Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: gwiazda

Nobel z fizyki za fale

Prace nad wykrywaniem i analizą fal grawitacyjnych musiały kiedyś zostać uhonorowane Nagrodą Nobla. No i stało się.

Kosmiczny detektor, kosmiczne zagadnienie. W świecie fizyków i kosmologów po raz kolejny będzie mówiło się o falach grawitacyjnych. Kilkanaście dni temu dzięki pracy kolaboracji LIGO/VIRGO zmarszczki przestrzeni były w czołówkach serwisów na całym świecie. Dzisiaj też będą. Z powodu Nagrody Nobla z fizyki.

Rainer Weiss, Barry C. Barich, Kip S. Thorne

„for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves”

waves-101-1222750-1600x1200

Fale grawitacyjne to kompletny odlot. Człowiekiem który sprawę rozumiał, ba, który ją wymyślił, a w zasadzie wyliczył był nie kto inny tylko Albert Einstein (swoją drogą powinien dostać nagrodę za odkrycie najbardziej nieintuicyjnych zjawisk we wszechświecie). Z napisanej przez niego 100 lat temu Ogólnej Teorii Względności wynika, że ruch obiektów obdarzonych masą,  jest źródłem rozchodzących się w przestrzeni fal grawitacyjnych (lub inaczej – choć nie mniej abstrakcyjnie – zaburzeń czasoprzestrzennych). Jak to sobie wyobrazić? No właśnie tu jest problem. Bardzo niedoskonała analogia to powstające na powierzchni wody kręgi, gdy wrzuci się do niej kamień. W przypadku fal grawitacyjnych zamiast wody jest przestrzeń, a zamiast kamienia poruszające się obiekty. Czym większa masa i czym szybszy ruch, tym łatwiej zmarszczki przestrzeni powinny być zauważalne. Rejestrując największe fale grawitacyjne, tak jak gdybyśmy bezpośrednio obserwowali największe kosmiczne kataklizmy: zderzenia gwiazd neutronowych, czarnych dziur czy wybuchy supernowych. Trzeba przyznać, że perspektywa kusząca gdyby nie to… że fale grawitacyjne to niezwykle subtelne zjawiska. Nawet te największe, bardziej będą przypominały lekkie muśnięcia piórkiem niż trzęsienie ziemi. W książce „Zmarszczki na kosmicznym morzu” (Ripples on a Cosmic Sea: The Search for Gravitational Waves) australijski fizyk, prof. David Blair, poszukiwanie fal grawitacyjnych porównuje do nasłuchiwania wibracji wywołanych przez pukanie do drzwi z odległości dziesięciu tysięcy kilometrów. Detektory zdolne wykryć fale grawitacyjne powinny być zdolne zarejestrować wstrząsy sejsmiczne wywołane przez upadek szpilki po drugiej stronie naszej planety. Czy to w ogóle jest możliwe? Tak! Od 2002 roku działa w USA Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory w skrócie LIGO czyli Laserowe Obserwatorium Interferometryczne Fal Grawitacyjnych. Zanim budowa ruszyła, pierwszy szef laboratorium prof. Barry Barrish na dorocznym posiedzeniu AAAS (American Association for the Advancement of Science) oświadczył, że pomimo wielu trudności nadszedł w końcu czas na zrobienie czegoś, co można nazwać prawdzią nauką (swoją drogą, odważne słowa na zjeździe najlepszych naukowców na świecie).

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

This_visualization_shows_what_Einstein_envisioned

Symulacja łączenia się czarnych dziur – jedno ze zjawisk, które wytwarza najsilniejsze fale grawitacyjne

Z falami grawitacyjnymi jest jednak ten problem, że przez dziesięciolecia, mimo prób, nikomu nie udało się ich znaleźć. Gdyby komuś zaświtała w głowie myśl, że być może w ogóle ich nie ma, spieszę donieść, że gdyby tak było naprawdę, runąłby fundament współczesnej fizyki – Ogólna Teoria Względności, a kosmologię trzeba byłoby przepisać od początku. Dzisiaj głośno mówi się, że fale grawitacyjne zostały przez LIGO zarejestrowane. Panuje raczej atmosfera lekkiego podniecenia i oczekiwania na to, co stanie się za chwilę. Potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych nie będzie kolejnym odkryciem, które ktoś odfajkuje na długiej liście spraw do załatwienia.  Zobaczymy otaczający nas wszechświat z całkowicie innej perspektywy.

Jako pierwszy falowe zmiany pola grawitacyjnego, w latach 60 XX wieku próbował zarejestrować amerykański fizyk Jaseph Weber. Budowane przez niego aluminiowe cylindry obłożone detektorami nie zostały jednak wprawione w drgania. Co prawda Weber twierdził, że złapał zmarszczki wszechświata, ale tego wyniku nie udało się potwierdzić. Dalsze poszukiwania trwały bez powodzenia, aż do 1974 roku, gdy dwóch radioastronomów z Uniwersytetu w Princeton (Joseph Taylor i Russel Hulse) obserwując krążące wokół siebie gwiazdy (PSR1913+16) stwierdziło, że układ powoli traci swoją energię, tak jak gdyby wysyłał … fale grawitacyjne. Mimo, że samych fal nie zaobserwowano, za pośrednie potwierdzenie ich istnienia autorzy dostali w 1993 roku Nagrodę Nobla. Uzasadnienie Komitetu Noblowskiego brzmiało: „za odkrycie nowego typu pulsara, odkrycie, które otwiera nowe możliwości badania grawitacji”.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

