زمانی هیچ کس تصور نمی کرد بتوان به ترکیب ستاره ها پی برد یا سن جهان را اندازه گیری کرد. بشر امروزه می داند جهان بسیار بزرگ تر و عجیب تر از حد تصور اوست. ستاره شناسان سن جهان را به بیش از 13/8 میلیارد سال و درست یک میلیاردیم ثانیه پس از بیگ بنگ تخمین زده اند و قوانین فیزیکی جدید حاکم بر جهان را کشف کردند؛ اما داستان و مسیر رسیدن به این اکتشافات پر از شگفتی های غیرمنتظره است.

برای اولین بار گوستاو کیرشهف در سال 1860 با مشاهده ی خط سیاهی در طیف نوری خورشید ماهیت واقعی ستاره ها را بررسی کرد. پس از او ستاره شناسان متعددی ویژگی های نوری ستاره های درخشان و مواد تشکیل دهنده ی آن ها را اندازه گیری کردند و متوجه شدند عناصر موجود در ستاره ها را می توان روی زمین هم پیدا کرد و برخلاف عقاید باستانی، عنصر پنجمی در کار نیست.

بااین همه، کمی طول کشید تا بشر بتواند به سوخت ستاره ها و دلیل درخشش آن ها پی ببرد. طبق محاسبات لرد کلوین، انرژی خورشید صرفا از جاذبه تأمین نمی شود؛ زیرا در این صورت سن آن فقط به 20 تا 40 میلیون سال می رسید. او در مقاله ی خود در سال 1908 به منبع انرژی دیگری برای سوخت ستاره ها اشاره کرد. این منبع انرژی همان فرایند گداخت یا همجوشی هسته ای بود. در این فرایند، با اتصال هسته های اتم و تولید هسته های بزرگ تر، انرژی تولید می شود.

در سال 1925، فیزیک دانی به نام سیسیلیا گاپوشکین از طیف نوری ستاره ها برای محاسبه ی فراوانی عناصر شیمیایی استفاده کرد و متوجه شد برخلاف زمین، بخش زیادی از ستاره ها را هیدروژن و هلیم تشکیل می دهند. ادوین هابل در سال 1924 با اندازه گیری مسافت سحابی ها ثابت کرد این اجرام می توانند خارج از کهکشان راه شیری هم وجود داشته باشند. هابل متوجه شد جهان بسیاری بزرگ تر از حد تصور اوست و همچنان به رشد خود ادامه می دهد. او در سال 1929 باتوجه به شاخصه های طیفی نور ستاره ها در کهکشان های دوردست متوجه رنگ سرخ کهکشان های دوردست به دلیل طول موج های طولانی تر شد.

در سال 1933، فریتز زویکی جرم تمام ستاره های موجود در خوشه ی کهکشانی کوما را تخمین زد و متوجه شد جرم آن ها تنها یک درصد از جرم لازم برای قرارگرفتن این کهکشان ها کنار یکدیگر است. بدین ترتیب، معمای جرم گم شده مطرح شد. این مسئله تا دهه ی 1970 بی پاسخ ماند تا اینکه گروهی از دانشمندان ثابت کردند دیسک های کهکشانی از هم می پاشند؛ مگر اینکه نیروی گرانشی قوی آن ها را کنار یکدیگر نگه دارد. درنتیجه، اغلب ستاره شناسان بر سر وجود نوعی ماده ی تاریک به توافق رسیدند.

پیش از آن اینشتین با انتشار نظریه ی نسبیت عام مفهوم جدیدی از جاذبه را ارائه داده بود. براساس این نظریه، جاذبه به تغییر شکل بافت فضا و زمان گفته می شود. این نظریه را در ابتدا دانشمندان به سختی پذیرفتند؛ اما پس از مشاهده ها و رصدهای متعدد به مرور ثابت شد. در اوایل دهه ی 1960، ستاره شناسان پدیده های عجیب و جدیدی کشف کردند که تنها با فرضیه های اینشتین توصیف پذیر بودند؛ اما عجیب ترین نتیجه ی نظریه ی اینشتین، مفهوم سیاهچاله ها بودند؛ اجرامی که حتی نور هم نمی تواند از نیروی گرانشی آن ها بگریزد. ده ها سال سیاهچاله ها صرفا در حد فرضیه بودند و حتی اینشتین در سال 1939 نوشت سیاهچاله ها واقعیت فیزیکی ندارند؛ اما ستاره شناسان پس از چند دهه متوجه وجود سیاهچاله ها در مرکز کهکشان ها شدند.

