Johdanto

Tutkit valomikroskoopin avulla lehden soluja. Solut koostuvat atomeista. Tarkastelet tähtikaukoputkella Linnunradan rakennetta ja tähtiä, jotka nekin koostuvat atomeista.

Maailmankaikkeuden rakentuminen

Maailmankaikkeus on syntynyt yleisesti hyväksytyn teorian mukaan alkuräjähdyksessä (Big Bang) noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Maailmankaikkeus jatkaa edelleen räjähdyksen jälkeistä laajenemistaan. Miljoonien tähtien muodostamat galaksit etääntyvät toisistaan. Linnunrata, joka on oma galaksimme, syntyi noin puoli miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Yksi Linnunradan tähdistä on nimeltään Aurinko, jota Maa ja seitsemän muuta planeettaa kiertävät. Tämän tapaisia tähtijärjestelmiä löytyy paljon. Vain yhdessä niistä tiedetään olevan elämää, Aurinkokunnan Maa-planeetalla.

Linnunradan keskustassa on musta aukko. Sen vetovoima on niin suuri, ettei edes valo pääse sieltä pois. Siksi niitä kutsutaan mustiksi aukoiksi. Galakseissa on paljon kaasu- ja pölypilviä, joista syntyy uusia tähtiä. Tähdissä tapahtuu fuusioreaktioita, joissa vetyä yhdistyy heliumiksi. Samalla vapautuu runsaasti energiaa.

Tähtien massa ratkaisee sen, millainen niiden elinkaari on. Suuret tähdet kuluttavat polttoaineensa loppuun nopeasti, kun taas pienemmät palavat pidempään. Raskaasta tähdestä voi tulla musta aukko ja kevyemmästä musta kääpiö.

Rakentumisperiaatteen mukaan kaikki esineet ja asiat ovat muodostuneet rakenneosista. Rakenneosat ovat puolestaan rakentuneet yksinkertaisemmista osista. Tämän periaatteen mukaan alkeishiukkaset ovat yksinkertaisimpia rakenneosia ja monimutkaisimpia ovat galaksijoukot.

Taiteilijan näkemys mustasta aukosta Linnunradan keskuksessa.

Maailmankaikkeuden synty

Nykyisen tiedon perusteella alkuräjähdys on tuntemamme maailmankaikkeuden syntytapahtuma. Kyseisen teorian mukaan maailmankaikkeus syntyi äärimmäisen tiheästä ja kuumasta tilasta noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Räjähdyksestä lähtien maailmankaikkeus on jatkanut laajentumista. Monet tutkimukset ja havainnot tukevat tätä teoriaa.

Meidän oma galaksimme, Linnunrata, ja monet muut galaksit alkoivat syntyä noin puoli miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Galaksit ovat valtavia tähti-, kaasu- ja pölykertymiä, joilla on useita eri muotoja. Linnunrata on kierteinen galaksi, jossa on 200–400 miljardia tähteä, joista jokainen kiertää galaksin keskustaa. Aurinko on yksi Linnunradan miljardeista tähdistä. Linnunradan keskustassa oletetaan olevan musta aukko, jonka voimakas vetovoima imee lähelle joutuneita tähtiä ja jopa valonkin sisäänsä. Aurinko sijaitsee spiraalihaarassa kaukana keskustasta. Linnunradan halkaisija on 100 000 valovuotta. Valovuosi on matka, jonka valo etenee vuodessa. Valonnopeudella matkustettaessa linnunradan läpi kulkeminen kestäisi siis 100 000 vuotta.

Kuvassa on galaksimme Linnunrata. Sen spiraalimainen muoto näkyy selvästi kuvasta.

Kuvassa on Hubble-teleskoopin ottama kuva kierteisgalaksista. Se on muodoltaan samanlainen kuin Linnunrata.

Linnunradan spiraalihaaroissa on paljon kaasu- ja pölypilviä. Niissä syntyy vetovoiman vaikutuksesta uusia tähtiä. Eräs tällaisista sumuista on noin 7 000 valovuoden päässä Maasta sijaitseva Kotkasumu .

Tähtien elinkaari

Tähden tuottavat energiaa fuusioreaktiolla. Reaktiossa vetyatomeja yhdistyy raskaammaksi heliumiksi. Yhdistymisessä vapautuu energiaa, jota tähdet säteilevät ympäristöön sähkömagneettisena säteilynä. Sähkömagneettista säteilyä ovat mm. röntgensäteily, ultravioletti- eli UV-säteily ja näkyvä valo.