virgoviewInstalacja, która z lotu ptaka wygląda jak wielka litera L, to dwie rury o długości 4 km każda, stykające się końcami pod kątem prostym. Choć całość przypomina przepompownię czy oczyszczalnię ścieków jest jednym z najbardziej skomplikowanych urządzeń kiedykolwiek wybudowanych przez człowieka. Każde z ramion tworzy betonowa rura o średnicy 2 metrów. W jej wnętrzu – jak w bunkrze – znajduje się druga ze stali nierdzewnej, która jest granicą pomiędzy światem zewnętrznym a bardzo wysoką próżnią. Z miejsca w którym rury się stykają, „na skrzyżowaniu”, dokładnie w tym samym momencie wysyłane są wiązki lasera. Ich celem są zwierciadła umieszczone na końcu każdej z rur. 2000px-Ligo.svgOdbijane przez zwierciadła tam i z powrotem około 100 razy promienie, wpadają z powrotem do centralnego laboratorium i tam zostają do siebie porównane. Dzięki zjawisku interferencji możliwe jest wyliczenie z wielką dokładnością różnicy przebytych przez obydwie wiązki światła dróg. A drogi te powinny być identyczne, no chyba że… chyba że w czasie pomiaru przez Ziemie – podobnie jak fala na powierzchni wody – przejdzie fala grawitacyjna. Wtedy jedno z ramion będzie nieco dłuższe, a efekt natychmiast zostanie wychwycony w czasie porównania dwóch wiązek. Tyle tylko, że nawet największe zaburzenia zmienią długość ramion o mniej niż jedną tysięczną część średnicy protonu (!). To mniej więcej tak, jak gdyby mierzyć zmiany średnicy Drogi Mlecznej (którą ocenia się na ok. 100 tys. lat świetlnych) z dokładnością do jednego metra. Czy jesteśmy w stanie tak subtelne efekty w ogóle zarejestrować ? Lustra na końcach każdego z korytarzy (tuneli) mogą zadrgać (chociażby dlatego, że przeleciał nad nimi samolot, albo w okolicy przejechał ciężki samochód). By tego typu efekty nie miały wpływu na pomiar zdecydowano się na budowę nie jednej, ale dwóch instalacji, w Handford w stanie Waszyngton i w Livingston w stanie Luizjana. Są identyczne, choć oddalone od siebie o ponad 3 tys. kilometrów. Ich ramiona maja takie same wymiary i maja takie same układy optyczne. Nawet gdy w jednym LIGO zwierciadło nieoczekiwanie zadrga, niemożliwe by to samo w tej samej chwili stało się ze zwierciadłem bliźniaczej instalacji. Zupełnie jednak inaczej będzie gdy przez Ziemię przejdzie z prędkością światła fala grawitacyjna. Zmiany jakie wywoła zajdą w dokładnie tej samej chwili w obydwu ośrodkach.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

A kończąc, pozwólcie na ton nieco nostalgiczny. Wszechświat jest areną niezliczonych kataklizmów a dramatyczne katastrofy, to naturalny cykl jego życia. To nic, że od tysięcy lat na naszym niebie królują te same gwiazdozbiory. W skali kosmicznej taki okres czasu to nic nieznacząca chwila, a nawet w czasie jej trwania widoczne były wybuchy gwiazd. Z bodaj największego kataklizmu – Wielkiego Wybuchu – „wykluło” się to co dzisiaj nazywamy kosmosem. Obserwatoria grawitacyjne (np. takie jak LIGO) otworzą oczy na inne wielkie katastrofy, i to nie tylko te które będą, ale także te które były. Już prawie słychać zgrzyt przekręcanego klucza w drzwiach. Już za chwilę się otworzą. Najpierw przez wąską szparę, a później coraz wyraźniej i coraz śmielej będziemy obserwowali wszechświat przez nieznane dotychczas okulary. Ocenia się, że to co widzą „zwykłe” teleskopy (tzw. materia świecąca) to mniej niż 10% całej masy Wszechświata. A gdzie pozostałe 90% ? Na to pytanie nie znaleziono dotychczas odpowiedzi. Tzw. ciemna materia powinna być wszędzie, a nie widać jej nigdzie. Przypisuje się jej niezwykłe właściwości, łączy się ją z nie mniej tajemniczą ciemną energią. Czy LIGO, pomoże w rozwiązaniu tej intrygującej zagadki? Czy będzie pierwszym teleskopem, przez który będzie widać ciemną materię? Jeżeli obserwatoria grawitacyjne będą w stanie „zobaczyć” obiekty, które można obserwować także w świetle widzialnym (np. wybuch supernowej), a nie będą widziały ani grama ciemnej materii, to zagadka staje się jeszcze bardziej tajemnicza. Bo albo ta materia nie podlega prawom grawitacji, albo nie ma żadnej ciemnej materii. Konsekwencje obydwu tych scenariuszy są trudne do przewidzenia. Czy teraz rozumiecie dlaczego odkrycie fal grawitacyjnych jest tak ważne? 

8 komentarzy do Nobel z fizyki za fale

Uwaga: Spadające gwiazdy! Rój meteorów Perseidy

Przez najbliższych kilkanaście godzin Ziemia będzie nieustannie bombardowana przez rój meteorów – Perseid. Na nocnym niebie można będzie wtedy zaobserwować nawet kilkaset „błysków” na godzinę.

Przez najbliższych kilkanaście godzin Ziemia będzie nieustannie bombardowana przez rój meteorów – Perseid. Na nocnym niebie można będzie wtedy zaobserwować nawet kilkaset „błysków” na godzinę.

Ziemia w swoim ruchu dookoła Słońca napotyka co roku w sierpniu rój meteorów zwanych Perseidami. Rój meteorów to kawałki komety, której lodowe jądro stopiło się kiedyś zbliżając do Słońca. Pozostawiła ona wtedy w przestrzeni kosmicznej po sobie ślad w postaci pyłu i małych okruchów skalnych. Ziemia krążąc wokół Słońca przechodzi przez taką strugę i na niebie widzimy meteory. Gdy jest ich dużo, mamy do czynienia z tzw. deszczem meteorów. Podczas takiego deszczu Leonidów (fragmentów komety Tempel-Tuttle występujących w połowie listopada każdego roku) w 1833 roku naliczono aż 200 000 „spadających gwiazd” na godzinę. Perseidy są pozostałością po komecie Swift-Tuttle, a największą ich liczbę – bo aż 300 na godzinę – można zauważyć od 10 do 12 sierpnia. To, że w czasie przechodzenia Ziemi przez rój meteorów widzimy wiele „spadających gwiazd” wcale nie oznacza, że poszczególne bryłki w pasie pozostawionym kiedyś przez kometę znajdują się blisko siebie. Szacuje się, że w czasie maksimum natężenia roju Perseid najmniejsze bryłki bywają od siebie oddalone nawet o 200 km.

