گذر زمان در کائنات
مترجم: لنا سجادیفر
انفجار بزرگ
دانشمندان بر این باورند که کائنات در 15 بیلیون سال پیش در پی پدیده ای عظیم، به نام بیگ بنگ (انفجار بزرگ) به وجود آمده است. تمامی فضا، زمان، انرﮋی و موادی که امروزه جهان ما را تشکیل می دهند در پس این انفجار بزرگ ایجاد شده اند. دنیای پیش از بیگ بنگ یک دنیای بینهایت کوچک، فشرده و داغ بوده است. در نخستین کسرهای ثانیه اول فقط انرﮋی وجود داشت.
هنگامی که دنیا شروع به بزرگ شدن و سرد شدن نمود، چهار نیروی اولیه (گرانش، الکترو مغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی پیوندهای هسته ای) ظاهر شدند. کوارک ها و سپس ذرات اتمی و ذرات ضد آنها (ضد مواد) به عرصه پیوستند.
ماده و ضد ماده در مجاورت یکدیگر همدیگر را خنثی کرده(با برتری جزئی ماده نسبت به ضد ماده) و تولید انرﮋی و ماده اولیه یعنی هیدروﮋن و هلیوم نمودند. پس مانده ضعیف گرمای ناشی از بیگ بیگ همچنان در سراسر آسمان دیده می شود.
کهکشانها
در ابتدا توزیع انرﮋی و ذرات در کل جهان یکسان نبود. این ناهمگونی ها این امکان را به انواع نیروها داد تا بتوانند ذرات را گردآوری و متمرکز کنند. این توده سازی و متمرکزسازی آغاز شد تا ساختارهای پیچیده تر به وجود آیند.
تمرکز ذرات منجر به پدیدار شدن غبارها در آسمان گردید و سپس غبارهای فشرده و متمرکز تبدیل به ستاره ها و مجموعه های ستارگان شدند. مجموعه هایی که به آنها کهکشان می گوییم. از حرکت و گردش کهکشانها پیداست که ستارگان و گازهای پراکنده و غبارها یی که در یک کهکشان قابل مشاهده هستند تنها یک دهم جرم کل یک کهکشان را تشکیل می دهند و بیشتر جرم یک کهکشان مربوط به بخش غیر قابل مشاهده ایست که اصطلاحا جرم پنهان خوانده می شود. این بخش نامرئی راز سرنوشت کائنات را در بر گرفته است. آیا کائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد یا اینکه در اثر نیروهای گرانشی که مقدار آن تا به امروز در جرم پنهان مخفی مانده پس از دوره انبساط دوران انقباض را آغاز خواهد نمود.
از دیدگاه توسعه و بسط حیات، آنچه اهمیت دارد این است که هر کهکشان یک کارخانه ستاره سازیست که ستاره ها ی خود را از غبارها و ابرهای عظیم تولید می کند. هر ستاره یک کارخانه شیمیاییست که در آن عناصر سبک به عناصرسنگین تر و پیچیده تر تبدیل می شوند و حیات نیز مجموعه ایست از همین عناصرو مولکول های پیچیده. نوع کهکشانها با محاسبه چگونگی توزیع ستارگان و درخشش یا تاریکی آن مشخص می شود.
ابرهای عظیم مولکولی
بیشترین ساکنین کهکشانها ابرهای عظیم مولکولی هستند که مواد اولیه برای تشکیل ستاره ها و سیارات را در بردارند. ابری با ضخامت 300 سال نوری (هر سال نوری برابراست با حدود 10 تریلیون کیلومتر) جرم کافی برای ساخت ده هزار تا یک میلیون ستاره، هر یک به اندازه جرم خورشید ما را دارد. 10 درصد از این ابر چگالی کافی برای تشکیل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد.عمر این ابرها بین 10 تا 100 میلیون سال است و بعد از آن از هم می پاشند.
