|
Kosmiczny ruch
Jacek Napieralski
Ulica Kosmiczna
Od urodzenia mieszkałem w Częstochowie na ulicy Kosmicznej. Ale niniejsza opowieść nie jest związana z ulicą mojej
młodości, bowiem nie o ruchu ulicznym tu mowa. To w przestrzeni kosmicznej odbywa się prawdziwie imponujący
i nieustanny ruch, a my jako Ziemianie poruszamy się wraz z naszą planetą po wielu dalekich kosmicznych "ulicach".
Jesteśmy uczestnikami nadspodziewanie wielu ruchów, których natężenie w całej przestrzeni kosmicznej jest wprost
niewyobrażalne. A po spokojnej ulicy Kosmicznej w Częstochowie przejedzie w ciągu godziny zaledwie kilkadziesiąt
samochodów i rowerów. Kiedyś na jej środku graliśmy nawet w piłkę i w kapsle! Tu jednak odczuwało się "kosmiczną
atmosferę", zwłaszcza, że tuż obok były ulice Księżycowa i Gwiezdna. Wzrastając w takiej dzielnicy musiałem
zainteresować się astronomią.
Układ Słoneczny
Podziwiając spokojnie rozgwieżdżone niebo nie zdajemy sobie sprawy z wielkiej podróży, jaką odbywamy wraz z Ziemią
wokół Słońca. Siedzimy sobie w wygodnym i bezpiecznym ziemskim pociągu, wyglądając tylko od czasu do czasu za
niebiańskie okno. Nasza ziemska kapsuła porusza się po niewidzialnej dla nas drodze, jakich wiele w Układzie
Słonecznym. Po swoich drogach (orbitach) poruszają się przecież i inne planety wraz ze swoimi licznymi księżycami.
Dla człowieka odległođci pomiędzy planetami są ogromne. Jeżeli wyobrazilibyśmy sobie Ziemię jako kulkę o średnicy 13mm
i masie 6g, to w takiej pomniejszonej skali Księżyc krąży wokół niej zaledwie w odległości 8cm. Wówczas Słońce byłoby
kulą o średnicy 1,39m i masie 1990kg położoną w odległości aż 150m od Ziemi. Najdalsza planeta Pluton poruszałaby
się w odległości prawie 6km od Słońca, zaś najbliższej sąsiedniej gwiazdy musielibyśmy szukać gdzieś na drugiej
półkuli! Co roku Ziemia powraca jednak w to samo miejsce na orbicie, a my świętując nadejście kolejnego Nowego Roku
odmierzamy czas tej nieustannej i regularnej podróży. Jej trudów zresztą nie odczuwamy, ponieważ ochrania nas
wspaniała ziemska atmosfera. Zapewnia prawie stuprocentowe bezpieczeństwo, gdyby przypadkiem jakiś okruch skalny
miał uderzyć w nasz dom. Gdzieś na dachu wielkiego pojazdu zmieścił się również i nasz Księżyc, stale okrążający
Ziemię. I tak, nie wybierając się w Kosmos, podróżujemy wszyscy razem w przestrzeni.
Księżyc zwraca się ku Ziemi zawsze tą samą stroną, a jego drugiej strony z Ziemi nigdy nie dojrzymy! Okres obiegu
Księżyca wokół Ziemi, tzw. miesiąc gwiazdowy (syderyczny), wynosi 27,3 dnia. Okres obrotu Księżyca wokół własnej
osi jest równy miesiącowi syderycznemu, co powoduje, że z Ziemi widzimy zawsze jedną stronę Srebrnego Globu.
Na naszym niebie Księżyc wraca jednak w to samo miejsce nieco później, a średni czas potrzebny na wykonanie pełnego
cyklu faz Księżyca (miesiąc synodyczny) wynosi 29,5 dnia. Miesiąc synodyczny jest dłuższy od syderycznego, ponieważ
Ziemia (wraz z Księżycem) przemieszcza się wokół Słońca.
