«Η αρχή - 14 δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής εξέλιξης»: Προδημοσίευση του βιβλίου των Νιλ ντεΓκράς Τάισον και Ντόναλντ Γκόλντσμιθ

Την αλματώδη πρόοδο που έχει γίνει στην κατανόηση του Σύμπαντος φωτίζει το βιβλίο των αστροφυσικών, Νιλ ντεΓκράς Τάισον και Ντόναλντ Γκόλντσμιθ «Η αρχή-14 δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής εξέλιξης», η αναθεωρημένη έκδοση του οποίου κυκλοφορεί στις 3 Απριλίου από τις εκδόσεις «Διόπτρα» σε μετάφραση του Χριστόδουλου Λιθαρή.

Οι δύο αστροφυσικοί προσεγγίζουν την εξέλιξη του Σύμπαντος με την προσωπική τους ματιά, αναφέρονται σε πρόσφατες εξελίξεις γύρω από την κοσμολογία και γράφουν για όσα πιστεύουν και όσα δεν πιστεύουν ότι η επιστήμη μπορεί να απαντήσει. Με τόνο πληροφοριακό και ενίοτε χιουμοριστικό, οι δύο επιστήμονες «ταξιδεύουν» τον αναγνώστη στο απέραντο σύμπαν.

Η έκδοση περιλαμβάνει σημαντικές πρόσφατες ανακαλύψεις, όπως τους πάνω από 5.000 εξωπλανήτες, που ρίχνουν φως στην προέλευση, αλλά και στις πιθανότητες ζωής σε άλλα σημεία του Γαλαξία μας, και παραθέτει δεδομένα από νέα επίγεια και διαστημικά παρατηρητήρια που έχουν αλλάξει καθοριστικά όσα γνωρίζουμε για το διαστελλόμενο Σύμπαν.

Ο Νιλ ντεΓκρας Τάισον είναι αστροφυσικός και συγγραφέας, μεταξύ άλλων του διεθνούς μπεστ σέλερ «Αστροφυσική για βιαστικούς». Από το 1996 είναι διευθυντής του Πλανηταρίου Χέιντεν που βρίσκεται στο Αμερικανικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας στη Νέα Υόρκη. Παρουσιάζει το βραβευμένο με Emmy podcast StarTalk και είναι συνιδρυτής του αντίστοιχου εντύπου StarTalk Sports Edition. Έχει αναγορευτεί 21 φορές επίτιμος διδάκτωρ, έχει τιμηθεί με το Μετάλλιο Κοινωνικής Προσφοράς από την Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ και με το Μετάλλιο Διακεκριμένης Υπηρεσίας από τη NASA. Ο αστεροειδής 13123 Tyson ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του.

Ο Ντόναλντ Γκόλντσμιθ είναι αστροφυσικός, έχει διδάξει στο Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια και σε άλλα πανεπιστήμια. Έχει γράψει πάνω από είκοσι βιβλία και έχει τιμηθεί από την Αμερικανική Αστρονομική Εταιρεία για τη συνεισφορά του στην εκλαΐκευση της αστρονομίας.

Ακολουθεί προδημοσίευση του βιβλίου:

ΑΝΑΚΑΛΥΠΤΟΝΤΑΣ ΓΑΛΑΞΙΕΣ

Πριν από δυόμισι αιώνες, λίγο προτού ο Άγγλος αστρονόμος σερ Ουίλιαμ Χέρσελ κατασκευάσει το πρώτο πραγματικά μεγάλο τηλεσκόπιο του κόσμου, το γνωστό Σύμπαν αποτελούνταν μόνο από τα αστέρια, τον Ήλιο και τη Σελήνη, τους πλανήτες, λίγα φεγγάρια του Δία και του Κρόνου, μερικά θαμπά αντικείμενα και τον Γαλαξία, που σχηματίζει μια γαλακτερή λωρίδα στον νυχτερινό ουρανό. Τα θαμπά αντικείμενα, που η επιστημονική ονομασία τους είναι νεφελώματα, από τη λατινική λέξη nebulae, η οποία σημαίνει «νέφη», είναι αντικείμενα απροσδιόριστης μορφής, όπως το νεφέλωμα του Καρκίνου στον αστερισμό του Ταύρου και το νεφέλωμα της Ανδρομέδας, που μοιάζει να βρίσκεται ανάμεσα στα άστρα του αστερισμού της Ανδρομέδας.

