1.6: Ziara ya Ulimwengu

Sasa tunaweza kuchukua ziara fupi ya utangulizi wa ulimwengu kama wanaastronomia wanaielewa leo ili ujue na aina ya vitu na umbali utakavyokutana katika maandiko yote. Tunaanza nyumbani na Dunia, sayari karibu ya spherical kuhusu kilomita 13,000 mduara (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Msafiri wa anga anayeingia katika mfumo wetu wa sayari angeweza kutofautisha kwa urahisi Dunia na sayari nyingine katika mfumo wetu wa jua kwa kiasi kikubwa cha maji kiowevu kinachofunika theluthi mbili za ukonde wake. Ikiwa msafiri alikuwa na vifaa vya kupokea ishara za redio au televisheni, au alikuja karibu kutosha kuona taa za miji yetu usiku, angeweza kupata ishara kwamba sayari hii ya maji ina maisha ya hisia.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Picha hii inaonyesha ulimwengu wa Magharibi kama inavyoonekana kutoka angani kilomita 35,400 (takriban maili 22,000) juu ya Dunia. Takwimu kuhusu uso wa ardhi kutoka satelaiti moja ziliunganishwa na data nyingine ya satelaiti kuhusu mawingu ili kuunda picha. (mikopo: muundo wa kazi na R. Stockli, A. Nelson, F. Hasler, NASA/ GSFC/ NOAA/USGS)

Jirani yetu ya karibu ya nyota ni satellite ya Dunia, inayoitwa Mwezi. Kielelezo\(\PageIndex{2}\) kinaonyesha Dunia na Mwezi inayotolewa kwa kiwango kwenye mchoro huo. Angalia jinsi ndogo tunapaswa kufanya miili hii kuifanikisha kwenye ukurasa kwa kiwango kizuri. Umbali wa Mwezi kutoka Dunia ni takriban kipenyo cha mara 30 cha Dunia, au takriban kilomita 384,000, na inachukua takriban mwezi kwa Mwezi kuzunguka Dunia. Kipenyo cha Mwezi ni kilomita 3476, karibu moja ya nne ukubwa wa Dunia.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Picha hii inaonyesha Dunia na Mwezi umeonyeshwa kwa ukubwa na umbali. (mikopo: mabadiliko ya kazi na NASA)

Mwanga (au mawimbi ya redio) huchukua sekunde 1.3 kusafiri kati ya Dunia na Mwezi. Ikiwa umeona video za ndege za Apollo hadi Mwezi, unaweza kukumbuka kuwa kulikuwa na kuchelewa kwa sekunde 3 kati ya wakati wa Udhibiti wa Mission uliuliza swali na wakati wanaanga walijibu. Hii haikuwa kwa sababu wanaastronomia walikuwa wanafikiri polepole, bali kwa sababu ilichukua mawimbi ya redio karibu sekunde 3 kufanya safari ya pande zote.

Dunia inazunguka nyota yetu, Jua, ambalo liko umbali wa kilomita milioni 150—takriban mara 400 mbali na sisi kama Mwezi. Tunaita wastani wa Dunia—umbali wa jua kitengo cha astronomia (AU) kwa sababu, katika siku za mwanzo za astronomia, ilikuwa kiwango muhimu zaidi cha kupimia. Mwanga huchukua kidogo zaidi ya dakika 8 kusafiri kitengo 1 unajimu, ambayo ina maana habari za karibuni tunazopokea kutoka Jua daima ni umri wa dakika 8. Kipenyo cha Jua ni takriban kilomita milioni 1.5; Dunia inaweza kufaa kwa raha ndani ya mlipuko mmoja mdogo unaotokea kwenye uso wa nyota yetu. Ikiwa Jua lilipunguzwa hadi ukubwa wa mpira wa kikapu, Dunia ingekuwa mbegu ndogo ya apple karibu mita 30 kutoka kwenye mpira.

Inachukua Dunia mwaka 1 (\(3 × 10^7\, seconds\)) kuzunguka Jua kwa umbali wetu; ili kuifanya kuzunguka, lazima tusafiri takriban kilomita 110,000 kwa saa. (Kama wewe, kama wanafunzi wengi, bado wanapendelea maili kilomita, unaweza kupata hila zifuatazo kusaidia. Ili kubadilisha kilomita hadi maili, tu kuzidisha kilomita na 0.6. Hivyo, kilomita 110,000 kwa saa inakuwa maili 66,000 kwa saa.) Kwa sababu mvuto unatushikilia imara duniani na hakuna upinzani dhidi ya mwendo wa Dunia katika utupu wa anga, tunashiriki katika safari hii ya kusonga haraka sana bila ya kuwa na ufahamu wa siku hadi siku.