Meteory widoczne są jako „spadające gwiazdy”, dzięki grubej, ziemskiej atmosferze. Drobne cząstki pyłu i większe okruchy skalne wpadając z dużą prędkością (od 15 do 75 km/s) w ziemską atmosferę, ocierają się i zderzają z cząsteczkami powietrza, a to z kolei powoduje, że ich powierzchnia się rozgrzewa. Zderzenia te są tak intensywne i jest ich tak dużo, że powierzchnia meteoru zaczyna się topić i wrzeć (bryłka skalna ma wtedy ok. 3000 st. Celsjusza). Część w ten sposób „nabytej” energii przekazana zostaje do otaczającego meteor powietrza i w ten sposób widzimy zjawisko świetlne „spadającej gwiazdy”. Można więc powiedzieć, że to co obserwujemy na niebie nie jest świeceniem rozgrzanej bryłki, tylko rozgrzanego dookoła niej powietrza. Aby spadający meteor zobaczyć gołym okiem (w nocy), wystarczy, że ma on masę ok. 0,01 grama i jest wielkości 1 mm. Okruch ważący 1 gram, na niebie rozbłyska się jaśniej niż którakolwiek gwiazda. Z bardziej szczegółowych badań wynika, że meteory zaczynają „świecić” na wysokości nawet 130 km a „gasną” na wysokości 75 km nad Ziemią.

W czasie deszczu meteorów nic nam na Ziemi nie grozi. Nie trzeba się też nigdzie chować, gdyż znakomita ich większość spala się całkowicie w ziemskiej atmosferze. Co więcej to co obserwujemy gołym okiem, to zaledwie ułamek wszystkich spadających na Ziemię meteorów. Większość z nich jest na tyle mała, że ich „spalania” nie widać gołym okiem. Szacuje się, że w ciągu doby na powierzchnię Ziemi spada aż 100 ton tego niezauważalnego pyłu. Musimy się przyzwyczaić, że codziennością i niejako częścią naszego Świata jest bombardowanie nas przez mniejsze meteoryty. Obok tych, których zupełnie nie widać, stosunkowo dużo jest też takich, które rozbłyskują tylko na ułamek sekundy. Gdy Ziemia nie przechodzi przez żaden z rojów w bezksiężycową noc pojedynczy obserwator może naliczyć 10 „spadających gwiazd” na godzinę. Trafiają się jednak, – choć rzadko – i takie, meteory które świecą dłużej. Te największe mogą powodować nawet efekty akustyczne podobne do grzmotu błyskawicy. Meteory, które są na tyle duże, że nie spalą się całkowicie w ziemskiej atmosferze i spadną nam pod nogi, to tzw. meteoryty. Największe meteoryty to bolidy, i mimo, że kolizje z nimi są bardzo rzadkie, liczne kratery na powierzchni Ziemi świadczą o wielu takich spotkaniach w przeszłości. Największym dotychczas znalezionym meteorytem był meteoryt Hoba. Waży on ok. 60 ton i nadal znajduje się w miejscu swojego upadku w Namibii (Afryka Południowo-zachodnia). Mimo, że takie zderzenie dla naszej planety może zakończyć się katastrofą, są one na tyle rzadkie, że nie należy się ich obawiać.

W określonych porach roku orbita Ziemi przecina orbity, po których poruszają się resztki komet. Zjawisko to na Ziemi obserwuje się jako rój (albo deszcz) meteorów. Corocznie takich rojów pojawia się na naszym niebie ok. 20. Niektóre z nich widoczne są na jednej półkuli a inne na obydwu. Jednym z takich rojów jest widoczny jedynie na półkuli północnej rój Perseid. Ponieważ obserwacje meteorów nie wymaga kosztownych urządzeń, ani specjalnej wytrwałości, a jedynie pogody , biorą w nich udział bardzo często amatorzy. Obserwatorowi na Ziemi wydaje się, że meteory z roju rozbiegają się po niebie we wszystkie strony, tak jakby wychodziły z jednego punktu. Jest to tylko złudzenie, gdyż meteory poruszają się po torach równoległych. Roje meteorów biorą swoje nazwy od gwiazdo zbiorów z których „wylatują”. Jeżeli chodzi o Perseidy tym miejscem jest gwiazdozbiór Perseusza a konkretnie okolice gwiazdy [eta]Per (Miram).

Jak zatem powinno się przygotować do obserwacji meteorytów ? Podstawowym warunkiem obserwacji jest dobra pogoda. Niebo powinno być bezchmurne, ale nie całe. Dobrze byłoby, gdyby noc była bezksiężycowa. Koniecznie trzeba też swoje obserwacje prowadzić w oddali od wszelkich sztucznych źródeł światła (np. miast czy oświetlonych ulic). Przed obserwacjami wskazane jest także ok. 30 minutowe „przyzwyczajenie” oczu do ciemności. I sprawa chyba najważniejsza. Należy przygotować sobie zestaw życzeń. Pragnienie wypowiedziane w czasie spadania gwiazdy zawsze się spełnia.

2 komentarze do Uwaga: Spadające gwiazdy! Rój meteorów Perseidy

Ciemno to widzę

Dzisiaj nad ranem agencje prasowe podały smutną wiadomość. W wieku 88 lat, z powodów naturalnych, zmarła Vera Rubin. Amerykańska astrofizyk, odkrywczyni ciemnej materii. Tej jest znacznie więcej niż materii, która nas buduje. Czym jest? Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej nauki.

Dzisiaj nad ranem agencje prasowe podały smutną wiadomość. W wieku 88 lat, z powodów naturalnych, zmarła Vera Rubin. Amerykańska astrofizyk, odkrywczyni ciemnej materii. Tej jest znacznie więcej niż materii, która nas buduje. Czym jest? Ciemna materia to jedna z największych zagadek współczesnej nauki.

 

Gdyby zważyć cały wszechświat, wszystkie gwiazdy, planety, mgławice, komety, asteroidy,… wszystkie te obiekty stanowiłyby zaledwie kilka procent masy całości. Większość, przeważającą większość stanowiłaby nieznana forma materii i jeszcze bardziej tajemnicza forma energii.

Uparta dziewczyna

Co takiego może być tajemniczego w materii? Cóż, problem polega na tym, że my nie mamy pojęcia czy ciemna materia wygląda tak jak nasza, czy jest zbudowana tak jak nasza. Więcej, nie wiemy czy obowiązują ją te same prawa przyrody co materię naszą. Naszą czyli tą, z której jesteśmy zbudowani my i wszystko co nas otacza. Patrząc w niebo, nawet jeżeli używamy największych teleskopów nie widzimy ciemnej materii. Skąd zatem wiemy, że ona w ogóle istnieje? Z odpowiedzią na to pytanie wiąże się historia pewnej upartej młodej naukowiec.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

W 1970 roku młoda doktorantka jednego z amerykańskich uniwersytetów, Vera Rubin, postanowiła zmierzyć prędkość gwiazd w standardowej galaktyce spiralnej. Badania nie zapowiadały się ciekawie, bo wiedza o tym, że gwiazdy w galaktyce spiralnej poruszają się jak woda w wirze, była wtedy powszechna. Uważano, że te gwiazdy, które znajdują się dalej od centrum galaktyki powinny poruszać się wolniej, niż gwiazdy, które znajdują się bliżej jej środka. Verze odradzano zajmowanie się tym tematem.

