόησης του σύμπαντος.

.

Το διάσημο γεγονός GW170817 (σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων), που παρατηρήθηκε το 2017, αποτέλεσε ορόσημο στον τομέα αυτό. Ήταν η πρώτη περίπτωση όπου η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων επιβεβαιώθηκε από ηλεκτρομαγνητικά σήματα, συμπεριλαμβανομένων των ακτινών γάμμα και του ορατού φωτός. Το γεγονός αυτό επιβεβαίωσε πολλές θεωρίες για τα kilonova και άνοιξε νέους δρόμους για την αστρονομία «πολλαπλών μηνυμάτων», έναν τομέα που χρησιμοποιεί διάφορες μορφές παρατήρησης, για να παρέχει μια πληρέστερη εικόνα των κοσμικών γεγονότων.

.

Εικόνα: University of Warwick/Mark Garlick