گذر زمان در کائنات

انفجار بزرگ | گذر زمان در کائنات

دانشمندان بر این باورند که کائنات در ۱۵ میلیارد سال پیش در پی پدیده ای عظیم به نام مه بانگ (بیگ بنگ) به وجود آمده است. تمامی فضا، زمان، انرژی و موادی که امروزه جهان ما را تشکیل می دهد در پس این انفجار بزرگ ایجاد شده اند. دنیای پیش از بیگ بنگ یک دنیای بی نهایت کوچک، فشرده و داغ بوده است در نخستین کسرهای ثانیه اول فقط انرژی وجود داشت.

هنگامی که دنیا شروع به بزرگ شدن و سرد شدن نمود چهار نیروی اولیه گرانش الکترو مغناطیس نیروی ضعیف و نیروی قوی پیوندهای  هسته ای ظاهر شدند ابتدا کوارک ها و سپس ذرات اتمی و ذرات ضد آن ها پادماده به عرصه پیوستند ماده و پادماده در مجاورت هم یکدیگر، را (با برتری جزئی ماده نسبت به پادماده) خنثی کرده و شروع به تولید انرژی و ماده اولیه یعنی هیدروژن و هلیوم نمودند پس مانده ضعیف گرمای ناشی از انفجار بیگ بنگ هم چنان در سراسر آسمان دیده می شود.

کهکشان ها

در ابتدا توزیع انرژی و ذرات در کل جهان یکسان نبود این ناهم گونی ها این امکان را به انواع نیروها داد تا بتوانند ذرات را گرد آوری و متمرکز کنند این توده سازی و متمرکز سازی آغاز شد تا ساختارهای پیچیده تر به وجود آیند.

تمرکز ذرات منجر به پدیدار شدن غبارها در آسمان گردید و سپس غبارهای فشرده و متمرکز تبدیل به ستاره ها و مجموعه های ستارگان شدند مجموعه هایی که به آن ها کهکشان می گوییم از حرکت و گردش کهکشان ها پیدا است که ستارگان و گازهای پراکنده و غبارهایی که در یک کهکشان قابل مشاهده هستند تنها یک دهم جرم کل یک کهکشان را تشکیل می دهند و بیشتر جرم یک کهکشان مربوط به بخش غیر قابل مشاهده ای است که اصطلاحاً ماده تاریک خوانده می شود. این بخش نامرئی راز سرنوشت کائنات را در برگرفته است.

آیا کائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهند داد با اینکه در اثر نیروهای گرانش که مقدار واقعی آن تا به امروز در ماده تاریک مخفی مانده پس از دوره انبساط دوران انقباض را آغاز خواهد نمود؟

از دیدگاه توسعه و بسط حیات، آن چه اهمیت دارد این است که هر کهکشان یک کارخانه ستاره سازی است که ستاره های خود را از غبارها و ابرهای عظیم تولید می کند هر ستاره یک کارخانه شیمیایی است که در آن عناصر سبک به عناصر سنگین تر و پیچیده تر تبدیل می شوند و حیات نیز مجموعه ای از همین عناصر و مولکول های پیچیده است نوع کهکشان ها با محاسبه چگونگی توزیع ستارگان و درخشش یا تاریکی آن ها مشخص می شود.

ابرهای عظیم مولکولی

بیشتر ساکنین کهکشان ها ابرهای عظیم مولکولی هستند که مواد اولیه برای تشکیل ستاره ها و سیارات را در بردارند ابری با ضخامت ۳۰۰ سال نوری هر سال نوری برابر است با حدود ۱۰ تریلیون کیلومتر جرم کافی برای ساخت ده هزار تا یک میلیون ستاره هر یک به اندازه جرم خورشید ما را دارد ۱۰ درصد از این ابر چگالی کافی برای تشکیل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد عمر این ابرها بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون سال است و بعد از آن از هم می باشند.