q-100No bo w końcu po co robić pomiary, skoro wiadomo jaki będzie ich wynik? Vera uparła się jednak, że chce swoje obserwacje przeprowadzić. I odkryła… że niezależnie od odległości od centrum galaktyki, gwiazdy mają taką samą prędkość. Ta jedna obserwacja zburzyła fundament na którym stała wiedza o galaktykach. Od teraz nic się nie zgadzało. Takie galaktyki nie miały prawa istnieć. A przecież istniały. Jeżeli ktokolwiek miał wątpliwość, mógł spojrzeć przez teleskop. Próba wyjaśnienia tego fenomenu była jeszcze bardziej zaskakująca niż samo odkrycie.  Nikt – z Verą Rubin włącznie – nie miał wątpliwości, że za ruch gwiazd w galaktyce odpowiedzialna jest grawitacja. Problem polegał na tym, że jej źródło głównie znajduje się w centrum galaktyki. Tak przynajmniej myślano. Tymczasem Vera Rubin uznała, że centrum galaktyki wcale nie musi być jedynym miejscem silnie przyciągającym gwiazdy. Uznała, że pomiędzy gwiazdami musi być jakaś masa dodatkowa, taka, która nie świeci (i jej nie widać). To ona jest źródłem siły grawitacyjnej, która powoduje, że wszystkie gwiazdy w galaktyce mają taką samą prędkość. Jak taką masę sobie wyobrazić? Może jako chmurę niewidocznej dla nas materii w której galaktyka jest zanurzona? Może gwiazdy na tej chmurze się unoszą tak jak oka tłuszczu unoszą się na powierzchni rosołu?

Coś się odkleiło

Potem zaczęto się przyglądać innym galaktykom, gromadom galaktyk i jeszcze większym strukturom. Wszędzie widziano efekt działania ogromnej siły grawitacji. Tyle tylko, że źródła tej siły, czyli samej masy nigdzie nie dostrzeżono. Szybko policzono, że gdyby nie ciemna materia, galaktyki rozsypałyby się. Siła grawitacji jest za mała by duże kosmiczne struktury utrzymywać w porządku, potrzeba kleju, czegoś co to wszystko scala. No i to jest największa tajemnica, czym ten klej jest? Jak wygląda, co jest jego źródłem? I czy stosuje się do praw natury, które obowiązują w naszym świecie?

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Co do tego można mieć wątpliwości po ostatnich obserwacjach zespołu naukowców z największych na świecie ośrodków, w tym NASA, ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) oraz kilku amerykańskich uniwersytetów. Korzystając z danych obserwacyjnych teleskopu kosmicznego Hubble’a oraz teleskopu VLT należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego, udało się sfotografować zderzenie czterech galaktyk wchodzących w skład gromady galaktyk Abell 3827. Dokładna obserwacja ruchu gwiazd wchodzących w skład tych galaktyk, dokładna obserwacja biegu promieni światła pozwoliła astronomom stwierdzić, że ciemna materia oderwała się od jednej ze zderzających się galaktyk. Brzmi co najmniej abstrakcyjnie, ale tak rzeczywiście jest. Za jedną z galaktyk, w odległości kilku tysięcy lat świetlnych ciągnie się obłok czegoś, czego co prawda nie widać, ale co wpływa grawitacyjnie na całe otoczenie. Tego „czegoś” nie powinno tam być! To „coś”, czyli ciemna materia, powinno być we wnętrzu galaktyki, pomiędzy gwiazdami, które galaktykę tworzą. Co takiego się stało, że materia „zwykła” i ciemna, w tym konkretnym przypadku odłączyły się od siebie? Na to pytanie nie ma dzisiaj odpowiedzi, trudno też powiedzieć czy takie sytuacje zdarzają się często. Ta jest pierwszą tego typu. Choć szczerze mówiąc, o niczym nie musi to świadczyć, nie jesteśmy zbyt dobrze w obserwowaniu czegoś… czego nie widać.

Pajęczyna

Jednym z pomysłów na wyjaśnienie zaobserwowanego zjawiska jest to, że ciemna materia nie stosuje się do praw, które nas obowiązują, że grawitacja działa na nią inaczej niż na obiekty „zwykłej” materii. Na razie, to zwykłe gdybanie. Ale to nie znaczy, że kosmolodzy i astrofizycy nie próbują ciemnej materii złapać. Jednym ze sposobów na jej poznanie jest tworzenie map jej rozmieszczenia. To bardzo trudna sztuka, ale czasami się udaje. Takie mapy tworzy się po to, by znaleźć klucz, by zobaczyć gdzie ciemna materia szczególnie chętnie się grupuje. To może pomóc w określeniu jej właściwości.

seqD_063Takie trójwymiarowe  mapy różnych części kosmosu powstają od wielu lat. Właśnie opublikowano kolejną, dokładniejszą niż poprzednie. Pracował nad nią zespół trzystu naukowców z całego świata. I została zaprezentowana podczas ostatniego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Baltimore. Mapa jest dość spora, zawiera miliardy gwiazd i obejmuje całe… cztery dziesiąte procent nieba. Co ciekawe, na wielu mapach nieba, na których zaznacza się występowanie ciemnej materii, jest ona uformowana w postaci włókien. Po raz pierwszy udało się to zauważyć kilka lat temu, gdy dzięki użyciu Obserwatorium Kecka na Hawajach astrofizycy obserwowali kwazar UM287. Wyniki ich prac były opublikowane w Nature. Kwazar o którym mowa oddalony jest od Ziemi o około 10 miliardów lat świetlnych. Kwazary przypominają gwiazdy, ale w rzeczywistości są bardzo aktywnymi galaktykami, które „wyrzucają” w przestrzeń ogromne ilości energii. Badacze wykorzystali to promieniowanie tak, jak wykorzystuje się światło latarki, wchodząc do ciemnego pokoju. Światło kwazaru UM287 padało na ogromną, mającą średnicę dwóch milionów lat świetlnych chmurę gazu. Ile to jest 2 miliony lat świetlnych? Trudno to sobie wyobrazić. Układ Słoneczny ma średnicę około 30 dni świetlnych, a cała Galaktyka Drogi Mlecznej nieco ponad 100 tys. lat świetlnych. Oświetlana przez kwazar chmura pyłu była więc 20 razy większa od naszej galaktyki.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Wracając jednak do ciemnej materii. Astronomowie analizując rozchodzenie się światła w tej chmurze, zauważyli, że materia nie jest w niej równomiernie rozłożona, że tworzy coś w rodzaju włókien. Podali hipotezę, że to włókna ciemnej materii. Obserwacja jest w zgodzie z modelami teoretycznymi, które mówią, że ciemna materia nie jest posklejana jak materia widzialna w obiekty takie jak np. planety czy gwiazdy, czyli w struktury kuliste. Przypomina raczej pajęczynę na której „utkany” jest cały wszechświat. Kawałek tej pajęczyny właśnie zauważono. Nigdy wcześniej nie widziano bezpośrednio takich włókien.

