Δάσκαλε πώς μετράμε τόσο μεγάλες αποστάσεις;

Kατ΄ αρχάς χρόνια πολλά σε όλους τους Κων/νους και Ελένες(και στην Ελένη του Μάργαρη).

Λογικότατο το ερώτημα του τίτλου στις αστροπαρατηρήσεις. Όταν ακούει κάποιος ότι ο γαλαξίας της Ανδρομέδας που είναι και γειτονάκι μας απέχει 2500000 ε.φ και ότι το πιο γρήγορο διαστημόπλοιο που έχουμε σήμερα χρειάζεται 50 δισεκατομμύρια χρόνια!!! για να φτάσει εδώ …κοντά , τότε; Πόσο μακριά είναι οι 1 τρις γαλαξίες του ορατού και άπειρου σύμπαντος και οι παραπάνω απο 1 τρίς του αόρατου δις άπειρου σύμπαντος και κάθε φορά που φτάνουμε στο άπειρο ξεφυτρώνει κι άλλο άπειρο. Όμως οι κοσμολόγοι λενε ότι το σύμπαν είναι άπειρο αλλά έχει αρχή και τέλος, αυτό είναι το ιερό δισκοπότηρο των κοσμολόγων “αρχή και τέλος” αν διαταραχτεί αυτή η λογική καταρρέει όλο το οικοδόμημα , αλλά προνομιακός παρατηρητής δεν υπάρχει, δηλαδή δεν υπάρχει κάποιος που θα δει το τέλος του σύμπαντος, όλοι όπου και να βρίσκονται βλέπουν …άπειρο. Το άρθρο είναι από αυτά που σε κάνουν να απορείς γιατί η αστρονομία απουσιάζει απο το Ελληνικό σχολείο.

Με την ευκαιρία ανακαλύφτηκε  πριν λίγες μέρες ο πιό μακρινός γαλαξίας στο ορατό σύμπαν εκτοπίζοντας τον GN – z11 όντας 100 εκ ε.φ πιο μακριά. Ο γαλαξίας HD1(εικόνα) εξέπεμψε τα πρώτα του φωτόνια πριν 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια πολύ κοντά στην big bang. Προφανώς αυτά τα φωτόνια αφού έχουν ταχύτητα c διένυσαν απόσταση 13,5 δις ε.φ .ΟΜΩΣ Ο ΓΑΛΑΞΙΑΣ ΟΤΑΝ ΕΞΕΠΕΜΨΕ ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΦΩΤΟΝΙΑ ΔΕΝ ΕΜΕΙΝΕ ΑΚΙΝΗΤΟΣ ΣΤΗΝ ΙΔΙΑ ΘΕΣΗ ΑΛΛΑ ΛΟΓΩ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΟΤΑΝ ΣΥΝΕΧΩΣ ΑΠΟ ΕΜΑΣ ΚΑΙ ΣΗΜΕΡΑ ΕΚΤΙΜΑΤΑΙ ΟΤΙ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΣΤΑ 33,4 ΔΙΣ ε.φ . Αν γκουγκλαρετε στα Ελληνικά θα δείτε ότι ο γαλαξίας απέχει 13,5 δις ε.φ, ένα πολύ συνηθισμένο λάθος.  Τα μήκη κύματος του φάσματός του παρουσιάζουν την εκπληκτική ερυθρή μετατόπιση λόγω φαινομένου Doppler z = 13,3 που σημαίνει ότι απουσιάζουν όλα τα χρώματα απο μπλέ μέχρι κόκκινο και έχει μείνει λίγο βαθύ κόκκινο κάνοντάς τον πολύ πολύ αμυδρό όπως φαίνεται στο μικρό τετράγωνο. Απο τον νόμο Hubble (υ = Ηr) η ταχύτητα απομάκρυνσής του αγγίζει την ταχύτητα του φωτός και σε λίγα χρόνια θα “σβύσει” εντελώς.

Στο σημερινό άρθρο θα δούμε δύο μεθόδους μέτρησης αποστάσεων , την παράλλαξη και τους Κηφείδες μέχρι τα 20 εκ. ε.φ περίπου. Στις πολύ μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιούμε την ερυθρή μετατόπιση. Μιας και ο λόγος για την ερυθρή ή κυανή  μετατόπιση ανάλογα με το αν απομακρυνόμαστε ή πλησιάζουμε την πηγή , κυκλοφορεί το ανέκδοτο.

