ΚΙΝΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗ ΤΩΝ ΑΣΤΕΡΩΝ,
ΟΙ ΠΛΗΣΙΕΣΤΕΡΟΙ ΑΣΤΕΡΕΣ.
Εάν υποθέσουμε ότι στις παρατηρήσεις μας μία μεγάλη χρονική περίοδος δεκάδων
χιλιάδων ετών συμπιέζεται σε 1 μόνο ώρα, τότε όλοι οι αστέρες του ουρανού θα
άλλαζαν συνέχεια θέσεις κινούμενοι σε διάφορες κατευθύνσεις με αποτέλεσμα οι
αστερισμοί να χάνουν το γνωστό των σχήμα.
Αυτός ο αέναος "χορός"
που όσο περισσότερο συμπιέζεται ο χρόνος εκτελείται ταχύτερα, οφείλεται
στο γεγονός ότι οι αστέρες κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες γύρω από το κέντρο
του γαλαξία μας ο οποίος καθώς περιστρέφεται συμπαρασύρει όλους τους αστέρες
μαζί με τον ήλιο μας που ευρίσκονται στην δίνη του. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των
αστέρων είναι και η περιστροφή των γύρω από τον εαυτό τους. Επίσης άς
εξετάσουμε τοπογραφικά και την αστρική περιοχή μας από περιέργεια να δούμε στην
"γειτονιά" μας τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των πλησίων μας.
Κινήσεις των αστέρων στο διάστημα.
Οι αστέρες που φαίνονται
στον ουρανό και που ανήκουν όλοι σε ένα τεράστιο συγκρότημα , τον γαλαξία μας κινούνται
γύρω από το κέντρο του με μεγάλες ταχύτητες οι οποίες διαφέρουν μεταξύ των και
ως πρός την φορά. Ένας υποθετικός παρατηρητής ευρισκόμενος έξω από τον γαλαξία
μας θα παρατηρούσε ότι σε χρονικά διαστήματα πολλών εκατομμυρίων ετών την
διαρκή αέναο κίνηση των δισεκατομμυρίων αστέρων γύρω από το κέντρο του. Αυτή η
κίνηση έρχεται σαν αποτέλεσμα της διαφορικής περιστροφής του γαλαξιακού
συγκροτήματος.
Όμως
γιά έναν παρατηρητή όπως εμείς που ευρισκόμαστε μέσα στον γαλαξία αυτές οι
κινήσεις δεν είναι δυνατόν να φανούν και να υπολογισθούν αμέσως γιά δύο
σημαντικούς λόγους. Πρώτον ότι ο ήλιος
μας και κατά συνέπεια η γή μας κινείται και αυτός με μία ορισμένη φορά και
ταχύτητα και δεύτερον ότι η χρονική κλίμακα αυτών των κινήσεων είναι πολύ
μεγάλη γιά την βραχύβια ζωή των ανθρώπων. Η πραγματική κίνησις των αστέρων στον
ουρανό είναι μία συνισταμένη δύο αντιληπτών κινήσεων, της ιδίας κινήσεως και
της ακτινικής κινήσεως όπως αναλύονται κατωτέρω. (σχήμα)
Ίδιες κινήσεις των αστέρων. Μέχρι
τις αρχές του 18ου αιώνος επικρατούσε η άποψη ότι οι αστέρες παραμένουν
ακίνητοι "καρφωμένοι" στον ουρανό και γι αυτόν τον λόγο ονομάζονταν απλανείς
(ρήμα πλανώμαι +α στερητικό) από
τους αρχαίους Έλληνες . Όμως το έτος 1718 ο αστρονόμος Halley
συγκρίνοντας τις τότε τωρινές θέσεις των λαμπρών αστέρων Σειρίου, Αρκτούρου και
Λαμπαδία με αυτές που ανέφερε ο Πτολεμαίος πρίν 1600 χρόνια διαπίστωσε ότι
παρουσίαζαν διαφορές. Ο Σείριος και ο Λαμπαδίας κατά μισή μοίρα και ο Αρκτούρος
κατά 1 μοίρα, όλοι μετατοπισμένοι πρός νότο. Στή συνέχεια διαπιστώθηκε η κίνηση
του Κάστωρος, του Πολυδεύκους, του Προκύωνος, του Βασιλίσκου και του Αλτάιρ,
ενώ τον 19ον αιώνα δημοσιεύθηκαν κατάλογοι κινήσεων αστέρων από τους Medler, Strouve και Argelander. Αυτές
οι κινήσεις ονομάσθηκαν "ίδιες κινήσεις" των αστέρων οι οποίες
υπολογίζονται με μικρομετρικά όργανα ακριβείας μετρούμενες σε δευτερόλεπτα
τόξου ετησίως. Με εξαιρέσεις ισχύει ο
κανόνας ότι όσο πιό κοντά μας ευρίσκεται ένας αστέρας, τόσο μεγαλύτερη
φαινόμενη κίνηση παρουσιάζει. Την μεγαλύτερη ιδία κίνηση από όλους τους αστέρες παρουσιάζει ο
γειτονικός μας αμυδρός (m==+9) αστέρας του Barnard που
γι' αυτήν του την ταχύτητα ονομάζεται ποιητικά "βέλος του Barnard"(απόσταση
5,9 εφ). Σε ένα χρονικό διάστημα 183
ετών μετατοπίζεται κατά μία φαινομένη διάμετρο της πανσελήνου (10"30
ετησίως). Μεγάλη μετατόπιση έχει και ο
61 Κύκνου ίση με 5"22. (απόσταση 11,2 εφ).