Przegrana grawitacja

Ciemna materia – zdaniem astronomów – ma w odpowiadać za kształt dużych obiektów, takich jak np. galaktyki czy ogromne chmury gazu i materii. Trudno powiedzieć, czy może budować całe (ciemne) galaktyki. Pewne jednak jest, że wszechświat składa się z ciemnej materii w około 24 proc. Materia widzialna, taka z której i my jesteśmy zbudowani tworzy go w około 4 procentach. Razem 28 proc. Gdzie jest reszta? Czym jest reszta? I to jest chyba największa zagadka kosmologii. 72 proc. wszechświata to ciemna energia. Nie wiadomo czym jest, nie wiadomo gdzie jest. Być może wszędzie dookoła, być może jest gdzieś skupiona. Wydaje się, że na małych odległościach nie widać efektów jej działania. Być może są one tak ulotne, że nie potrafimy ich zarejestrować. Gdy jednak spojrzeć na kosmos w dużej skali, skali nawet nie galaktyk, tylko gromad galaktyk czy supergromad… Galaktyki oddalają się od siebie. Czym dalej są, tym szybciej się oddalają. Dlaczego tak się dzieje? Dlaczego grawitacja, przyciąganie, nie powoduje, że zaczną się do siebie przybliżać? Dzisiaj uważa się, że to właśnie ciemna energia powoduje puchnięcie wszechświata. A to znaczy, że w pewnym sensie działa przeciwko grawitacji. Ta ostatnia na małych dystansach tą walkę wygrywa. Ale w dużych skalach, to ciemna energia króluje.

Wszechświat jest fascynujący! I wciąż tajemniczy.

Tomasz Rożek

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Brak komentarzy do Ciemno to widzę

NASA nie zmienia horoskopu!!!

Ta wiadomość przeorała dzisiejsze internety. NASA zmienia znaki zodiaku. Co za bzdura! Astrologia nie jest żadną nauką, a NASA nie zajmuje się gusłami. Wiara w magiczną moc dnia, w którym się urodziło, jest kompletną bzdurą.

Ta wiadomość przeorała dzisiejsze internety. NASA zmienia znaki zodiaku. Co za bzdura! Astrologia nie jest żadną nauką, a NASA nie zajmuje się gusłami. Wiara w magiczną moc dnia, w którym się urodziło, jest kompletną bzdurą.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

O zmianie znaków zodiaku słyszę regularnie od kilku już lat. Tak jak gdyby „znak zodiaku” to było coś, co ma swoje miejsce albo coś, co da się precyzyjnie określić. Tak nie jest, choć kiedyś tak było. Astronomia i astrologia były jak dwie siostry bliźniaczki. Dorastały razem i uczyły się razem. Z tą tylko różnicą, że jedna z sióstr była pilną uczennicą, która czasami musiała iść pod prąd swojej epoki, a druga była wygodna i pragmatyczna. Druga siostra, Astrologia, była konformistką. W efekcie Astronomia i Astrologia rozeszły się ponad dwa tysiące lat temu. Astronomia szła naprzód, a astrologia stała w miejscu.

Dwie latarki 

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Układ Słoneczny znajduje się w galaktyce Drogi Mlecznej, w jednej z jej odnóg, zwanych Ramieniem Oriona. Choć kosmos to głównie pustka, zdarzają się w nim niewielkie (w porównaniu z tą pustką) wyspy materii. Są nimi właśnie galaktyki. Jesteśmy otoczeni gwiazdami. Są daleko, ale nie aż tak, by nie były widoczne. Na niebie w pogodną noc można zobaczyć kilka tysięcy świetlnych punktów. Wyobraźnia człowieka już tysiące lat temu te punkty pogrupowała w kształty, czyli konstelacje. Jedną z najbardziej znanych jest Wielki Wóz (część gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy), który składa się z siedmiu gwiazd.  Gwiazdozbiory to grupa gwiazd, które nie są ze sobą nijak związane, ich bliskość jest pozorna, zajmują po prostu określony obszar sfery niebieskiej. Jak to rozumieć? Wyobraźmy sobie dwie latarki zapalone w ciemną noc. Tak ciemną, że innych elementów krajobrazu nie byłoby widać. Nie jesteśmy w stanie ocenić, która latarka jest bliżej, a która dalej.  Tym bardziej że latarka bliższa może świecić słabszym światłem, a ta dalsza może być potężnym reflektorem. Tak właśnie jest z gwiazdami. Na oko wszystkie gwiazdy nocnego nieba są w takiej samej odległości od nas. Niektóre z nich układają się w figury, postacie, a nawet całe sceny. Trzeba do tego sporej wyobraźni, ale tej nigdy ludziom nie brakowało. I tak niebo dla starożytnych było teatrem, sceną, na której w różnych częściach roku pojawiały się mityczne stwory, zwierzęta, herosi i bóstwa.

12 czy 13? 