Dunia ni moja tu kati ya sayari nane zinazozunguka Jua. Sayari hizi, pamoja na miezi yao na makundi ya miili midogo kama vile sayari kibete, hufanya mfumo wa jua (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Sayari hufafanuliwa kama mwili wa ukubwa mkubwa unaozunguka nyota na haitoi nuru yake mwenyewe. (Ikiwa mwili mkubwa unatoa mwanga wake, basi huitwa nyota.) Baadaye katika kitabu hiki ufafanuzi huu utabadilishwa kidogo, lakini ni vizuri kabisa kwa sasa unapoanza safari yako.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Jua, sayari, na baadhi ya sayari kibete huonyeshwa kwa ukubwa wao unaotolewa kwa kiwango. Njia za sayari zinajitenga sana kuliko ilivyoonyeshwa katika kuchora hii. Angalia ukubwa wa Dunia ikilinganishwa na sayari kubwa. (Credit: urekebishaji wa kazi na NASA) wanaweza kuona sayari zilizo karibu mbinguni tu kwa sababu zinaonyesha mwanga wa nyota yetu ya ndani, Jua. Kama sayari zilikuwa mbali sana, kiasi kidogo cha nuru ambazo zinaonyesha kwa kawaida hakitaonekana kwetu. Sayari tulizogundua hadi sasa zinazozunguka nyota zingine zilipatikana kutokana na kuvuta mvuto wake unaojitokeza kwenye nyota zao zinazozalisha, au kutoka kwenye nuru zinazozuia nyota zao zinapopita mbele yake. Hatuwezi kuona zaidi ya sayari hizi moja kwa moja, ingawa ni chache sasa zinachorwa moja kwa moja.

Jua ni nyota yetu ya ndani, na nyota nyingine zote pia ni mipira mikubwa ya gesi inang'aa ambayo huzalisha kiasi kikubwa cha nishati kwa athari za nyuklia ndani. Tutazungumzia taratibu zinazosababisha nyota kuangaza kwa undani zaidi baadaye katika kitabu. Nyota nyingine zinaonekana zimezimia tu kwa sababu ziko mbali sana. Ikiwa tunaendelea kufanana na mpira wa kikapu, Proxima Centauri, nyota ya karibu zaidi ya Jua, ambayo iko mbali na miaka 4.3 ya mwanga, itakuwa karibu kilomita 7000 kutoka mpira wa kikapu.

Unapoangalia angani iliyojaa nyota usiku ulio wazi, nyota zote zinazoonekana kwa jicho lisilosaidiwa ni sehemu ya mkusanyiko mmoja wa nyota tunayoiita Galaxy ya Milky Way, au Galaxy tu. (Tunapozungumzia Milky Way, tunatumia galaxi kubwa; tunapozungumzia galaxi nyingine za nyota, tunatumia galaxi ndogo.) Jua ni mojawapo ya mamia ya mabilioni ya nyota zinazounda Galaxy; kiwango chake, kama tutakavyoona, huzidisha mawazo ya kibinadamu. Ndani ya nyanja ya miaka 10 ya nuru katika radius iliyozingatia Jua, tunapata nyota takribani kumi. Ndani ya nyanja ya miaka 100 ya nuru katika radius, kuna nyota takribani 10,000 (104) —nyingi mno kuhesabu au jina - lakini bado tumepitia sehemu ndogo tu ya Galaxy ya Milky Way. Ndani ya nyanja ya miaka 1000 ya nuru, tunapata nyota milioni kumi (107); ndani ya nyanja ya miaka ya nuru 100,000, hatimaye tunazunguka Galaxy yote ya Milky Way.

Galaxy yetu inaonekana kama disk kubwa na mpira mdogo katikati. Kama tunaweza hoja nje Galaxy yetu na kuangalia chini juu ya disk ya Milky Way kutoka juu, ingekuwa pengine kufanana Galaxy katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\), na muundo wake ond ilivyoainishwa na mwanga wa bluu ya nyota moto vijana.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Galaxy hii ya mabilioni ya nyota, inayoitwa na idadi yake ya catalog NGC 1073, inadhaniwa kuwa sawa na Galaxy yetu ya Milky Way. Hapa tunaona mfumo mkubwa wa gurudumu likiwa na nyota za nyota katikati yake. (mikopo: NASA, ESA)