Το τηλεσκόπιο του Χέρσελ είχε κάτοπτρο διαμέτρου 48 ιντσών - πρωτοφανές μέγεθος για το 1789, τη χρονιά που ολοκληρώθηκε η κατασκευή του. Ο σκελετός των δοκών που το στήριζαν και το κατηύθυναν, το καθιστούσε δύσχρηστο όργανο, αλλά όταν ο Χέρσελ το έστρεψε στον ουρανό, μπόρεσε να δει αμέσως τα αναρίθμητα αστέρια που αποτελούσαν τον γαλαξία μας. Χρησιμοποιώντας αυτό το 48 ιντσών τηλεσκόπιο, όπως επίσης ένα πιο μικρό και ευέλικτο, ο Χέρσελ και η αδελφή του Κάρολαϊν συνέταξαν τον πρώτο εκτεταμένο κατάλογο των βόρειων νεφελωμάτων του «βαθέος ουρανού». Ο σερ Τζον -ο γιος του Ουίλιαμ Χέρσελ- συνέχισε την οικογενειακή παράδοση, εμπλουτίζοντας τον κατάλογο των βόρειων αντικειμένων του πατέρα του και της θείας του, και κατά τη διαμονή του για αρκετό διάστημα στο Ακρωτήρι της Καλής Ελπίδας, στο νότιο άκρο της Αφρικής, κατέγραψε περίπου 1.700 θαμπά αντικείμενα που ήταν ορατά από το Νότιο Ημισφαίριο. Το 1864, συνέταξε μια συλλογή με τα γνωστά αντικείμενα του βαθέος ουρανού, το A General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars, που περιλάμβανε πάνω από 5.000 λήμματα. Παρά το μεγάλο αυτό σώμα δεδομένων, κανείς εκείνη την εποχή δεν ήξερε την πραγματική ταυτότητα των νεφελωμάτων, τις αποστάσεις τους από τη Γη ή τις μεταξύ τους διαφορές. Ωστόσο ο κατάλογος του 1864 πρόσφερε τη δυνατότητα να ταξινομηθούν τα νεφελώματα μορφολογικά - δηλαδή, ανάλογα με το σχήμα τους. Οι αστρονόμοι ονόμασαν τα νεφελώματα που είχαν σπειροειδές σχήμα «σπειροειδή νεφελώματα», εκείνα που είχαν αόριστα ελλειπτικό σχήμα «ελλειπτικά νεφελώματα» και τα διάφορα νεφελώματα με ακανόνιστο σχήμα -που δεν ήταν ούτε σπειροειδή ούτε ελλειπτικά- «ακανόνιστα νεφελώματα». Τέλος, ονόμασαν τα νεφελώματα που φαίνονταν μικρά και στρογγυλά, σαν τηλεσκοπική εικόνα πλανήτη, «πλανητικά νεφελώματα», ένα σφάλμα ορολογίας που μπερδεύει μονίμως τους νεοφερμένους στην αστρονομία.

Στο μεγαλύτερο μέρος της ιστορίας της, η αστρονομία έλεγε τα πράγματα με το όνομά τους, χρησιμοποιώντας περιγραφικές μεθόδους έρευνας που έμοιαζαν πολύ μ' εκείνες της βοτανολογίας. Καταφεύγοντας σε μακροσκελείς καταλόγους άστρων και θαμπών αντικειμένων, οι αστρονόμοι έψαχναν για μοτίβα και ταξινομούσαν τα αντικείμενα σύμφωνα με αυτά. Και ήταν πολύ λογικό βήμα. Οι περισσότεροι άνθρωποι, αρχίζοντας από την παιδική ηλικία, τοποθετούν τα πράγματα σύμφωνα με την εμφάνιση και το σχήμα, χωρίς καν να τους πει κάποιος να το κάνουν. Όμως αυτή η προσέγγιση έχει τα όριά της. Η οικογένεια Χέρσελ πάντα υπέθετε πως επειδή πολλά από τα θαμπά αντικείμενα είχαν περίπου το ίδιο μέγεθος στον νυχτερινό ουρανό, όλα τα νεφελώματα θα πρέπει να βρίσκονταν σχεδόν στην ίδια απόσταση από τη Γη. Γι' αυτούς, λοιπόν, ήταν απλώς μια καλή και σωστή επιστημονική μέθοδος το να εφαρμόσουν σε όλα τα νεφελώματα τους ίδιους κανόνες ταξινόμησης.

