1η φάση 1996, Λύκειο: θέματα και λύσεις

Ερώτηση γνώμης. Μια καλή απάντηση συνδυάζει λόγους πρακτικούς, γνωστικούς και αισθητικούς:

Πρακτικοί: από την αρχαιότητα ο ουρανός ήταν ρολόι, ημερολόγιο και πυξίδα. Οι φάσεις της Σελήνης μετρούσαν τους μήνες, η ανατολή αστερισμών σημάδευε τις εποχές για τη γεωργία (π.χ. ο Σείριος και η πλημμύρα του Νείλου), και τα άστρα καθοδηγούσαν τους ναυτικούς.

Γνωστικοί: ο ουρανός είναι το μεγαλύτερο «εργαστήριο» που έχουμε. Ερωτήματα όπως από πού ερχόμαστε, πώς δημιουργήθηκε ο κόσμος ή αν είμαστε μόνοι απαντώνται μόνο κοιτάζοντας ψηλά. Η αστρονομία γέννησε τα μαθηματικά μοντέλα της φύσης, από τον Ίππαρχο ως τον Νεύτωνα.

Αισθητικοί και υπαρξιακοί: η ομορφιά, η τάξη και η κλίμακα του έναστρου ουρανού προκαλούν δέος και μας βάζουν στη σωστή θέση: είμαστε μέρος ενός σύμπαντος που μπορούμε να κατανοήσουμε. Τα άστρα που βλέπουμε είναι εκείνα που έβλεπαν οι πρόγονοί μας, άρα μας συνδέουν και με την ιστορία μας.

Κάποια από τα σημαντικότερα που γνωρίζουμε σήμερα για το σύμπαν:

1. Έχει ιστορία: διαστέλλεται (Hubble, 1929) και ξεκίνησε από μια πολύ θερμή και πυκνή κατάσταση, τη Μεγάλη Έκρηξη, πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Το επιβεβαιώνει η ακτινοβολία υποβάθρου.

2. Είναι οργανωμένο ιεραρχικά: πλανήτες → άστρα → γαλαξίες (εκατοντάδες δισεκατομμύρια άστρα ο καθένας) → σμήνη και υπερσμήνη, με δισεκατομμύρια γαλαξίες στο παρατηρήσιμο σύμπαν.

3. Οι ίδιοι φυσικοί νόμοι ισχύουν παντού: τα φάσματα μακρινών άστρων δείχνουν τα ίδια χημικά στοιχεία με τη Γη. Τα βαριά στοιχεία του σώματός μας (άνθρακας, οξυγόνο, σίδηρος) φτιάχτηκαν μέσα σε άστρα, άρα «είμαστε φτιαγμένοι από αστρόσκονη».

4. Το μεγαλύτερο μέρος του είναι αόρατο: η συνηθισμένη ύλη είναι μόνο περίπου 5%. Τα υπόλοιπα είναι σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια, που επιταχύνει τη διαστολή (ανακάλυψη του 1998, άρα μετά τον διαγωνισμό).

Είναι σημαντικά γιατί απαντούν σε θεμελιώδη ερωτήματα για την προέλευσή μας και δείχνουν ότι η φύση είναι κατανοητή με τη λογική και την παρατήρηση.

Κεντρικό σώμα: ο Ήλιος, με το 99,86% της μάζας του συστήματος. Η βαρύτητά του κρατά όλα τα άλλα σώματα σε τροχιά, και η ενέργειά του (από πυρηνική σύντηξη υδρογόνου σε ήλιο) τα φωτίζει και τα θερμαίνει.

Πλανήτες: τέσσερις βραχώδεις (Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης) και τέσσερις γίγαντες (Δίας, Κρόνος από αέρια, Ουρανός, Ποσειδώνας από πάγους). Το 1996 μετρούσαμε και τον Πλούτωνα ως πλανήτη. Από το 2006 είναι νάνος πλανήτης, μαζί με την Ceres, την Έριδα κ.ά.

Μικρότερα σώματα: δορυφόροι (εκατοντάδες), η ζώνη των αστεροειδών ανάμεσα σε Άρη και Δία, η ζώνη Kuiper πέρα από τον Ποσειδώνα, το νέφος του Oort, από όπου έρχονται οι κομήτες μακράς περιόδου, και διαπλανητική σκόνη.

Λειτουργία: όλοι οι πλανήτες κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, σχεδόν στο ίδιο επίπεδο, σε ελλειπτικές τροχιές που υπακούουν στους νόμους του Κέπλερ και στη βαρύτητα του Νεύτωνα. Ο ηλιακός άνεμος γεμίζει τον χώρο ως την ηλιόπαυση, περίπου 120 AU.

Ναι, σε μεγάλο βαθμό. Ο Δίας με τους δορυφόρους του θυμίζει τον Ήλιο με τους πλανήτες:

Ομοιότητες: ο Δίας έχει τη μεγαλύτερη μάζα του συστήματος. Οι τέσσερις μεγάλοι («γαλιλαϊκοί») δορυφόροι κινούνται στο ίδιο επίπεδο (τον ισημερινό του) και προς την ίδια κατεύθυνση, και υπακούουν στον 3ο νόμο του Κέπλερ. Μάλιστα η πυκνότητά τους μειώνεται προς τα έξω (Ιώ περίπου $3,5$, Καλλιστώ περίπου $1,8{\text{g/cm}}^3$), όπως στους πλανήτες: βραχώδεις μέσα, παγωμένοι έξω. Ο λόγος είναι ότι σχηματίστηκαν σε έναν δίσκο ύλης γύρω από τον νεαρό Δία, όπως οι πλανήτες στον δίσκο γύρω από τον Ήλιο.

Διαφορές: ο Δίας δεν είναι άστρο, γιατί δεν έχει πυρηνική σύντηξη. Θα χρειαζόταν περίπου 80 φορές τη μάζα του. Ακτινοβολεί όμως περίπου 1,7 φορές τη θερμότητα που δέχεται από τον Ήλιο, λόγω αργής συστολής. Επιπλέον, πολλοί μικροί εξωτερικοί δορυφόροι του (σήμερα ξέρουμε σχεδόν 100) είναι αιχμαλωτισμένοι, με ανάδρομες τροχιές.