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Dla obserwatorów nieba szczególne znaczenie odgrywały gwiazdozbiory znajdujące się w tzw. zodiaku, a więc w pasie nieba, po którym poruszają się Słońce, Księżyc i inne planety. W starożytnej Babilonii czy Asyrii wyobrażano sobie, że gwiazdozbiory leżące na zodiaku są śladami na drodze, po której porusza się nasza dzienna gwiazda. Że dzielą tę drogę na etapy, a każdy z tych etapów jest w jakimś sensie charakterystyczny. Gwiazdozbiorów leżących w zodiaku jest 13 i tutaj pojawia się pierwszy problem. Znaków zodiaku jest 12. Ten brakujący to Wężownik. Ale o tym za chwilę. 12 gwiazdozbiorów w zodiaku podzieliło rok na 12 części. Chciałoby się napisać: na „równe części”, ale… gwiazdozbiory są różnej wielkości. Z kalendarza wynika, że okresy odpowiadające poszczególnym znakom zodiaku są mniej więcej równe. Tymczasem… Słońce przez gwiazdozbiór Panny przechodzi 42 dni, a przez Skorpiona tylko 6 dni. Na dodatek granice między gwiazdozbiorami są czysto umowne. Trudno rozstrzygnąć, czy Słońce jest wciąż na tle gwiazdozbioru Skorpiona czy już Strzelca. Okresy, gdy Słońce przechodzi przez kolejne gwiazdozbiory (choć jest to ruch pozorny, bo to Ziemia się obraca i dlatego widzimy Słońce na różnym tle), są uzależnione od tego, jak zostaną wyznaczone granice między nimi. W wyniku dosyć pokrętnego podziału Słońce jest w znaku Panny przez 30 dni, choć w rzeczywistości powinno być przez wspomniane 42, a w Skorpionie przez 29 dni, choć w rzeczywistości na tle tego gwiazdozbioru znajduje się tylko 6 dni. Od czego więc zależeć mają cechy człowieka? Od rzeczywistego znaku zodiaku, w którym było Słońce w dniu urodzenia, czy od znaku uznanego zwyczajowo? To ważne pytanie, bo z tablic astronomicznych wynika, że Słońce przechodzi na tle gwiazdozbioru Panny od 16 września do 30 października. Astrologowie uważają jednak, że Słońce jest w Pannie od 23 sierpnia do 22 września. Ktoś, kto urodził się, powiedzmy, 25 sierpnia, kalendarzowo (astrologicznie) jest więc Panną, ale Słońce w dniu jego urodzin było w znaku Lwa. Nawet przyjmując, że dzień urodzin ma jakiekolwiek znaczenie, przeważająca większość z tych, którzy czytają horoskopy, czyta nie ten, który powinna.

Wężownik wyleciał 

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Dokładne granice między gwiazdozbiorami (nie tylko tymi z zodiaku) ustalono dopiero w 1928 r. w czasie kongresu generalnego Międzynarodowej Unii Astronomicznej. Teraz – można by pomyśleć – skończą się nieporozumienia. Przeciwnie. Dopiero od tego momentu widać, jak bardzo astrologia oddaliła się od astronomii. Astronomia idzie naprzód, a astrologia stoi w miejscu. Mimo znanych i ustalonych raz na zawsze granic astrolodzy nie zdecydowali się skorygować okresów, w jakich Słońce znajduje się na tle poszczególnych gwiazdozbiorów w zodiaku. Co więcej, w wyniku prac astronomów z Unii Astronomicznej do gwiazdozbiorów zodiakalnych powinna być zaliczona kolejna, 13. konstelacja Wężownika. Słońce wchodzi w jej „obszar” 30 listopada, a opuszcza go 17 grudnia. W astrologicznych znakach zodiaku po Wężowniku nie ma nawet śladu. A to dlatego, że starożytni, Wężownika nie widzieli. Gwiazdy z których „się składa” za słabo świecą. Ale jest jeszcze jeden powód bałaganu. Obrót Ziemi wokół własnej osi zajmuje jej dobę. Dlatego mamy dzień i noc. Na to nakłada się trwający rok bieg Ziemi wokół Słońca, którego skutkiem są pory roku. Ale Ziemia ma przynajmniej jeszcze jeden rodzaj ruchu regularnego, powtarzalnego. Oś Ziemi zatacza w przestrzeni koła, a pełny jej obrót zajmuje około 26 tys. lat i zwany jest rokiem platońskim. Wirującą Ziemię można porównać do wirującego zabawkowego bąka. I tak jak bąk nie wiruje w pozycji „pionowej”, tak samo oś obrotu Ziemi jest nachylona i zatacza w przestrzeni koła. Ten ruch to tzw. precesja. Ziemska precesja jest wynikiem przyciągania przez inne planety Układu Słonecznego, a także przez oddziaływanie grawitacyjne samego Słońca i Księżyca.

Zabawa dla naiwnych 

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Ten dodatkowy ruch powoduje, że – co prawda powoli – zmienia się „widok” nocnego nieba. Nie są to zmiany duże, ale w ciągu setek lat… Gwiazdozbiory były znane przynajmniej 2–3 tys. lat przed Chrystusem. Od tamtego czasu naprawdę wiele się zmieniło. 2 tys. lat temu Słońce w dniu równonocy wiosennej wchodziło w gwiazdozbiór Barana (chodzi o wiosnę na półkuli północnej, ta na półkuli południowej jest przesunięta o pół roku). Dzisiaj jest w gwiazdozbiorze Ryb. Za około 600 lat w pierwszym dniu wiosny Słońce będzie w gwiazdozbiorze Wodnika. Co na to astrologia? Nic. Nie bierze w ogóle pod uwagę faktu precesji Ziemi. Tak jak gdyby nasza wiedza zatrzymała się kilka tysięcy lat temu. Równonoc wiosenna następuje z 20 na 21 marca. I właśnie wtedy według astrologów Słońce wchodzi w gwiazdozbiór Barana. W rzeczywistości znajdzie się w nim dopiero 29 dni później. W magiczną moc dnia urodzenia wierzy sporo osób. W telewizjach kablowych funkcjonują całe kanały, w których wróżki i wróżbici odczytują przyszłość ze szklanych kul, z kart czy z gwiazd. Horoskopy publikuje wiele gazet, a niektóre z nich z okazji Nowego Roku dołączają do swoich tytułów całe wkładki temu poświęcone. Gdy prowadzono badania nad sprawdzalnością horoskopów, okazywało się, że sprawdzają się one w takiej samej mierze zarówno wtedy, gdy czyta się horoskop swój, jak i wtedy, gdy zapoznaje się z przeznaczonym dla kogoś innego. Cała sztuka pisania horoskopów nie polega bowiem na tym, żeby cokolwiek przepowiedzieć, tylko na tym, by pasowało wszystkim i w każdej sytuacji. Gwiazdy, planety czy komety nie mają nic do tego.

A co z NASA? Cóż, agencja kosmiczna co jakiś przypomina, że astrologia to nie nauka cytując to, co napisałem powyżej. O niezauważonym gwiazdozbiorze, o precesji czy o nieregularnych granicach pomiędzy gwiazdozbiorami. Tylko tyle i aż tyle.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Brak komentarzy do NASA nie zmienia horoskopu!!!

„Ziemia” w sąsiedztwie

Jest skalista, jest bliziutko nas i ma wielkość podobną do wielkości Ziemi. Co jednak najważniejsze, znajduje się w tzw. strefie życia, czyli ani nie za blisko, ani nie za daleko od swojej gwiazdy. Właśnie odkryto nową planetę.

