1η φάση «Αρίσταρχος» 2004, Λύκειο: θέματα και λύσεις

(Α) Αρχαίοι Έλληνες αστρονόμοι: Θαλής ο Μιλήσιος, οι Πυθαγόρειοι (Φιλόλαος), ο Μέτων (κύκλος 19 ετών), ο Εύδοξος ο Κνίδιος, ο Αριστοτέλης, ο Ηρακλείδης ο Ποντικός, ο Αρίσταρχος ο Σάμιος, ο Ερατοσθένης, ο Ίππαρχος, ο Πτολεμαίος. Και ο Μηχανισμός των Αντικυθήρων, ο αρχαιότερος γνωστός αναλογικός «υπολογιστής» των κινήσεων Ηλίου και Σελήνης.

Αρίσταρχος ο Σάμιος (3ος αι. π.Χ.): πρώτος διατύπωσε το ηλιοκεντρικό σύστημα. Στο έργο του «Περί μεγεθών και αποστημάτων Ηλίου και Σελήνης» υπολόγισε γεωμετρικά, από τη γωνία Ηλίου – Σελήνης στο πρώτο τέταρτο, ότι ο Ήλιος είναι πολύ μακρύτερα και πολύ μεγαλύτερος από τη Σελήνη. Οι αριθμοί του ήταν ανακριβείς (περίπου 19 φορές αντί για 400), αλλά η μέθοδος ήταν σωστή.

Ερατοσθένης (3ος αι. π.Χ.): μέτρησε την περιφέρεια της Γης συγκρίνοντας το μεσημεριανό ύψος του Ήλιου στη Συήνη (όπου ήταν στο ζενίθ το θερινό ηλιοστάσιο) και στην Αλεξάνδρεια (7,2°, δηλαδή 1/50 του κύκλου). Βρήκε περίπου 250.000 στάδια, τιμή κοντά στην πραγματική (40.000 km), ανάλογα με το στάδιο που χρησιμοποίησε.

Ίππαρχος (2ος αι. π.Χ.): ο μεγαλύτερος παρατηρητής της αρχαιότητας. Κατάρτισε κατάλογο περίπου 850 άστρων και τα ταξινόμησε σε 6 μεγέθη λαμπρότητας (τη βάση της σημερινής κλίμακας). Ανακάλυψε τη μετάπτωση των ισημεριών και ανέπτυξε την τριγωνομετρία για την αστρονομία.

(Α) Εκλειπτική και ουράνιος ισημερινός: ο ουράνιος ισημερινός είναι η προβολή του ισημερινού της Γης στην ουράνια σφαίρα, ο μέγιστος κύκλος που απέχει 90° από τους ουράνιους πόλους. Η εκλειπτική είναι ο μέγιστος κύκλος που διαγράφει φαινομενικά ο Ήλιος μέσα σε ένα έτος ανάμεσα στα άστρα (η προβολή της τροχιάς της Γης). Σχηματίζουν γωνία 23,4° (λόξωση) και τέμνονται στα δύο ισημερινά σημεία: το εαρινό (γ) και το φθινοπωρινό.

(Β) Οριζόντιες συντεταγμένες: σύστημα με βάση τον ορίζοντα του παρατηρητή. Ύψος $h$: η γωνία του άστρου πάνω από τον ορίζοντα (0° έως 90°, αρνητικό κάτω από αυτόν). Αζιμούθιο $A$: η γωνία κατά μήκος του ορίζοντα από ένα σημείο αναφοράς (συνήθως τον Βορρά, προς την Ανατολή). Είναι απλές στη χρήση, αλλά αλλάζουν συνεχώς με την ώρα και διαφέρουν από τόπο σε τόπο.

