Najdokładniejszy pomiar odległości do LMC
Wielki Obłok Magellana jest najlepiej poznanym obiektem południowego nieba. Aż trudno uwierzyć, że dopiero trzy lata temu astronomowie określili odległość do tej galaktyki z dokładnością na poziomie 2%.

Widok Drogi Mlecznej po kolizji z Andromedą
Astronomowie z NASA ogłosili, że są w stanie z dużą dokładnością przewidzieć, jak kosmiczna kolizja Drogi Mlecznej z Andromedą może wpłynąć nie tylko na samą Galaktykę, ale i na nasz Układ Słoneczny.

       W XX stuleciu astronomia nabrała nieoczekiwanego tempa, koncentrując się na dwóch tematach: powstawaniu i ewolucji gwiazd oraz systemów gwiezdnych z jednej strony, a galaktyk i gromad galaktyk z drugiej. Okazało się, że do badania ewolucji gwiazd szczególnie dobrze nadaje się wykres Hertzsprunga-Russella, zaprezentowany po raz pierwszy w roku 1913, a później nieco zmodyfikowany. Autorami tego wykresu, czyli graficznego przedstawienia zależności między pewnymi parametrami gwiazd, byli duński astronom Ejnar Hertzsprung (1873-1967) i amerykański astrofizyk Henry Norris Russell (1877-1957). Na wykresie tym przedstawia się temperaturę powierzchniową4 albo typ widmowy gwiazd w funkcji ich jasności absolutnych. Wykres ten stał się kluczem do zrozumienia ewolucji gwiazd. Każda gwiazda ma swoją własną historię, którą można śledzić na tym wykresie. Droga ewolucyjna gwiazdy zależy bowiem od jej masy, a ponieważ na różnych etapach ewolucji gwiazda ma inną temperaturę efektywną i rozmiary, ciąg położeń ewolucyjnych tworzy na wykresie Hertzsprunga-Russella swoistą „ścieżkę ewolucyjną”.

       Ciąg położeń ewolucyjnych gwiazdy przebiega - w dużym uproszczeniu - w następujący sposób: gwiazda powstaje, prawdopodobnie zawsze razem z innymi gwiazdami, wskutek kurczenia się gazowo-pyłowego obłoku. Energia grawitacyjnego przyciągania, która jest uwalniana podczas kurczenia się obłoku, prowadzi do zapoczątkowania reakcji termojądrowych w jądrze gwiazdy. Gwiazda wstępuje wtedy na ciąg główny wykresu Hertzsprunga-Russella. Synteza jądrowa (przekształcanie wodoru w hel) dostarcza gwieździe potrzebnej energii. „Pobyt” na ciągu głównym jest najważniejszym okresem życia gwiazdy. Jego długość jest ograniczona i ma związek z masą gwiazdy: im większa jest jej masa początkowa, tym krótsze jest życie gwiazdy na ciągu głównym. Gwiazdy o małej masie, takie jak nasze Słońce, przebywają na ciągu głównym około 10 miliardów lat. Gdy zapas wodoru ulegnie wyczerpaniu, w jądrze gwiazdy zaczynają zachodzić reakcje syntezy coraz cięższych pierwiastków. Gwiazda rozdyma się, stając się „czerwonym olbrzymem”, który ma dużo większą moc promieniowania niż gwiazda ciągu głównego, i wędruje na wykresie Hertzsprunga-Russella do gałęzi olbrzymów.

       Końcowy okres życia gwiazd - związany z gigantycznymi katastrofami - może wyglądać bardzo różnie. Gwiazda typu naszego Słońca kończy jako „biały karzeł”, gwiazda sto do tysiąckrotnie niniejsza od Słońca, lecz o ogromnej gęstości, która po „wypaleniu” helu powoli wystyga. Gwiazdy o masie końcowej większej niż 1,4 masy Słońca mogą się zapaść jeszcze bardziej. Kończą one jako gwiazdy neutronowe o średnicach równych zaledwie 10-100 km i gęstościach rzędu 1-10 mln t/cm3. Białe karły i gwiazdy neutronowe znajdują się w lewym dolnym rogu wykresu Hertzsprunga-Russella. W końcu, gwiazdy o masach końcowych większych niż 2,2 masy Słońca zapadają się (kolapsują) i stają się tak zwanymi czarnymi dziurami. Podczas zapadania się wydzielana jest tak wielka energia, że zewnętrzne warstwy gwiazdy zostają odrzucone (wybuch gwiazdy supernowej). Czarna dziura (ang. black hole), obiekt, którego istnienia nie można wykryć ani za pomocą obserwacji optycznych ani radiowych, jest pozostałością po takim wybuchu gwiazdy. Siła przyciągania w otoczeniu czarnej dziury jest tak wielka, że nie może jej opuścić żadne promieniowanie. Ponadto, cała materia z jej otoczenia spada na nią i jest pochłaniana.