Jua ni kiasi kidogo cha miaka 30,000 ya mwanga kutoka katikati ya Galaxy, mahali ambapo hakuna kitu cha kutofautisha. Kutokana na nafasi yetu ndani ya galaksi ya Milky Way, hatuwezi kuona kupitia hadi kwenye mdomo wake wa mbali (angalau si kwa nuru ya kawaida) kwa sababu nafasi kati ya nyota si tupu kabisa. Ina usambazaji mdogo wa gesi (hasa kipengele rahisi, hidrojeni) iliyoingizwa na chembe ndogo ndogo ambazo tunaita vumbi vya interstellar. Gesi hii na vumbi hukusanyika katika mawingu makubwa katika sehemu nyingi katika Galaxy, na kuwa malighafi kwa vizazi vijavyo vya nyota. Kielelezo\(\PageIndex{5}\) kinaonyesha picha ya disk ya Galaxy kama inavyoonekana kutoka hatua yetu ya vantage.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Kwa sababu tuko ndani ya Galaxy ya Milky Way, tunaona disk yake katika sehemu ya msalaba iliyopigwa mbinguni kama avenue kubwa nyeupe ya nyota yenye “matuta” ya giza ya vumbi. Katika picha hii ya ajabu, sehemu yake inaonekana juu ya Trona Pinnacles katika jangwa la California. (mikopo: Ian Norman)

Kwa kawaida, nyenzo za interstellar ni chache sana kiasi kwamba nafasi kati ya nyota ni utupu bora zaidi kuliko chochote tunachoweza kuzalisha katika maabara ya duniani. Hata hivyo, vumbi lililopo angani, linalojenga zaidi ya maelfu ya miaka ya nuru, linaweza kuzuia mwanga wa nyota za mbali zaidi. Kama majengo ya mbali ambayo hupotea kutoka kwa mtazamo wetu siku ya smoggy huko Los Angeles, mikoa ya mbali zaidi ya Milky Way haiwezi kuonekana nyuma ya tabaka za smog interstellar. Kwa bahati nzuri, wanaastronomia wamegundua kwamba nyota na malighafi huangaza kwa aina mbalimbali za nuru, ambazo baadhi yake hupenya kwenye smog, na hivyo tumeweza kuunda ramani nzuri ya Galaxy.

Uchunguzi wa hivi karibuni, hata hivyo, umefunua ukweli wa kushangaza na wa kusumbua. Inaonekana kuwa na zaidi-mengi zaidi—kwa Galaxy kuliko inavyokutana na jicho (au darubini). Kutokana na uchunguzi mbalimbali, tuna ushahidi kwamba sehemu kubwa ya Galaxy yetu imefanywa kwa nyenzo ambazo hatuwezi kuzingatiwa moja kwa moja na vyombo vyetu. Kwa hiyo tunaita sehemu hii ya jambo la giza la Galaxy. Tunajua jambo giza ni pale kwa kuvuta mvuto wake exerts juu ya nyota na malighafi tunaweza kuchunguza, lakini nini jambo hili giza ni alifanya ya na kiasi gani ya ipo bado siri. Zaidi ya hayo, jambo hili la giza halijafungwa kwenye galaxi yetu; inaonekana kuwa ni sehemu muhimu ya makundi mengine ya nyota pia.

Kwa njia, sio nyota zote zinazoishi peke yao, kama jua linavyofanya. Wengi huzaliwa katika mifumo miwili au mitatu yenye nyota mbili, tatu, au zaidi zinazozunguka. Kwa sababu nyota zinaathiriana katika mifumo hiyo ya karibu, nyota nyingi zinatuwezesha kupima sifa ambazo hatuwezi kuzitambua kutokana na kutazama nyota moja. Katika maeneo kadhaa, nyota za kutosha zimeundwa pamoja kwamba tulizitambua kama makundi ya nyota (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Baadhi ya kundinyota kubwa zaidi ya nyota ambazo wanaastronomia wameorodhesha zina mamia ya maelfu ya nyota na huchukua kiasi cha nafasi mamia ya miaka ya nuru kote.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Hii nguzo kubwa ya nyota inajulikana kwa idadi yake catalog, M9. Ina nyota takriban 250,000 na inaonekana wazi zaidi kutoka angani kwa kutumia darubini ya Hubble Space. Iko takribani miaka 25,000 ya mwanga mbali.

Unaweza kusikia nyota zinazojulikana kama “milele,” lakini kwa kweli hakuna nyota inayoweza kudumu milele. Kwa kuwa “biashara” ya nyota inatengeneza nishati, na uzalishaji wa nishati unahitaji aina fulani ya mafuta kutumiwa, hatimaye nyota zote zinatoka mafuta. Habari hii haipaswi kukuogopa, ingawa, kwa sababu Jua letu bado lina angalau miaka bilioni 5 au 6 kwenda. Hatimaye, Jua na nyota zote zitakufa, na ni katika maumivu yao ya kifo kwamba baadhi ya michakato ya kusisimua na muhimu ya ulimwengu imefunuliwa. Kwa mfano, sasa tunajua kwamba atomi nyingi katika miili yetu zilikuwa zimekuwa ndani ya nyota. Nyota hizi zililipuka mwisho wa maisha yao, zikisindika nyenzo zao tena kwenye hifadhi ya Galaxy. Kwa maana hii, sisi sote ni halisi alifanya ya recycled “vumbi nyota.”