Podróżując w ziemskim pociągu wokół Słońca obserwujemy "za oknem" zmieniające się pory roku. Słońce oświetla naszą
planetę jak wielka lampa. Ziemia wiruje wokół swojej osi i dlatego mamy dzień i noc. Z kolei, w ciągu całego roku,
Ziemia porusza się po orbicie wokół naszej gwiazdy. Jednak oś wirowania Ziemi nie jest prostopadła do płaszczyzny
jej orbity, lecz nachylona pod kątem 66,5 stopnia. Dlatego przez pół roku Słońce przebywa dłużej po północnej stronie
równika, potem zaś odwrotnie. To powoduje zmiany długości dnia i nocy oraz pory roku. Gdyby oś wirowania Ziemi była
prostopadła do płaszczyzny jej orbity, w ogóle nie byłoby pór roku! Wówczas dni na całej kuli ziemskiej trwałyby
zawsze tyle samo, co noce. Przybliżona sytuacja występuje na równiku, gdzie pory roku praktycznie nie różnią się od
siebie, a dzień i noc trwają zawsze około 12 godzin.
Ponieważ Ziemia porusza się po orbicie, nasze wieczorne niebo codziennie zmienia wygląd. Jeżeli z okna obserwujemy
wybrane miejsce nieba zawsze o stałej porze, to w ciągu całego roku zauważymy, że pojawiają się tu coraz to inne
gwiazdozbiory. Ale za rok wszystko wróci do poprzedniego porządku, gdyż Ziemia w tym czasie pracowicie pokona pełne
okrążenie. Każda wybrana gwiazda wschodzi codziennie około 4 minuty wcześniej, a czas upływający pomiędzy kolejnymi
takimi samymi położeniami gwiazdy na niebie (doba gwiazdowa) wynosi 23 godziny 56 minut i 4 sekundy. Słońce powróci
w to samo miejsce po nieco dłuższym czasie niż gwiazdy, ponieważ zajmie mu to 24 godziny. Tak więc w ciągu roku
Słońce zmienia również swoje położenie wśród innych gwiazd. Widziana z Ziemi roczna droga Słońca pośród gwiazd na
naszym niebie nazywana jest ekliptyką.
Obieg Ziemi wokół Słońca trwa 1 rok, czyli 365,24219 dnia. To od dawna stwarzało problemy z kalendarzem.
Wprowadzony w 45 roku p.n.e. przez Juliusza Cezara kalendarz juliański ustalił czas trwania roku na 365,25 dnia
i co 4 lata pojawiał się w nim dodatkowy dzień. Gdyby tego nie zrobiono, po pewnym czasie pory roku przestałyby
być wiązane z konkretnymi miesiącami. Co 4 lata był więc rok przestępny, tak jak nasz rok 2004. Ale gdy policzymy
dokładnie, to po latach pojawiła się następna niezgodność kalendarza. Dlatego w VI wieku dokonano kosmetycznych
zmian i przesunięto daty o kilka dni. Przy okazji za początek kalendarza uznano przypuszczalną datę narodzin
Chrystusa, a nie, jak dotąd, datę założenia Rzymu. Nadal jednak, skutkiem juliańskiego zaokrąglenia, do XVI wieku
niezgodność urosła aż do 10 dni! Wprowadzono więc następną regułę: lata podzielne przez 4 są przestępne, lecz jeżeli
są podzielne przez 100, wtedy są latami zwykłymi. Dlaczego w takim razie rok 2000 był rokiem przestępnym? Ponieważ
następna "wyrównawcza" reguła mówi, że lata podzielne przez 400 znów są przestępne. Właśnie dlatego rok 2000
posiadał dodatkowy dzień 29 lutego. Taka rachuba czasu została wprowadzona przez papieża Grzegorza XIII w 1582 roku
i zwana jest kalendarzem gregoriańskim. Rok 2000 był rokiem przestępnym, ale np. rok 2100 będzie już rokiem
zwykłym.
Droga Mleczna
Okazuje się, że w naszej Drodze Mlecznej istnieją miliardy znacznie większych "kapsuł słonecznych". Do niedawna nie
znaliśmy żadnego innego układu planetarnego, aż w 1992 roku nasz rodak Aleksander Wolszczan, jako pierwszy na
świecie, wykrył trzy planety poza Układem Słonecznym. Krążą one wokół tzw. pulsara, omiatającego przestrzeń wiązką
śmiercionośnych promieni. Nie są to warunki dla życia, jednak odkrycie dowodziło wówczas istnienia innych układów
planetarnych! W 1995 roku szwajcarscy astronomowie znaleźli pierwszy układ planetarny przy gwieździe podobnej już
do naszego Słońca. Odtąd poszukiwania nabrały rozpędu i do tej pory odkryto wiele innych planet.
Nasze Słońce zabrało ze sobą wszystkie swoje planety i jedzie wraz z nimi po galaktycznej "autostradzie". Widać, że
Kierowca prowadzi ten słoneczny pojazd wprawną ręką. Ruch na autostradzie jest wielki, bo i podobnych Słońcu gwiazd
są na Drodze Mlecznej miliardy! Wszystkie one poruszają się wokół centrum Galaktyki z zawrotną prędkością. To
fantastyczne, że razem ze Słońcem odbywamy tę wielką podróż po Mlecznej Drodze w tłumie innych gwiazd. Niektórzy
ziemscy pasażerowie wychylą się od czasu do czasu za wieczorne okno i ujrzą wspaniała wstęgę Naszej Galaktyki. Wije
się na niebie od horyzontu do horyzontu, jak kręta szosa wokół malowniczych pagórków. Wystarczy bezksiężycowa noc
i miejsce obserwacji oddalone od jasnych świateł, aby zachwycić się pięknem Drogi Mlecznej. Nasze Słońce jest tylko
jedną z wielu miliardów gwiazd ją wypełniających. Porusza się jednak wraz z nimi z zawrotną szybkością 25 km/s.
Sytuacja wygląda tak, jakbyśmy płynęli olbrzymim statkiem i nie odczuwali w ogóle swojego pobytu na pełnym morzu!
Ziemia i inne planety Układu Słonecznego są jak brzęczące muchy latające wokół słonia, które jednak wraz z tym
słoniem podróżują. Jak to możliwe, że trudów tej podróży w ogóle nie odczuwamy?
Wyjaśnienie jest proste. Ze Słońca nieustannie wieje wiatr protonów i neutronów, stale wyrzucanych z gorącej
powierzchni naszej gwiazdy. Podmuchy tego słonecznego wiatru docierają daleko poza odległą orbitę planety Pluton.
Gdzieś tam kończy się heliosfera, czyli obszar wpływu Słońca. Jest więc ono otoczone "bąblem" heliosfery, tak jakby
wraz z planetami było zamknięte w dużej kosmicznej kapsule. Ta nasza kapsuła przedziera się przez materię
międzygwiezdną, a poza nią obecne są już inne obce wiatry z pozasłonecznych źródeł. Heliosfera sięga w kosmos
kilkaset razy dalej niż wynosi odległość Ziemi od Słońca. Przed dziobem tej słonecznej kapsuły mamy do czynienia
z ogromną falą uderzeniową, jaką np. przed swoim dziobem posiada lecący odrzutowiec lub superszybka łódź podwodna.
Przez teleskop Hubble'a intensywnie obserwowano niedawno obszary nieba, w których brak jasnych gwiazd i galaktyk.
Astronomowie dostrzegli tam słabą poświatę promieniowania słonecznego, rozproszonego na cząstkach materii
międzygwiezdnej. Obserwacje te potwierdziły istnienie granicy rozdzielającej obszar wypełniony wiatrem słonecznym
od tej materii. Granicę tą nazwano heliopauzą. Pełni ona rolę "pancerza kapsuły", chroniącego nas przed działaniem
obcych cząstek z całej Galaktyki.
Ale spójrzmy na znaną Galaktykę w Andromedzie, oznaczoną na mapach symbolem M31. Warto nauczyć się ją odnajdywać,
ponieważ jest to już sąsiednia galaktyka miliardów gwiazd, widoczna z odległości ponad 2 milionów lat świetlnych.
To najdalszy obiekt na naszym niebie widoczny jeszcze gołym okiem. Miło pomyśleć, że widzimy oto światełko, które
potrzebowało aż 2 milionów lat, aby dotrzeć do naszych oczu. Nie ma na świecie takiego muzeum, w którym można by
obejrzeć starsze eksponaty. Tymczasem odrobina przyjemnego wysiłku wystarczy, aby takie darmowe muzeum znaleźć nad
naszymi głowami! Do obserwacji M31 trzeba jednak wybrać jakieś ustronne nieoświetlone miejsce oraz bezksiężycową
noc, bowiem widoczna jest jako niepozorna mgiełka pośród pojedynczych jasnych gwiazd naszej Galaktyki. Tamte gwiazdy
również podróżują po swojej autostradzie, czasami może zerkając ciekawie na sąsiednią Drogę Mleczną.