Ο γειτονικός μας α Κενταύρου κινείται 3"68 ετησίως και ο Σείριος
κατά 1"32. Οι συνέπειες της ιδίας κινήσεως των αστέρων γιά τον
παρατηρητή είναι:
α) Αλλαγή των σχημάτων των αστερισμών στον χρόνο. Με την πάροδο
μεγάλων χρονικών διαστημάτων (εκατοντάδων χιλιάδων ετών) οι φιγούρες των
αστερισμών αλλάζουν όψεις και σχήματα. Πρίν από 200.000 χρόνια πολύ δύσκολα θα
αναγνωρίζαμε τους σημερινούς αστερισμούς και θα επιστρατεύαμε άλλη φαντασία γιά
την ονομασία των. Οι "αστρολόγοι" κυριολεκτικά θα "είχαν
μπερδευτεί προκειμένου από τα διαφορετικά σχήματα των ζωδίων να καθορίσουν τους
χαρακτήρες και το πεπρωμένο μας".
β) Αλληλομεταθέσεις των λαμπρών αστέρων του ουρανού. Στην εποχή του ανθρώπινου πολιτισμού ο
λαμπρότερος αστέρας του ουρανού είναι ο Σείριος με m= -1,4.
Με ηλεκτρονικούς υπολογισμούς σάς παραθέτουμε έναν πίνακα αστέρων που είχαν και
θα έχουν τα πρωτεία λαμπρότητος σε μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Π α ρ ό ν Μεγαλύτερη χρονική λαμπρότης
|
Αστέρας Φασμ.τύπος φαιν.μέγεθ Απόσταση
Φαιν.μέγεθ Απόσταση Ημερομηνία
|
ε Μεγ.Κυνός B2Iab 1,5 431 εφ -3,9 34 εφ -4700000
|
β Μεγ.Κυνός B1 II 1,9 499 -3,6 37 -4420000
|
Κάνωπος F0 Ib -0,6 313 -1,8 177 -3110000
|
ζ Τοξότου A2III 2,6 89 -2,7 8 -1200000
|
ζ Λαγωού A2 V 3,5 70,2 -2,0 5,3 -1050000
|
Κάνωπος F0 Ib -0,6 313 -1,0 252 -950000
|
Αλδεβαράν K5 III 0,8 65,1 -1,5 21,5 -320000
|
Αίξ G6 III 0,0 42,2 -0,8 27,9 -240000
|
Κάνωπος F0 Ib -0,6 313 -0,7 302 -160000
|
Σείριος A0 V -1,4 8,6 -1,6 7,8 +60000
|
Βέγας A0 V 0,0 25,3 -0,8 17,2 +290000
|
Κάνωπος F0 Ib -0,6 313 -0,4 346 +480000
|
β Ηνιόχου A2 IV 1,9 82,1 -0,4 28,5 +1190000
|
δ Ασπίδος F2 III 4,7 187 -1,8 9,2 +1250000
|
γ Δράκοντος K5 III
2,2 148 -1,3 27,7 +1550000
|
υ Ζυγού K5 III 3,6 195 -0,4 30 +2290000
|
ο Ηρακλέους B9 V
3,8 347 -0,6 44 +3470000
|
Ακτινική κίνησις και ταχύτητες των αστέρων.
Η ακτινική κίνησις των αστέρων δεν είναι δυνατόν να διαπιστωθεί
οπτικά όπως η ιδία κίνησις, αλλά υπολογίζεται
από το λαμβανόμενο φάσμα των το οποίο προέρχεται από την προέκταση της οπτικής ευθείας γής-αστέρος
(σχήμα). Ένα άλλο χρήσιμο εξαγόμενο είναι και ο καθορισμός της
φοράς της εν λόγω ταχύτητος από τον παρατηρητή (δηλ άν πλησιάζει ή
απομακρύνεται ο αστέρας). Η όλη
μέθοδος στηρίζεται στην αρχή των Doppler-Fizeaux που διατυπώθηκε το 1848 και που έχει ως εξής
: Όταν μία ηχητική πηγή κινείται ο ήχος που παράγεται είναι διαφορετικός από
αυτόν της ίδιας πηγής που είναι ακίνητη.
Π.χ ο ήχος μιάς μοτοσυκλέτας που μάς πλησιάζει μάς φαίνεται ότι είναι
συνεχώς πιό έντονος , εξασθενεί απότομα όταν περνάει από κοντά μας και στην
συνέχεια όταν απομακρύνεται ο ήχος λιγοστεύει και γίνεται βαρύτερος.
Ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα
παρατηρούνται και στις κινούμενες φωτεινές πηγές, (αστέρες, γαλαξίες) με την
ύπαρξη διαφορών στις θέσεις των
ραβδώσεων των χημικών στοιχείων στα διάφορα μήκη κύματος όπως αυτά
παρουσιάζονται στο φάσμα των.
Όταν ένας αστέρας μάς πλησιάζει
κατά την διεύθυνση της οπτικής ακτίνος, τότε οι ραβδώσεις του φάσματος
μετατοπίζονται πρός τα αριστερά στην ιώδη περιοχή (blueswift) , ενώ
όταν απομακρύνεται μετατοπίζονται στο ερυθρό τμήμα (redswift) . Η διαπίστωση αυτή γίνεται ύστερα από
σύγκριση με ένα παρόμοιο τεχνητό φάσμα που δίνει μια ακίνητη φωτεινή πηγή. Από αυτό το γεγονός, και σε σχέση με την
ταχύτητα του φωτός, το μήκος κύματος των ραβδώσεων των παρουσιαζομένων χημικών
στοιχείων και από την μετατόπισή των
ευρίσκεται με μεγάλη ακρίβεια η ακτινική ταχύτητα του αστέρος.
Επειδή όμως και η γή κινείται
γύρω από τον άξονά της και τον ήλιο και ο ήλιος μετατοπίζεται στο διάστημα, για
τον σωστό υπολογισμό της ακτινικής ταχύτητος πραγματοποιούνται διαδοχικές
διορθωτικές συγκρίσεις στις μετατοπίσεις των θέσεων των ραβδώσεων.
Από τις μεγαλύτερες ακτινικές
κινήσεις είναι αυτή που παρουσιάζει ο αστέρας VX
Ηρακλέους (385 χιλ/δευτ) και ο RZ Λύρας ίση με 380 χιλ/δευτ. ενώ οι συνηθισμένες
ακτινικές ταχύτητες των αστέρων κυμαίνονται από 3 χιλ/δευτ έως 40 χιλ/δευτ.
Η μεταβατική κίνησις του ηλίου στον άπηκα.
Από όσα αναφέραμε, εύλογα γεννάται το ερώτημα : αφού
κινείται και ο ήλιος μας γύρω από το
γαλαξιακό κέντρο συμπαρασύροντας τον πλανήτη μας , σε ποιό σημείο του
διαστήματος κατευθύνεται και με πόση ταχύτητα "τρέχει" στην αέναη
πορεία του ; Ο αστρονόμος Lampert το 1761 διατύπωσε τον εξής συλλογισμό :
Εφόσον ο ήλιος κινείται θα
πρέπει όλοι οι αστέρες που ευρίσκονται πρός το μέρος της οδεύσεώς του να αλληλοαπομακρύνονται από
μια ορισμένη περιοχή του ουρανού ενώ στην
αντιδιαμετρική πλευρά θα φαίνονται ότι συγκλίνουν πρός ένα σημείο.
Πιό κατανοητά, όταν ευρισκόμαστε
σε ένα αυτοκίνητο που κινείται σε έναν ίσιο δρόμο ο οποίος περιστοιχίζεται από δέντρα , μάς
δημιουργείται η εντύπωση ότι τα πυκνά δέντρα ξεχωρίζουν αντίθετα από την
κατεύθυνσή μας, ενώ κοιτώντας στο πίσω
παράθυρο μάς φαίνεται ότι πλησιάζουν σε ευθεία γραμμή το ένα το άλλο.
Εάν δεχθούμε ότι ο ήλιος μας
και κατά συνέπεια η γή ότι κινείται σε ευθεία γραμμή πρός ένα νοητό σημείο του
διαστήματος, τότε οι όλοι οι αστέρες που
είναι κοντά στον δρόμο του θα
φαίνονται ότι αλληλοαπομακρύνονται,
αυτοί που ευρίσκονται εκατέρωθέν μας και σε γωνία 90ο ότι σχετικά είναι
ακίνητοι και τέλος αυτοί οι οποίοι ευρίσκονται στην διαμετρικά αντίθετη περιοχή
θα παρουσιάζουν κινήσεις συμπλησιάσεως στον
παρατηρητή.
Υποθέτοντας ότι οι αυτοί
αστέρες δεν έχουν πραγματική κίνηση, απομονώνοντάς τους , τότε οι
παρουσιαζόμενες μετατοπίσεις των θα δείχνουν όπως τα δένδρα την διεύθυνση , την ταχύτητα και την φορά της
κινήσεως του ηλίου μας. Οι πολύπλοκες
αυτές μετρήσεις είναι μαθηματική συνάρτηση της αποστάσεως , των ιδίων και
ακτινικών κινήσεων των αστέρων όπως και της οπτικής γωνίας διευθύνσεως του αστέρος πρός τον παρατηρητή. Ιστορικά, με
αυτήν την έρευνα ασχολήθηκαν ο Hersel (1783), ο Argelander (1838)
και οι Bessel και Strouve το
1844.
