Διάφορα
Τι είναι η αποπλάνηση του φωτός (aberration) και ποιο το μέγεθός της σε σχέση με την παράλλαξη (parallax), όσον αφορά την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο; ++
Η αποπλάνηση του φωτός και η παράλλαξη, είναι και τα δύο, φαινόμενα που επηρεάζουν τις θέσεις των ουράνιων σωμάτων όπως αυτά παρατηρούνται από τη Γη (δείτε σχετικές εικόνες).
Πιο συγκεκριμένα, το φαινόμενο της αποπλάνησης του φωτός περιγράφει την αλλαγή στη φαινόμενη θέση ενός άστρου εξαιτίας της σχετικής κίνησης πηγή-παρατηρητή. Εξαρτάται από τη σχετική ταχύτητα των δύο σωμάτων και τη γωνία παρατήρησης. Ένας εύκολος τρόπος να το αντιληφθούμε αυτό, είναι να φανταστούμε ότι το άστρο βρίσκεται στις 0 μοίρες, δηλαδή ακριβώς μπροστά μας. Τότε, είτε πλησιάζουμε είτε απομακρυνόμαστε από αυτό, δε θα δούμε καμία διαφορά στη θέση του. Αντίθετα, όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία που σχηματίζει με την ευθεία κίνησης του παρατηρητή (με μέγιστο προφανώς τις 90 μοίρες), τόσο πιο έντονο είναι το φαινόμενο.
Το φαινόμενο της αποπλάνησης του φωτός μετρήθηκε για πρώτη φορά από τον James Bradley (1693-1762) το 1725, ενώ παραδόξως προσπαθούσε να μετρήσει τη παράλλαξη. Στόχος ήταν το άστρο γ-Draconis και το μέγεθος του φαινομένου είναι περίπου 20’’ δευτερόλεπτα του τόξου (Για να αντιληφθούμε τα μεγέθη για τα οποία μιλάμε, το 1’’ αντιστοιχεί περίπου στο πως θα φαινόταν ένα δεκάλεπτο (του ευρώ) από απόσταση 4 χιλιομέτρων). Μάλιστα, τα ~20’’ είναι και η μέγιστη τιμή αποπλάνησης που μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη, με βάση τη ταχύτητα της και τη γωνία ενός άστρου.
Η πρώτη αυτή παρατήρηση είχε μια σειρά από συνέπειες: α) Επιβεβαίωσε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη και έδωσε μια τιμή της (λανθασμένη, γιατί χρησιμοποιήθηκαν μη ακριβή στοιχεία για τη τροχιά της Γης), β) έκανε αναγκαία την εισαγωγή διορθώσεων στις αστρονομικές παρατηρήσεις και γ) επιβεβαίωσε ότι η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο.
Για να καταλάβουμε καλύτερα πως λειτουργεί η αποπλάνηση του φωτός, η κλασική αναλογία είναι η παρακάτω:
Φανταστείτε ότι βρέχει και είστε έξω με μια ομπρέλα. Δεν υπάρχει άνεμος, οπότε οι σταγόνες πέφτουν κατακόρυφα. Αν σταθείτε ακίνητοι με την ομπρέλα πάνω από το κεφάλι σας, δε θα βραχείτε. Αν αρχίσετε να κινήστε, πρέπει να κρατήσετε την ομπρέλα με μία κλίση, καθώς οι “μπροστινές” σταγόνες θα πέφτουν πάνω σας. Η κλίση αυτή εξαρτάται από τη ταχύτητα σας.
Η πλήρης ανάλυση του φαινομένου απαιτεί χρήση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, αλλά για μικρές ταχύτητες και γωνίες, η κλασική εικόνα είναι αρκετή.
Η παράλλαξη αφορά την αλλαγή της φαινόμενης θέσης των ουράνιων αντικειμένων, όταν αυτά παρατηρούνται από διαφορετικά σημεία της ετήσιας τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο .
Για να μετρηθεί η παράλλαξη, εξαιτίας του πολύ μικρότερου μεγέθους του φαινομένου, χρειάστηκαν να περάσουν παραπάνω από 100 χρόνια. Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1838 από τον Γερμανό μαθηματικό και αστρονόμο Friedrich Bessel (1784-1846) για το άστρο 61 Cygni, με τιμή περίπου 0.3’’. Τη μεγαλύτερη παράλλαξη εμφανίζει ο εγγύτατος του Κενταύρου (Proxima Centauri), το κοντινότερο άστρο σε εμάς, και υπολογίζεται στα περίπου 0.8’’.