تشکیل عناصر در ستارگان

غبارها و تولد ستارگان

گرانش بر ذرات خاصی اثر می گذارد تا مجموعه ای از ذرات را ایجاد نماید که آن ها خود جذب کننده ذرات دیگرند در شرایط مناسب گرانش، قدرت غلبه بر نیروهای مخالف خود را پیدا می کند و توده ای از غبار را تولید می کند که به اندازه کافی برای آفرینش یک ستاره فشرده است.

اما این ستاره جوان احتمالا هنوز در نور مرئی آشکار نیست این ستاره در میان پوششی از غبار غلیظ و مات احاطه شده است زمانی که یک ستاره غبار اطرافش را پراکنده می کند توسط دوربین های فروسرخ به صورت نقطه ای سوزان در بین یک ابر غلیظ مولکولی قابل رویت می شود. در نهایت بادهای ستاره ای پس مانده غبارها و ابرهای مولکولی را کنار می زنند و در این زمان با تلسکوپ های اپتیکال نیز قابل رویت خواهد بود .

ستارگان بالغ و ترکیبات هسته ای

ستارگان جوان در عرصه تلاش برای حفظ تعادل بین نیروی گرانش که سعی در فرو کشیدن ستاره دارد و فشارهای ناشی از فعل و انفعالات هسته ای درون خود که سعی در از هم پاشیدن ستاره دارد قرار  می گیرند. ستاره های بالغ به تعادل دست پیدا کرده اند و تقریبا همه عمر خود را در تعادل سپری  می کنند.

اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتی طول عمر آن ارتباط مستقیم با جرم ستاره دارد. ستاره هایی با جرم کمتر از خورشید ما کوتوله های قرمزی می شوند که تا چندین میلیارد سال زنده هستند. ستاره ای به اندازه خورشید۱۰ میلیارد سال زندگی می کند و ستاره های غول پیکر همه سوخت هسته ای خود را ظرف چند میلیون سال با شدت تمام می سوزانند. ستاره ها همه عمر، در هسته خود هیدروژن را سوزانده و به هلیوم تبدیل می کنند.

در ادامه هلیوم نیز به قدری فشرده و داغ می شود که به عناصر سنگین تر تبدیل می گردد. این چرخه تبدیل ادامه دارد چرخه ای که هر لایه آن انرژی و گرمای بیشتر و بیشتری می طلبد. این انرژی از انفجارهای ناشی از فعل و انفعالات لایه های زیرین تامین و منجر به تشکیل عناصر سنگین و سنگین تر می گردد گرمای زیادی که در ستاره ایجاد می شود آن را متورم می کند.

مرگ ستاره

در نهایت سوخت هسته ای همه ستارگان روزی تمام می شود. آن ها تعادل خود را از دست می دهند طوری که نیروی گرانش غالب می شود تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در نوع مرگ آن ها نیز می شود. ستاره های کم جرم به آرامی باقی مانده سوخت خود را سوزانده و می رند ستاره هایی به اندازه خورشید، به سرعت به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می شوند. لایه بیرونی ستاره که از اتم هایی تشکیل شده که در فرایند تبادلات هسته ای به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شکل ذراتی در عرصه بی انتهای آسمان رها می شوند.

هسته یک ستاره غول پیکر تقریبا به شکل آنی منفجر می شود هسته به سمت بیرون پخش می شود و با ذراتی برخورد می کند که به سمت درون ستاره کشیده شده اند. این برخورد با تولید انرژی فراوانی همراه است که هم عناصر سنگین موجود در کائنات را به وجود می آورد و هم منجر به تکه تکه شدن ستاره می شود.

این انفجار ابرنواختر، منشا اولیه همه عناصر سنگین یافت شده در اجرام ستاره ها، سیاره ها و فضاهای میان کهکشان ها است. در اعماق سرد فضا، عناصری مانند کربن اکسیژن و نیتروژن می توانند با عنصر اولیه یعنی هیدروژن ترکیب شده و مولکول های پیچیده ای را بسازند مخصوصا در فضاهای با چگالی و غلظت بالاتر که امکان برخورد ذرات به یکدیگر بیشتر است.