Το νοητό σημείο που
κατευθύνεται ο ήλιος σε ευθεία γραμμή στο διάστημα συμπαρασύροντας όλα τα μέλη
του πλανητικού μας συστήματος και με ταχύτητα 20,3 χιλ/δευτ. λέγεται Άπηξ
ή Κόρυμβος με συντεταγμένες: ορθή αναφορά=18 ώρες, απόκλιση=+30ο
(αστερισμός Ηρακλέους), ενώ το εκ διαμέτρου αντίθετο σημείο είναι ο Αντάπηξ
ή Αντικόρυμβος. (συντεταγμένες: ορθή αναφορά=6 ώρες, απόκλιση=-
30ο, αστερισμός Περιστεράς).
Απόλυτες κινήσεις των αστέρων και αστρικά ρεύματα. Με την σπουδή τόσο των ιδίων,
όσο και των ακτινικών κινήσεων των αστέρων , είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε με
ακρίβεια τις πραγματικές τους κινήσεις μέσα και γύρω από τον γαλαξία μας. Από
το έτος 1904 ο αστρονόμος Capteyn μελετώντας τις ίδιες κινήσεις
των αστέρων, διαπίστωσε ότι δεν είναι τυχαίες, αλλά εκτελούνται προς δύο
βασικές διευθύνσεις που τις ονόμασε αστρικά ρεύματα. Οι δύο αυτές διευθύνσεις σχετίζονται με την
γραμμή άπηκος-αντάπηκος.
Όλοι οι αστέρες φαίνονται να διαχωρίζονται σε
δύο ρεύματα εκ των οποίων το μεν πρώτο φαίνεται ότι κατευθύνεται μεταξύ των
αστερισμών Διδύμων και Ωρίωνος, το δε δεύτερο στον αστερισμό της Ασπίδος.
Τα δύο αυτά σημεία λέγονται κορυφαία
σημεία και είναι διαμετρικά αντίθετα.
Το πρώτο περιλαμβάνει το 60% των αστέρων και το δεύτερο το υπόλοιπο
40%. Η ταχύτητα του πρώτου ρεύματος
είναι διπλάσια από αυτή του δευτέρου γεγονότα που μαρτυρούν την διαφορική
περιστροφή του γαλαξία μας .
Οι αστέρες περιστρέφονται σε
χρονικά διαστήματα εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών γύρω από το γαλαξιακό κέντρο,
μια περιστροφή που λέγεται κοσμική περιστροφή , η διάρκεια της
οποίας λέγεται κοσμικό έτος. Το κοσμικό
έτος του ηλίου μας ισούται με 220 εκατομμύρια γήινα χρόνια , πράγμα που
σημαίνει ότι αυτός και κατά προέκταση ο πλανήτης μας από της καταβολής των
μέχρι σήμερα έχουν συμπληρώσει περίπου 20 πλήρεις περιφορές γύρω από το κέντρο
του γαλαξία μας.
Περιστροφή των αστέρων γύρω από τον άξονά των.
Όπως εξετάσαμε στο πρώτο
κεφάλαιο ο ήλιος μας παρουσιάζει μία ανομοιόμορφη περιστροφή γύρω από τον άξονά
του σε χρονικά διαστήματα 25-27 ημερών περιστρεφόμενος στον ισημερινό του με
ταχύτητα 2 χιλ/δευτ. σύμφωνα με την μέθοδο Doppler. Με την εφαρμογή της ίδιας φασματοσκοπικής
μεθόδου διαπιστώθηκε ότι όλοι οι αστέρες περιστρέφονται γύρω από τον εαυτό
τους.
Εάν η οπτική επιβατική
ακτίνα (η νοητή ακτίνα που συνδέει τον αστέρα με τον παρατηρητή) είναι
κάθετη, τότε το φώς το οποίο προέρχεται
από το χείλος του δίσκου του αστέρος το
οποίο μάς πλησιάζει μετατοπίζεται πρός το κυανούν και το φώς του απέναντι
χείλους που απομακρύνεται δείχνει μετατόπιση πρός το ερυθρό άκρο. Εδώ παρατηρούνται
τα εξής : Λόγω της περιστροφής του
αστέρος, όλες οι φασματικές γραμμές των αερίων παρουσιάζονται κατά κανόνα
πλατύτερες από τις συνηθισμένες σε αστέρες με γρήγορες περιστροφές, ενώ στις αργές περιστροφές οι γραμμές θα
είναι στενές και βαθειές. Οι πρώτοι που μέτρησαν τις ταχύτητες περιστροφής είναι
ο Strouve και ο Elevey (1930)
Έχει διαπιστωθεί ότι οι
ταχύτητες περιστροφών περί άξονα των διαφόρων αστέρων σχετίζονται με τον
φασματικό των τύπο. Οι μεγάλες ταχύτητες των 300 χιλ/δευτ. απαντώνται σε
κυανούς αστέρες τύπων Ο και Β που ανήκουν στην κύρια ακολουθία. Οι προγενέστεροι φασματικοί τύποι αστέρων
του F2 έχουν ταχύτητες
μεγαλύτερες των 100 χιλ/δευτ., ενώ στους μεταγενέστερους τύπους όπως στον ήλιο οι ταχύτητες περιστροφής είναι
πολύ μικρές. Αργές περιστροφές έχουν και
οι γίγαντες αστέρες σαν αποτέλεσμα της εξελίξεώς των. Είναι πιθανό ο μικρός χρόνος περιστροφής των
αστέρων της κυρίας ακολουθίας να οφείλεται στο ότι αυτοί χάνουν σημαντικό μέρος
της στροφορμής των επειδή αποτελούνται από πλανητικά συστήματα.
