Το μέγεθος του σύμπαντος υπερβαίνει τα όρια της ανθρώπινης αντίληψης

Το σύμπαν είναι μεγάλο. Αλλά πόσο μεγάλο είναι το «μεγάλο»;

Αυτό είναι σχετικό. Όταν ένας αστρονόμος λέει ότι κάτι είναι κοντά, μπορεί να εννοεί μερικά εκατομμύρια χιλιόμετρα (αν μιλάμε για αστεροειδείς) ή μερικές δεκάδες τρισεκατομμύρια (για άστρα) ή μερικές δεκάδες πεντάκις δισεκατομμύρια χιλιόμετρα (για γαλαξίες). Ανεξάρτητα από τον προορισμό, σίγουρα είναι πολύ μεγάλη βόλτα. Διευκολύνουμε τον εαυτό μας χρησιμοποιώντας τεράστιες μονάδες για την μέτρηση της απόστασης, όπως το 1 έτος φωτός, την απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο. Υπενθυμίζεται ότι η ταχύτητα του φωτός, 300.000 χιλόμετρα ανά δευτερόλεπτο, είναι η μέγιστη δυνατή ταχύτητα στο σύμπαν μας. Ένα έτος φωτός είναι περίπου 10 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Αλλά αυτό εξακολουθεί να είναι αρκετά «μικρό» για κάποιο άτομο που διαβάζει για «κοντινούς» εξωπλανήτες ή «μακρινούς» γαλαξίες.

Ένας τρόπος για να κατανοήσουμε την κλίμακα των αποστάσεων στο Σύμπαν είναι (αφού πρώτα δούμε την ταινία μικρού μήκους «Powers of Ten»), να το κάνουμε σταδιακά, βήμα-βήμα.

Η Σελήνη είναι το πλησιέστερο αστρονομικό αντικείμενο στη Γη. Κατά μέσο όρο, απέχει περίπου 380.000 χιλιόμετρα από τη Γη. Μια απόσταση που είναι ήδη αρκετά μεγάλη. Σχεδόν 30 πλανήτες σαν τη Γη θα μπορούσαν να χωρέσουν δίπλα-δίπλα σε αυτή την απόσταση! Ή σκεφτείτε το ως εξής: ακόμα και οι αστροναύτες του Aπόλλων, που ταξίδευαν γρηγορότερα από οποιονδήποτε άλλο άνθρωπο πριν από αυτούς, χρειάστηκαν τρεις ημέρες για να μπουν σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη ή να προσεληνωθούν. Κι αυτό είναι το πλησιέστερο ουράνιο σώμα.

Η αποστολή Apollo 13 στις 15 Απριλίου του 1970 (σαν σήμερα πριν από 54 χρόνια!) πέρασε 254 km πάνω από την επιφάνεια της αθέατης πλευράς της Σελήνης. Τότε απείχε 400.171 km από τη Γη, την πιο μακρινή απόσταση που έχουν ταξιδέψει μέχρι σήμερα οι άνθρωποι από την Γη!
Ο 'Ηλιος είναι περίπου 400 φορές πιο μακριά από τη Γη σε σχέση με τη Σελήνη: 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Πόσο μεγάλη είναι αυτή η απόσταση; Αν υπήρχε ένας αυτοκινητόδρομος που … θα συνέδεε την Γη με τον Ήλιο, τότε οδηγώντας με το αυτοκίνητό σας αυτόν τον δρόμο θα χρειαζόσασταν περίπου 170 χρόνια για να φτάσετε στον Ήλιο. Με ένα αεροπλάνο θα φτάνατε γρηγορότερα – μόλις 17 χρόνια.

Όταν αναφέρεστε σε αντικείμενα μέσα στο ηλιακό μας σύστημα, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε την απόσταση Γης-Ήλιου ως μονάδα μέτρησης. Την απόσταση αυτή την ονομάζουμε αστρονομική μονάδα (ή AU), και ισούται με 149.597.870,7 χιλιόμετρα. Έτσι, ο Ερμής απέχει περίπου 0,4 AU από τον Ήλιο και η Αφροδίτη περίπου 0,7 ΑU. Οι αποστάσεις τους από τη Γη εξαρτώνται από το πού βρίσκονται οι πλανήτες στην τροχιά τους – έτσι για παράδειγμα, η απόσταση της Αφροδίτης από τη Γη κυμαίνεται από 0,3 έως 1,7 AU περίπου.

