1η φάση 2000, Λύκειο: θέματα και λύσεις

Περιγραφή: οι κρατήρες πρόσκρουσης είναι κυκλικά βυθίσματα με υπερυψωμένο χείλος και γύρω τους υλικό που εκτινάχθηκε (μανδύας εκτινάγματος), συχνά με φωτεινές ακτίνες (π.χ. Τύχων στη Σελήνη). Οι μικροί κρατήρες είναι απλά «μπολ». Οι μεγαλύτεροι (πάνω από περίπου 20 km στη Σελήνη) έχουν επίπεδο πυθμένα, κεντρική κορυφή και αναβαθμίδες. Οι γιγάντιοι σχηματίζουν λεκάνες με πολλούς δακτυλίους (π.χ. Mare Orientale).

Γενικό φαινόμενο; Ναι, σε όλα τα στερεά σώματα: Ερμής, Σελήνη, Άρης, δορυφόροι (η Καλλιστώ είναι γεμάτη), αστεροειδείς. Όμως το πλήθος διαφέρει. Στη Γη σώζονται λίγοι (περίπου 200), γιατί η διάβρωση, η τεκτονική των πλακών και η βλάστηση τους σβήνουν, και η ατμόσφαιρα καίει τα μικρά σώματα. Στην Αφροδίτη είναι λίγοι, γιατί η επιφάνειά της ανανεώθηκε με ηφαιστειακή δράση πριν από περίπου 0,5 δισεκατομμύρια χρόνια και η πυκνή ατμόσφαιρα σταματά τα μικρά σώματα. Στην Ιώ δεν υπάρχουν καθόλου, λόγω συνεχούς ηφαιστειακής δράσης. Οι γίγαντες δεν έχουν στερεή επιφάνεια.

Αιτία και ποικιλία: σχεδόν όλοι οι κρατήρες προέρχονται από προσκρούσεις αστεροειδών και κομητών. Λίγοι είναι ηφαιστειακοί (καλδέρες). Το μέγεθος και η μορφή εξαρτώνται από το μέγεθος και την ταχύτητα του σώματος, τη βαρύτητα και το έδαφος. Το πλήθος δείχνει την ηλικία της επιφάνειας: οι παλιές, ανέγγιχτες επιφάνειες (ορεινά της Σελήνης) είναι κορεσμένες από κρατήρες από την περίοδο των έντονων βομβαρδισμών, πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ισημερίες: ο Ήλιος, στην ετήσια φαινόμενη κίνησή του στην εκλειπτική, περνά από τα σημεία όπου αυτή τέμνει τον ουράνιο ισημερινό ($\delta =0^{\circ }$). Τότε μέρα και νύχτα είναι ίσες παντού (12 ώρες), ο Ήλιος ανατέλλει ακριβώς στην Ανατολή και δύει ακριβώς στη Δύση, και στον ισημερινό μεσουρανεί στο ζενίθ. (Οι ημερομηνίες μετακινούνται λίγο, π.χ. 20–21 Μαρτίου και 22–23 Σεπτεμβρίου.)

Ηλιοστάσια: οι θέσεις όπου ο Ήλιος έχει τη μέγιστη απόκλιση, $\pm 23,4^{\circ }$: το θερινό (περίπου 21 Ιουνίου), με τη μεγαλύτερη μέρα στο βόρειο ημισφαίριο, και το χειμερινό (περίπου 21 Δεκεμβρίου). Οφείλονται στην κλίση του άξονα της Γης (λόξωση της εκλειπτικής, 23,4°): ο άξονας κρατά σταθερό προσανατολισμό στον χώρο κατά την περιφορά.

Μετάπτωση: ο άξονας της Γης διαγράφει αργά έναν κώνο σε περίπου 26.000 χρόνια, σαν σβούρα, εξαιτίας της έλξης Ήλιου και Σελήνης στο εξόγκωμα του ισημερινού. Τα ισημερινά σημεία μετακινούνται προς τα δυτικά κατά περίπου 50″ τον χρόνο, και ο «πολικός» αστέρας αλλάζει: σε περίπου 12.000 χρόνια θα είναι κοντά στον Βέγα. Την ανακάλυψε ο Ίππαρχος.