Οι πλησιέστεροι στον ήλιο αστέρες.
Εξετάζοντας την τοποθεσία του
ηλίου μας μέσα στον γαλαξία, γνωρίζουμε ότι ευρίσκεται σε απόσταση 28.000 ετών
φωτός περίπου από το κέντρο του δηλαδή ζούμε στα "γαλαξιακά
προάστεια" αρκετά μακρυά από έναν "αστρικό συνωστισμό" σε έναν
από τους βραχίονές του. Μεγενθύνοντας
αυτήν την περιοχή σε μία υποθετική σφαίρα με κέντρο τον ήλιο διαμέτρου
12 ετών φωτός, θα διαπιστώσουμε ότι ο χώρος αυτός περιλαμβάνει
αριθμητικά λίγους αστέρες οι οποίοι στην πλειοψηφία των είναι μικρότεροι και
αμυδρότεροι από τον ήλιο μας. Τυπικά οι
αστέρες αυτοί ανήκουν στην κυρία ακολουθία και είναι φασματικού τύπου Μ γενικά,
με μάζες 0,4 της ηλιακής και με μικρές φωτεινότητες αόρατοι με γυμνό οφθαλμό
απολύτου μεγέθους +15 περίπου.
Mόνο
τρείς αστέρες φασματικών τύπων G2, A1 και F5 , πολλαπλοί αστέρες μάλιστα , είναι λαμπρότεροι και μεγαλύτεροι από τον
ήλιο μας . Περιγράφουμε
στη συνέχεια τους αμέσως 17 κοντυνώτερους στον ήλιο αστέρες μέχρι
την απόσταση των 12 ετών φωτός εκ των οποίων οι 6 αποτελούν συστήματα
διπλών αστέρων και ο α του Κενταύρου μαζί με τον Proxima ένα
τριπλό σύστημα σύμφωνα με τελευταίες μετρήσεις :
Όνομα Αστερισμός Ιδία κίνησις Ακτινική Φασματικός
Οπτικό Απόλυτο Απόσταση
αστέρος
/έτος " κίνησις τύπος μέγεθος μέγεθο
έτη φωτός
1α
Proxima Κένταυρος 3"81 -22 km/sec M5V
11,0
15,5 4,3
1β α1
Κενταύρου " 3"70 -25 G2V
0,01 4,4 4,4
1γ α2
Κενταύρου " -21 K0V
1,3 5,7 4,4
2
αστέρας Οφιούχος 10"37 -111
M4V 9,5
13,2 6,0
Barnard
3
Wolf 359
Λέων
4"69 +13 M6V 13,4 16,6 7,8
4 Lalande 21185 Μεγ.Άρκτος 4"81 -84 M2V 7,5
10,5 8,2
5α L 726-8 A Κήτος 3"67 +29 M5V 12,4
15,3 8,6
5β
" B " +32 M6V 13,2
16,1 8,6
6α
Σείριος Α Μεγ. Κύων
1"32 -9 A1V -1,4 1,5 8,6
6β
" Β "
DA2 8,4
11,3 8,6
7
Ross 154
Τοξότης 0"72 -12 M3V 10,4
13,1 9,6
8
Ross 248
Ανδρομέδα 1"63 -78 M5V 12,3
14,8 10,3
9 ε
Ηριδανού Ηριδανός 0"98 +17 K2V
3,7 6,2 10,7
10 Ross
128 Παρθένος 1"34 -31 M4V 11,1
13,5 10,8
11 L
789-6 Υδροχόος 3"26 -60 M5V 12,3
14,7 11,0
12αGroompridge34A
Ανδρο- 2"91 +12 M1V 8,0
10,4 11,2
12β
" B μέδα +11 M3V
11,0 13,4 11,2
13
ε Ινδού Ινδός 4"70 -40
K5V
4,7 7,0 11,2
14α 61
Κύκνου Α Κύκνος 5"23 -65 K5V
5,2 7,5 11,3
14β
" Β " -64 K7V
6,0 8,3 11,3
15α BD+59o 1915A
Δράκων 2"27 -1 M3V 8,9
11,2 11,4
15β
" B " +1 M3V 9,7 12,0 11,4
16 τ
Κήτους Κήτος 1"92 -17 G8V
3,5 5,8 11,4
17α
Προκύων Α Μικρ.Κύων 1"24 -4 F5V
0,4 2,7 11,4
17β
" Β "
DA
10,7 13,0 11,4
 |
Οικολογία των πλανητικών συστημάτων.
