گذر زمان در كائنات

 مترجم: لنا سجاديفر

انفجار بزرگ

دانشمندان بر اين باورند كه كائنات در 15 بيليون سال پيش در پي پديده اي عظيم، به نام بيگ بنگ (انفجار بزرگ) به وجود آمده است. تمامي فضا، زمان، انرﮋي و موادي كه امروزه جهان ما را تشكيل مي دهند در پس اين انفجار بزرگ ايجاد شده اند. دنياي پيش از بيگ بنگ يك دنياي بينهايت كوچك، فشرده و داغ بوده است. در نخستين كسرهاي ثانيه اول فقط انرﮋي وجود داشت.
هنگامي كه دنيا شروع به بزرگ شدن و سرد شدن نمود، چهار نيروي اوليه (گرانش، الكترو مغناطيس، نيروي ضعيف و نيروي قوي پيوندهاي هسته اي) ظاهر شدند. كوارك ها و سپس ذرات اتمي و ذرات ضد آنها (ضد مواد) به عرصه پيوستند.
ماده و ضد ماده در مجاورت يكديگر همديگر را خنثي كرده(با برتري جزئي ماده نسبت به ضد ماده) و توليد انرﮋي و ماده اوليه يعني هيدروﮋن و هليوم نمودند. پس مانده ضعيف گرماي ناشي از بيگ بيگ همچنان در سراسر آسمان ديده مي شود.

كهكشانها

در ابتدا توزيع انرﮋي و ذرات در كل جهان يكسان نبود. اين ناهمگوني ها اين امكان را به انواع نيروها داد تا بتوانند ذرات را گردآوري و متمركز كنند. اين توده سازي و متمركزسازي آغاز شد تا ساختارهاي پيچيده تر به وجود آيند.
تمركز ذرات منجر به پديدار شدن غبارها در آسمان گرديد و سپس غبارهاي فشرده و متمركز تبديل به ستاره ها و مجموعه هاي ستارگان شدند. مجموعه هايي كه به آنها كهكشان مي گوييم. از حركت و گردش كهكشانها پيداست كه ستارگان و گازهاي پراكنده و غبارها يي كه در يك كهكشان قابل مشاهده هستند تنها يك دهم جرم كل يك كهكشان را تشكيل مي دهند و بيشتر جرم يك كهكشان مربوط به بخش غير قابل مشاهده ايست كه اصطلاحا جرم پنهان خوانده مي شود. اين بخش نامرئي راز سرنوشت كائنات را در بر گرفته است. آيا كائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد يا اينكه در اثر نيروهاي گرانشي كه مقدار آن تا به امروز در جرم پنهان مخفي مانده پس از دوره انبساط دوران انقباض را آغاز خواهد نمود.
از ديدگاه توسعه و بسط حيات، آنچه اهميت دارد اين است كه هر كهكشان يك كارخانه ستاره سازيست كه ستاره ها ي خود را از غبارها و ابرهاي عظيم توليد مي كند. هر ستاره يك كارخانه شيمياييست كه در آن عناصر سبك به عناصرسنگين تر و پيچيده تر تبديل مي شوند و حيات نيز مجموعه ايست از همين عناصرو مولكول هاي پيچيده. نوع كهكشانها با محاسبه چگونگي توزيع ستارگان و درخشش يا تاريكي آن مشخص مي شود.

ابرهاي عظيم مولكولي

بيشترين ساكنين كهكشانها ابرهاي عظيم مولكولي هستند كه مواد اوليه براي تشكيل ستاره ها و سيارات را در بردارند. ابري با ضخامت 300 سال نوري (هر سال نوري برابراست با حدود 10 تريليون كيلومتر) جرم كافي براي ساخت ده هزار تا يك ميليون ستاره، هر يك به اندازه جرم خورشيد ما را دارد. 10 درصد از اين ابر چگالي كافي براي تشكيل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد.عمر اين ابرها بين 10 تا 100 ميليون سال است و بعد از آن از هم مي پاشند.