آغاز جهان

به طور کلی در اواسط قرن بیستم، دو نظریه درباره ی آغاز جهان منتشر شد: 1. مدل بیگ بنگ داغ که طبق آن جهان از نقطه ای کوچک، داغ و متراکم آغاز شده و در طول زمان توسعه یافته است؛ 2. مدل وضعیت پایدار که طبق آن جهان همیشه به شکلی یکسان وجود داشته است. با اینکه فعلا بیگ بنگ به عنوان مدل اصلی آغاز جهان پذیرفته شده است و هنوز بحث و جدال بر سر چگونگی آغاز جهان ادامه دارد، طبق شواهدی که از میزان سردی یا یکنواختی بخش های مختلف جهان به دست آمده، ممکن است بیگ بنگ نقطه ی آغاز جهان نباشد.

اکتشافات ستاره ای

دانشمندان به مرور و طی اکتشافات متعدد به عناصر سازنده ی ستاره ها و سیاره ها و حتی بدن انسان پی بردند. پیشرفت های فیزیک اتمی از دهه ی 1950 به مدل سازی های دقیقی از ستاره ها انجامید. همچنین، دانشمندان متوجه شدند هسته ی ستاره ها و سیاره ها فقط از اتم های هیدروژن و هلیم تشکیل نشده اند؛ بلکه عناصر دیگری هم در ساخت هسته نقش دارند. آنان به فرایند مرگ ستاره ها و چگونگی تخلیه ی هیدروژن آن ها پی بردند. ستاره های سبک تر به اجرام متراکم و کم نوری به نام کوتوله سفید ها تبدیل می شوند؛ اما ستاره های سنگین تر بخش زیادی از جرم خود را در انفجارهای عظیم سوپرنوا از دست می دهند.

تا دهه ی 1990، شواهدی از سیاره های فراخورشیدی وجود نداشت. در سال 1995، مایکل مایرو و دیدیر کولز با استفاده از روش کشش گرانشی سیاره و تأثیر آن بر نوسان نور ستاره ی میزبان، سیاره ای فراخورشیدی به نام 51 Pegasi bi را کشف کردند. این سیاره اولین سیاره ی فراخورشیدی بود که در مدار ستاره ای مشابه خورشید می چرخید. با پرتاب فضاپیمای کپلر در سال 2009، بیش از 2000 سیاره ی فراخورشیدی دیگر کشف شدند.

امواج گرانشی

امواج گرانشی یکی از پدیده هایی است که در نظریه ی نسبیت عام پیش بینی شده بود. امواج گرانشی به نوسان های فضازمانی گفته می شود که براثر حرکت اجرام سنگین به وجود می آیند. با وجود ده ها سال تلاش برای جست وجوی این امواج، دانشمندان اولین بار در سپتامبر 2015 موفق شدند اولین موج گرانشی را کشف کنند. آن ها با رصدخانه ی LIGO، اولین شواهد از امواج گرانشی را کشف کردند. این موج براثر برخورد دو سیاهچاله در منظومه ای دودویی به وجود آمده بود. از آن زمان تاکنون تعداد بیشتری از امواج گرانشی کشف شدند.

پرسش های بی پاسخ

با وجود پیشرفت های علم نجوم در طول 175 سال گذشته، هنوز پرسش های زیادی درباره ی پدیده های جهان بی پاسخ مانده اند. یکی از این جست وجوها، پی بردن به ماهیت ماده ی تاریک و انرژی تاریک است. انرژی تاریک به نیروی ناشناخته ای گفته می شود که با حفظ فاصله ی اجرام از برخورد آن ها جلوگیری می کند. هنوز اطلاعات دقیقی از ماهیت این انرژی یا حتی میزان قدرت آن در دست نیست.


پرسش دیگر به آغاز جهان باز می گردد. جهان چگونه آغاز شد و آیا بیگ بنگ را می توان به عنوان نقطه ی قطعی آغاز جهان پذیرفت؟ آیا طبق باور بسیاری از نظریه پردازان، می توان نظریه ی تورم کیهانی را به عنوان مدل اصلی آغاز جهان پذیرفت یا اینکه طبق مدلی دیگر بیگ بنگ، تنها یکی از چندین بیگ بنگی است که قبل از آن رخ داده اند؟ تا امروز علم نجوم پیشرفت خود را مدیون فناوری ها و ابزار جدید است. بسیاری از زمینه های نوظهور علم نجوم مثل امواج گرانشی و سیاره های فراخورشیدی و حتی جست وجوی حیات فرازمینی هوشمند تازه در آغاز راه قرار دارند.