Το κακό είναι πως η υπόθεση ότι όλα τα νεφελώματα βρίσκονται σε παρόμοιες αποστάσεις αποδείχτηκε πολύ λανθασμένη. Η φύση είναι άπιαστη, ακόμα και πανούργα. Μερικά από τα νεφελώματα που κατηγοριοποίησαν οι Χέρσελ δεν απέχουν πολύ περισσότερο απ' ό,τι τα άστρα, άρα είναι σχετικά μικρά (αν ένα πλάτος μερικών τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων μπορεί να θεωρηθεί «σχετικά μικρό»). Κάποια άλλα αποδείχτηκε πως είναι πολύ πιο μακρινά, οπότε πρέπει να έχουν μεγαλύτερο μέγεθος από τα θαμπά αντικείμενα που είναι σχετικά κοντά μας για να φαίνονται ιδίου μεγέθους στον ουρανό.

Επομένως το μάθημα είναι ότι κάποια στιγμή πρέπει να σταματήσετε να είστε προσηλωμένοι στην εμφάνιση ενός πράγματος και να αρχίσετε να ρωτάτε τι είναι. Ευτυχώς, στα τέλη του 19ου αιώνα, οι πρόοδοι της επιστήμης και της τεχνολογίας είχαν δώσει στους αστρονόμους τη δυνατότητα να κάνουν αυτό ακριβώς, να πάψουν την απλή κατηγοριοποίηση των περιεχομένων του Σύμπαντος. Αυτή η μεταβολή οδήγησε στη γέννηση της αστροφυσικής, τη χρήσιμη εφαρμογή των νόμων της φυσικής στις αστρονομικές καταστάσεις.

Την ίδια περίοδο που ο σερ Τζον Χέρσελ εξέδιδε τον τεράστιο κατάλογό του με τα νεφελώματα, ένα καινούριο επιστημονικό όργανο, το φασματοσκόπιο, αξιοποιήθηκε στην έρευνα για νεφελώματα. Η μοναδική δουλειά του φασματοσκοπίου είναι να διαλύει το φως σε ένα ουράνιο τόξο που αποτελείται από τα συστατικά χρώματά του. Αυτά τα χρώματα, και τα χαρακτηριστικά που εμπεριέχουν, αποκαλύπτουν όχι μόνο μικρές λεπτομέρειες για τη χημική σύνθεση της πηγής του φωτός, αλλά επίσης, εξαιτίας του φαινομένου Ντόπλερ, που περιγράφεται στο Κεφάλαιο 5, αποκαλύπτουν την κίνηση της πηγής του φωτός που πλησιάζει ή απομακρύνεται από τη Γη.

Η φασματοσκοπία τελικά αποκάλυψε κάτι αξιοσημείωτο: τα σπειροειδή νεφελώματα, που δείχνουν να επικρατούν έξω από τη λωρίδα του γαλαξία μας, σχεδόν όλα απομακρύνονται από τη Γη, και μάλιστα με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Αντιθέτως, όλα τα πλανητικά νεφελώματα, όπως και τα περισσότερα ακανόνιστα νεφελώματα, ταξιδεύουν με σχετικά χαμηλές ταχύτητες - κάποια προς εμάς και κάποια μακριά από εμάς. Μήπως είχε συμβεί μια καταστροφική έκρηξη στο κέντρο του Γαλαξία, εκτοξεύοντας μόνο τα σπειροειδή νεφελώματα; Αν ναι, τότε γιατί κανένα δεν οπισθοχωρούσε; Μήπως βλέπαμε την καταστροφή σε κάποια ιδιαίτερη χρονική στιγμή; Παρά τις προόδους στη φωτογραφία, που απέδωσαν ταχύτερα φωτογραφικά γαλακτώματα, προσφέροντας στους αστρονόμους τη δυνατότητα να μετρούν τα φάσματα όλο και πιο αμυδρών νεφελωμάτων, η έξοδος συνεχιζόταν και τα ερωτήματα έμεναν αναπάντητα.

