بیگ بنگ: چه بسا شگفت‌زده شوید از اینکه بدانید “فضای میان ستاره‌ای” صرفاً از خلاء تشکیل نشده است. فضای میان ستاره‌ای مملو از گازها، عناصر و غبار است که با وجود رقیق بودن بسیار زیاد، سنگ بنای ستارگان و سیارات را تشکیل می‌دهد.

به گزارش بیگ بنگ، فضای میان ستاره‌ای – فضای بین ستارگان – تنها شامل فضای خالی نیست. «مواد» زیادی در این فضا وجود دارند، منجمله هیدروژن (۷۰٪) و هلیوم (۲۸٪) که در رویداد بیگ بنگ ساخته و پخش شده‌اند. ۲ درصد باقی‌مانده شامل گازهای سنگین‌تر و غباری است که از عناصر دیگری تشکیل شده‌اند که در قلب ستارگان شکل می‌گیرند و با انفجار ابرنواختری در فضای میان ستاره‌ای پراکنده می‌شوند.

این مواد در فضای میان ستاره‌ای کاملاً پخش و پلا هستند. چگالی این مواد در برخی از نقاط بیشتر از سایر مناطق فضای میان ستاره‌ای است، اما معمولاً چگالی آن به حدود یک اتم بر سانتی‌متر مکعب می‌رسد. با وجود این، حتی چگال‌ترین نواحی “فضای میان ستاره‌ای” در مقایسه با چگالی هوای اتمسفر زمین، حالت خلاء را تداعی می‌کنند.

خورشید شرایط حاکم بر منظومه‌ی شمسی ما را تعیین می‌کند، اما در بیرون از منظومه‌ی شمسی این فضای میان ستاره‌ای و محتوای آن است که نقش تعیین‌کننده دارد. اخترشناسان این فضای بین ستارگان را «محیط میان ستاره‌ای» می‌نامند.

چرا فضای میان ستاره‌ای مهم است؟

“محیط میان ستاره‌ای” جایی است که ستارگان در آن شکل می‌گیرند. بدون وجود چنین فضایی ما هرگز به وجود نمی‌آمدیم. هرگاه در فضای میان ستاره‌ای نواحی چگال و رقیق وجود نداشتند تا فشرده‌تر شوند و سرانجام ستارگان را تشکیل دهند، کل جهان هستی چیزی نبود جز ابری از گاز سرد و بی‌جان و کسل‌کننده.

نواحی چگال‌تر محیط میان ستاره‌ای را «ابرهای مولکولی» می‌نامند که اشاره به پرورشگاه ستارگان دارد که در دل آن ستارگان متولّد می‌شوند. ستارگان نخستین، سیاره نداشتند چون در فضای میان ستاره‌ای به غیر از هیدروژن و هلیوم عناصر دیگری نبودند تا سیارات را تشکیل دهند. اما با گذشت میلیاردها سال از آغاز جهان هستی ترکیب فضای میان ستاره‌ای دستخوش تغییر شد.

ترکیب فضای میان ستاره‌ای غنی‌تر شد چون خود ستارگان رفته رفته عناصر سنگین‌تری را درون خود می‌سازند. ستارگان ابرسنگین در پایان حیات خود به شکل ابرنواختر منفجر می‌شوند و عناصر سنگین خود را در فضای میان ستاره‌ای پراکنده می‌کنند. بنابراین نسل بعدی ستارگانی که در این فضای میان ستاره‌ایِ غنی‌ از عناصر سنگین متولد می‌شوند ممکن است برای خود سیّاراتی داشته باشند و یا لااقل سیاره‌ای همچون زمین که از حیات پشتیببانی می‌کند حول آن‌ها بچرخد.

با وجود محتوای فضای میان ستاره‌ای و فرآیندی که طی آن ستارگان و سیّارات متولّد می‌شوند، بسیار محتمل است که روی سیّارات دیگر هم موجودات زنده‌ای وجود داشته باشند.

این چشم‌انداز فریبنده از پرورشگاه ستاره‌ای در سحابی نشری IC2944 اولین‌بار در جشن ۱۵ سالگی تلسکوپ VLT سازمان فضایی اروپا رونمایی شد. در این تصویر ابرهای متراکم گاز و غبار معروف به «توده‌های کروی تاکری» در برابر گازهای فروزان صورتی‌رنگ سحابی سایه انداخته‌اند.

منظومه شمسی و فضاپیمای ما در فضای میان ستاره‌ای

خورشید ستارۀ محلی ماست. قطر خورشید در حدود 1.4 میلیون کیلومتر است و تقریباً ۱۰۰ برابر قطر زمین است. برای پُر کردن حجم خورشید باید 965 هزار زمین را در آن جای دهید. زمین تنها یکی از کوچک‌ترین سیارات منظومه‌ی شمسی محسوب می‌شود.

جریانی از ذرات باردار از لایه‌های خارجی اتمسفر خورشید در فضا منتشر می‌شود که به «باد خورشیدی» معروف است. خورشید – و باد خورشیدی آن – به نوعی حباب غول‌آسایی معروف به هلیوسفر را در فضا می‌سازند که تمام منظومه‌ی شمسی ما را در بر می‌گیرد. هلیوسفر مانند بالنی است که خورشید و سیارات ما درون آن قرار دارند. فضای خارج از هلیوسفر در حقیقت “فضای میان ستاره‌ای” نامیده می‌شود.

نپتون، دورترین سیارۀ منظومه‌ی شمسی ۳۰ برابر از فاصله‌ی زمین تا خورشید دورتر است. فاصله‌ی زمین تا خورشید را واحد نجومی(AU) می‌نامیم، بنابراین فاصله‌ی نپتون تا خورشید ۳۰ واحد نجومی است. لبه‌ی هلیوسفر چهار برابر دورتر از نپتون است، یا به عبارتی در فاصله‌ی ۱۲۰ واحد نجومی قرار دارد.