تعداد بسیار زیادی از انواع مولکول های پیشرفته، به خصوص مولکول هایی که اتم کربن در ترکیب  آن ها حضور دارد در فضای میان ستارگان یافت شده اند.

شکل گیری سیارات

صفحات سیاره ای

در مرحله شکل گیری، یک سیاره ممکن است به صورت یک صفحه درخشنده و یا تاریک در مقابل یک جرم آسمانی درخشان به چشم آید. برخی از این صفحات در انبوه گاز و غبار مخفی و تنها در نور فروسرخ نمایان می شوند. صفحات سیاره ای دیگر به صورت گرده های ذراتی شبیه به دنباله دارها دیده می شوند که در اثر وزش بادهای ستاره ای شکل گرفته اند.

وسعت هر یک از این مناطق سیاره خیز بیش از ۲۰ برابر منظومه شمسی ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سیاره ای در یک جهت در حال چرخش به دور یک ستاره می باشند.

محتویات صفحات سیاره ای، شامل مولکول های پیچیده ای است که برخی از آن ها تنها در شرایط موجود در این گونه صفحات به وجود می آیند و برخی مولکول هایی هستند که در فضاهای میان  ستاره ها و کهکشان ها نیز یافت شده اند.

تشکیل اجرام

ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه این ذرات اجازه تشکیل اجرام کوچک را می دهد. فلزات سنگین و سیلیکات ها در معر که داغ محدوده نزدیک به ستاره نیز دوام می آورند اما ذرات سبک تر و مولکول های فرار از جمله آب و گاز هیدروژن در قسمت هایی از صفحه که از ستاره دورتر است امکان ادامه حیات دارند.

توده های ذرات سنگین پس از اینکه جرم کافی به دست آوردند شروع به سخت شدن می نمایند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آن ها رفته رفته اجرام بزرگی می شوند سرانجام این توده ها و اجرام با یکپارچه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضای خود مسلط می شوند.

شکل گیری سیاراتی چون زمین و مشتری

تفاوت های ماهرانه در توزیع ذرات بین قسمت های مختلف یک صفحه سیاره ای تعیین کننده مکان و بزرگی سيارات در آن صفحه است. اجرام کوچک صخره ای و فلزی در منظومه شمسی سیاراتی هم چون زمین را به شکل گدازان پدید  آورده اند در پی سرد شدن این سیارات لایه های سخت آن ها تشکیل می شود. احتمال میرود که با گذشت زمان همه بخش های این سیارات منجمد گردد.

این سیارات تحت بمباران های اجرام کوچک صخره ای قرار می گیرند که حامل عناصر و مولکول هایی از جمله مهم ترین عنصر شناخته شده حیات یعنی آب می باشند اجرام سرد و یخی که در فاصله بیشتری از خورشید قرار داشتند سیاراتی چون مشتری را به وجود آورده اند. این سیارات ممکن است دارای هسته های فلزی و سخت باشند ولی سطح خارجی آن ها به شکل مایع و پوشیده از لایه های گاز است ساختار سیاره ای چون مشتری بسیار شبیه ستاره ای است که گرد آن در گردش است این سیارات نیز مدام تحت آماج برخوردهای اجرام کوچک قرار  می گیرند.

کیمیای حیات

در ساختار کائنات و بالطبع سیارات مولکول های پیچیده کربن و اسیدهای آمینه دو رکن اصلی تشکیل حيات، وجود دارند با انتشار دقیق و ترکیب این اجزا با ذرات اولیه طبیعت قادر به ساخت DNA، شالوده اساسی حیات و زندگی در کره زمین گردیده است. چگونگی و شرایط ترکیب این اجزا هنوز در حال بررسی است. اما این حقیقت که این ترکیب در حال حاضر صورت گرفته و منجر به ایجاد حیات در کره زمین شده است و با در نظر گرفتن زنجیره ذرات در کائنات، احتمال وقوع این گونه ترکیبات و در نتیجه وجود حیات در قسمت های دیگری از کائنات همواره وجود دارد.