       Z teorii budowy gwiazd wynika, że temperatura we wnętrzu Słońca i podobnych gwiazd na ciągu głównym wykresu Hertzsprunga-Russella wynosi około 20 mln °C. Według niemieckiego fizyka Hermanna von Helmholtza (1821-1894) źródłem energii we wnętrzu gwiazdy była początkowo wyłącznie kontrakcja (kurczenie się i wzrost gęstości jako źródło ciepła i promieniowania) kuli gazowej. Oblicza się, że nasze Słońce mogłoby w ten sposób świecić jako gwiazda przez około 100 mln lat. Radioaktywna metoda badania wieku skał skorupy ziemskiej wskazuje jednak, że najstarsze formacje na naszej planecie liczą ponad 2 mld lat. Wobec tego, że Słońce a także inne gwiazdy powinny być starsze niż Ziemia, energia kontrakcji nie jest w stanie wyjaśnić zjawiska świecenia gwiazd. Musiano więc szukać innych źródeł energii gwiazd.

       Rozwój fizyki jądrowej doprowadził do rozwiązania tego problemu. Niemiecki fizyk Hans Bethe (ur. 1906) i już poznany Carl Friedrich von Weizsacker znaleźli niezależnie od siebie, na przełomie lat 1937/1938, jego rozwiązanie. Głównym źródłem energii Słońca okazały się procesy jądrowe w jego wnętrzu. W jądrze Słońca łączą się cztery jądra wodoru w jedno jądro helu, przy udziale węgla, azotu i tlenu. Nadwyżka masy zostaje zamieniona podczas tego procesu w promieniowanie i w ten sposób zabezpiecza bilans energetyczny Słońca.

       Wraz z nowymi odkryciami, dającymi wyobrażenie o rzeczywistej wielkości i budowie Wszechświata, nastąpił decydujący zwrot w badaniach mgławic spiralnych (galaktyk). W roku 1924, amerykański astronom Edwin Powell Hubble (1899-1953) zdołał rozdzielić obszary brzegowe Mgławicy Andromedy na pojedyncze gwiazdy za pomocą największego teleskopu zwierciadlanego Obserwatorium Mount Wilson. Dzięki temu potwierdzono optyczne podobieństwo Drogi Mlecznej i Mgławicy Andromedy. W tym czasie odkryto i skatalogowano wiele nowych galaktyk leżących daleko we Wszechświecie. Wniosek z tych obserwacji był taki, że za pomocą dużego teleskopu można by odkryć setki milionów nowych galaktyk.

       W roku 1930, wykorzystując prawo Dopplera do pomiaru prędkości radialnej (tj. składowej prędkości wzdłuż kierunku obserwator-obiekt) galaktyk, udało się Hubble'owi wyznaczyć odległość do galaktyk. Był to ten sam rok, w którym amerykański astronom Clyde William Tombaugh (ur. 1906) odkrył w Obserwatorium Lowella planetę Pluton. Wynik Hubble'a wywołał sensację i wiele dyskusji. Okazało się bowiem, że prędkości radialne odległych galaktyk są dodatnie, czyli że galaktyki te oddalają się od nas, i to z tym większą prędkością, im dalej znajduje się dana galaktyka. Zjawisko to otrzymało nazwę ekspansji (rozszerzania się) Wszechświata, podczas której materia i galaktyki rozlatują się jak odłamki eksplodującego granatu. Aby to wyjaśnić, potrzeba jednak obserwacji i obliczeń, które zweryfikują wymyślone wcześniej teorie i wyobrażenia. Obserwacja zjawiska rozszerzania się Wszechświata nasuwa wiele bardzo istotnych pytań: Czy cała materia Wszechświata była przed 15-20 miliardami lat skupiona w jednym punkcie? Kiedy nastąpiła godzina "zero"? Czy stworzenie rozpoczęło się od "Wielkiego Wybuchu" (ang.: Big Bang), czy też Wszechświat istniał wcześniej w innej formie? Czy rozszerzanie się Wszechświata ma jakiś koniec, czy też proces ten ulegnie odwróceniu? Taki pulsujący, rozszerzający się i kurczący na przemian Wszechświat nie jest bowiem obcy współczesnej myśli naukowej.

       Wielkie znaczenie dla współczesnej kosmologii miała ogólna teoria względności opublikowana w 1916 roku przez Alberta Einsteina (1879-1955). Postulowała ona istnienie zakrzywionej przestrzeni, która wprawdzie jest bez granic, ale nie jest nieskończona (tak jak powierzchnia kuli nie ma granic, ale da się ją policzyć). Einstein opracował model Wszechświata, który wręcz wymuszał ekspansję i w ten sposób dawał ucieczce galaktyk, obserwowanej przez Hubble'a, podstawy teoretyczne. Rok 1965 przyniósł odkrycie kosmicznego promieniowania tła. Było to dziełem dwu Amerykanów: Roberta Woodrowa Wilsona i Arno Penziasa, a odkrycie to zostało dokonane za pomocą radioteleskopu w Holmden (USA). Zgodnie z poglądami większości naukowców kosmiczne promieniowanie tła jest promieniowaniem, które powstało w bardzo wczesnej fazie ekspansji Wszechświata i stanowi dowód słuszności teorii Wielkiego Wybuchu.

