مقدمه
همه چیز در حال گردش است. زمین به دور خورشید مى چرخد و ماه تنها قمر زمین به دور زمین. زمین و تمامى سیارات منظومه خورشیدى نیز به دور ستاره بزرگ خورشید مى چرخند. منظومه خورشیدى ما که در یکى از بازوهاى کهکشان راه شیرى قرار دارد به دور هسته مرکزى راه شیرى مى چرخد. کهکشان راه شیرى در خوشه اى به نام گروه محلى قرار دارد. تمامى کهکشان هاى گروه محلى نیز به دور مرکز گروه محلى در حال چرخش هستند. از گردهم آمدن گروه ها و خوشه هاى بسیارى همچون گروه محلى، مجموعه بسیار بزرگ ترى به نام «ابر خوشه » تشکیل مى شود. دنیایى که ما در آن زندگى مى کنیم از میلیون ها ابر خوشه تشکیل شده است. حالا مى خواهیم از زمین کوچکمان که در این دنیاى بزرگ، حتى به اندازه یک نقطه کوچک هم نیست خارج شویم و به سوى اولین لحظات تشکیل عالم برویم. زمانى که نه من و نه شما و نه هیچ موجود زنده اى وجود نداشت. بیش از 13 میلیارد سال پیش تمام انرژى هاى دنیا، یعنى تمام آن چیزى که هم اکنون وجود دارد به صورت اصلى ترین ماده تشکیل دهنده انرژى در یک نقطه وجود داشت. (در طول مقاله از واژه هاى کیهان و عالم استفاده مى شود که هر دو به یک معنا است. ) این نقطه با انفجارى بزرگ منفجر شد و انرژى خود را در تمام جهات پخش کرد. این لحظه راBig Bang (انفجار بزرگ) و در معادل فارسى«مهبانگ» مى گویند. پس از انفجار بزرگ تمام انرژى هاى دنیا که در یک نقطه جمع شده بود در تمام جهات پخش و گسترده شد که اکنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده دنیا از زمان انفجار بزرگ تا اکنون در حال انبساط (باز شدن) است. پس از دو دقیقه با همجوشى پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیوم از همجوشى دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن موقع چگالى جرمى ماده از چگالى ماده معادل انرژى فوتون ها کمتر بوده است، در حالى که هم اکنون چگالى جرمى ماده از چگالى ماده معادل انرژى فوتون ها بیشتر است. در ابتداى تشکیل عالم نوترون ها، پروتون ها و الکترون ها تنها سهم ناچیزى از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند که انحناى فضا- زمان را به وجود مى آوردند.
صدهزار سال پس از تشکیل عالم، دماى کیهان هشت هزار کلوین بود در حالى که نهصد هزار سال بعد دماى دنیا به سه هزار درجه کلوین کاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنکى نسبى اى که به وجود آمده بود پروتون ها و الکترون ها با یکدیگر درهم آمیخته شدند تا این که اتم هاى خنثى هیدروژن را به وجود آوردند. کیهان در این زمان(یک میلیون سالگى) براى نخستین بار شفاف شد که با وقوع شفافیت فوتون هاى زمینه میکروموجى کیهانى در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام قسمت هایى از کیهان که مقدارى از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه ها و کهکشان ها شدند و قسمت هاى کوچک و کم تراکم تر باقیمانده تبدیل به فضاى میان ابرخوشه ها شدند. طى یک دوره چند میلیون ساله ابر هاى گازى به وجود آمدند که هسته اولیه تشکیل ستارگان بودند. کهکشان راه شیرى در یک ابر چرخنده کم سرعت از هیدروژن و هلیوم که در حدود 100 