تشکیل عناصر در ستارگان
غبارها و تولد ستارگان
گرانش بر ذرات خاصی اثر می گذارد تا مجموعه ای از ذرات را ایجاد نماید که آنها خود جذب کننده ذرات دیگرند. در شرایط مناسب، گرانش، قدرت غلبه بر نیروهای مخالف خود را پیدا می کند و توده ای از غبار را تولید می کند که به اندازه کافی، برای آفرینش یک ستاره، فشرده است.
اما این ستاره جوان احتمالا هنوز در نور مرئی آشکار نیست. این ستاره در میان پوششی از غبار غلیظ و مات احاطه شده است. زمانیکه ستاره غبار اطرافش را پراکنده می کند، توسط دوربین های مادون قرمز به صورت نقطه ای سوزان در بین یک ابر غلیظ مولکولی قابل رویت می شود. در نهایت بادهای ستاره ای پس مانده غبارها و ابرها ی مولکولی را کنار می زنند و در این زمان با تلسکوپ های اپتیکال نیزقابل رویت خواهد بود.
ستارگان بالغ و ترکیبات هسته ای
ستارگان جوان در عرصه تلاش برای حفظ تعادل بین نیروی گرانش، که سعی در فرو کشیدن ستاره دارد و فشارهای ناشی از فعل و انفعالات هسته ای درون خود، که سعی در از هم پاشیدن ستاره دارد قرار می گیرند.
ستاره ها ی بالغ به آن تعادل دست پیدا کرده اند و تقریبا همه عمر خود را در تعادل سپری می کنند.
اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتی طول عمر آن ارتباط مستقیم با جرم ستاره دارد. ستاره ها یی با جرم کمتراز خورشید ما کوتوله ها ی قرمزی می شوند که تا چندین بیلیون سال زنده اند. ستاره ای به اندازه خورشید 10 بیلیون سال زندگی می کند و ستاره ها ی غول پیکر همه سوخت هسته ای خود را در ظرف چند میلیون سال با شدت تمام می سوزانند.
ستاره ها همه عمر در هسته خود هیدروﮋن را سوزانده و به هلیم تبدیل می کنند. در ادامه هلیم نیز به قدری فشرده و داغ می شود که به عناصر سنگینتر تبدیل می گردد. این چرخه تبدیل ادامه دارد. چرخه ای که هر لایه آن انرﮋی و گرمای بیشتر و بیشتری می طلبد. این انرﮋی از انفجارهای ناشی از فعل و انفعالات لایه های زیرین تامین و منجر به تشکیل عناصر سنگین و سنگین تر می شود. گرمای زیادی که در ستاره ایجاد می شود آن را متورم می کند.
مرگ ستاره
در نهایت سوخت هسته ای همه ستارگان روزی تمام می شود. آنها تعادل خود را از دست می دهند طوریکه نیروی گرانش غالب می شود. تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در مرگ آنها نیزمی شود. ستاره های کم جرم به آرامی باقیمانده سوخت خود را سوزانده و می میرند. ستاره هایی به اندازه خورشید، به سرعت به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می شوند. لایه بیرونی ستاره که از اتمهایی تشکیل شده که در فرایند تبادلات هسته ای به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شکل ذرات در عرصه بی انتهای آسمان رها می شوند. هسته یک ستاره غول پیکر تقریبا به شکل آنی منفجر می شود. هسته به سمت بیرون پخش میشود و با ذراتی برخورد میکند که به سمت درون ستاره کشیده شده اند. این برخورد با تولید انرﮋی انبوهی همراه است که هم عناصر سنگین موجود در کائنات را پدیدار می نماید و هم منجر به تکه تکه شدن ستاره می شود. این انفجار ابر نواختر، منشا اولیه همه عناصر سنگین یافت شده در اجرام، ستاره ها، سیاره ها و فضاهای میان کهکشانهاست.
در اعماق سرد فضا، عناصری مانند کربن، اکسیﮊن و نیتروژن می توانند با عنصر اولیه یعنی هیدروژن ترکیب شده و مولکولهای پیچیده ای را بسازند مخصوصا در فضاهای با چگالی و غلظت بالاتر که امکان برخورد ذرات به یکدیگر بیشتر است.