Jest skalista, jest bliziutko nas i ma wielkość podobną do wielkości Ziemi. Co jednak najważniejsze, znajduje się w tzw. strefie życia, czyli ani nie za blisko, ani nie za daleko od swojej gwiazdy. Właśnie odkryto nową planetę.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Planeta krąży wokół czerwonego karła Proxima Centauri, czyli gwiazdy, która jest naszą najbliższą gwiazdową sąsiadką. Na odkrytej planecie woda może być w stanie ciekłym. Proxima b została złapana dzięki obserwacjom prowadzonym w Chile. Krąży wokół swojej gwiazdy macierzystej nieco ponad 11 ziemskich dni. Tak jak wspomniałem Proxima Centauri jest naszą najbliższą sąsiadką, a to oznacza, że planeta, która wokół niej krąży jest najbliższą nam planetą pozasłoneczną. Czy jest na niej życie? Tego nie wiadomo i trudno nawet powiedzieć w jaki sposób moglibyśmy się tego dowiedzieć. Bardzo dokładne obserwacje mogą nam udzielić inf. o składzie atmosfery albo nawet związków na powierzchni planety, ale na przelot na Proxima b będzie trzeba jeszcze poczekać. Gwiazda i planeta oddalone sa od nas o około 4 lata świetlne, czyli około 38 bilionów kilometrów.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Dla tych, którzy gwiazdę i planetę będą próbowali wypatrzyć na nocnym niebie, także nienajlepsza wiadomość. Obserwacja pozasłonecznych planet jest ekstremalnie trudna nawet przez profesjonalne teleskopy nie mówiąc już o amatorskich. Gołym okiem wcale nie da się ich zobaczyć. Niestety gołym okiem nie widać nawet gwiazdy Proxima Centauri. Jest czerwonym karłem, który świeci za słabym światłem. – Po raz pierwszy zaczęliśmy podejrzewać, że wokół tej [Proxima Centauri] gwiazdy krąży planeta już w 2013 roku. Od tamtego czasu obserwowaliśmy gwiazdę kilkoma różnymi teleskopami – powiedział Guillem Anglada-Escude, szef zespołu astronomów zaangażowanych w projekt badawczy Pale Red Dot.

Masa odkrytej planety to 1,3 masy Ziemi. Planeta krąży wokół swojego słońca w odległości 7 mln kilometrów, a to wielokrotnie mniej niż odległość Ziemia – Słońce. To znacznie mniej niż odległość Słońce – Merkury. Proxima Centauri jest jednak inną gwiazdą niż ta nasza. Świeci słabym światłem i dlatego mimo małej odległości gwiazda – planeta, na powierzchni tej drugiej może znajdować się woda w stanie ciekłym.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie.

Teraz, te Proxima b będzie głównym celem obserwacji tych astronomów, którzy będą poszukiwali życia na obcych planetach. Jeżeli kiedykolwiek (a to na pewno nastąpi) zorganizujemy międzygwiezdną misję, na pewno pierwszym jej celem będzie właśnie nowo odkryta planeta.

Tomasz Rożek

Brak komentarzy do „Ziemia” w sąsiedztwie

(wszech)Świat się marszczy !!!

Lada dzień gruchnie wiadomość na którą czekamy od kilku dziesięcioleci. Wszechświat, przestrzeń marszczy się. W LIGO podobno odkryto fale grawitacyjne.

Kosmiczny detektor, kosmiczne zagadnienie. W świecie fizyków i kosmologów od kilku dni nie mówi się o niczym innym niż fale grawitacyjne, które miał podobno wykryć LIGO. O co chodzi?

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

waves-101-1222750-1600x1200

Fale grawitacyjne to kompletny odlot. Człowiekiem który sprawę rozumiał, ba, który ją wymyślił, a w zasadzie wyliczył był nie kto inny tylko Albert Einstein (swoją drogą powinien dostać nagrodę za odkrycie najbardziej nieintuicyjnych zjawisk we wszechświecie). Z napisanej przez niego 100 lat temu Ogólnej Teorii Względności wynika, że ruch obiektów obdarzonych masą,  jest źródłem rozchodzących się w przestrzeni fal grawitacyjnych (lub inaczej – choć nie mniej abstrakcyjnie – zaburzeń czasoprzestrzennych). Jak to sobie wyobrazić? No właśnie tu jest problem. Bardzo niedoskonała analogia to powstające na powierzchni wody kręgi, gdy wrzuci się do niej kamień. W przypadku fal grawitacyjnych zamiast wody jest przestrzeń, a zamiast kamienia poruszające się obiekty. Czym większa masa i czym szybszy ruch, tym łatwiej zmarszczki przestrzeni powinny być zauważalne. Rejestrując największe fale grawitacyjne, tak jak gdybyśmy bezpośrednio obserwowali największe kosmiczne kataklizmy: zderzenia gwiazd neutronowych, czarnych dziur czy wybuchy supernowych. Trzeba przyznać, że perspektywa kusząca gdyby nie to… że fale grawitacyjne to niezwykle subtelne zjawiska. Nawet te największe, bardziej będą przypominały lekkie muśnięcia piórkiem niż trzęsienie ziemi. W książce „Zmarszczki na kosmicznym morzu” (Ripples on a Cosmic Sea: The Search for Gravitational Waves) australijski fizyk, prof. David Blair, poszukiwanie fal grawitacyjnych porównuje do nasłuchiwania wibracji wywołanych przez pukanie do drzwi z odległości dziesięciu tysięcy kilometrów. Detektory zdolne wykryć fale grawitacyjne powinny być zdolne zarejestrować wstrząsy sejsmiczne wywołane przez upadek szpilki po drugiej stronie naszej planety. Czy to w ogóle jest możliwe? Tak! Od 2002 roku działa w USA Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory w skrócie LIGO czyli Laserowe Obserwatorium Interferometryczne Fal Grawitacyjnych. Zanim budowa ruszyła, pierwszy szef laboratorium prof. Barry Barrish na dorocznym posiedzeniu AAAS (American Association for the Advancement of Science) oświadczył, że pomimo wielu trudności nadszedł w końcu czas na zrobienie czegoś, co można nazwać prawdzią nauką (swoją drogą, odważne słowa na zjeździe najlepszych naukowców na świecie).