کیلوپارسک (326 سال نورى) پهنا دارد تشکیل شد. البته هنوز معلوم نیست که کهکشان ما از یک ابر بزرگ گازى تشکیل شده یا آن که از تعدادى ابرهاى کوچک که با یکدیگر درهم آمیخته شده اند. در سیر تکمیلى و گسترش عالم در مرکز کهکشان راه شیرى دو مرکز بسیار پرانرژى که سیاهچاله هستند به وجود آمد که به نوعى نقطه تعادل و جاذبه گردشى کهکشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدى ما در درون یکى از ابرهاى گازى کهکشان راه شیرى متولد شد. در ابتدا بخش هایى از این ابر بزرگ شروع به متراکم شدن کرد و بر اثر کشش گرانشى فشرده شد تا به صورت یک توده کروى شکل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یک کره بسیار کوچک متولد شد. خورشید کوچک مدام داغ تر و گرم تر مى شد و به سرعت به دور خود مى چرخید و از خود ماده در فضا رها مى کرد. پس از مدتى خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره اولین انفجارهاى هسته اى خورشید آغاز شد که سبب درخشش این ستاره بزرگ مى شد. خورشید از ابتداى پیدایش خود تاکنون مدام در حال تبدیل ماده به انرژى است. حلقه هایى از موادى که از خورشید جدا مى شدند کم کم به صورت اجرام کوچکى درآمدند و پس از مدتى بر اثر گرانش بسیار بالاى خورشید در مدار هایى متفاوت شروع به چرخیدن کردند. این اجرام که توده هاى کوچک چرخانى در میان توده هاى بزرگى از گاز و غبار بودند پس از طى چندین میلیون سال تبدیل به سیارات بزرگ و کوچکى شدند که امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدى در نه مدار مختلف و در فاصله هاى معینى از خورشید قرار دارند که به ترتیب از اولین سیاره نزدیک به خورشید عبارتند از «عطارد، زهره، زمین، مریخ، مشترى، زحل، اورانوس، نپتون و پلوتو.»
یوهان کپلر قوانین سه گانه اى را کشف و براى حرکت سیارات وضع کرده است که شامل مواد ذیل است: 1-همه سیاره ها در یک مدار بیضى شکل به گرد خورشید مى چرخند. 2- هر سیاره اى که در گردش خود نزدیک به خورشید مى رسد، سرعتش بیشتر مى شود. 3- بین مسافت و دورى سیاره از خورشید با زمانى که مدار خود را مى پیماید، نسبت خاصى برقرار است.
سیاره«پلوتو» که در دورترین فاصله خود از خورشید هفت میلیارد کیلومتر از آن فاصله دارد زاویه مدارى متفاوتى نسبت به دیگر سیارات دارد. مدار تمامى سیارات منظومه خورشیدى تقریباً موازى با خورشید است اما مدار پلوتو در حدود 40 درجه از مدار دیگر سیارات به دور خورشید، داراى انحنا است. آخرین سیاره منظومه خورشیدى «پلوتو» به دلیل فاصله بسیار زیادى که با زمین دارد تا سال 1930 کشف نشده بود تا این که در همین سال «کلاید تومبا» ستاره شناس آمریکایى توانست آن را رصد کند. کمترین فاصله پلوتو با زمین چهار میلیارد و سیصد میلیون کیلومتر است. اما کلوخه هاى کوچکترى که از خورشید جدا شده بودند تبدیل به اقمار سیارات و کلوخه هاى کوچک تر از آن ها نیز تبدیل به سیارک ها شدند. تاکنون تنها در حدود 110 سیاره دیگر کشف شده است که به دور ستاره اى همانند خورشید در حال گردشند. سیاراتى که تاکنون کشف شده اند در فاصله هاى بسیار دورى از زمین قرار دارند و تقریباً در اندازه هاى مشترى و زحل هستند.