Σε αντίθεση με τη παράλλαξη, το μέγεθος της αποπλάνησης για συγκεκριμένο παρατηρητή - δηλαδή τη Γη στη περίπτωση μας - είναι ανεξάρτητο από την απόσταση πηγής-Γης και μεγαλύτερο από τη παράλλαξη. Επίσης, τα δύο φαινόμενα εμφανίζονται σε διαφορετικές περιοχές της τροχιάς της Γης - θυμηθείτε ότι η μέγιστη αποπλάνηση εμφανίζεται όταν το σώμα είναι ακριβώς πάνω από τον παρατηρητή (γωνία 90 μοίρες), ενώ η παράλλαξη τότε είναι μηδέν για το ίδιο αντικείμενο, αφού το βλέπουμε ακριβώς από πάνω μας και συνεπώς στην ακριβή του θέση - οπότε μπορεί να αποφευχθεί η σύγχυση σχετικά εύκολα.
Κλείνοντας, να σημειώσουμε ότι και τα δύο αυτά φαινόμενα, όπως κι άλλα (όπως η μετάπτωση του άξονα της Γης κτλ) είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη, για αστρονομικές παρατηρήσεις ακριβείας.
Γιατί ο ουρανός κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι μπλε και γιατί στην ανατολή το ηλιοβασίλεμα γίνεται κόκκινο; +
Αν δεν υπήρχε αυτό το λεπτό στρώμα αέρα μεταξύ Γης και Ηλίου, η Γήινη ατμόσφαιρα, ο ουρανός θα ήταν μαύρος. Όπως φαίνεται και από την επιφάνεια της Σελήνης. Γιατί όμως δε συμβαίνει αυτό;
Ο Ήλιος εκπέμπει φως σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, δηλαδή σε όλες τις συχνότητες (ή ισοδύναμα σε όλα τα μήκη κύματος). Στο ταξίδι του προς την επιφάνεια της Γης, αυτό αλληλεπιδρά με τα μόρια της ατμόσφαιρας (κυρίως οξυγόνο και άζωτο) και αλλάζει κατεύθυνση. Το φαινόμενο αυτό λέγεται σκέδαση* (Rayleigh) και εξαρτάται πολύ από το μήκος κύματος, με τα μικρότερα μήκη κύματος (ή μεγαλύτερες συχνότητες) να επηρεάζονται περισσότερο. Το μπλε έχει μικρότερο μήκος κύματος από το κόκκινο με αποτέλεσμα να σκεδάζεται περισσότερο. Σαν αποτέλεσμα, τα “μπλε φωτόνια” αλληλεπιδρούν με τα μόρια της ατμόσφαιρας περισσότερο, και διαχέονται σε όλο τον ουρανό. Γι' αυτό και φαίνεται γαλάζιος! Σε ένα βαθμό αυτό θυμίζει το γαλακτερό τζάμι που έχουμε στο ντους του μπάνιου. Δεν είναι όμως το τζάμι (βλέπε ατμόσφαιρα) μπλε, απλά η "λάμπα" (βλέπε Ήλιος) πίσω του εκπέμπει και στο μπλε, με αποτέλεσμα ο ουρανός σαν φίλτρο, να μας το αποκαλύπτει.
Και γιατί οι ανατολές και τα ηλιοβασιλέματα είναι κόκκινα; Όταν ο ήλιος είναι χαμηλά στον ορίζοντα, το φως του διανύει μεγαλύτερη διαδρομή μέσα στην ατμόσφαιρα μέχρι να φτάσει στα μάτια μας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, σε αυτή την "χαμηλή του πτήση" τα μικρά μήκη κύματος να σκεδάζονται τόσες πολλές φορές που να μη φτάνουν σε εμάς, αλλά από την άλλη να παραμένουν τα λιγότερο ευαίσθητα στη σκέδαση, κόκκινα (μεγαλύτερο μήκος κύματος). Το ίδιο φαινόμενο εξηγεί και το φαινόμενο του “κόκκινου φεγγαριού”. Εξάλλου αυτό που βλέπουμε κι εκεί, είναι η αντανάκλαση του ηλιακού φωτός!