       Zagadką dla współczesnych astronomów są tak zwane kwazary (nazwa pochodzi od angielskiej nazwy: quasi-stellar radio sources - niby-gwiazdowe radio-źródła). Zostały one odkryte w roku 1963. Niezwykła jest ogromna energia emitowana przez te obiekty, które obserwuje się nawet w odległości 18 miliardów lat świetlnych, oraz olbrzymia prędkość ucieczki (ponad 270000 km/s, czyli ponad 9/10 prędkości światła). Wiek kwazarów wydaje się być starszy niż wiek galaktyk.

       Burzliwy rozwój astronomii w bieżącym stuleciu ma przede wszystkim trzy źródła. Po pierwsze - astronomowie mieli do dyspozycji skuteczne instrumenty badawcze. Do nich należy do niedawna największy na świecie, 5-metrowy teleskop na Mount Palomar w Kalifornii, który ostatnio „wyprzedził” sześciometrowy teleskop umieszczony w Specjalnym Obserwatorium Astrofizycznym w Zelenczuku (Kaukaz).

       Drugim krokiem był początek radioastronomii, zupełnie nowej dziedziny badań, która powstała z dala od tradycyjnej astronomii i otworzyła nowe okno do badań promieniowania pochodzącego z Wszechświata. W 1931 roku, amerykański inżynier i technik Karl Guthe Jansky (1905-1950), podczas badań nad rozchodzeniem się promieniowania radiowego w atmosferze, odkrył kosmiczne promieniowanie radiowe, pochodzące przede wszystkim z gwiazdozbioru Strzelca, gdzie znajduje się centrum Galaktyki. Systematyczne obserwacje radio-astronomiczne rozpoczęto jednak dopiero po II wojnie światowej. Dziś nie ma dziedziny badań astrofizycznych, na którą radioastronomia nie miałaby wpływu. Informacji z Kosmosu dostarcza więc nie tylko światło, ale także promieniowanie radiowe.

       Obok radioastronomii, która zajmuje się odbieraniem i wykorzystywaniem promieniowania radiowego z Kosmosu, istnieje także tak zwana astronomia radarowa, która bada najbliższe ciała niebieskie, wysyłając w ich kierunku sygnały radiowe i analizując odbite od nich echo. Bardzo owocny okazał się oczywiście rok 1957, w którym wystrzelono „Sputnika”. Fakt ten stanowił przełomowy moment w rozwoju lotów kosmicznych (astronautyki). Astronomia zyskała bowiem bardzo wiele dzięki obserwacjom prowadzonym przez sztuczne satelity Ziemi i sondy badawcze. Lądowanie załogi „Apolla 11” 20 lipca 1969 roku na księżycowym Morzu Spokoju (Marę Tranquillitatis) urzeczywistniło po raz pierwszy to, o czym ludzkość marzyła od stuleci: człowiek stanął na powierzchni innego ciała niebieskiego. Neil Armstrong wypowiedział wtedy historyczne zdanie: To mały krok dla człowieka, lecz wielki skok dla ludzkości. Po raz pierwszy człowiek własnymi rękami pobrał próbki gruntu innego ciała niebieskiego i przeprowadził na miejscu wiele pomiarów i badań.

       W ramach amerykańskich i rosyjskich programów księżycowych i satelitarnych liczne sondy do badań planet i przestrzeni międzyplanetarnej (amerykańskie sondy „Mariner”, „Pioneer”, „Viking” i przede wszystkim „Yoyager”) dostarczyły wielu wyników naukowych. Przekazały one zarówno obrazy, jak i dane fizyczne i atmosferyczne oraz poprawiły i poszerzyły nasze wyobrażenie o planetach Układu Słonecznego, czego nie mogły już dokonać teleskopy naziemne. W bieżącym stuleciu dowiedzieliśmy się o Kosmosie więcej niż w ciągu wszystkich poprzednich stuleci.

       Sama astronomia optyczna zyskała także bardzo wiele dzięki technice astronautycznej. W kwietniu 1990 roku na pokładzie wahadłowca "Discovery" wyniesiony został na orbitę okołoziemską pierwszy teleskop kosmiczny (Space Telescope, teleskop Hubble'a). Pomimo poważnego błędu w kształcie głównego lustra teleskopu o średnicy 2,4 m, obrazy otrzymywane przez ten teleskop były o wiele lepsze niż te, które dawały teleskopy naziemne. Błąd optyki teleskopu został skorygowany podczas jednej z kolejnych misji wahadłowca „Endeavour" w grudniu 1993 roku. Obrazy otrzymywane obecnie mają wyjątkową rozdzielczość i praktycznie każdy miesiąc przynosi nowe odkrycia dokonane na podstawie obserwacji teleskopem Hubble'a.

Komentarze użytkowników

Nikt jeszcze nie napisał komentarza do tego materiału.

Napisz komentarz

Odpowiedz na pytanie zadane w sondzie.

Za co lubicie AVN? Wiadomości
Artykuły popularnonaukowe
TZMA
Grafikę serwisu
Pokazy nieba

Ostatnio pisaliście: