پیشینه هستی (نجوم)

انفجار بزرگ

دانشمندان بر این باورند که کائنات در حدود 14 میلیارد سال پیش در پی پدیده‌ای عظیم، به نام بیگ بنگ (انفجار بزرگ) به وجود آمده است. تمامی فضا، زمان، انرﮋی و موادی که امروزه جهان ما را تشکیل می‌دهند در پس این انفجار بزرگ ایجاد شده اند. دنیای پیش از بیگ بنگ یک دنیای بینهایت 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. کوارک‌ها و سپس ذرات اتمی و ذرات ضد آنها (ضد مواد) به عرصه پیوستند. ماده و ضد ماده در مجاورت یکدیگر همدیگر را خنثی کرده(با برتری جزئی ماده نسبت به ضد ماده) و تولید انرﮋی و ماده اولیه یعنی هیدروﮋن و هلیوم نمودند. پس مانده ضعیف گرمای ناشی از بیگ بیگ همچنان در سراسر آسمان دیده می‌شود

کهکشانها

در ابتدا توزیع انرﮋی و ذرات در کل جهان یکسان نبود. این ناهمگونی‌ها این امکان را به انواع نیروها داد تا بتوانند ذرات را گردآوری و متمرکز کنند. این توده سازی و متمرکزسازی 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 ستاره‌ها و مجموعه‌های ستارگان شدند. مجموعه‌هایی که به آنها کهکشان می گوییم. از حرکت و گردش کهکشانها پیداست که ستارگان و گازهای پراکنده و غبارها یی که در یک کهکشان قابل مشاهده هستند تنها یک دهم جرم کل یک کهکشان را تشکیل می‌دهند و بیشتر جرم یک کهکشان مربوط به بخش غیر قابل مشاهده ایست که اصطلاحا "ماده تاریک" خوانده می‌شود. این بخش نامرئی راز سرنوشت کائنات را در بر گرفته است. آیا کائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد یا اینکه در اثر نیروهای گرانشی که مقدار 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، آنچه اهمیت دارد این است که هر کهکشان یک کارخانه ستاره سازیست که ستاره‌ها ی خود را از غبارها و ابرهای عظیم تولید می‌کند. هر ستاره یک کارخانه شیمیاییست که در آن عناصر سبک به عناصرسنگین تر و پیچیده تر تبدیل می‌شوند و حیات نیز مجموعه ایست از همین عناصرو مولکول‌های پیچیده. نوع کهکشانها با محاسبه چگونگی توزیع ستارگان و درخشش یا تاریکی آن مشخص می‌شود.

ابرهای عظیم مولکولی

بیشترین ساکنین کهکشانها ابرهای عظیم مولکولی هستند که مواد اولیه برای تشکیل ستاره‌ها و سیارات را در بردارند. ابری با ضخامت 300 سال نوری (هر سال نوری برابراست با حدود 10 تریلیون کیلومتر) جرم کافی برای ساخت ده هزار تا یک میلیون ستاره، هر یک به اندازه جرم خورشید ما را دارد. 10 درصد از این ابر چگالی کافی برای تشکیل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد.عمر این ابرها بین 10 تا 100 میلیون سال است و بعد از آن از هم می پاشند.

تشکیل عناصر در ستارگان

غبارها و تولد ستارگان

گرانش بر ذرات خاصی اثر می گذارد تا مجموعه‌ای از ذرات را ایجاد نماید که آنها خود جذب کننده ذرات دیگرند. در شرایط مناسب، گرانش، قدرت غلبه بر نیروهای مخالف خود را پیدا می‌کند و توده‌ای از غبار را تولید می‌کند که به اندازه کافی، برای آفرینش یک ستاره، فشرده است. اما این ستاره جوان احتمالاً هنوز در نور مرئی آشکار نیست. این ستاره در میان پوششی از غبار غلیظ و مات احاطه شده است. زمانیکه ستاره غبار اطرافش را پراکنده می‌کند، توسط دوربین‌های فروسرخ به صورت نقطه‌ای سوزان در بین یک ابر غلیظ مولکولی قابل رویت می‌شود. در نهایت بادهای ستاره‌ای پس مانده غبارها و ابرها ی مولکولی را کنار می‌زنند و در این زمان با تلسکوپ‌های اپتیکال نیزقابل 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 هسته‌ای درون خود، که سعی در از هم پاشیدن ستاره دارد قرار می‌گیرند. ستاره‌ها ی بالغ به آن تعادل دست پیدا کرده اند و تقریباً همه عمر خود را در تعادل سپری می‌کنند. اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتی طول عمر آن ارتباط مستقیم با جرم ستاره دارد. ستاره‌ها یی با جرم کمتراز خورشید ما کوتوله‌ها ی قرمزی می‌شوند که تا چندین بیلیون سال زنده اند. ستاره‌ای به اندازه خورشید 10 بیلیون سال زندگی می‌کند و ستاره‌ها ی غول پیکر همه سوخت هسته‌ای خود را در ظرف چند میلیون سال با شدت تمام می سوزانند. ستاره‌ها همه عمر در هسته خود هیدروﮋن را سوزانده و به هلیم تبدیل می‌کنند. در ادامه هلیم نیز به قدری فشرده و داغ می‌شود که به عناصر سنگینتر تبدیل می‌گردد. این چرخه تبدیل ادامه دارد. چرخه‌ای که هر لایه آن انرﮋی و گرمای بیشتر و بیشتری می طلبد. این انرﮋی از انفجارهای ناشی از فعل و انفعالات لایه‌های زیرین تامین و منجر به تشکیل عناصر سنگین و سنگین تر می‌شود. گرمای زیادی که در ستاره ایجاد می‌شود آن را متورم می‌کند .