*Σκέδαση ονομάζουμε τον διασκορπισμό, σωματιδίων ή φωτεινών ακτίνων, από την πορεία τους, λόγω της αλληλεπίδρασης με ένα “εμπόδιο” (για παράδειγμα, τα μόρια της ατμόσφαιρας στην περίπτωση μας).
Υπάρχει “χώρος” για την ειδικότητα της χειρουργικής στο Διάστημα;+
Η απάντηση θα χωριστεί σε δύο σκέλη. Στο πρώτο τμήμα θα αναφερθούμε στους αστροναύτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη (Low Earth Orbit). Αυτή τη στιγμή έχουμε αστροναύτες από την Αμερική, τη Ρωσία, την Ευρώπη, τον Καναδά και την Ιαπωνία, που βρίσκονται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, αλλά κι από την Κίνα σε χωριστό πρόγραμμα στον δικό τους διαστημικό σταθμό. Τα περιορισμένα υλικά και οι συνθήκες έλλειψης βαρύτητας κάνουν το εγχείρημα της χειρουργικής στο Διάστημα πολύ δύσκολο. Επιπλέον, το καλό είναι ότι σε τροχιά γύρω από τη Γη, ακόμη και σε μία πολύ επικίνδυνη κατάσταση για την ανθρώπινη ζωή, μπορεί το πλήρωμα να γυρίσει στη Γη σύντομα. Χαρακτηριστικά κάποιος μπορεί να βρεθεί από το Διάστημα στη Γη, δηλαδή να προσγειωθεί επειγόντως και να μεταφερθεί εντός του νοσοκομείου, το αργότερο σε 48 ώρες. Επομένως, δεν υπάρχει λόγος να κάνουμε κάποια επέμβαση στο Διάστημα.
Αυτό όμως αλλάζει αν σκεφτούμε λίγο το μέλλον κι έτσι περνάμε στο δεύτερο σκέλος. Σύντομα η ανθρωπότητα σκοπεύει να επιστρέψει στην επιφάνεια της Σελήνης και αργότερα ίσως να επισκεφθεί και τον πλανήτη Άρη. Οπότε εκεί μιλάμε για κάτι διαφορετικό. Σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να χρειαστεί η χειρουργική με δύο έννοιες. Αρχικά υπάρχει υπό συζήτηση, και δεν έχει αποφασιστεί ακόμη, η έννοια της προφυλακτικής χειρουργικής. Εδώ, επειδή κάποιος που βρίσκεται στο φεγγάρι δεν μπορεί να επιστρέψει σύντομα στη Γη αν παραστεί ανάγκη, υπάρχει η ιδέα να γίνεται προφυλακτική χειρουργική. Για παράδειγμα όσον αφορά τη σκωληκοειδή απόφυση, υπάρχει η σκέψη να αφαιρείται χωρίς να έχει κάποιος πρόβλημα, ώστε να μην αναπτυχθεί πρόβλημα σκωληκοειδίτιδας αν πάει σε μία αποστολή στη Σελήνη.
Στη συνέχεια, πρέπει να σκεφτούμε ότι στο μέλλον οι άνθρωποι, οι αστροναύτες, θα έχουν πολύμηνη παρουσία σε κάποια βάση στην επιφάνεια της Σελήνης. Εκεί θα πρέπει να υπάρχει η δυνατότητα για κάποια επείγουσα χειρουργική επέμβαση αν κριθεί απαραίτητο.
Χαρακτηριστικά είναι τα προγράμματα με τα "διαστημικά ανάλογα". Για παράδειγμα, στις ερευνητικές βάσεις στην Ανταρκτική, οι οποίες αποτελούν ένα περιβάλλον εξίσου απομονωμένο όπως η επιφάνεια του φεγγαριού: το χειμώνα όταν κάνει πολύ κρύο δεν μπορούν να γυρίσουν πίσω τα πληρώματα ούτε να πάει κάποιος να τους βοηθήσει, είναι πλήρως απομονωμένοι. Γι' αυτό το λόγο υπάρχουν εκεί πάντα κάποια μικρά χειρουργεία για τα στοιχειώδη. Φαντάζομαι ότι κάτι ανάλογο θα υπάρχει και σε μία μελλοντική βάση στη Σελήνη, με κάποια βασικά υλικά και με δυνατότητες όπως η συμβουλή και η καθοδήγηση από καποιους ειδικούς στη Γη ώστε να μπορεί το πλήρωμα να κάνει κάποιες επείγουσες επεμβάσεις.
