Astronomia

ASTRONOMIA
Wszechświat oraz jego zawartość od zawsze fascynował naukowców i uczonych. Pierwsze rozwinięte cywilizacje, takie jak Mezopotamia, Chiny czy Egipt zapoczątkowały trend w nauce polegający na badaniu kosmosu, który został później nazwany astrologią. Nie posiadając specjalistycznych przyrządów, obserwowali oni obiekty widoczne tylko gołym okiem. Próbowali wyjaśnić to, co widzą, nie zwracając uwagi na naukę, a kierując się bardziej religią i mitologią. Przełom nastąpił, gdy Babilończycy ok. I wieku p.n.e., opracowali astronomię matematyczną i naukową, a swoje pomiary i badania opierali na liczbach i dostępnych danych. W końcu nie bez powodu mówi się, że językiem Wszechświata jest matematyka. Następnie w nauce panował duży zastój. Cykl przełomowych odkryć nastąpił w XIII wieku, wraz z rozpoczęciem działalności naukowej takich osób, jak Mikołaj Kopernik, Galileusz, Johannes Kepler czy sir Isaac Newton. Pierwszy z nich totalnie obalił geocentryczny model wszechświata, opracowany w II wieku n.e., a opierając się na własnych obserwacjach, pomiarach i obliczeniach, stworzył własny, heliocentryczny model wszechświata oraz opublikował dzieło pt. ,,O obrotach sfer niebieskich”. Kolejny poprawił, udoskonalił i rozszerzył powyższą teorię, zaś Johannes Kepler obliczył i sformułował 3 prawa, dotyczące ruchu planet. Sir Isaac Newton zdefiniował swoje 3 prawa dynamiki oraz prawo powszechnego ciążenia, dzięki którym znakomita większość, wcześniej nierozwiązanych i tajemniczych kosmicznych zagadek, stała się spójna i logiczna, a sama siła grawitacji została uznana za siłę ,,budującą” Wszechświat.
Rozważania na temat Wszechświata warto zacząć od samego źródła. Za jego początek uznaje się Wielki Wybuch – wydarzenie, które miało miejsce ok. 13,8 mld lat temu. Był początek wszystkiego, co znamy: materii, energii, czasu, praw fizyki itd. Z tym wydarzeniem wiąże się wiele niedopowiedzeń, teorii oraz mitów, które nie są ani niezaprzeczalne, ani niepotwierdzalne. Niektórzy sądzą, że Wielki Wybuch jest początkiem naszego Wszechświata, ale jest również końcem poprzedniego. W innym wariancie Wielki Wybuch zaczął się od osobliwości, czyli nieskończenie małego i gęstego punktu. O ile jesteśmy w stanie stwierdzić, jak wyglądał wszechświat zaraz po wybuchu, korzystając z nowoczesnych akceleratorów cząstek, to sam Wielki Wybuch wciąż jest dla nas niedostępny.
Wszechświat jest niewyobrażalnie duży. Według naukowców jego obserwowalna część ma średnicę ok. 92 mld lat świetlnych, ale trudno jest określić jego jedną wielkość, ponieważ stale się rozszerza i robi to z prędkością większą od prędkości światła. Początkowo wydaje się, że zaprzecza to szczególnej teorii względności Einsteina, która wyraźnie mówi, że żadne ciało, które ma masę, nie może się w przestrzeni poruszać szybciej od prędkości światła. Ten postulat uwzględnia obiekty w przestrzeni, jednak nie samą przestrzeń. Wszechświat, jako przestrzeń może poruszać się z prędkością większą od prędkości światła, nie łamiąc przy tym praw fizyki i nie tworząc żadnych paradoksów. Istnieje również prawdopodobieństwo, że Wszechświat jest nieskończony.