دنیاى پهناور ما همچون بادکنکى که در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهناى آن افزوده مى شود. بر طبق قانون هابل کهکشان هاى دوردست با سرعتى به تناسب دوریشان از ما فاصله مى گیرند، بنابراین کیهان به طور یکنواخت در حال انبساط است. البته بایستى بدانید که کهکشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلکه این فضا- زمان است که منبسط مى شود و کهکشان ها را با خود مى برد. براساس این قانون اگر عالم باز یا مستوى باشد، انبساط تا بى نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و عالم شروع به رمبش (انقباض) مى کند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم مى کاهد ممکن است که روزى پیروز شود و موجب توقف گسترش عالم و در نتیجه فروریختن کیهان در خود شود. براى درک بهتر مثالى بیان مى کنیم: سرعت گریز از زمین 4/11 کیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشکى با سرعت کمتر بخواهد از جو زمین خارج شود جاذبه زمین این اجازه را به او نمى دهد و موشک به سمت زمین باز مى گردد. پس اگر سرعت نسبى دو کهکشان از سرعت گریزشان کمتر باشد روزى انبساط پایان یافته و کیهان شروع به انقباض مى کند و اگر سرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. براى رسیدن به پاسخى قطعى درباره سرنوشت عالم ما، در ابتدا بایستى به چگونگى پیدایش آن پى برد. هم اکنون گروهى از دانشمندان فیزیک در حال بررسى زمان صفر انفجار بزرگ از طریق «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه اى نوین و جدید است که هنوز به صورت تجربى ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، عالم در رده اى بنیادى تر از رشته ها با ریسمان هایى ساخته شده که با فرکانس هاى مختلف ارتعاش مى کنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امکان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشى سخت و دشوار که بزرگ ترین معماى عالم است هرگز معلوم نخواهد بود.
ستاره‌ها را کمابیش همیشه می‌توان به همراه گاز، غبار و «ماده تاریک» در مجموعه‌هایی به نام کهکشان یافت. ۱۰ تا ۲۰ درصد هر کهکشان از ستارگان، گاز و غبار تشکیل شده است. نیرویی که یک کهکشان را برپا نگاه میدارد و از پراکنده شدن آن جلوگیری می‌کند نیروی گرانش است. اجزاء کهکشانی همگی گرد یک کانون مشترک گردش دارند. از برخی نشانه‌ها چنین برمی‌آید که ممکن است در کانون برخی، یا حتی بیشتر کهکشانها سیاهچاله‌هایی وجود داشته باشد. یک کهکشان در آغاز یک نیاکهکشان است که پس از تکامل به صورت یک کهکشان درمی‌آید.
واژه کهکشان از دو واژه فارسی «کاه» و «کشان» ترکیب یافته و علت این نامگذاری تمثیل این پدیده‌های اخترشناختی به حالتی است که خرمنی از کاه بر روی زمینه‌ای سیاه کشیده شده و کاهدانه‌ها (ستارگان) بر روی آن پراکنده گردیده‌اند.
تاریک‌ترین کهکشان کم نورترین و کوچکترین کهکشان دنیا در نزدیکى کهکشان معروف آندرومدا(M۳۱) قرار دارد.
این کهکشان تاریک آندرومدا IX، یک کهکشان کروى کوتوله و بسیار کم نور با قطر ۳۰۰۰ سال نورى است که در نزدیکى کهکشان آندرومدا(M۳۱) و در فاصله تقریبى ۵/۲ میلیون سال نورى از زمین قرار دارد. این کهکشان کوتوله داراى کمترین روشنایى سطحى در میان کلیه کهکشان هاى شناخته شده است و روشنایى آن ۱۰۰ هزار بار کمتر از کهکشان راه شیرى است.
کشف کهکشان آندرومدا IX با استفاده از تلسکوپ ۵/۲ مترى آیزاک نیوتن واقع در جزایر قنارى شناخته شد. کشف کهکشان «آندرومدا IX» کمک مهمى به ستاره شناسان براى حل مسئله ماده تاریک در عالم است.
در تعریف ماده تاریک باید گفت که جرم قابل رویت کهکشان ها و خوشه هاى کهکشانى، تنها یک دهم میزانى است که از روى حرکت آنها و قواعد دینامیکى محاسبه مى شود. به عبارت دیگر ستاره شناسان هم اکنون تنها حدود ۱۰ درصد جرم «موجود» در کیهان را مى توانند رصد کنند.