Οι περισσότερες πρόοδοι στην αστρονομία, όπως συμβαίνει και σε άλλες επιστήμες, επιτεύχθηκαν από την εισαγωγή καλύτερης τεχνολογίας. Στην αρχή της δεκαετίας του 1920, άλλο ένα βασικό όργανο εμφανίστηκε στη σκηνή: το τρομερό Τηλεσκόπιο Χούκερ, 100 ιντσών, στο Αστεροσκοπείο του όρους Ουίλσον κοντά στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια. Το 1923, ο Αμερικανός αστροφυσικός Έντουιν Π. Χαμπλ χρησιμοποίησε αυτό το τηλεσκόπιο -το μεγαλύτερο του κόσμου τότε- για να βρει έναν ειδικό τύπο άστρου, έναν μεταβλητό Κηφείδη, στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας. Οι μεταβλητοί αστέρες όλων των τύπων ποικίλλουν σε φωτεινότητα σύμφωνα με γνωστά μοτίβα· οι μεταβλητοί Κηφείδες, που πήραν το όνομά τους από το πρωτότυπο της κατηγορίας, ένα άστρο στον αστερισμό του Κηφέως, είναι όλοι εξαιρετικά φωτεινοί και επομένως ορατοί από τεράστιες αποστάσεις. Επειδή η λαμπρότητά τους ποικίλλει με βάση αναγνωρίσιμους κύκλους, η υπομονή και η επιμονή θα αποκαλύψουν όλο και περισσότερους στον προσεκτικό παρατηρητή. Ο Χαμπλ είχε βρει λίγους από αυτούς τους μεταβλητούς Κηφείδες μέσα στον γαλαξία μας και υπολόγισε τις αποστάσεις τους· όμως, προς έκπληξή του, ο Κηφείδης που βρήκε στην Ανδρομέδα ήταν πολύ πιο αμυδρός από τους άλλους.

Η πιο πιθανή εξήγηση γι' αυτή την αμυδρότητα ήταν ότι ο καινούριος μεταβλητός Κηφείδης, και το νεφέλωμα της Ανδρομέδας στο οποίο υπάρχει, βρίσκεται σε απόσταση πολύ μεγαλύτερη από εκείνη των Κηφείδων του γαλαξία μας. Ο Χαμπλ συνειδητοποίησε ότι αυτό τοποθετούσε το νεφέλωμα της Ανδρομέδας σε τόσο μεγάλη απόσταση, που δεν ήταν δυνατόν να βρίσκεται ανάμεσα στα άστρα του αστερισμού της Ανδρομέδας, ούτε κάπου μέσα στον γαλαξία μας - και δεν θα μπορούσε να έχει εκτιναχτεί μακριά, μαζί με τα σπειροειδή αδέλφια του, εξαιτίας κάποιου καταστροφικού ατυχήματος.

Αυτό σήμαινε κάτι συγκλονιστικό. Η ανακάλυψη του Χαμπλ έδειξε ότι τα σπειροειδή νεφελώματα ήταν από μόνα τους ολόκληρα συστήματα άστρων, μεγάλα και γεμάτα άστρα σαν τον δικό μας γαλαξία. Σύμφωνα με τη φράση του φιλόσοφου Ιμάνουελ Καντ, ο Χαμπλ είχε δείξει ότι «σύμπαντα νησιά» πρέπει να βρίσκονταν κατά δεκάδες έξω από το δικό μας αστρικό σύστημα, γιατί το αντικείμενο στην Ανδρομέδα αποτελούσε απλώς το πρώτο στη λίστα των πιο γνωστών σπειροειδών νεφελωμάτων.

Το νεφέλωμα της Ανδρομέδας ήταν, στην πραγματικότητα, ο γαλαξίας της Ανδρομέδας.

ΑΠΕ-ΜΠΕ