2η φάση «Ίππαρχος» 2003, Λύκειο: θέματα και λύσεις

(Α) Αστερισμοί: παλιότερα, σχηματικές ομάδες άστρων με μορφές από τη μυθολογία. Σήμερα, 88 περιοχές που καλύπτουν όλη την ουράνια σφαίρα, χωρίς κενά. Τα όρια τα καθόρισε επίσημα η Διεθνής Αστρονομική Ένωση το 1930 (E. Delporte), ως γραμμές σταθερής ορθής αναφοράς και απόκλισης. Στην αρχαία Ελλάδα: ο Εύδοξος ο Κνίδιος (4ος αι. π.Χ.) περιέγραψε τους αστερισμούς, ο Άρατος τους έκανε ποίημα (Φαινόμενα), ο Ίππαρχος κατάρτισε κατάλογο άστρων και ο Πτολεμαίος στην Αλμαγέστη κατέγραψε 48 αστερισμούς, οι περισσότεροι από τους οποίους ισχύουν ακόμα.

(Β) Ωρίωνας: ο μυθικός κυνηγός, στον ουράνιο ισημερινό, ο πιο χαρακτηριστικός αστερισμός του χειμώνα. Σχήμα: ένα μεγάλο τετράπλευρο (ώμοι και γόνατα), με τρία άστρα στη σειρά στη μέση, τη Ζώνη, και από κάτω το «σπαθί» με το Νεφέλωμα του Ωρίωνα. Λαμπροί αστέρες: ο Μπετελγκέζ (α, κόκκινος υπεργίγαντας, πάνω αριστερά), ο Ρίγκελ (β, γαλάζιος υπεργίγαντας, κάτω δεξιά), η Μπελατρίξ (γ), ο Σάιφ (κ), και στη Ζώνη οι Αλνιτάκ, Αλνιλάμ, Μιντάκα.

(Γ) Χρήση ως οδηγού: προεκτείνοντας τη Ζώνη προς τα κάτω αριστερά (νοτιοανατολικά) φτάνουμε στον Σείριο (Μεγάλος Κύων). Προς τα πάνω δεξιά (βορειοδυτικά) φτάνουμε στον Αλδεβαράν (Ταύρος) και, πιο πέρα, στις Πλειάδες. Από τον Ρίγκελ προς τον Μπετελγκέζ και πέρα βρίσκουμε τον Κάστορα και τον Πολυδεύκη (Δίδυμοι). Ανατολικά του Μπετελγκέζ είναι ο Προκύων (Μικρός Κύων), και με τον Σείριο και τον Μπετελγκέζ σχηματίζει το «Χειμερινό Τρίγωνο». Βόρεια είναι η Αίγα (Ηνίοχος) και νότια ο Λαγωός.

(Α) Με γυμνό μάτι: μια αχνή, γαλακτερή λωρίδα φωτός που διασχίζει τον ουρανό, ορατή μόνο μακριά από φώτα. Είναι ο δίσκος του Γαλαξία, που τον βλέπουμε από μέσα. Πιο λαμπρή είναι προς τον Τοξότη και τον Σκορπιό (το καλοκαίρι), όπου βρίσκεται το κέντρο. Διακρίνονται σκοτεινές «σχισμές» από σκόνη (η Μεγάλη Σχισμή του Κύκνου), νέφη άστρων (της Ασπίδας, του Τοξότη) και ο Βόρειος Σταυρός του Κύκνου.

(Β) Σχήμα και δομή: ραβδωτός σπειροειδής γαλαξίας. Λεπτός δίσκος με σπειροειδείς βραχίονες (αέριο, σκόνη, νέα άστρα). Κεντρικό εξόγκωμα με ράβδο (παλιά άστρα) και στο κέντρο η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα Sgr A*. Σφαιρική άλως με παλιά άστρα και περίπου 150 σφαιρωτά σμήνη. Γύρω από όλα, μια τεράστια άλως σκοτεινής ύλης, που έχει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας.

(Γ) Αριθμητικά δεδομένα (κατά προσέγγιση): διάμετρος δίσκου περίπου 100.000 έτη φωτός, πάχος δίσκου περίπου 1.000 έτη φωτός, 100–400 δισεκατομμύρια άστρα, συνολική μάζα περίπου $10^{12}$ ηλιακές μάζες (μαζί με τη σκοτεινή ύλη). Ο Ήλιος απέχει περίπου 26.000 έτη φωτός από το κέντρο και κινείται με περίπου 230 km/s, κάνοντας μία περιφορά σε περίπου 230 εκατομμύρια χρόνια (ένα «γαλαξιακό έτος»). Μάζα της Sgr A*: περίπου 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες.