(Γ) Ουρανογραφικές (ισημερινές) συντεταγμένες: με βάση τον ουράνιο ισημερινό. Απόκλιση $\delta$: η γωνία βόρεια (+) ή νότια (−) του ισημερινού (σαν το γεωγραφικό πλάτος). Ορθή αναφορά $\alpha$: η γωνία κατά μήκος του ισημερινού από το εαρινό σημείο γ προς τα ανατολικά, σε ώρες (0ώ έως 24ώ, όπου 1ώ = 15°). Επειδή «γυρίζουν» μαζί με τον ουρανό, είναι ίδιες για όλους και αλλάζουν ελάχιστα με τα χρόνια (λόγω μετάπτωσης). Γι’ αυτό χρησιμοποιούνται στους καταλόγους και τους χάρτες.

(Α) Δορυφόροι: επικοινωνιών (Telstar 1, 1962, η πρώτη τηλεοπτική μετάδοση μέσω δορυφόρου, Intelsat, Hellas Sat), μετεωρολογικοί (TIROS-1, 1960, Meteosat, GOES), πλοήγησης (GPS, το ευρωπαϊκό Galileo), παρατήρησης της Γης (Landsat από το 1972, οι Sentinel του Copernicus) και έρευνας και διάσωσης (Cospas–Sarsat).

(Β) Ωφέλειες: παγκόσμιες τηλεπικοινωνίες, τηλεόραση και Διαδίκτυο σε απομακρυσμένα μέρη. Ακριβείς προγνώσεις καιρού και έγκαιρη προειδοποίηση για τυφώνες. Πλοήγηση και ακριβής χρόνος για μεταφορές, τράπεζες και δίκτυα. Παρακολούθηση του κλίματος, των πάγων, των δασικών πυρκαγιών, των πλημμυρών και των σεισμών. Χαρτογράφηση, γεωργία ακριβείας, εντοπισμός ναυαγών.

(Γ) Η Ελλάδα: έχει δικούς της τηλεπικοινωνιακούς δορυφόρους (Hellas Sat, ο πρώτος σε λειτουργία από το 2003), είναι μέλος του EUMETSAT (μετεωρολογικοί δορυφόροι) και, από το 2005, πλήρες μέλος του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), συμμετέχοντας στα ευρωπαϊκά προγράμματα (Galileo, Copernicus). Ελληνικά πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα και εταιρείες κατασκευάζουν όργανα και αξιοποιούν δορυφορικά δεδομένα, π.χ. για σεισμούς, πυρκαγιές και γεωργία.

(Α) Πότε αναπτερώθηκε το ηθικό: τη δεκαετία του 1990. Το 1992 οι Wolszczan και Frail βρήκαν πλανήτες γύρω από τον πάλσαρ PSR B1257+12, και το 1995 οι Michel Mayor και Didier Queloz βρήκαν τον 51 Pegasi b, τον πρώτο πλανήτη γύρω από άστρο σαν τον Ήλιο (Νόμπελ Φυσικής 2019). Ήταν ένας «θερμός Δίας», πολύ κοντά στο άστρο του, πράγμα εντελώς απρόσμενο.

(Β) Πού βρισκόμαστε: το 2004 είχαν βρεθεί περίπου 120 εξωπλανήτες, κυρίως γίγαντες. Σήμερα έχουν επιβεβαιωθεί πάνω από 6.000, κυρίως χάρη στα διαστημικά τηλεσκόπια Kepler (2009–2018) και TESS (από το 2018). Ξέρουμε ότι οι πλανήτες είναι ο κανόνας και όχι η εξαίρεση. Παραδείγματα: ο Proxima Centauri b (2016), στο κοντινότερο άστρο, και το σύστημα TRAPPIST-1 (2017), με επτά πλανήτες μεγέθους Γης. Το τηλεσκόπιο James Webb αναλύει πλέον τις ατμόσφαιρές τους.

(Γ) Μέθοδοι: ακτινικής ταχύτητας (το άστρο «ταλαντεύεται» από την έλξη του πλανήτη, φαινόμενο Doppler στο φάσμα), διαβάσεων (μικρή, περιοδική μείωση της λαμπρότητας όταν ο πλανήτης περνά μπροστά από το άστρο), άμεσης απεικόνισης (με στεμματογράφους), βαρυτικής μικροεστίασης, αστρομετρίας (Gaia) και χρονισμού πάλσαρ.