Τροχονόμος σταματάει οδηγό για παραβίαση κόκκινου σηματοδότη. Κύριε οδηγέ παραβιάσετε το κόκκινο λέει στον οδηγό. Τι λέτε κύριε τροχονόμε, λέει ο οδηγός, εσεις που είσαστε ακίνητος βλέπατε το φανάρι κόκκινο , εγώ που το πλησίαζα όμως λόγω φαινομένου Doppler το έβλεπα πράσινο. Δεκτόν, λέει το όργανο σαίνι στη φυσικη, αλλά θα πληρώσετε 1 ευρώ πρόστιμο για κάθε km/h που παραβιάσατε το όριο ταχύτητας. Πόσο πλήρωσε ο εξυπνάκιας; z = (λ₀ – λ)/λ₀ = 100/650 =0,154  υ = zc = 46154 km/s = 165.000.000 ευρώ με την έκπτωση.

Η κυρία στην φωτογραφία είναι η αστρονόμος των Κηφείδων Henrietta Leavitt( 1868-1921). To ότι ήταν γυναίκα την εποχή εκείνη της στέρησε τη δόξα και το Nobel( όταν κάποιος τη θυμήθηκε το 1925 ήδη είχε πεθάνει απο καρκίνο). Η εκπληκτική ανακάλυψή της άνοιξε νέους ορίζοντες στην αστρονομία και επέτρεψε στον Shapley να υπολογίσει το μέγεθος του γαλαξία μας και μετά τη γη να εκτοπίσει και τον ήλιο απο το κέντρο του σύμπαντος, τον δε Hubble να εκτοπίσει και τον γαλαξία μας απο το κέντρο του σύμπαντος καθώς μέτρησε την απόσταση των λεγόμενων νεφών του γαλαξία μας και βρήκε ότι τελικά είναι άλλοι γαλαξίες. Όταν ανακοίνωσε το 1929 ότι το νέφος της Ανδρομέδας είναι γαλαξίας στα 900.000 ε.φ ( λάθος όπως θα δούμε καθώς βρίσκεται στα 2500000 ε.φ) , η επιστημονική κοινότητα έμεινε με ανοιχτό το στόμα για το μέγεθος που μπορεί να έχει το σύμπαν. Επίσης ο Hubble με τη μέτρηση της ερυθρής μετατόπισης εκτόπισε και το στατικό σύμπαν του Einstein βρίσκοντας ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται και άρα το σύμπαν διαστέλεται. Η ανακάλυψη αυτή έκανε τον Einstein να παραδεχτεί ότι το στατικό σύμπαν ήταν το μεγάλο του λάθος και να αφερέσει την κοσμολογική σταθερά Λ απο τις εξισώσεις πεδίου της ΓΘΣ την οποία είχε εισάγει για να αντισταθμίζει τη βαρύτητα που θα συνέθλιβε το σύμπαν.

Οι γυναίκες αστρονόμοι στα τέλη του 19ου αιώνα δούλευαν “αγγαρεία” στο παρατηρητήριο του κολεγίου του Χάρβαρντ και απαγορευόταν να κάνουν παρατηρήσεις με τηλεσκόπιο. Η Leavitt ήταν επιφορτισμένη με την μελέτη φωτογραφικών πλακών προκειμένου να μετρήσει και να καταγράψει την φωτεινότητα των αστέρων. Ήταν δηλαδή το “κομπιούτερ” της εποχής. Εκεί παρατήρησε πάνω απο 1500 Κηφείδες στα κοντινά Μαγγελανικά νέφη(παρότι γαλαξίες έχει μείνει η τότε ορολογία “νέφη”). Κηφείδες είναι γίγαντες και υπεργίγαντες αστέρες στο τέλος της ζωής τους οι οποίοι πάλλονται περιοδικά αυξομειώνοντας την ακτίνα τους και άρα την ισχύ ή φωτεινότητα L που εκπέμπουν( απο το νόμο Stefan – Boltzmann  L = 4πR²σΤ⁴). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αυξομειώνεται η λαμπρότητά τους όπως την αντιλαμβανόμαστε εμείς απο τη γη περιοδικά με περίοδο λίγων ημερών. Στη μελέτη παρακάτω θα δούμε πως η παρατηρητική αστρονόμος συνέδεσε την περίοδο με τη φωτεινότητα(μέγεθος που δεν αντιλαμβανόμαστε απο τη γη). Θα δούμε ένα πραγματικό παράδειγμα όπου συνεργάζονται άψογα Η ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ-Η ΜΕΤΡΗΣΗ-Η ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΣΕ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ – ΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ.

ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΣΥΜΠΑΝ