A világegyetem méreteit és az őt működtető erők nagyságát az apró Földről nézve szinte lehetetlen felfogni és megérteni.

A Világegyetem arányai

Az alábbiakban néhány egyszerű, az osztálytermen belül, hétköznapi tárgyak segítségével bemutatható modellt fogunk ismertetni, amelyek segítenek a kozmikus méretek, arányok elsajátításában. Ezek mindegyike természetesen csak egy-egy példa, a megadott arányok betartásával bármilyen modellt bátran alkalmazhatunk.

A mikrokozmosz és az atomok arányai

A csillagászati tananyagban nem térünk ki részecskefizikai ismeretek taglalására - az atomok felépítésével ugyanis a diákok a nyolcadikos kémia tantárgy keretében ismerkednek meg. Amennyiben teljesebbé kívánjuk tenni a Világegyetem arányait érintő témakört, érdemes kis léptéktől, az atomok világából kezdeni azt. Az atom két fő részre bontható: a pozitív töltésű atommagra - itt találhatók a protonok és a neutronok - valamint az ezt övező negatív elektronokból álló kiterjedt elektronburokra. Amennyiben az egész atom méretének 10-9 cm körüli értéket veszünk, akkor az atommag mérete nagyságrendileg 10-13 cm. Tehát az atommag: atom arány 10000 : 1. Azaz, amennyiben az atommagnak egy 1 mm körüli átmérőjű gombostűfejet veszünk, akkor az atom átmérője 10 m körülinek adódik, közel akkorának, mint egy osztályterem. A méretarányokkal ellentétben az atom tömegének közel 99,9%-a az atommagban koncentrálódik.

A Föld-Hold rendszer arányai

A Földünk felszínén lévő formációk méretarányaival a diákok a földrajz tananyag keretében bőségesen megismerkednek. Ezekután következhet a rendszer bővítése égi kísérőnkkel, a Holddal. Két olyan gömbre lesz szükségünk, amelyek átmérőjének aránya 1 : 0,27 - az őket elválasztó távolság pedig 29,3 egység körüli. A Föld szemléltetésére természetesen azonnal egy földgömb adódik. Amennyiben 15 cm körüli átmérőjű földgömböt választunk, akkor a Hold egy 4 cm-es pingponglabdával szemléltethető, amely 4,4 m távolságban kerüli meg a földgömböt 27,3 naponként. Ha a 30 cm körüli földgömbbel dolgozunk, akkor a teniszlabda méretű (8 cm-es) Hold 8,8 m távolságban kering körülötte. (Mindegy mekkora gömbbel dolgozunk, a lényeg, hogy belül maradjunk a terem méretein.)

A Nap-Föld rendszer arányai

Amennyiben bolygónkat egy kb. 1 mm-es (lehetőleg kék színű) gombostű fejével szemléltetjük, akkor a Nap átmérőjére 11 cm adódik. Ebben az esetben a gombostű 11,8 méter távolságban kering a 11 cm-es labda körül, egy év alatt megtéve egy teljes fordulatot. Itt már kissé szűkösnek mutatkozhat az osztályterem. Ebben az esetben válasszunk más mértéket, hiszen minden modell egyenértékű, amennyiben betartjuk arányait. Esetünkben a Nap : Föld mérete 110 : 1, a távolság pedig 11790 egység.

A Nap és a csillagok aránya

A különböző tömegű fősorozati csillagok mérete eltérő. A csillagok átmérőjében mutatkozó legnagyobb különbségek azonban az egyes fejlődési állapotokkal függenek össze. A vörös óriás fázisban a csillag átmérője közel százszorosára nő a fősorozati értéknek, vörös óriás : fősorozati csillag 100 : 1. A csillagfejlődés egyik végállapota a fehér törpe stádium, ekkor a fősorozati értéknek a századára csökken az átmérő, fősorozati csillag : fehér törpe 100 : 1. A nagytömegű csillagok élete végén kialakuló neutroncsillag sokszorta kisebb a korábban említett égitesteknél, fehér törpe:neutroncsillag 1000:1. Itt már olyan nagy mérettartománnyal van dolgunk, hogy azt az osztályteremben nem tudjuk szemléltetni. Amennyiben a vörös óriás állapot során az átmérőt 100 km-re kicsinyítjük le (azaz akkorára, mint a Balaton hossza), a fősorozati méret 1 km-es lesz (közel akkora, mint egy kerület átmérője Budapesten). Az 1 km-es fősorozati csillag mellett egy fehér törpe 10 méteres lesz, azaz akkora, mint egy osztályterem, egy neutroncsillag pedig mindössze 1 cm-es, azaz egy borsószem méretével egyezik meg. (A borsószem méretű neutroncsillagnál nem sokkal kisebb egy csillagtömegű fekete lyuk, amely nagyobb gombostűfej méretű. A jelenségben a legérdekesebb, hogy közel ugyanakkora tömeg található a modellünkben 100 km-es vörös óriásban, mint a borsószem méretű neutroncsillagban.