Στό ερώτημα άν και κατά πόσον θα ήταν δυνατόν οι αστέρες
αυτοί όπως και κατ' επέκταση όλοι οι αστέρες του γαλαξία μας να φιλοξενούν
πλανητικά συστήματα με πλανήτες στερεών
επιφανειών, ειδικά και βιώσιμους και οι
οποίοι δεν είναι δυνατόν να ανιχνευτούν πρός το παρόν, αυτό θά εξαρτάται κυρίως
από τους εξής παράγοντες :
α) Φασματικός τύπος και ηλικία του αστέρος. Γιά κάθε πλανητικό σύστημα όπως και στό δικό
μας δημιουργείται μία βιόσφαιρα, δηλαδή μία υποθετική ζώνη
πάχους δεκάδων εκατομμυρίων χιλιομέτρων μέσα στην οποία άν βρεθεί να
περιστρέφεται ένας πλανήτης θα είναι "εξασφαλισμένος" από ακραίες
θερμοκρασίες, είτε υπερβολικής θερμότητος, είτε ψύχους , συνθήκες οι οποίες
θεωρητικά επιτρέπουν μια πιθανή δημιουργία μορφών ζωής. Σε μια πιθανή ύπαρξη πλανητικών συστημάτων απαραίτητη
προυπόθεση είναι οι αστέρες αυτοί να διανύουν την περίοδο της σταθερότητος
(μετατροπής υδρογόνου σε ήλιο ), δηλαδή να είναι νάνοι αστέρες κυρίας
ακολουθίας και μάλιστα φασματικών τύπων μεταγενεστέρων του Α. Σε αστέρες φασματικών τύπων G όπως ο
ήλιος μας η βιόσφαιρα κυμαίνεται από 120-200 εκατομμύρια χιλιόμετρα με την γή
μας να περιστρέφεται στα 150 εκατ. χιλ. Το πάχος της βιόσφαιρας εξαρτάται από
την επιφανειακή θερμοκρασία του αστέρος ο οποίος όσο ψυχρότερος είναι, τόσο
πλατύτερη βιόσφαιρα εξασφαλίζει.
β) Η εκκεντρότητες των τροχιών των
πλανητών. Από όσα αναφέραμε
εξυπακούεται ότι πρέπει να έχουν αυτοί οι πλανήτες τροχιές οι οποίες να μην
απομακρύνονται έξω από τα "κλιματολογικά" αυτά όρια ούτε δηλαδή να έχουν κοντυνά περίαστρα, ούτε
μακρυνά απόαστρα. Οι μορφές των τροχιών
των υποθετικών αυτών πλανητών είναι
δυνατόν να απορριφθούν όταν ο κεντρικός αστέρας δεν είναι ένας, αλλά δύο ή
περισσότεροι (σύστημα πολλαπλού αστέρος).
Τότε, στο πλανητικό σύστημα θα δημιουργούνται ισχυρές βαρυτικές
εκτροπές και ανισορροπίες στις τροχιές αυτών των πλανητών.
Από τους μνημονευθέντες
γείτονές μας μόνον τρείς αστέρες , ο ε
Ηριδανού (Κ2 V), ο ε Ινδού (K5 V) και ο
τ
Κήτους (G8 V) θα πληρούσαν ιδανικές προυποθέσεις γιά έναν
πλανήτη σαν την γή μας γι' αυτό και στο παρελθόν είχαν σταλεί ειδικά τεχνητά
ραδιοσήματα με την προσδοκία μιάς "απαντήσεως" η οποία όμως δεν
ελήφθη ποτέ.
Το βασικό μειονέκτημα των
άφθονων στην γειτονιά μας νάνων αστέρων μεταγενεστέρων φασματικών τύπων του
ηλίου είναι ότι είναι ψυχροί και έχουν πολύ μικρές φωτεινότητες (δέκατα της
ηλιακής) , απώρεια του γεγονότος ότι
ανήκουν στον φασματικό τύπο
Μ. Οι πιθανοί συμπαγείς πλανήτες
που περιστρέφονται γύρω από αυτούς τους αστέρες σε μεγάλου πάχους ιδανικές αποστάσεις θα έχουν ένα "μουντό" και
ξεθωριασμένο περιβάλλον ακτινοβολίας , κάθε άλλο παρά ευνοικό για ανάπτυξη ζωής
γηίνων προτύπων .
ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΚΑΙ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΩΝ ΑΣΤΕΡΩΝ.
Γενικά. Η μελέτη του εσωτερικού των αστέρων γίνεται με
την εφαρμογή των νόμων της Φυσικής σε συνδυασμό με άλλα γνωστά στοιχεία των
όπως είναι η λαμπρότητα, η μάζα και η χημική των σύσταση. Δεχόμαστε θεωρητικά ότι στο εσωτερικό οι
αστέρες όπως φυσικά και ο ήλιος μας αποτελούνται από 3 βασικά μέρη εκτός από
τις ατμόσφαιρές των.
Τον πυρήνα μεταφοράς όπου πραγματοποιούνται οι
πυρηνικές αντιδράσεις.