تعداد بسیار زیادی از انواع مولکولهای پیشرفته، به خصوص مولکولهایی که اتم کربن در ترکیب آنها حضور دارد، در فضای میان ستارگان یافت شده است.
شکل گیری سیارات
صفحات سیاره ای
مرحله شکل گیری یک سیاره ممکن است که به صورت یک صفحه درخشنده و یا تاریک در مقابل یک جرم آسمانی درخشان به چشم آید. برخی از این صفحات در انبوه گاز و غبار مخفی و تنها در نور مادون قرمز نمایان می شوند. صفحات سیاره ای دیگر به صورت گرده های ذراتی شبیه به ستاره های دنباله دار دیده می شوند که در اثر وزش بادهای ستاره ای شکل گرفته اند.
وسعت هر یک از این مناطق سیاره خیز بیش از 20 برابر منظومه شمسی ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سیاره ای در یک جهت در حال چرخش به دور یک ستاره می باشند.
محتویات صفحات سیاره ای، شامل مولکول های پیچیده ای است که برخی از آنها تنها در شرایط موجود دراین گونه صفحات به وجود می آیند و برخی مولکولهایی هستند که در فضاهای میان ستاره ها و کهکشانها نیز یافت شده اند.
تشکیل اجرام
ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه این ذرات اجازه تشکیل اجرام کوچک را می دهد. فلزات سنگین و سیلیکاتها در معرکه داغ محدوده نزدیک به ستاره نیز دوام می آورند اما ذرات سبک تر و مولکول های فرار از جمله آب و گاز هیدروﮋن در قسمتهایی از صفحه که از ستاره دورتر است امکان ادامه حیات دارند.
توده ها ی ذرات سنگین پس از اینکه جرم کافی به دست آوردند شروع به سخت شدن می نمایند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آنها رفته رفته اجرام بزرگی می شوند. سرانجام این توده ها و اجرام با یکپارجه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضای خود مسلط می شوند.
شکل گیری سیاراتی چون زمین و مشتری
اختلافات ماهرانه در توزیع ذرات بین قسمتهای مختلف یک صفحه سیاره ای تعین کننده مکان و بزرگی سیارات در آن صفحه است.
اجرام کوچک صخره ای و فلزی درمنظومه شمسی سیاره ای همچون زمین را به شکل گدازان پدید آورده اند. در پی سرد شدن این سیارات لایه های سخت آنها تشکیل می شود. احتمال می رود که با گذشت زمان همه بخشهای این سیارات منجمد گردد. این سیارات تحت بمباران های اجرام کوچک صخره ای قرار می گیرند که حامل عناصر و مولکولهایی از جمله مهمترین عنصر شناخته شده حیات یعنی آب می باشند.
اجرام سرد و یخی که در فاصله بیشتری از خورشید قرار داشتند سیاره ای چون مشتری را به وجود آورده اند. این سیارات ممکن است دارای هسته های فلزی و سخت باشند ولی سطح خارجی آنها به شکل مایع و پوشیده از لایه های گازاست. ساختار سیاره ای چون مشتری بسیار شبیه ستاره ایست که گرد آن در گردش است. این سیارات نیز مدام تحت آماج برخوردهای اجرام کوچک قرار می گیرند.
کیمیای حیات
در ساختار کائنات و بالطبع سیارات، مولکولهای پیچیده کربن و اسیدهای آمینه، دورکن اصلی تشکیل حیات، وجود دارند. با انتشار دقیق و ترکیب این اجزا و ذرات اولیه، طبیعت قادر به ساخت DNA شالوده اساسی حیات و زندگی در کره زمین گردیده است. چگونگی و شرایط ترکیب این اجزا هنوز در حال بررسی است. اما این حقیقت که این ترکیب در حال حاضر صورت گرفته و منجر به ایجاد حیات در کره زمین شده است و با در نظر گرفتن زنجیره ذرات در کائنات، رخ دادن این گونه ترکیبات و در نتیجه وجود حیات در قسمتهای دیگری از کائنات همواره امکان پذیر می باشد.
"Timelime of the Universe." NASA Origins Library Online Reference Center.
منبع:
http://origins.jpl.nasa.gov/library/poster/poster.html