Galaktyki
Niezliczona liczba innych galaktyk znajduje się jeszcze dalej, a rozmiary całego Wszechświata budzą przerażenie
i podziw. Nasza Lokalna Grupa Galaktyk (tzw. Układ Lokalny) składa się z około 30 członków i zajmuje obszar aż 10
milionów lat świetlnych. Największymi w niej są Galaktyka w Andromedzie, nasza Droga Mleczna oraz M33 w Trójkącie.
Obliczona masa Układu Lokalnego jest jednak 10 razy większa od masy widocznych gwiazd. Prawdopodobnie istnieje tu
ogromna ilość tzw. ciemnej materii. Większość galaktyk ma kształt spirali lub elipsy o rozmiarach od 20 tysięcy do
160 tysięcy lat świetlnych. Nasza Galaktyka oraz Galaktyka w Andromedzie są typu spiralnego. Znajdujące się w nich
gwiazdy, obłoki gazowe oraz pył, utrzymują się razem dzięki sile grawitacji.
 
Istnieją też większe zgrupowania zwane gromadami galaktyk. Poza Układem Lokalnym znajdziemy inne małe grupy
galaktyk, takie jak najbliższa naszej Grupa w Rzeźbiarzu. Jeszcze dalej, w odległości około 50 milionów lat
świetlnych, znajduje się gigantyczna Gromada w Pannie zwana Virgo, zawierająca aż 2500 członków. Jej grawitacja
odczuwalna jest nawet w naszym Układzie Lokalnym, a Droga Mleczna i jej sąsiadki są przyciągane w kierunku tej
Gromady. Jeszcze dalej, w Warkoczu Bereniki, w odległości 350 milionów lat świetlnych znajdziemy ogromną gromadę
galaktyk Coma. Z dziesiątków tysięcy jej członków możemy dostrzec jedynie ponad tysiąc. Średnica tej gromady wynosi
około 10 milionów lat świetlnych. W Psach Gończych znajduje się Galaktyka Wirowa M51, odległa o 22 miliony lat
świetlnych. Jest to galaktyka spiralna o anormalnie małym jądrze. Posiada swojego towarzysza NGC5195, tworząc wraz
z nim piękną parę. 28 tysięcy lat świetlnych od nas znajdziemy w tym gwiazdozbiorze również gromadę kulistą M3
o średnicy 209 lat świetlnych. Gromady kuliste są stosunkowo stare, np. M3 ma aż 10 miliardów lat!
Żarłoczne galaktyki
Wielka Mgławica w Andromedzie jest galaktyką 2-3 razy większą od naszej Drogi Mlecznej. Jest też do niej bardzo
podobna. Z zaciekawieniem badamy więc tę Mgławicę, usiłując w ten sposób dowiedzieć się czegoś i o naszej Galaktyce.
Okazało się właśnie, że Wielka Mgławica w Andromedzie zbliża się do nas z zawrotną prędkością 120km/s! Nieuchronnie
dojdzie kiedyś do zderzenia Drogi Mlecznej z tą niepozorną "mgiełką", w trakcie którego zostaniemy przez nią
po prostu "pożarci". Na szczęście jest to odległa i niewyobrażalna perspektywa, której ludzkość prawdopodobnie
nie doczeka. Wokół Wielkiej Mgławicy Andromedy krąży około 20 małych i pożeranych przez nią właśnie teraz galaktyk.
Kilka następnych dawno już zniknęło w jej wnętrzu. Co za okropna żarłoczna galaktyka, można by pomyśleć.
I oto parę lat temu astronomowie z Cambridge zbadali bliską naszej galaktykę karłowatą w Strzelcu. Na peryferiach
wydawałoby się grzecznej Drogi Mlecznej cała grupa gwiazd poruszała się w zupełnie przeciwnym kierunku niż gwiazdy
naszej Galaktyki. Wszystkie one musiały więc pochodzić z pobliskiej galaktyki karłowatej Strzelca. Komputer bez
problemu odtworzył wstecz tory ruchu tych gwiazd, co wyraźnie potwierdziło nieśmiałe przypuszczenia o żarłoczności
również i naszej kochanej macierzystej Galaktyki. No bo dosłownie na naszych oczach pochłania ona właśnie mniejszą
i słabszą galaktykę karłowatą w Strzelcu! Cała uczta potrwa "zaledwie" 100 milionów lat, po upływie których po
tamtej galaktyce nie pozostanie nawet najmniejszy ślad.
Wygląda więc na to, że Droga Mleczna rozrosła się kosztem wielu pożartych wcześniej galaktyk. A następnych
potencjalnych ofiar wcale nie brakuje. Oto od Małego Obłoku Magellana rozciąga się w naszym kierunku wąski
strumień gazów i pyłów międzygwiezdnych, widoczny na bardzo dokładnych fotografiach. Wojownicza Droga Mleczna
zaczęła właśnie wysysać materię ze swojego bliskiego, ale słabszego sąsiada. Dawno temu, wskutek nieustannej
wędrówki, obydwie galaktyki wyminęły się dosłownie o włos. Ale jednak potężna siła grawitacji schwytała w sidła
swą ofiarę. Już za kilka miliardów lat dojdzie do zderzenia. Mały i Wielki Obłok Magellana są dużo większe od
galaktyki karłowatej w Strzelcu, co spowoduje odczuwalne i poważne skutki w Drodze Mlecznej.
Wszystkie galaktyki są więc bardzo zadziorne, a kolizje między nimi zdarzają się często w całym wielkim
Wszechświecie. Szacuje się, że każda galaktyka przeżyła już przeciętnie po kilkanaście takich zderzeń.
Niekoniecznie muszą to być poważne zderzenia czołowe. Najczęściej jedna z galaktyk zgarnia tylko pewną liczbę
zewnętrznych gwiazd drugiej, która pozostaje potem trochę postrzępiona. Co najmniej jedna trzecia znanych galaktyk
powstała wskutek kolizji lub "pożarcia" innych, co można w prosty sposób wywnioskować z ich charakterystycznego
kształtu. Odległe o 60 milionów lat świetlnych Anteny w Konstelacji Kruka są najbardziej widowiskowym przykładem
zderzenia dwóch galaktyk, a na ich fotografiach widać nawet kształt ludzkiego serca. Podczas tego zderzenia siły
grawitacji sprężyły obłoki gazu międzygwiezdnego, po czym doszło do widowiskowych narodzin milionów nowych gwiazd.
Ta kolizja okazała się dla tych galaktyk akurat pożyteczną i odmładzającą je "kuracją".
Wielki Wybuch
Jednym z najważniejszych odkryć kosmologicznych było stwierdzenie, że skupiska galaktyk we Wszechświecie bardzo
szybko się od nas oddalają. Mało tego, wszystkie one oddalają się również nawzajem od siebie! Wszechświat stale
się powiększa, co wobec zadziwiających nas olbrzymich odległości, czyni go niezwykle tajemniczym i nieosiągalnym.
Odkrycia tego dokonał Edwin Hubble, jeden z największych astronomów XX wieku. Kiedy galaktyka zbliża się ku nam
lub oddala od nas, docierające od niej światło ma inną barwę, niż gdyby była nieruchoma. Ta zmiana barwy wynika
ze znanego efektu Dopplera, a galaktyka oddalająca się wydaje się bardziej czerwona. Hubble mierzył prędkości
galaktyk dokonując zadziwiającego odkrycia, że im dalej znajduje się galaktyka, tym szybciej się porusza! Prawo
Hubble'a mówi, że galaktyki oddalają się od siebie z prędkościami wprost proporcjonalnymi do ich wzajemnych
odległości. Czas mija, a Wszechświat staje się więc coraz większy!
Ale nasuwa się tu genialny wniosek. Gdyby np. Ktoś z zewnątrz nakręcił film o życiu Wszechświata, moglibyśmy
go również obejrzeć wstecz. Na tym "cofającym się" filmie zobaczylibyśmy wówczas, jak galaktyki zbliżają się
nieuchronnie do tego samego punktu, aż wszystkie wpadają w nim na siebie. Pozostaje tylko ten jeden mały punkt,
który jest dużo mniejszy od niewidocznego gołym okiem jądra atomu! Teoria Wielkiego Wybuchu zakłada właśnie, że na
początku cała materia i energia Wszechświata znajdowały się w takim małym, gorącym i niezwykle gęstym punkcie.
Obecny Wszechświat gwałtownie się z niego wyłonił podczas gigantycznej eksplozji i do tej pory stale się rozszerza.
Podczas tego rozszerzania Wszechświat ulega również ochłodzeniu, a na podstawie tempa rozszerzania można ocenić
wiek Wszechświata na 12 - 20 miliardów lat.
Na początku większość energii przemieniła się w protony. Za chwilę powstały elektrony, które zderzając się
z protonami utworzyły neutrony. To był moment decydujący, gdyż neutrony samodzielnie mogą przetrwać zaledwie do
tysiąca sekund. Ale protony szybko łączyły się z neutronami i utworzyły jądra atomów helu. Z tej wodorowo-helowej
mieszanki powstało później pierwsze pokolenie gwiazd. Pod koniec pierwszej godziny nie było jednak jeszcze atomów,
gdyż z powodu olbrzymiej temperatury elektrony nie mogły być trwale związane na orbitach wokół jąder. Taki
Wszechświat był gorącą i jasną mgłą, niemożliwą do przeniknięcia wzrokiem nawet na milimetr! Ale postępująca
ekspansja Wszechświata doprowadziła wkrótce do jego znacznego ochłodzenia, a po upływie miliona lat temperatura
spadła już poniżej 40000C. Wówczas mogły wreszcie powstać atomy, zaś Wszechświat zaczął stawać się przezroczysty
i światło mogło teraz pokonywać ogromne odległości. Ale z powodu tej nieprzezroczystości przy pomocy teleskopów
możemy dzisiaj "zajrzeć" w przeszłość jedynie do tego momentu. Przebieg wcześniejszych zdarzeń został zgrabnie
wydedukowany na podstawie znanych nam praw fizyki.
Obecnie przestrzeń Wszechświata wypełnia promieniowanie cieplne pozostałe po Wielkim Wybuchu, nazywane kosmicznym
promieniowaniem tła lub promieniowaniem reliktowym. Z zadaniem wykrycia tego promieniowania w 1989 roku został
wystrzelony satelita COBE, który sporządził mapę rozkładu temperatury całego nieba, odkrywając zarazem małe
różnice pomiędzy obszarami cieplejszymi i chłodniejszymi. Zmierzone przez COBE promieniowanie tła pochodzi
jeszcze z czasów pół miliona lat po Wielkim Wybuchu. Już wówczas Wszechświat nie był jednorodny, a materia
skupiała się w tzw. kłaczki, w których powstały pierwsze gwiazdy.
Podsumowanie
Czytając o wielkich katastrofach na Ziemi nie zdajemy sobie chyba sprawy ze skali katastrof dotykających planety,
gwiazdy i galaktyki. To naprawdę potężne i trudne do wyobrażenia siły, których niebezpieczeństwa w ogóle nie
odczuwamy w naszych małych ojczyznach. I pomyśleć tylko, że to wszystko dzieje się nad naszymi głowami. Na cichym
i spokojnym, wydawałoby się, niebie. Tam miliardy kapsuł poruszających się po Drodze Mlecznej powodują zagrożenie
wypadkami, których nie sposób przecież uniknąć przy tak wielkim natężeniu ruchu. Kierowca prowadzi jednak nasz
słoneczny pojazd wprawną ręką, pozostawiając ludziom tylko zachwyt i głęboką zadumę nad pięknem otaczającego nas
Wszechświata. Obserwując ciche wieczorne niebo pamiętajmy jednak, jak wiele na nim różnych kosmicznych autostrad.
Panuje tam ogromny ruch, dobrze więc chyba, że nie możemy tak po prostu wysiąść z naszej ziemskiej kapsuły. Grać
w piłkę można było kiedyś tylko na środku ulicy Kosmicznej w Częstochowie.
|