تشكيل عناصر در ستارگان

غبارها و تولد ستارگان

گرانش بر ذرات خاصي اثر مي گذارد تا مجموعه اي از ذرات را ايجاد نمايد كه آنها خود جذب كننده ذرات ديگرند. در شرايط مناسب، گرانش، قدرت غلبه بر نيروهاي مخالف خود را پيدا مي كند و توده اي از غبار را توليد مي كند كه به اندازه كافي، براي آفرينش يك ستاره، فشرده است.
اما اين ستاره جوان احتمالا هنوز در نور مرئي آشكار نيست. اين ستاره در ميان پوششي از غبار غليظ و مات احاطه شده است. زمانيكه ستاره غبار اطرافش را پراكنده مي كند، توسط دوربين هاي مادون قرمز به صورت نقطه اي سوزان در بين يك ابر غليظ مولكولي قابل رويت مي شود. در نهايت بادهاي ستاره اي پس مانده غبارها و ابرها ي مولكولي را كنار مي زنند و در اين زمان با تلسكوپ هاي اپتيكال نيزقابل رويت خواهد بود.

ستارگان بالغ و تركيبات هسته اي

ستارگان جوان در عرصه تلاش براي حفظ تعادل بين نيروي گرانش، كه سعي در فرو كشيدن ستاره دارد و فشارهاي ناشي از فعل و انفعالات هسته اي درون خود، كه سعي در از هم پاشيدن ستاره دارد قرار مي گيرند.
ستاره ها ي بالغ به آن تعادل دست پيدا كرده اند و تقريبا همه عمر خود را در تعادل سپري مي كنند.
اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتي طول عمر آن ارتباط مستقيم با جرم ستاره دارد. ستاره ها يي با جرم كمتراز خورشيد ما كوتوله ها ي قرمزي مي شوند كه تا چندين بيليون سال زنده اند. ستاره اي به اندازه خورشيد 10 بيليون سال زندگي مي كند و ستاره ها ي غول پيكر همه سوخت هسته اي خود را در ظرف چند ميليون سال با شدت تمام مي سوزانند.
ستاره ها همه عمر در هسته خود هيدروﮋن را سوزانده و به هليم تبديل مي كنند. در ادامه هليم نيز به قدري فشرده و داغ مي شود كه به عناصر سنگينتر تبديل مي گردد. اين چرخه تبديل ادامه دارد. چرخه اي كه هر لايه آن انرﮋي و گرماي بيشتر و بيشتري مي طلبد. اين انرﮋي از انفجارهاي ناشي از فعل و انفعالات لايه هاي زيرين تامين و منجر به تشكيل عناصر سنگين و سنگين تر مي شود. گرماي زيادي كه در ستاره ايجاد مي شود آن را متورم مي كند.

مرگ ستاره

در نهايت سوخت هسته اي همه ستارگان روزي تمام مي شود. آنها تعادل خود را از دست مي دهند طوريكه نيروي گرانش غالب مي شود. تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در مرگ آنها نيزمي شود. ستاره هاي كم جرم به آرامي باقيمانده سوخت خود را سوزانده و مي ميرند. ستاره هايي به اندازه خورشيد، به سرعت به يك كوتوله سفيد به اندازه زمين تبديل مي شوند. لايه بيروني ستاره كه از اتمهايي تشكيل شده كه در فرايند تبادلات هسته اي به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شكل ذرات در عرصه بي انتهاي آسمان رها مي شوند. هسته يك ستاره غول پيكر تقريبا به شكل آني منفجر مي شود. هسته به سمت بيرون پخش ميشود و با ذراتي برخورد ميكند كه به سمت درون ستاره كشيده شده اند. اين برخورد با توليد انرﮋي انبوهي همراه است كه هم عناصر سنگين موجود در كائنات را پديدار مي نمايد و هم منجر به تكه تكه شدن ستاره مي شود. اين انفجار ابر نواختر، منشا اوليه همه عناصر سنگين يافت شده در اجرام، ستاره ها، سياره ها و فضاهاي ميان كهكشانهاست.
در اعماق سرد فضا، عناصري مانند كربن، اكسيﮊن و نيتروژن مي توانند با عنصر اوليه يعني هيدروژن تركيب شده و مولكولهاي پيچيده اي را بسازند مخصوصا در فضاهاي با چگالي و غلظت بالاتر كه امكان برخورد ذرات به يكديگر بيشتر است.
تعداد بسيار زيادي از انواع مولكولهاي پيشرفته، به خصوص مولكولهايي كه اتم كربن در تركيب آنها حضور دارد، در فضاي ميان ستارگان يافت شده است.