Αν ο άξονας ήταν κάθετος στο επίπεδο της εκλειπτικής (κλίση 0°), δεν θα υπήρχαν εποχές: μέρα και νύχτα πάντα ίσες, ο Ήλιος κάθε μέρα στο ίδιο ύψος. Αν ήταν παράλληλος (κλίση 90°, όπως περίπου ο Ουρανός), θα είχαμε ακραίες εποχές: κάθε πόλος θα έβλεπε τον Ήλιο συνεχώς για μισό χρόνο και θα έμενε στο σκοτάδι για τον άλλο μισό.

Πραγματική ή πλασματική; Η αρμονία είναι σε μεγάλο βαθμό φαινομενική. Τα άστρα φαίνονται ακίνητα επειδή απέχουν τεράστιες αποστάσεις και οι αλλαγές τους κρατούν εκατομμύρια χρόνια, πολύ περισσότερο από μια ανθρώπινη ζωή. Το σύμπαν είναι γεμάτο βίαια φαινόμενα, απλώς τα βλέπουμε από πολύ μακριά.

Βίαια φαινόμενα: υπερκαινοφανείς (εκρήξεις άστρων που για λίγο λάμπουν όσο ένας γαλαξίας), εκλάμψεις ακτίνων γάμμα (οι ισχυρότερες εκρήξεις του σύμπαντος), συγκρούσεις γαλαξιών, ενεργοί πυρήνες γαλαξιών και κβάζαρ (ύλη που πέφτει σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες), συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών και αστέρων νετρονίων (που παράγουν βαρυτικά κύματα), ηλιακές εκλάμψεις και προσκρούσεις αστεροειδών και κομητών.

Το σημαντικότερο για τη ζωή: οι υπερκαινοφανείς (και γενικά ο θάνατος των άστρων). Στο εσωτερικό των άστρων παράγονται ο άνθρακας, το οξυγόνο, το άζωτο και ο σίδηρος, και με τις εκρήξεις σκορπίζονται στο διάστημα. Από αυτό το υλικό φτιάχτηκε η Γη και τα σώματά μας. Ρόλο έπαιξαν και οι προσκρούσεις: πιθανώς έφεραν νερό και οργανικές ενώσεις, και η πρόσκρουση πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια άνοιξε τον δρόμο για τα θηλαστικά.

Συμβολή: πάνω από την ατμόσφαιρα παρατηρούμε σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η ατμόσφαιρα απορροφά τις ακτίνες γάμμα, Χ, το υπεριώδες και μεγάλο μέρος του υπερύθρου. Επιπλέον, η εικόνα δεν θολώνει από την τύρβη του αέρα, ούτε ενοχλεί η φωτορύπανση και ο καιρός. Επίσης, τα διαστημικά σκάφη πηγαίνουν στους πλανήτες και μετρούν επιτόπου.

Διαστημικά παρατηρητήρια (γύρω στο 2000): το Hubble (ορατό και υπεριώδες, 1990), το Chandra (ακτίνες Χ, 1999), το XMM-Newton (ακτίνες Χ, 1999), το Compton (ακτίνες γάμμα, 1991–2000), ο SOHO (Ήλιος, 1995) και το ISO (υπέρυθρο, 1995–1998). Σήμερα λειτουργούν επίσης το James Webb (υπέρυθρο, από το 2021), το Gaia (θέσεις και αποστάσεις δισεκατομμυρίων άστρων) και το Euclid (σκοτεινή ύλη και ενέργεια).

Γιατί πηγαίνουμε στο διάστημα για να δούμε τα άστρα; Γιατί η ατμόσφαιρα, που μας προστατεύει, λειτουργεί για τον αστρονόμο σαν θολό και χρωματιστό τζάμι: κόβει το μεγαλύτερο μέρος της πληροφορίας που φέρνει η ακτινοβολία των άστρων.