براساس نظریه هاى کیهان شناختى، ماده تاریک در جریان انفجار بزرگ (Big Bang) به وجود آمد و با انبساط جهان، به صورت توده اى شکل درآمد و بدین ترتیب، بذر اولیه کهکشان ها در عالم پاشیده شد. اما بعد از آن، ماده قابل رویت موجود در عالم، به علت سرد شدن بیش از اندازه، توسط ماده تاریک جذب شد.
با توجه به محاسبات صورت گرفته در مورد مقدار ماده تاریک موجود در عالم، تعداد کهکشان هاى اقمارى کهکشان هایى مانند کهکشان راه شیرى و آندرومدا (M۳۱) بایستى ۱۰۰ برابر بیشتر از تعدادى باشد که ستاره شناسان تاکنون موفق به کشف آنها شده اند. کشف کهکشان کوتوله و کم نور «آندرومدا IX» در اطراف کهکشان آندرومدا، ممکن است بخشى از مسئله ماده تاریک عالم که قبلاً قابل رویت نبود را حل کند
اشکال کهکشانها
اشکال کهکشانها بر اساس شیوه‌ای طبقه بندی می‌شود که طبق شیوه طبقه بندی ستاره شناس آمریکایی ، ادوین هابل (1953- 1986) ، شکل یافته است. در مورد تکامل کهکشانها اطلاعات قطعی کمی در دست است. تنها مطلب مورد اطمینان این است که کهکشانها میلیاردها سال پیش به شکل توده‌ای از ابرهای گازی و غباری بوجود آمدند.
کهکشان بیضوی
کهکشانهای نامنظم هیچ شکل یا ساختار منظمی ندارند، آنها دارای جرم بیشتری از کهکشانهای دیگر هستند و بیشتر ستاره‌های موجود در آنها دارای طول عمر کم و درخشان می‌باشند. با وجود اینکه بسیاری از کهکشانهای نا منظم در بر گیرنده نواحی تابان گازی هستند که ستاره‌ها در آنها شکل می‌گیرند، بیشتر گاز میان ستاره ای کهکشانها بایستی متراکم شوند تا ستاره‌های جدیدی بوجود آورند. حدود 5% از هزار کهکشان درخشان را کهکشانهای نا منظم تشکیل میدهند. این در حالی است که یک چهارم کهکشانهای شناخته شده نیز کهکشانهای نامنظم هستند.
کهکشانهای مار پیچی
کهکشانهای مارپیچی دارای بازوهایی هستند که شکلی مارپیچی در اطراف بر آمدگی مرکزی یا هسته ، قرصی ایجاد می‌کنند که چرخش هسته با چرخش بازوهای آن همراه می‌شود. جوانترین ستاره‌های کهکشانهای مارپیچی در بازوهای کم توده یافت می‌شوند و ستاره‌های کهن اکثرا در هسته متراکم قرار دارند. کهنترین ستاره‌ها در هاله‌های کروی پراکنده قرار دارند و اطراف قرص کهکشانی را فرا گرفته‌اند. بازوهای مذکور همچنین دارای غبار و گاز فراوانی هستند که منجر به تشکیل ستاره‌های جدید می‌شود.
کهکشان مارپیچی میله ای
یک کهکشان مارپیچی میله‌ای دارای یک هسته برآمدگی مرکزی کشیده شده و میله‌ای شکل است. همزمان با چرخش هسته اینطور به نظر می‌رسد که در هر سوی هسته یک بازو نیز می‌چرخد. برخی ستاره شناسان عقیده دارند کهکشان راه شیری نیز یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است. شکل کهکشانهای مارپیچی و کهکشانهای مارپیچی میله‌ای متغیر است.
از کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی بزرگ با بازوهای نه چندان بهم پیوسته تا کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی کوچک و بازوهای آزاد. گر چه کهکشانهای مارپیچی و مارپیچی میله‌ای پیش از این به عنوان دو نوع کهکشان متفاوت طبقه بندی می‌شدند، ولی امروزه ستاره شناسان آنها را مشابه می‌دانند.