Näkyvän valon alue on kapea osa koko sähkömagneettisesta aaltoliikkeestä. Säteilyn lajit ovat lyhyemmästä aallonpituudesta lähtien gamma-, röntgen-, ultraviolettisäteily, näkyvä valo, infrapunasäteily, mikroaallot ja radioaallot. Mitä lyhyempi on säteilyn aallonpituus, sitä energeettisempää säteily on.

Tähden elinkaaren määrittää sen massa. Jos tähti on suurimassainen, sen elämä on raju ja lyhyt. Se kuluttaa polttoaineensa vedyn loppuun nopeasti fuusioreaktioissa. Raskas tähti laajenee punaiseksi jättiläiseksi siinä vaiheessa, kun vety on poltettu loppuun. Tässä vaiheessa fuusioreaktiota jatkavat muut, kevyemmät alkuaineet, kuten hiili. Kun polttoaine on loppu, raskas tähti räjähtää supernovana. Erittäin suurimassaisesta tähdestä muodostuu räjähdyksen jälkeen musta aukko. Massaltaan hieman kevyemmästä tähdestä tulee neutronitähti.

Aurinko on kevyempi tähti, ja sen elinkaari on rauhallisempi ja pidempi. Kevyemmästäkin tähdestä muodostuu punainen jättiläinen siinä vaiheessa, kun kaikki vety on käytetty. Tähden ulko-osasta muodostuu planetaarinen sumu ja jäljelle jääneestä keskuksesta syntyy valkoinen kääpiö. Valkoinen kääpiö on erittäin tiheää ainetta, sillä se on kooltaan planeetan kokoinen, mutta sen massa on lähellä tähden massaa. Ydinreaktioita ei enää tapahdu, ja siksi tähden lämpötila laskee. Tähdestä tulee jäähtymisen myötä musta kääpiö.

Maailmankaikkeuden rakentumisperiaate

Luonnossa on voimassa rakentumisperiaate. Sen mukaan kaikki oliot ovat muodostuneet rakenneosista. Nämä oliot ovat puolestaan koostuneet astetta yksinkertaisimmista olioista. Saman periaatteen mukaan pienemmät oliot muodostavat suurempia samalla tavalla käyttäytyviä kokonaisuuksia. Rakenneosat pienimmistä kohti suurempaa ovat alkeishiukkaset, ytimet, atomit, molekyylit, ihmisen kokoluokkaa olevat oliot, taivaankappaleet, aurinkokunnat, galaksit ja galaksijoukot.

Kuvassa on esitetty rakentumisperiaate kaaviokuvana. Vasemmasta reunasta lähtien rakenneosat ovat alkeishiukkaset ja oikealla äärimmäisenä ovat galaksijoukot.

Maailmankaikkeuden suurimpia kokonaisuuksia ovat galaksijoukot, jotka muodostuvat galakseista. Linnunrata on eräs miljardeista galakseista ja Aurinko yksi Linnunradan miljardeista tähdistä. Maa ja muut Aurinkokunnan planeetat kiertävät Aurinkoa.

Maapallolla elävä ihminen rakentuu soluista, jotka rakentuvat monenlaisista molekyyleistä, kuten DNA:sta. Molekyylit ovat usean atomin yhteenliittymiä. Atomit taas koostuvat ytimestä ja elektronipilvestä. Ytimessä olevat protonit ja neutronit rakentuvat pienimmistä tunnetuista alkeishiukkasista, kvarkeista. Myös elektroni on itsessään alkeishiukkanen.

Avainsanat

Alkuräjähdys: nykytietämyksemme mukaan maailmankaikkeuden syntyteoria, jonka mukaan maailmankaikkeus on syntynyt n. 13,8 miljardia vuotta sitten tapahtuneessa räjähdyksessä.

Musta aukko: Suurimassaisen tähden kuollessa syntyy musta aukko. Mustan aukon vetovoima on niin suuri, että se vetää puoleensa jopa valoa.

Galaksi: galaksi on tähtien muodostama järjestelmä.

Linnunrata: Linnunrata on galaksi, jossa Maa sijaitsee. Se on tyypiltään sauvaspiraaligalaksi.

Valovuosi: valovuosi on valon vuodessa kulkema matka.

Fuusioreaktio: fuusioreaktio on ydinreaktio, jossa kevyet isotooppiytimet yhdistyvät suuremmiksi ytimiksi.

Rakentumisperiaate: luonnossa voimassa oleva periaate, jonka mukaan kaikki oliot ovat muodostuneet rakenneosista.