هلیوسفر از میان فضای کهکشان راه شیری حرکت می‌کند. هنگامی که هلیوسفر در فضا پیشروی می‌کند، بخشی از آن که در برابر مرکز کهکشان ما قرار گرفته، نسبت به بخش مقابل فشار ِ تابشی بیشتری را دریافت می‌کند، از این‌رو هلیوسفر شبیه قطره اشک در فضا امتداد یافته است.

تصویر موقعیت فضاپیماهای وُیجر ۱ و ۲ – دورترین فضاپیماهای ساخته بشر از زمین – که اکنون هر دو از هلیوسفر خارج شده و قدم به فضای میان ستاره‌ای گذاشته‌اند. وُیجر ۱ در آگوست ۲۰۱۲ از هلیوپاز یا لبه‌ی هلیوسفر عبور کرد. اما وُیجر ۲ که در مسیر دیگری در سفر بود در نوامبر ۲۰۱۸ از بخش دیگر هلیوپاز عبور کرد. فضاپیماهای وُیجر آشکار کردند که اندازه‌ی هلیوسفر تغییر می‌کند. به نظر می‌رسد هلیوسفر با تغییر فعالیت‌های خورشیدی «نفس» می‌کشد و هربار که خورشید فعال است بزرگ‌تر می‌شود و با آرام گرفتن خورشید کوچک می‌شود.

به همین ترتیب، هر ستاره‌ای در اطراف خود حبابی شبیه هلیوسفر دارد. از لبه‌ی هلیوسفر این میلیاردها ستاره، ذرات و تابش الکترومغناطیسی درون فضا نشت می‌کنند و محیط میان ستاره‌ای را غنی‌تر می‌سازند. اگر از میان لبه‌ی درونی هلیوسفر عبور کنید، با منطقه‌ای مواجه می‌‌شوید که به آن «شوک خروجی»(Termination Shock) می‌گویند، در این منطقه همانند عبور از تندآب‌های خروشان، سرعت می‌گیرید.

سرانجام همه چیز آرام می‌گیرد و وارد منطقه‌ی «توقف خورشیدی»(هلیوپاز) می‌شوید که در آن فشار تابشی خورشید درون هلیوسفر با فشار محیط میان ستاره‌ای بیرون هلیوسفر در تعادل بسر می‌برد. در اینجا بالاخره وارد خود “فضای میان ستاره‌ای” می‌شوید.

دربارۀ خلاء فضا…

هنگامی که دربارۀ فضا صحبت می‌کنیم، اغلب به خلاءای فکر می‌کنیم که در آن مطلقاً چیزی برای نفس کشیدن ما وجود ندارد. اتمسفر زمین در سطح دریا کاملاً غلیظ است. اتمسفر تا بالای ایستگاه فضایی بین‌المللی امتداد می‌یابد، اما چند صد کیلومتر پس از آن به‌قدری رقیق می‌شود که گویی اصلاً اتمسفری در کار نیست. بسته به اینکه از چه کسی بپرسید، اتمسفر زمین سرانجام در فاصلۀ 10800 کیلومتری سطح زمین یا بالاتر از آن پایان می‌یابد.

روی زمین در هر سانتی‌متر مکعب هوای سطح دریا حدود 30,000,000,000,000,000,000 مولکول وجود دارد، یا می‌توانیم بگوییم ۳ با ۱۹ صفر جلوی آن، اما برای راحتی آن را به صورت ۱۰^۱۹×۳ می‌‌نویسیم. بنابراین در حجمی که فقط اندکی از یک تاس معمولی کوچک‌تر است، تعداد غیرقابل تصوری مولکول وجود دارد.

ابعاد این تاس ۱.۵ سانتی‌متر است، در حالی که مکعبی به ابعاد یک سانتی‌متر از هوای سطح دریا ۱۰^۱۹×۳ مولکول را در خود جای داده است و مکعبی با همین ابعاد مملو از فضای میان ستاره‌ای تنها یک اتم در خود دارد.

در قله‌ی اورست اندکی بیشتر از ۱۰^۱۸ مولکول در همین حجم هوا وجود دارد و در ارتفاع ایستگاه فضایی (حدود 400 کیلومتری بالای سطح زمین) در هر سانتی‌متر مکعب هوا فقط ۱ میلیون (۱۰^۶) مولکول وجود دارد – در اتمسفر رقیق ماه هم همین تعداد مولکول وجود دارد.

برای مقایسه، هر سانتی‌متر مکعب از فضای میان ستاره‌ای به‌طور میانگین فقط حدود ۱ اتم دارد، اگرچه این مقدار بسته به اینکه شما در ابر مولکولی باشید یا در فضای میان ابرها از 10 هزار تا 0.01 اتم متغیر است. به هر حال، این تعداد اتم کم‌ترین مقداری است که برای دست یافتن به خلاء مطلق سراغ داریم (البته اگر فضای میان کهکشانی را لحاظ نکنید که تعداد اتم‌های آن به مراتب کمتر است…).

پی‌نوشت: فضای میان ستاره‌ای فضای بین ستارگان در کهکشان است. فضای میان ستاره‌ای «خالی» نیست، بلکه به‌طور کلی چگالی آن کمترین مقداری است که برای دست یافتن به خلاء مطلق سراغ داریم. ابرهای مولکولی در فضای میان ستاره‌ای از بیشترین تراکم ماده تشکیل شده‌اند و خاستگاه تولد ِ ستارگان و سیارات جدید هستند.

ترجمه: محمد نوده فراهانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: earthsky.org