POMIARY

W astronomii korzysta się z przeróżnych sposobów obserwowania obiektów, bardzo często oddalonych miliony, a nawet miliardy lat świetlnych od nas oraz tych, znajdujących się nieco bliżej, jak Droga Mleczna, czy w skali kosmicznej ekstremalnie bliskich tj. Słońce, Mars czy Księżyc.
Jedną z takich metod jest obserwowanie widma elektromagnetycznego (EM), jako zbioru fotonów, uporządkowanych według rosnącej długości fal, lub też malejącej częstotliwości. Na przykład, jeśli obiekt silnie emituje promieniowanie rentgenowskie, to prawdopodobnie zawiera bardzo gorące gazy, czyli plazmę, której temperatura przekracza 100000 K. Istnieje wiele rodzajów teleskopów obserwacyjnych. Te najprostsze, które mają za zadanie skupić i zebrać światło widzialne, czyli fale elektromagnetyczne o długości +- 500nm, są wykonane z prostych soczewek, luster i zwierciadeł.
Przy falach dłuższych, których długość podaje się w milimetrach lub centymetrach, Potrzebna jest technologia taka, jak w odbiornikach radiowych – duży metalowy talerz, którego zadaniem jest skupienie fal w ognisku zwierciadła – punkcie, leżącym w połowie długości promienia tego zwierciadła. Przez wieki oglądaliśmy wszechświat za pomocą oka – narządu, którego średnica soczewki wynosi tylko 5mm. Poprzez zwiększenie soczewki możemy znacznie zwiększyć pasmo fotonów docierających do naszego oka. Tak brzmi właśnie definicja teleskopu. Nasze oko pozwala nam ujrzeć obiekty o wielkości gwiazdowej do 6 magnitudo. Przy każdym stukrotnym zwiększeniu soczewki lub zwierciadła, ta liczba wzrasta o 5 magnitudo. Największy teleskop na świecie (Extremely Large Telescope – ELT) znajduje się w Chile. Jego zwierciadło główne ma 39 m średnicy składa się z prawie 800 sześciokątnych elementów, a długość jego ogniskowej wynosi 34,5 m.
Oprócz promieniowania elektromagnetycznego we wszechświecie istnieją inne źródła informacji o własnych właściwościach, użyteczności i zastosowaniu. Takim źródłem jest na przykład detekcja błysków neutrin – cząstek o masie ponad pół miliona razy mniejszej od masy elektronu, a co za tym idzie, poruszającej się blisko prędkości światła. Neutriny są swojego rodzaju efektem ubocznym w procesie fuzji termojądrowej, występującej w rdzeniach wszystkich gwiazd, a lokalnie, na naszym Słońcu. W obserwatoriach, takich jak Super-Kamiokande Neutrino Observatory, znajdującym się w Japonii, gigantyczny zbiornik z bardzo czułymi detektorami, wykrywa i odnotowuje krótki błysk neutrina. Z czasem, odnotowany błysk milionów a nawet miliardów neutrin nakłada się na siebie, tworząc obraz nieba o dosyć słabej rozdzielczości, ale wciąż dostarczający potrzebnych nam informacji.

ODLEGŁOŚCI KOSMICZNE

Chcąc zacząć swoją przygodę z astrofizyką, należy zdać sobie sprawę z tego, jak mierzy się Wszechświat, w jakich jednostkach podaje się odległości między obiektami, jak podaje się konkretne miejsce obiektu w przestrzeni, czy gdzie znajduje się on na niebie, patrząc z Ziemi.
Do podawania odległości w kosmosie stosuje się 3 podstawowe jednostki długości:
Rok świetlny ( l.y. ) – odległość, jaką pokona światło, poruszające się w próżni z prędkością c = 299792458 m/s w ciągu 365 dni. Odległość ta w przybliżeniu wynosi 9,46E15 metra ( 9,46 biliona kilometrów )
Jednostka astronomiczna ( Astronomical Unit ) – AU. AU to średnia odległość Ziemi od Słońca wynosząca 149 milionów kilometrów ( 149E9 metrów )
Parsek = 3,26 l.y. = 206264,8 AU = 3E16 metra
Położenie gwiazdy, czy innego obiektu na niebie określa się poprzez swojego rodzaju adres. Taki adres składałby się z 2 liczb: rektascencji ( łac. ,,wznoszenie proste ) i deklinacji ( łac. ,,odchylenie” ), które działają podobnie jak współrzędne geograficzne na Ziemi. Współrzędna deklinacji określa położenie między północnym biegunem niebieskim +90,0o a południowym biegunem niebieskim -90,0o.. Ta odległość jest z kolei podzielona na minuty kątowe, będące sześćdziesiątą częścią stopnia kątowego oraz na sekundy kątowe, będące sześćdziesiątą częścią minuty kątowej. Jeden kąt ma więc 3600 sekund kątowych. Współczesne katalogi astronomiczne podają pozycje obiektów z dokładnością do 0,001 sekund kątowych lub jeszcze lepszą.
Kolejną bardzo istotną sprawą, którą należy uwzględnić w pomiarach, jest paralaksa. Paralaksa to kąt mierzony w stopniach, powstający gdy popatrzymy na obiekt z różnych punktów na Ziemi. Żeby go obliczyć wystarczy znać odległość między tymi punktami oraz odległość od obserwowanego obiektu, a wzór wygląda następująco:

PODSUMOWANIE
Wszechświat jest niezwykły i warto zagłębić się w jego prawa oraz historię. Mimo tego, jak wiele informacji o nim posiadamy, naukowcom z dnia na dzień udaje się zdobywać nowe. To pokazuje, że Wszechświat jest praktycznie nieskończonym źródłem danych, a nawet, gdyby takim nie był, to kto wie, czy za barierami naszego Wszechświata, nie znajduje się kolejny, zupełnie inny, a może nawet bardzo podobny, lub wręcz identyczny. Być może teoria wieloświatu jest nieprawdziwa, a nasz Wszechświat jest tym jedynym? Tego prawdopodobnie nigdy się nie dowiemy.