Încă din cele mai vechi timpuri, omul a contemplat în nopţile senine cerul plin de stele din curiozitate, dar mai ales din necesităţi practice, având în vedere că aceste corpuri cereşti, grupate în constelaţii, constituie repere vizibile faţă de care este posibilă orientarea în spaţiu şi timp.
Prin sistematizarea cunoştinţelor empirice acumulate în timp s-a născut astronomia (gr. astron-astru, nomos-lege), ştiinţă care studiază mişcările, structura şi evoluţia corpurilor cereşti şi a sistemelor formate de acestea.
Iniţial s-a crezut că Pământul se află în centrul lumii, iar aştrii sunt alcătuiţi din materie cerească neschimbătoare, în contrast cu materia terestră supusă transformărilor permanente. Odată cu dezvoltarea ştiinţelor naturii, raţiunea s-a impus simţurilor, iar adevărul a ieşit la iveală, uneori cu mari sacrificii umane. Tulburătoarele provocări ale demersului cognitiv au fost aspru pedepsite în Evul Mediu, când trebuia respectat dictonul “crede şi nu cerceta”.
Concepţia geocentrică a lui Ptolemeu a fost înlăturată încă din sec. al XVI-lea de către ipoteza heliocentrică a lui Copernic, după care Pământul se roteşte în jurul axei sale şi împreună cu celelalte planete se mişcă în jurul Soarelui, idee preluată şi dezvoltată apoi de către Giordano Bruno şi Galileo Galilei.
Bazele mecanicii corpurilor cereşti au fost puse de Isaac Newton, în celebra sa lucrare „Principiile matematice ale filozofiei naturale” (1687), în care, alături de principiile dinamicii, formulează şi legea atracţiei universale.
În prezent s-a conturat un tablou complex asupra structurii şi evoluţiei Universului, care se completează permanent cu noi descoperiri ştiinţifice.
Stelele sunt imense sfere gazoase incandescente, în interiorul cărora au loc reacţii de fuziune nucleară. Nu totdeauna, stelele sunt formate dintr-un singur corp (stele simple), ci din mai multe corpuri (stele multiple). Pe bolta cerească se pot distinge roiuri stelare, deschise (cum sunt Pleiadele) sau globulare (ca roiul M13 din constelaţia Hercule). Spaţiul dintre ele nu este gol, ci ocupat cu materie interstelară formată din praf şi gaze, care apare uneori sub forma unor pete luminoase difuze, numite nebuloase. Densitatea materiei interstelare este extrem de redusă, astfel încât stelele pot fi privite ca adevărate insule în imensitatea spaţiului cosmic.
Galaxiile sunt îngrămădiri uriaşe de stele care la rândul lor formează grupuri şi roiuri de galaxii. Pe baza cercetărilor astronomice se apreciază că în Universul accesibil mijloacelor investigaţie actuale, numit Metagalaxie, există circa 101 de miliarde de galaxii. Din studiile efectuate asupra unui mare număr de galaxii s-a tras concluzia că Universul se află în expansiune. Se presupune că expansiunea a început cu 10-12 miliarde de ani în urmă de la o stare iniţială supradensă concentrată într-un volum mic.
Galaxia noastră, Calea Lactee, are forma unei spirale uriaşe şi conţine circa 150 de miliarde de stele, printre care şi Soarele, aflat la o distanţă medie de 30000 de ani-lumină de centrul galaxiei, în jurul căruia se roteşte cu o viteză de aproape 20 milioane de km pe zi în direcţia stelei Vega. Soarele este o stea mijlocie, cu o masă de 1,9x1030 kg (70% hidrogen, 28% heliu, 2% alte elemente), distribuită cu precădere în partea centrală, extrem de fierbinte (14 milioane de grade) şi mai puţin în atmosferă solară, care este stratificată în fotosferă, cromosferă şi coroana solară. Reacţiile termonucleare care se petrec în interior furnizează energia emisă de Soare, din care numai a 2-a miliarda parte ajunge pe Pământ, cantitate totuşi suficientă pentru a sigura baza primară a vieţii şi a resurselor energetice terestre. Constanta solară este de 1,98 cal/min/cm2 şi reprezintă cantitatea de energie primită de la Soare într-un minut pe o suprafaţă de 1 cm2, măsurată la limita superioară a atmosferei terestre, perpendicular pe direcţia de propagare a razelor solare.
S-a constatat că, nu numai Soarele, ci şi alte stele (ex. 61 Lebăda) au planete care se rotesc în jurul lor sub acţiunea forţei gravitaţionale de atracţie, astfel încât se poate considera că formarea sistemelor planetare constituie mai degrabă o regulă, decât o excepţie în Univers. Sistemul solar este format din 8 planete mari (Mercur, Venus sau Luceafăr, Pământ sau Terra, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun) şi 3 planete pitice (Ceres, Pluto, Eris), care se mişcă împreună cu sateliţii lor în acelaşi sens în jurul Soarelui, pe orbite eliptice situate aproximativ în acelaşi plan. Terra, această magnifică navă care poartă omenirea în istorie, are o mişcarea de rotaţie în jurul axei proprii de 23h 56min 4s (răspunzătoare pentru succesiunea zilelor şi a nopţilor) şi o mişcare de revoluţie, care se realizează în 365 de zile 6h 9min 9s şi are drept consecinţă formarea anotimpurilor.