شكل گيري سيارات

صفحات سياره اي

مرحله شكل گيري يك سياره ممكن است كه به صورت يك صفحه درخشنده و يا تاريك در مقابل يك جرم آسماني درخشان به چشم آيد. برخي از اين صفحات در انبوه گاز و غبار مخفي و تنها در نور مادون قرمز نمايان مي شوند. صفحات سياره اي ديگر به صورت گرده هاي ذراتي شبيه به ستاره هاي دنباله دار ديده مي شوند كه در اثر وزش بادهاي ستاره اي شكل گرفته اند.
وسعت هر يك از اين مناطق سياره خيز بيش از 20 برابر منظومه شمسي ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سياره اي در يك جهت در حال چرخش به دور يك ستاره مي باشند.
محتويات صفحات سياره اي، شامل مولكول هاي پيچيده اي است كه برخي از آنها تنها در شرايط موجود دراين گونه صفحات به وجود مي آيند و برخي مولكولهايي هستند كه در فضاهاي ميان ستاره ها و كهكشانها نيز يافت شده اند.

تشكيل اجرام

ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه اين ذرات اجازه تشكيل اجرام كوچك را مي دهد. فلزات سنگين و سيليكاتها در معركه داغ محدوده نزديك به ستاره نيز دوام مي آورند اما ذرات سبك تر و مولكول هاي فرار از جمله آب و گاز هيدروﮋن در قسمتهايي از صفحه كه از ستاره دورتر است امكان ادامه حيات دارند.
توده ها ي ذرات سنگين پس از اينكه جرم كافي به دست آوردند شروع به سخت شدن مي نمايند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آنها رفته رفته اجرام بزرگي مي شوند. سرانجام اين توده ها و اجرام با يكپارجه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضاي خود مسلط مي شوند.

شكل گيري سياراتي چون زمين و مشتري

اختلافات ماهرانه در توزيع ذرات بين قسمتهاي مختلف يك صفحه سياره اي تعين كننده مكان و بزرگي سيارات در آن صفحه است.
اجرام كوچك صخره اي و فلزي درمنظومه شمسي سياره اي همچون زمين را به شكل گدازان پديد آورده اند. در پي سرد شدن اين سيارات لايه هاي سخت آنها تشكيل مي شود. احتمال مي رود كه با گذشت زمان همه بخشهاي اين سيارات منجمد گردد. اين سيارات تحت بمباران هاي اجرام كوچك صخره اي قرار مي گيرند كه حامل عناصر و مولكولهايي از جمله مهمترين عنصر شناخته شده حيات يعني آب مي باشند.
اجرام سرد و يخي كه در فاصله بيشتري از خورشيد قرار داشتند سياره اي چون مشتري را به وجود آورده اند. اين سيارات ممكن است داراي هسته هاي فلزي و سخت باشند ولي سطح خارجي آنها به شكل مايع و پوشيده از لايه هاي گازاست. ساختار سياره اي چون مشتري بسيار شبيه ستاره ايست كه گرد آن در گردش است. اين سيارات نيز مدام تحت آماج برخوردهاي اجرام كوچك قرار مي گيرند.

كيمياي حيات

در ساختار كائنات و بالطبع سيارات، مولكولهاي پيچيده كربن و اسيدهاي آمينه، دوركن اصلي تشكيل حيات، وجود دارند. با انتشار دقيق و تركيب اين اجزا و ذرات اوليه، طبيعت قادر به ساخت DNA شالوده اساسي حيات و زندگي در كره زمين گرديده است. چگونگي و شرايط تركيب اين اجزا هنوز در حال بررسي است. اما اين حقيقت كه اين تركيب در حال حاضر صورت گرفته و منجر به ايجاد حيات در كره زمين شده است و با در نظر گرفتن زنجيره ذرات در كائنات، رخ دادن اين گونه تركيبات و در نتيجه وجود حيات در قسمتهاي ديگري از كائنات همواره امكان پذير مي باشد.

"Timelime of the Universe." NASA Origins Library Online Reference Center.

منبع:

http://origins.jpl.nasa.gov/library/poster/poster.html