A Tejútrendszer arányai

A Tejútrendszerben a csillagokat elég nagy távolságok választják el egymástól. Szokásos hasonlatunkban, ha a csillagokat gombostűfej méretűeknek tekintjük, néhány km távol lesznek egymástól. (Ez természetesen változó, más a haloban, a fősíkban és a magban, valamint egy halmaz belsejében.) A Napunkhoz legközelebbi csillag, a Proxima Centauri 4,25 fényévre található tőlünk, ami a gombostűfej modellben 6,75 km-t jelent.

Próbáljuk meg most az egész Tejútrendszert szemléltetni a Nap-gombostűfej méretből kiindulva. Galaxisunk fősíkjának átmérője kb. 630 ezer km-nek adódik ekkor, azaz könnyen érzékeltethető a 770 ezer km átmérőjű holdpályával. Tehát égi kísérőnk által határolt térrészben lenne 100-200 milliárd csillag. Ezek eloszlása nem egyenletes, nagyrészük a fősíkban található, amely modellünkben kb. olyan vastag, mint a Föld átmérője. A fősík közepén lévő mag pedig durván akkora, mint a holdpálya átmérőjének tizede - itt vannak a legsűrűbben a csillagok. Amennyiben még kisebb modellel próbálkozunk, és például a fősík átmérőjét akkorának vesszük, mint Magyarország legnagyobb hosszát, akkor a csillagok mérete átlagosan csak 0,01 mm lesz, azaz szabadszemmel nem is láthatók.

A Lokális Halmaz arányai

Mint azt a "Lokális Halmaz" című részben már megismerhettük, az Androméda-galaxis és Tejútrendszerünk uralja ezt a rendszert, a többi galaxis hozzájuk képest apró objektum, melyek főleg ennek a két csillagvárosnak kísérői. Amennyiben a halmaz átmérőjét kb. 10 méternek vesszük, azaz akkorának, mint egy osztályterem, a Tejútrendszer fősíkja 30 cm-es korong lesz, míg az Andromédáé közel 40 cm átmérőjű. A kettőjüket elválasztó távolság ebben az esetben 4,4 méternek adódik. A halmaz többi tagja jórészt 0,5-1-2 cm-es törpegalaxis, főleg a két nagy csillagváros kísérőiként 0,5-1 m távolságban keringenek azok körül.

A szuperhalmazok arányai

A Lokális Szuperhalmaz átmérője 100 millió fényév, ami átlagosnak tekinthető, alakja azonban nem annyira elnyúlt, mint ami a környezetünkben található szuperhalmazokra jellemző. Esetünkben a Lokális Szuperhalmazt egy nagy, 200 méteres lakótelepi épülettel szemléltethetjük. Ebben a Lokális Halmaz előbbi méretei érvényesek, azaz Tejútrendszerünk 30 cm körüli átmérőjű, a Lokális Halmaz pedig mintegy 10 méteres. A háztömbben (a Lokális Szuperhalmazban) van szétszórva közel százezer galaxis. Nagyrészük kicsi, 1-2 cm-es, mazsola, dió méretű, a nagyobb elliptikusok kenyérre, dinnyére, a spirálisok pedig megtermett pizzákra emlékeztetnek. A néhány legnagyobb galaxis mérete az 1 m-t is elérheti. Az általában elnyúlt háztömbökre hasonlító szuperhalmazok közül sok egymáshoz kapcsolódik, összefüggő szerkezetet alkotnak, a közöttük lévő óriási buborékok, "belső udvarok" pedig szinte teljesen üresen panganak.

Forrás:Csillagászati tankönyv kezdőknek és haladóknak

Szerkesztették:
Kereszturi Ákos és
Tepliczky István (elektronikus változat)