مرگ ستاره

در نهایت سوخت هسته‌ای همه ستارگان روزی تمام می‌شود. آنها تعادل خود را از دست می‌دهند طوریکه نیروی گرانش غالب می‌شود. تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در مرگ آنها نیزمی شود. ستاره‌های کم جرم به آرامی باقیمانده سوخت خود را سوزانده و می‌میرند. ستاره‌هایی به اندازه خورشید، به سرعت به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می‌شوند. لایه بیرونی ستاره که از اتمهایی تشکیل شده که در فرایند تبادلات هسته‌ای به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شکل ذرات در عرصه بی انتهای آسمان رها می‌شوند. هسته یک ستاره غول پیکر تقریباً به شکل آنی منفجر می‌شود. هسته به سمت بیرون پخش می‌شود و با ذراتی برخورد می‌کند که به سمت درون ستاره کشیده شده اند. این برخورد با تولید انرﮋی انبوهی همراه است که هم عناصر سنگین موجود در کائنات را پدیدار می نماید و هم منجر به تکه تکه شدن ستاره می‌شود. این انفجار ابر نواختر، منشا اولیه همه عناصر سنگین یافت شده در اجرام، ستاره ها، سیاره‌ها و فضاهای میان کهکشانهاست. در اعماق سرد فضا، عناصری مانند کربن، اکسیﮊن و نیتروژن می‌توانند با عنصر اولیه یعنی هیدروژن ترکیب شده و مولکولهای پیچیده‌ای را بسازند مخصوصا در فضاهای با چگالی و غلظت بالاتر که امکان برخورد ذرات به یکدیگر بیشتر است. تعداد بسیار زیادی از انواع مولکولهای پیشرفته، به خصوص مولکولهایی که اتم کربن در ترکیب آنها حضور دارد، در فضای میان ستارگان یافت شده است.

شکل‌گیری سیارات

صفحات سیاره‌ای

مرحله شکل گیری یک سیاره ممکن است که 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 می‌شوند. صفحات سیاره‌ای دیگر به صورت گرده‌های ذراتی شبیه به ستاره‌های دنباله دار دیده می‌شوند که در اثر وزش بادهای ستاره‌ای شکل گرفته اند. وسعت هر یک از این مناطق سیاره خیز بیش از 20 برابر منظومه شمسی ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سیاره‌ای در یک جهت در حال چرخش به دور یک ستاره می‌باشند. محتویات صفحات سیاره ای، شامل مولکول‌های پیچیده‌ای است که برخی از آنها تنها در شرایط موجود دراین گونه صفحات به وجود می‌آیند و برخی مولکولهایی هستند که در فضاهای میان ستاره‌ها و کهکشانها نیز یافت شده اند.

تشکیل اجرام

ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه این ذرات اجازه تشکیل اجرام کوچک را می‌دهد. فلزات سنگین و سیلیکاتها در معرکه داغ محدوده نزدیک به ستاره نیز دوام می‌آورند اما ذرات سبک تر و مولکول‌های فرار از جمله آب و گاز هیدروﮋن در قسمت‌هایی از صفحه که از ستاره دورتر است امکان ادامه حیات دارند. توده‌ها ی ذرات سنگین پس از اینکه جرم کافی به دست آوردند شروع به سخت شدن می نمایند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آنها رفته رفته اجرام بزرگی می‌شوند. سرانجام این توده‌ها و اجرام با یکپارجه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضای خود مسلط می‌شوند.

شکل‌گیری سیاراتی چون زمین و مشتری

اختلافات ماهرانه در توزیع ذرات بین قسمت‌های مختلف یک صفحه سیاره‌ای تعین کننده مکان و بزرگی سیارات در آن صفحه است. اجرام کوچک صخره‌ای و فلزی درمنظومه شمسی سیاره‌ای همچون زمین را به شکل گدازان پدید آورده اند. در پی سرد شدن این سیارات لایه‌های سخت آنها تشکیل می‌شود. احتمال می‌رود که با گذشت زمان همه بخش‌های این سیارات منجمد گردد. این سیارات تحت بمباران‌های اجرام کوچک صخره‌ای قرار می‌گیرند که حامل عناصر و مولکولهایی از جمله مهم‌ترین عنصر شناخته شده حیات یعنی آب می‌باشند. اجرام سرد و یخی که در فاصله بیشتری از خورشید قرار داشتند سیاره‌ای چون مشتری را به وجود آورده اند. این سیارات ممکن است دارای هسته‌های فلزی و سخت باشند ولی سطح خارجی آنها به شکل مایع و پوشیده از لایه‌های گازاست. ساختار سیاره‌ای چون مشتری بسیار شبیه ستاره ایست که گرد آن در گردش است. این سیارات نیز مدام تحت آماج برخوردهای اجرام کوچک قرار می‌گیرند.

کیمیای حیات

در ساختار کائنات و بالطبع سیارات، مولکولهای پیچیده کربن و اسیدهای آمینه، دورکن اصلی تشکیل حیات، وجود دارند. با انتشار دقیق و ترکیب این اجزا و 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، رخ دادن این گونه ترکیبات و در نتیجه وجود حیات در قسمت‌های دیگری از کائنات همواره امکان پذیر می‌باشد.