Το περίβλημα ακτινοβολίας όπου η παραγόμενη ενέργεια
μεταφέρεται πρός τα έξω με μορφή ακτινοβολίας.
Την ζώνη μεταφοράς όπου τα μεταφερόμενα ρεύματα
προκαλούν διάφορα φαινόμενα όπως η κοκκίασις κλπ.
Στό κέντρο των αστέρων λόγω των
τεραστίων θερμοκρασιών και πιέσεων, ο ιονισμός των ατόμων των χημικών στοιχείων
είναι πλήρης δηλαδή έχουμε γυμνούς
πυρήνες και τα ηλεκτρόνιά των.
Γιά την αναφορά μας αυτή του εσωτερικού των αστέρων, σημαντικό ρόλο
παίζει η χημική τους σύσταση και συγκεκριμένα η αναλογία του υδρογόνου (Η), του
ηλίου (He) και
των υπολοίπων στοιχείων που ονομάζονται μέταλλα.
Η επί μέρους αναλογία των μετάλλων γενικά δέν επηρεάζει
σημαντικά την κύρια ζωή του αστέρος, όμως η ύπαρξη του άνθρακος (C) είναι
στοιχείο απαραίτητο γιά την λειτουργία των πυρηνικών αντιδράσεων. Η χημική σύσταση του εσωτερικού των αστέρων
γενικά θεωρείται ότι είναι η ίδια με την σύσταση των ατμοσφαιρών των εκτός από
την αναλογία υδρογόνου πρός ήλιο.
Παραγωγή ενεργείας στό εσωτερικό των αστέρων, οι πυρηνικές
αντιδράσεις. Η πρώτη
πηγή ενεργείας του εσωτερικού ενός νεοδημιουργηθέντος αστέρος είναι η βαρυτική
ενέργεια όπου λόγω της καταρρεύσεως της αρχικής μεσοαστρικής ύλης οι βρεφικοί
αστέρες συστέλλονται και η δυναμική
ενέργεια των ανωτέρων στρωμάτων μετατρέπεται σε θερμότητα και τελικά σε
ακτινοβολία. Κατά την περίοδο της
συστολής η θερμοκρασία του κρύου αστέρος
αυξάνει σημαντικά , αρχίζοντας τις πρώτες πυρηνικές αντιδράσεις "καύσεως"
των ελαφρών στοιχείων λιθίου, βυρηλλίου και βορίου πρός παραγωγή ηλίου. Όταν η
θερμοκρασία φθάσει στο 1,000,000 ο Κ
σταματά η συστολή , η διάρκεια της οποίας είναι μικρή γύρω στα 2 εκατομμύρια
χρόνια.
Όταν η ανερχόμενη κεντρική
θερμοκρασία σταματήσει στους 14,000,000ο Κ όπως συμβαίνει στον ήλιο και στους
νάνους αστέρες, αρχίζει ο κύκλος πρωτονίου-πρωτονίου (p-p) ο
οποίος έχει ως εξής :
1 H + 1 H -------2 H + positron + neutrino
2 H + 1 H-------3 He + gamma ray photon
3 He + 3 He-----4 He + 1 H + 1 H
Το άθροισμα των 4 πρωτονίων
έχει μάζα 4,032 μονάδες ενώ ο πυρήνας του ηλίου 4,004 μονάδες. Αυτό το έλειμμα μάζας (0,028 μονάδων)
μετατρέπεται σε ενέργεια βάσει του τύπου
E= m c 2.
Σε αστέρες με υψηλότερες
θερμοκρασίες η ενέργεια παράγεται κυρίως με τον κύκλο άνθρακος-αζώτου (CN) ο
οποίος ευρέθη το 1938 από τους Bethe-Weizsaecker και
πραγματοποιείται σε 6 στάδια :
12 C + 1 H------------13 N + gamma
ray photon
13 N----------------13 C + positron + neutrino
1 H + 13 C------------14 N + gamma ray
photon
1 H + 14 N------------15 O + gamma ray
photon
15 O----------------15 N + positron +
neutrino
1 H + 15 N------------12 C + 4 He
Γιά τον ήλιο, τα 99% της
ενεργείας του παράγονται με τον κύκλο πρωτονίου-πρωτονίου και το 1% με τον
κύκλο του άνθρακος.
Με την πάροδο του χρόνου και
όταν το υδρογόνο σε έναν αστέρα εξαντληθεί, τότε δημιουργείται ένας πυρήνας
ηλίου ο οποίος συστέλλεται και θερμαίνεται κάτω από την πίεση των ανωτέρων
στρωμάτων και καταστρέφεται η θερμοδυναμική ισορροπία από την μη παραγωγή
ενεργείας στο κέντρο του αστέρος. Το υδρογόνο καίγεται σε ένα περίβλημα γύρω
από τον πυρήνα και ο αστέρας διογκώνεται. Όταν η θερμοκρασία φθάσει τους
100,000,000οΚ αρχίζει η "καύσις" του ηλίου αποτέλεσμα της οποίας
είναι η παραγωγή βαρυτέρων στοιχείων :
4 4 8
He +
He + 95 KeV----Be
2
2
4
8
4 12
Be + H-------àC + γ +7,4 MeV
4
2 6
12
4 16
C + H-------O + γ
6
2 8
16 4 30
O + He-------Ne + γ
8
2 10
Σε αυτές τις αντιδράσεις το
ήλιο εξαντλείται και σε ακόμα μεγαλύτερες θερμοκρασίες του 1 δισ. βαθμών Κ
είναι δυνατόν να παραχθεί καινούργιο ήλιον :
20 16 4
N + γ+ 4,75 MeV-----O + He
10 8 2
24 28 32
36 40
Το ήλιο αντιδρά με το
νέον και παράγει Mg , Si , S , A , Ca ενώ
12 14
16 18 20
56
σε μεγαλύτερες ακόμα
θερμοκρασίες παράγεται Fe κλπ.