(Α) Τι συνέβη: την 1η Φεβρουαρίου 2003 το διαστημικό λεωφορείο Columbia (αποστολή STS-107) διαλύθηκε πάνω από το Τέξας κατά την επιστροφή στην ατμόσφαιρα, 16 λεπτά πριν από την προσγείωση, και σκοτώθηκαν και οι 7 αστροναύτες. Η αιτία βρέθηκε: στην εκτόξευση, ένα κομμάτι αφρώδους μονωτικού υλικού αποκολλήθηκε από τη μεγάλη εξωτερική δεξαμενή και χτύπησε την αριστερή πτέρυγα, ανοίγοντας τρύπα στη θερμική προστασία της. Στην επιστροφή, θερμά αέρια (πάνω από 1.500 °C) μπήκαν στην πτέρυγα και την κατέστρεψαν.

(Β) Συνέχεια των πτήσεων; Ερώτηση γνώμης. Υπέρ: κάθε μεγάλη εξερεύνηση είχε κινδύνους. Τα ατυχήματα διδάσκουν (μετά το Columbia οι πτήσεις έγιναν ασφαλέστερες, με επιθεώρηση της θερμικής προστασίας σε τροχιά), και οι πτήσεις προσφέρουν γνώση, τεχνολογία και συνεργασία. Η ίδια η έκθεση για το ατύχημα πρότεινε συνέχιση με αλλαγές. Ορθολογική θέση: ναι, με προτεραιότητα στην ασφάλεια και με αυτόματα σκάφη όπου δεν χρειάζεται άνθρωπος.

(Γ) Σημαντικές αποστολές: STS-1 (1981, το ίδιο το Columbia): η πρώτη πτήση επαναχρησιμοποιούμενου διαστημικού οχήματος. STS-31 (1990, Discovery): έθεσε σε τροχιά το τηλεσκόπιο Hubble. STS-61 (1993, Endeavour): με πέντε διαστημικούς περιπάτους διόρθωσε την οπτική του Hubble και του έδωσε τις εικόνες που ξέρουμε. Άλλες: η πρώτη πρόσδεση στον σταθμό Mir (STS-71, 1995) και η έναρξη της συναρμολόγησης του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (STS-88, 1998).

(Α) Τι είναι και είδη: ομάδες άστρων που γεννήθηκαν μαζί από το ίδιο νέφος και συγκρατούνται βαρυτικά. Έχουν περίπου την ίδια ηλικία, απόσταση και χημική σύσταση. Ανοιχτά (γαλαξιακά) σμήνη: δεκάδες έως χιλιάδες άστρα, χαλαρά, νεαρά, στον δίσκο του Γαλαξία. Σφαιρωτά σμήνη: εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια άστρα σε πυκνή σφαίρα, πολύ παλιά (περίπου 12–13 δισεκατομμύρια χρόνια) και φτωχά σε βαριά στοιχεία, στην άλω. Υπάρχουν και οι αστρικοί συνασπισμοί (π.χ. συνασπισμοί OB), ακόμα πιο χαλαροί.

(Β) Δημιουργία και μέλλον: ένα γιγάντιο μοριακό νέφος καταρρέει και θρυμματίζεται σε πολλούς πρωτοαστέρες ταυτόχρονα. Τα ανοιχτά σμήνη διαλύονται μέσα σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, από τις παλιρροϊκές δυνάμεις του Γαλαξία και τα περάσματα από μοριακά νέφη. Τα σφαιρωτά είναι πολύ πιο σταθερά, αλλά χάνουν σιγά σιγά άστρα («εξάτμιση»). Από τη θέση της «καμπής» της κύριας ακολουθίας στο διάγραμμα H–R ενός σμήνους βρίσκουμε την ηλικία του.

(Γ) Παραδείγματα: οι Πλειάδες (M45, «Πούλια», Ταύρος): ανοιχτό σμήνος περίπου 100 εκατομμυρίων ετών, 440 έτη φωτός μακριά, ορατό με γυμνό μάτι ως μικρή «κουτάλα» 6–7 άστρων, με γαλάζια νεφελώδη λάμψη από σκόνη. Οι Υάδες (Ταύρος), το κοντινότερο ανοιχτό σμήνος, περίπου 150 έτη φωτός. Το M13 στον Ηρακλή: λαμπρό σφαιρωτό σμήνος με εκατοντάδες χιλιάδες άστρα, 22.000 έτη φωτός μακριά. Ο ω Κενταύρου: το μεγαλύτερο σφαιρωτό σμήνος του Γαλαξία.