Τι χρειάζεται για να γίνω Αστροφυσικός; +
Τα βασικά εργαλεία που χρειάζεται ένας σύγχρονος Αστροφυσικός είναι καλές γνώσεις Μαθηματικών και Φυσικής.
Εξίσου σημαντικές είναι οι ικανότητες στην επικοινωνία και την παρουσίαση των αποτελεσμάτων.
Ίσως να μην είναι προφανές, αλλά η σύγχρονη Αστροφυσική απαιτεί σε μεγάλο βαθμό γνώσεις προγραμματισμού και υπολογιστών.
Πώς μπορείτε να τα αποκτήσετε όλα αυτά;
Όταν έρθει η στιγμή να επιλέξετε το πεδίο σπουδών σας μετά το σχολείο, μπορείτε να επιλέξετε τη Φυσική. Εκεί θα μάθετε τους βασικούς νόμους που διέπουν το Σύμπαν.
Στη συνέχεια, θα εμβαθύνετε με κάποιο μεταπτυχιακό πάνω στην Αστροφυσική, τη θεωρητική Φυσική ή τη διαστημική Φυσική και τις διαστημικές τεχνολογίες (όλα τα παραπάνω προσφέρονται από ελληνικά πανεπιστήμια και ιδρύματα – δείτε χρήσιμα links).
Τέλος, κατά το διδακτορικό σας θα κάνετε σημαντική και καινοτόμα έρευνα σε κάποιον από τους παραπάνω τομείς που μπορεί να σας αναδείξει σε “world experts” ή αλλιώς σε μοναδικούς ειδικούς ενός θέματος σε ολόκληρη την υφήλιο!
Φυσικά αν είστε μεγαλύτερος λάτρης των Μαθηματικών, μπορείτε να επιλέξετε να σπουδάσετε Μαθηματικά μετά το σχολείο, αλλά η μετέπειτα πορεία σας θα είναι λίγο-πολύ η ίδια.
Η σύγχρονη Αστροφυσική καλύπτει ένα μεγάλο εύρος των θετικών επιστημών έτσι ώστε ακόμα και αν επιλέξετε να ξεκινήσετε με βασικές σπουδές παραδείγματος χάριν σε Βιολογία, Χημεία ή Γεωλογία, πάλι να μπορείτε να κυνηγήσετε ένα διδακτορικό στην Αστροφυσική (σε αντίστοιχο θέμα) και κάποια μέρα να είστε ένας ή μια από τους κορυφαίους Αστροφυσικούς της Ελλάδας ή του κόσμου όλου!
Πού χρησιμοποιούν οι αστροναύτες τα μαθηματικά στη δουλειά τους; +
Σκεφτείτε πως βρίσκεστε σε ένα διαστημόπλοιο σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη. Ξαφνικά παρουσιάζεται μια διαρροή καυσίμων και σας τελειώνουν τα καύσιμα. Πότε ενεργοποιείτε τους προωθητήρες, για πόσο χρόνο, και προς ποια κατεύθυνση έτσι ώστε να γυρίσετε στη Γη ασφαλείς;
Προφανώς, αυτή δεν είναι μια ερώτηση που συναντούν συχνά οι αστροναύτες (ίσως με εξαίρεση το πλήρωμα της αποστολής Apollo 13), αλλά περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο τα μαθηματικά και η φυσική, η οποία χρειάζεται μαθηματικά για την κατανόησή της, χρειάζονται σε μια διαστημική αποστολή.
Όλες οι επιστήμες και η τεχνολογία που απαιτείται για τη σχεδίαση και υλοποίηση μιας αποστολής, βασίζονται στα μαθηματικά. Χωρίς μαθηματικά δε θα ήταν εφικτό να προβλέψουμε πώς θα αντιδράσει το διαστημόπλοιο σε διαφορετικές συνθήκες και πώς θα κινούνταν στην τροχιά του.
Οι αστροναύτες επίσης δεν είναι μόνο πιλότοι που κατευθύνουν το διαστημόπλοιο στο μακρύ του ταξίδι. Το πλήρωμα αποτελείται από επιστήμονες πολλών ειδικοτήτων, τεχνικούς, μηχανικούς, βιολόγους κλπ. που εκτελούν εργασίες και πειράματα στο τέλος του ταξιδιού, στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και μαντέψτε τι ενώνει όλους αυτούς: ότι οι γνώσεις όλων σχετίζονται με τα μαθηματικά!