26
Το ύψος της ανόδου των
εξελικτικών θερμοκρασιών για την δημιουργία βαρυτέρων στοιχείων και ηλίου
εξαρτάται από την αρχική μάζα του αστέρος.
Σε αστέρες άνω των 10 ηλιακών μαζών και με τελική άνοδο θερμοκρασίας
στους 8 δισ. βαθμούς Κ ο αστέρας καταρρέει, οπότε στην "καύση" και
του σιδήρου θα προκληθεί μία απότομη χωρίς προειδοποίηση χαωτική έκρηξη
σουπερνόβα .
Η
ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΑΣΤΈΡΩΝ .
Γενικά. Η
χημική σύσταση του εσωτερικού των αστέρων θεωρείται ότι είναι η ίδια με αυτήν
των ατμοσφαιρών των εκτός από την αναλογία υδρογόνου με το ήλιον η οποία είναι
μεγαλύτερη στο κέντρο λόγω της "καύσεως" των δύο αυτών στοιχείων πρός
παραγωγή ενεργείας. Η πλειοψηφία των
άλλων χημικών στοιχείων (μετάλλων) δέν παίρνει μέρος στις αρχικές πυρηνικές
αντιδράσεις κατά το στάδιο δημιουργίας του αστέρος, δηλαδή η αρχική ανάμειξις
της ύλης του αστέρος του έχει δώσει χημική ομοιογένεια. Σε έναν αστέρα έχουμε την αναλογία υδρογόνο 75%, ήλιον 23% και μέταλλα περίπου
το 1-2% , τα οποία αποτελούν ένα μικρό μέρος της μάζας του σύμπαντος. Όμως παρά
την χημική ομοιογένεια των αστέρων παρατηρούνται διαφορές στην περιεκτικότητα
των μετάλλων, διαφορές που προέρχονται από την εξέλιξη των αστέρων και τον
αριθμό των πυρηνικών αντιδράσεων που έχουν γίνει στο εσωτερικό των. Γενικά, η δημιουργία των 92 χημικών στοιχείων και των υπερουρανίων,
πλουσίων σε νετρόνια ισοτόπων (πυρηνοσύνθεση) γίνεται από τις
εξελικτικές πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των αστέρων, αντιδράσεις με
τους εξής χαρακτηρισμούς :
Αντιδράσεις -s (slow=αργές) .
Αντδράσεις -r (rapid=γρήγορες)
οι οποίες γίνονται στις εκρήξεις των αστέρων σουπερνόβα.
Αντιδράσεις -p δημιουργίας πλουσίων σε ισότοπα νετρονίων.
Αντιδράσεις -x δημιουργίας ελαφρών στοιχείων D, Li, Be και Β.
Οι πληθυσμοί των αστέρων. Το
σύνολο των αστέρων με κριτήριο την περιεκτικότητά τους σε μέταλλα ταξινομείται
σε δύο κατηγορίες που λέγονται και πληθυσμοί, ένας όρος που εισήχθηκε το 1944
από τον W.Baade.
Πληθυσμός Ι .
Περιλαμβάνει τους αστέρες με την μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε μέταλλα με
χαρακτηριστικό την μικρή των ηλικία. Οι αστέρες αυτοί είναι οι θερμότεροι και
έχουν δημιουργηθεί από την μεσοαστρική ύλη που έχει εμπλουτισθεί από τις
εκρήξεις των υπερκαινοφανών.
Δημιουργούνται κοντά στο γαλαξιακό επίπεδο και στους γαλαξιακούς
βραχίονες και απαντώνται κυρίως στα ανοικτά σμήνη και τις διαστελλόμενες ομάδες
νέων αστέρων -Ο.
Πληθυσμός ΙΙ . Περιλαμβάνονται οι αστέρες με
μικρή περιεκτικότητα μετάλλων οι οποίοι είναι και οι πιό παλιοί σε ηλικία. Σχηματίζουν μία σφαιροειδή άλω γύρω από το
κέντρο του γαλαξία περιστρεφόμενοι με σχετικά μεγάλη ταχύτητα σε τροχιές με
μεγάλη εκκεντρότητα και κλίση ως πρός τον γαλαξιακό ισημερινό. Τα σφαιρωτά σμήνη αποτελούνται από αστέρες
αυτού του πληθυσμού.