Ο Ποσειδώνας, ο πιο μακρινός μεγάλος πλανήτης από τον ήλιο, απέχει 4,5 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα ή 30 αστρονομικές μονάδες (AU). Ο Πλούτωνας βρίσκεται περίπου στην ίδια απόσταση και απέχει πολύ από εμάς. Το διαστημόπλοιο New Horizons χρειάστηκε πάνω από εννέα χρόνια για να φτάσει εκεί παρά το γεγονός ότι κινούνταν με ταχύτητες μεγαλύτερες των 50.000 χλμ. ανά ώρα.

Αυτοί οι αριθμοί είναι αρκετά δύσκολο να κατανοηθούν. Όταν ταξίδευα στα σχολεία για να κάνω επιδείξεις στα παιδιά σχετικά με την αστρονομία, ένα από τα αγαπημένα μου εργαλεία ήταν το σχοινί του ηλιακού συστήματος με μήκος 50 πόδια (15 μέτρα) που αντιπροσώπευε τη μέση απόσταση Ήλιου-Πλούτωνα. Έδινα στους μαθητές εικόνες των πλανητών και εκείνοι τις τοποθετούσαν στην κατάλληλη απόσταση από τον Ήλιο. Ενώ οι 4 εσωτερικοί πλανήτες ήταν τόσο κοντά μεταξύ τους, που έπεφταν σχεδόν ο ένας πάνω στον άλλο, οι εξωτερικοί πλανήτες ήταν τόσο απομακρυσμένοι που έπρεπε είτε να βρεθεί ένας μακρύς διάδρομος είτε να βγούμε στο προαύλιο για να ολοκληρωθεί η επίδειξη.

Αυτή η επίδειξη αποδείχθηκε τόσο δημοφιλής ώστε δημιουργήθηκε ένα αρχείο Εxcel που επιτρέπει σε οποιονδήποτε να υπολογίσει το ηλιακό σύστημα σε κλίμακα. Βασίζεται στο μέγεθος του ήλιου, ώστε να μπορείτε να το αλλάξετε από την προεπιλoγή του ενός μέτρου, π.χ. στο μέγεθος ενός σταφυλιού και να μάθετε πόσο μεγάλοι γίνονται και πόσο μακριά θα βρίσκονται οι πλανήτες. Πρέπει να το κατεβάσετε για να αλλάξετε τις τιμές. Σύμφωνα με τον Phil Plait, είναι διασκεδαστικό και εντυπωσιακό:

Αλλά είναι επίσης χρήσιμο να εξετάσουμε τις αποστάσεις μεταξύ αντικειμένων ως προς το μέγεθός τους. Για παράδειγμα, ο ήλιος έχει εύρος περίπου 1,4 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Το πλησιέστερο αστρικό σύστημα στον ήλιο είναι το Άλφα του Κενταύρου, το οποίο απέχει 41 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Αν διαιρέσουμε τους δύο αριθμούς, ο Άλφα του Κενταύρου απέχει περίπου 30 εκατομμύρια «ήλιους». Τα άστρα είναι πολύ μικρά σε σύγκριση με την απόσταση μεταξύ τους, κι αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο πραγματικά δεν χρειάζεται να ανησυχείτε μήπως κάποιο από αυτά συγκρουστεί με τον ήλιο μας!

Αυτός είναι επίσης ο λόγος που χρησιμοποιούμε έτη φωτός για να μετρήσουμε αυτές τις αποστάσεις. Είναι μια πιο βολική μονάδα όταν ασχολείστε με διαστρικά ταξίδια. Το Άλφα του Κενταύρου απέχει 4,3 έτη φωτός. Το νεφέλωμα του Ωρίωνα απέχει περίπου 1.250 έτη φωτός από τον Ήλιο, ενώ το κέντρο του Γαλαξία 26.000 έτη φωτός μακριά. Ενώ ο ίδιος ο γαλαξίας είναι ένας επίπεδος δίσκος πλάτους περίπου 120.000 ετών φωτός.

Ο πλησιέστερος μεγάλος γαλαξίας στον Γαλαξία μας είναι η Ανδρομέδα, που απέχει 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός από εμάς. Αυτός ο αριθμός έχει ενδιαφέρον γιατί είναι «μόνο» 20 φορές το μέγεθος του Γαλαξία μας. Στην κλίμακα των μεγεθών των γαλαξιών, οι γαλαξίες είναι στην πραγματικότητα αρκετά κοντά μεταξύ τους.

Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας και ο πράσινος κομήτης 12P/Pons-Brooks στον νυχτερινό ουρανό (φωτογραφία Petr Horálek)
Στο εσωτερικό των γαλαξιών, οι συγκρούσεις μεταξύ των άστρων είναι εξαιρετικά σπάνιες επειδή απέχουν τόσο πολύ μεταξύ τους σε σχέση με το μέγεθός τους. Αλλά οι ίδιοι οι γαλαξίες είναι πιο συνωστισμένοι, επομένως δεν αποτελεί μεγάλη έκπληξη το γεγονός ότι οι συγκρούσεις γαλαξιών δεν είναι μόνο συχνές, αλλά και πανταχού παρούσες. Ο Γαλαξίας μας έφτασε στο τεράστιο μέγεθός του μετά από συγκρούσεις και συγχωνεύσεις με άλλους γαλαξίες. Στην πραγματικότητα κάθε μεγάλος γαλαξίας έχει υποστεί πολλαπλές συγκρούσεις.

Ο Γαλαξίας μας και ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι οι δύο μεγαλύτεροι γαλαξίες σε έναν σύνολο περίπου 100 γαλαξιών που ονομάζουμε Τοπική Ομάδα και έχει εύρος περίπου 10 εκατομμύρια έτη φωτός. Υπάρχουν μεγαλύτερες και πολυπληθέστερες ομάδες που ονομάζονται σμήνη γαλαξιών. Το κοντινότερο είναι το Σμήνος της Παρθένου με περισσότερους από 1.000 γαλαξίες, που βρίσκεται περίπου 50 εκατομμύρια έτη φωτός από εμάς, αν και υπάρχουν μικρότερες ομάδες που βρίσκονται πιο κοντά.

Τα σμήνη των γαλαξιών συγκρατούνται μεταξύ από την μεταξύ των μελών τους βαρυτική έλξη και μπορεί να έχουν εύρος δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός. Αλλά δεν τελειώσαμε! Τα σμήνη μπορούν να συσσωρευτούν για να σχηματίσουν τα επονομαζόμενα υπερσμήνη. Το Σμήνος της Παρθένου και η Τοπική Ομάδα είναι μέρος ενός υπερσμήνους που ονομάζεται υπερσμήνος Laniakea, το οποίο περιέχει περισσότερους από 100.000 γαλαξίες και εκτείνεται σε ένα εύρος 500 εκατομμυρίων ετών φωτός.

Το σύμπαν μας έχει ηλικία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, οπότε μπορεί να πιστεύετε ότι τα πιο μακρινά αντικείμενα που μπορούμε να δούμε απέχουν απόσταση περίπου 13,8 έτη φωτός. Αλλά το σύμπαν διαστέλλεται και στον χρόνο που χρειάζεται το φως για να διανύσει από τα μακρινά αντικείμενα μέχρι τη Γη, και αυτή η διαστολή τα έχει απομακρύνει ακόμη πιο μακριά από εμάς. Έτσι, το παρατηρήσιμο σύμπαν υπολογίζεται ότι έχει διάμετρο περίπου 90 δισεκατομμύρια έτη φωτός!

Μετά από όλα αυτά, θα σας πω ένα μυστικό: ακόμη και οι αστρονόμοι δεν μπορούν να συλλάβουν πραγματικά αυτές τις κλίμακες. Δουλεύουμε μαζί τους και μπορούμε να κάνουμε τα μαθηματικά και τη φυσική μαζί τους, αλλά ο πιθηκίσιος εγκέφαλός μας εξακολουθεί να παλεύει για να κατανοήσει ακόμη και την απόσταση από το φεγγάρι – και το σύμπαν είναι 2 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από αυτή.

Οπότε ναι – το διάστημα είναι μεγάλο. Και είναι αλήθεια ότι είμαστε πολύ, πολύ μικροί. Οι κλίμακες του κόσμου μπορεί να φαίνονται ‘εξοντωτικές’. Αλλά θα κλείσω με αυτό: ενώ το σύμπαν είναι εξαιρετικά μεγάλο, πέρα από αυτό που μπορούμε να αντιληφθούμε, χρησιμοποιώντας μαθηματικά και φυσική και τον εγκέφαλό μας, μπορούμε πραγματικά να το καταλάβουμε. Κι αυτό μας κάνει επίσης πολύ μεγάλους.

ΠΗΓΗ