Între Marte şi Jupiter se află centura principală de asteroizi, care sunt resturi ale unei planete sfărâmate. Centura de asteroizi a lui Kuiper este formată din mici corpuri de gheaţă care gravitează dincolo de Neptun, iar mai departe se află norul lui Oort, unde se găsesc milioane de nuclee de comete.
Naşterea şi evoluţia sistemului solar a constituit o mare provocare pentru oamenii de ştiinţă şi a generat diverse ipoteze, mai mult sau mai puţin verosimile. De obicei, în explicarea formării sistemului solar, astronomii (Smidt, Weizsäcker, Fesenkov, Alfvén, Hoyle), pornesc de la existenţa cu circa 5 miliarde de ani în urmă a unei colosale nebuloase (compusă din gaze şi praf cosmic în care predomina H şi He) aflată în mişcare de rotaţie şi supusă acţiunii forţelor gravitaţionale.
Se încearcă în diferite moduri să se explice distribuţia neuniformă a momentului cinetic, care revine în proporţie de 98% planetelor şi numai 2% Soarelui, deşi acesta înglobează aproape 98,86% din masa sistemului solar. Cei mai mulţi astronomi înclină spre ideea formării concomitente a Soarelui şi a planetelor. Astfel, Hoyle consideră că pe măsura contracţiei gravitaţionale (predominantă de-a lungul axei de rotaţie) creşte viteza de rotaţie care duce implicit la apariţia instabilităţii gravitaţionale cu formarea unei mase centrale (protosoarele), înconjurată de un disc turtit. Prin vârtejuri şi concentrări de substanţă în disc are loc formarea planetelor. Disproporţia repartizării momentului cinetic este explicată de Hoyle prin transferul acestuia de către câmpul magnetic al nucleului de la centru spre periferia parţial izolată.
Deocamdată ştim că miracolul uman a apărut pe Terra, leagănul şi matricea în care a evoluat viaţa, dar şi alte planete pot să asigure condiţii pentru existenţa organismelor vii, de la cele mai simple până la fiinţe inteligente. Se aşteaptă ca într-un viitor apropiat, exobiologia (ramură a biologiei care studiază prezenţa şi particularităţile formelor de viaţă în cosmos), să dea o nouă viziune despre rolul şi statutul omului în univers.
Lumea stelară este fascinantă şi trebuie cercetată cu instrumente moderne care să suplinească imperfecţiunile organelor de simţ ale omului. Aşa a procedat Galileo Galilei (1564-1642), care încălcând normele stabilite de Inchiziţie şi a confecţionat o lunetă cu care a observat corpurile cereşti, descoperind munţii pe Lună, patru sateliţi ai planetei Jupiter, fazele planetei Venus, structura stelară a Căii Lactee, petele solare etc.
Rezultate mult mai spectaculoase au fost obţinute de astronomul William Herschel (1738-1822), cu ajutorul unui telescop optic, instrument extrem de util în domeniul radiaţiilor optice cu lungimea de undă cuprinsă între 380 nm şi 760 nm, care nu sunt absorbite de atmosferă şi ajung la suprafaţa Pământului.
Extinderea cercetării spaţiului cosmic în domeniul radioundelor (cu lungimea de undă de la 1 mm la 20m) se face cu ajutorul radiotelescopului, sistem tehnic format dintr-o antenă parabolică în focarul căreia este plasat un radioreceptor conectat la un echipament de înregistrare. Astfel, au putut fi descoperite surse extraterestre de radiounde, cum ar fi pulsarii (obiecte galactice emiţătoare de radiounde sub formă de pulsaţii) sau quasarii (obiecte extragalactice care emit intens radiounde). Cu ochiul liber, pe întreaga sferă cerească se pot număra aproximativ 6000 de stele, în schimb cu un telescop optic se văd peste 200000 de stele.
După cum se poate constata cu ochiul liber, stelele nu sunt identice între ele, ci diferă atât prin strălucire, cât şi prin culoare. Strălucirea aparentă a unei stele depinde de energia emisă, dar şi de distanţa la care se află, fiind definită prin cantitatea de energie primită în unitatea de timp, pe unitatea de arie receptoare, aşezată perpendicular pe direcţia astrului. Magnitudinea aparentă (m) este legată de strălucirea aparentă (E) printr-o relaţie logaritmică (stabilită în anul 1855 de către N.R. Pogson): m + 2,5 x lg E = constant.
Mult mai utilă în studiul comparativ al proprietăţilor fizice este magnitudinea absolută, definită prin magnitudinea aparentă a aceleiaşi stele dacă s-ar afla la o distanţă de 10 parseci (1 parsec = 3,26 ani-lumină). Între magnitudinea absolută (M), magnitudinea aparentă (m) şi distanţa (d) până la stea, exprimată în parseci, există relaţia : M = m + 5 – lg d.
Pe baza caracteristicilor spectrelor de radiaţii, la observatorul Harvard (SUA) a fost elaborată o clasificare a stelelor în clase spectrale, notate cu simbolurile A, B, F, G, K, M, N, O, R, S, W. Corelaţia dintre magnitudinea absolută şi clasa spectrală a fost stabilită empiric de către astronomii E. Hertzprung (1873-1967) şi H.N. Russell (1877-1957), independent unul de altul, fiind extrem de importantă pentru testarea unor teorii de structură şi evoluţie stelară. În diagrama H-R (axa ordonatelor corespunde magnitudinii absolute, iar clasa spectrală este notată pe axa absciselor), stelele nu umplu întregul plan, ci sunt distribuite de-a lungul unor benzi compacte care corespund unor stele supergigante, gigante, pitice albe, respectiv secvenţei principale din care face parte şi Soarele.
Ce este diagrama H-R? Explicaţie detaliată (lb. engleză)
După pornirea filmului, clic pe "cc" şi selectaţi "English" pentru afişarea subtitrării în limba engleză.
Stelele îşi au originea în materia difuză interstelară formată din praf şi gaz interstelar şi parcurg mai multe stadii de evoluţie. În faza iniţială are loc condensarea gravifică a unui nor cosmic prin mecanisme încă necunoscute. Pe măsura transformării energiei potenţiale în energie cinetică, temperatura norului creşte la zeci de mii de grade, când se produce ionizarea materiei, şi apoi la câteva milioane de grade, când se declanşează reacţiile termonucleare care opresc contracţia gravitaţională. Protosteaua astfel formată se transformă apoi în stea a secvenţei principale, unde rămâne cea mai mare parte a vieţii sale, deplasându-se lent spre dreapta în diagrama H-R. Când hidrogenul din nucleu a fost consumat în întregime, acesta se contractă, iar reacţiile termonucleare cuprind învelişul extern care se dilată progresiv, astfel încât steaua devine gigantă. Când temperatura din nucleul unei gigante depăşeşte valoarea de 15 milioane de grade, atunci încep reacţiile termonucleare ale heliului care se transformă în carbon, iar steaua se deplasează spre stânga pe ramura gigantelor. După consumarea heliului din nucleu şi a hidrogenului din învelişul adiacent, steaua se dilată şi pierde masă, uneori procesele au caracter exploziv. Mai precis se pot întâlni următoarele situaţii:
- dacă giganta are o masă mică apropiată de masa solară, atunci are loc o pierdere lentă de materie, iar nucleul fierbinte se transformă într-o pitică albă care moare prin răcire;
- dacă giganta are o masă medie, mai mare decât masa solară de referinţă dar mai mică decât triplul masei solare, atunci pierderea de materie are loc printr-o explozie de novă;
- dacă giganta are o masă mai mare decât triplul masei solare, atunci pierderea de materie are loc printr-o explozie de supernovă, deosebit de strălucitoare.
În urma exploziilor de novă sau supernovă, steaua trece în stadiul de pitică albă, dacă masa finală este mai mică decât masa Soarelui. În caz contrar, steaua trece în stadiul de stea neutronică (prin contracţie gravitaţională violentă, atomii se neutronizează) sau de stea colapsată (prin colaps gravitaţional dimensiunile se micşorează progresiv până se transformă într-o gaură neagră), după cum masa stelei rămase este mai mică, respectiv mai mare decât triplul masei solare de referinţă.
Cunoaşterea stadiului evolutiv al stelelor permite determinarea vârstei acestora şi descifrarea compoziţiei chimice a materiei stelare. Soarele s-a format în urmă cu circa 5 miliarde de ani şi va mai străluci pe cer încă atâţia ani, perioadă mai mult decât suficientă pentru ca omenirea să atingă culmi nebănuite de progres tehnic şi civilizaţie, să cucerească spaţiul cosmic dincolo de sistemul solar şi să populeze planete din alte sisteme stelare. Viitorul este imprevizibil, poate că urmaşii noştri peste mai multe generaţii vor întâlni şi vor colabora cu fiinţe inteligente, mai mult sau mai puţin asemănătoare cu fiinţa umană, aşa cum sunt prezentate uneori în filmele SF.
Se poate trage concluzia că în prezent, deşi avem o imagine complexă despre Univers, aflat într-o evoluţie continuă, infinită în spaţiu şi timp, suntem abia în stadiul iniţial al descifrării tulburătoarelor enigme ale cunoaşterii.