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

This_visualization_shows_what_Einstein_envisioned

Symulacja łączenia się czarnych dziur – jedno ze zjawisk, które wytwarza najsilniejsze fale grawitacyjne

Z falami grawitacyjnymi jest jednak ten problem, że przez dziesięciolecia, mimo prób, nikomu nie udało się ich znaleźć. Gdyby komuś zaświtała w głowie myśl, że być może w ogóle ich nie ma, spieszę donieść, że gdyby tak było naprawdę, runąłby fundament współczesnej fizyki – Ogólna Teoria Względności, a kosmologię trzeba byłoby przepisać od początku. Dzisiaj głośno mówi się, że fale grawitacyjne zostały przez LIGO zarejestrowane. Panuje raczej atmosfera lekkiego podniecenia i oczekiwania na to, co stanie się za chwilę. Potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych nie będzie kolejnym odkryciem, które ktoś odfajkuje na długiej liście spraw do załatwienia.  Zobaczymy otaczający nas wszechświat z całkowicie innej perspektywy.

Jako pierwszy falowe zmiany pola grawitacyjnego, w latach 60 XX wieku próbował zarejestrować amerykański fizyk Jaseph Weber. Budowane przez niego aluminiowe cylindry obłożone detektorami nie zostały jednak wprawione w drgania. Co prawda Weber twierdził, że złapał zmarszczki wszechświata, ale tego wyniku nie udało się potwierdzić. Dalsze poszukiwania trwały bez powodzenia, aż do 1974 roku, gdy dwóch radioastronomów z Uniwersytetu w Princeton (Joseph Taylor i Russel Hulse) obserwując krążące wokół siebie gwiazdy (PSR1913+16) stwierdziło, że układ powoli traci swoją energię, tak jak gdyby wysyłał … fale grawitacyjne. Mimo, że samych fal nie zaobserwowano, za pośrednie potwierdzenie ich istnienia autorzy dostali w 1993 roku Nagrodę Nobla. Uzasadnienie Komitetu Noblowskiego brzmiało: „za odkrycie nowego typu pulsara, odkrycie, które otwiera nowe możliwości badania grawitacji”.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

virgoviewInstalacja, która z lotu ptaka wygląda jak wielka litera L, to dwie rury o długości 4 km każda, stykające się końcami pod kątem prostym. Choć całość przypomina przepompownię czy oczyszczalnię ścieków jest jednym z najbardziej skomplikowanych urządzeń kiedykolwiek wybudowanych przez człowieka. Każde z ramion tworzy betonowa rura o średnicy 2 metrów. W jej wnętrzu – jak w bunkrze – znajduje się druga ze stali nierdzewnej, która jest granicą pomiędzy światem zewnętrznym a bardzo wysoką próżnią. Z miejsca w którym rury się stykają, „na skrzyżowaniu”, dokładnie w tym samym momencie wysyłane są wiązki lasera. Ich celem są zwierciadła umieszczone na końcu każdej z rur. 2000px-Ligo.svgOdbijane przez zwierciadła tam i z powrotem około 100 razy promienie, wpadają z powrotem do centralnego laboratorium i tam zostają do siebie porównane. Dzięki zjawisku interferencji możliwe jest wyliczenie z wielką dokładnością różnicy przebytych przez obydwie wiązki światła dróg. A drogi te powinny być identyczne, no chyba że… chyba że w czasie pomiaru przez Ziemie – podobnie jak fala na powierzchni wody – przejdzie fala grawitacyjna. Wtedy jedno z ramion będzie nieco dłuższe, a efekt natychmiast zostanie wychwycony w czasie porównania dwóch wiązek. Tyle tylko, że nawet największe zaburzenia zmienią długość ramion o mniej niż jedną tysięczną część średnicy protonu (!). To mniej więcej tak, jak gdyby mierzyć zmiany średnicy Drogi Mlecznej (którą ocenia się na ok. 100 tys. lat świetlnych) z dokładnością do jednego metra. Czy jesteśmy w stanie tak subtelne efekty w ogóle zarejestrować ? Lustra na końcach każdego z korytarzy (tuneli) mogą zadrgać (chociażby dlatego, że przeleciał nad nimi samolot, albo w okolicy przejechał ciężki samochód). By tego typu efekty nie miały wpływu na pomiar zdecydowano się na budowę nie jednej, ale dwóch instalacji, w Handford w stanie Waszyngton i w Livingston w stanie Luizjana. Są identyczne, choć oddalone od siebie o ponad 3 tys. kilometrów. Ich ramiona maja takie same wymiary i maja takie same układy optyczne. Nawet gdy w jednym LIGO zwierciadło nieoczekiwanie zadrga, niemożliwe by to samo w tej samej chwili stało się ze zwierciadłem bliźniaczej instalacji. Zupełnie jednak inaczej będzie gdy przez Ziemię przejdzie z prędkością światła fala grawitacyjna. Zmiany jakie wywoła zajdą w dokładnie tej samej chwili w obydwu ośrodkach.

>>> Więcej naukowych informacji na FB.com/NaukaToLubie

A kończąc, pozwólcie na ton nieco nostalgiczny. Wszechświat jest areną niezliczonych kataklizmów a dramatyczne katastrofy, to naturalny cykl jego życia. To nic, że od tysięcy lat na naszym niebie królują te same gwiazdozbiory. W skali kosmicznej taki okres czasu to nic nieznacząca chwila, a nawet w czasie jej trwania widoczne były wybuchy gwiazd. Z bodaj największego kataklizmu – Wielkiego Wybuchu – „wykluło” się to co dzisiaj nazywamy kosmosem. Obserwatoria grawitacyjne (np. takie jak LIGO) otworzą oczy na inne wielkie katastrofy, i to nie tylko te które będą, ale także te które były. Już prawie słychać zgrzyt przekręcanego klucza w drzwiach. Już za chwilę się otworzą. Najpierw przez wąską szparę, a później coraz wyraźniej i coraz śmielej będziemy obserwowali wszechświat przez nieznane dotychczas okulary. Ocenia się, że to co widzą „zwykłe” teleskopy (tzw. materia świecąca) to mniej niż 10% całej masy Wszechświata. A gdzie pozostałe 90% ? Na to pytanie nie znaleziono dotychczas odpowiedzi. Tzw. ciemna materia powinna być wszędzie, a nie widać jej nigdzie. Przypisuje się jej niezwykłe właściwości, łączy się ją z nie mniej tajemniczą ciemną energią. Czy LIGO, pomoże w rozwiązaniu tej intrygującej zagadki? Czy będzie pierwszym teleskopem, przez który będzie widać ciemną materię? Jeżeli obserwatoria grawitacyjne będą w stanie „zobaczyć” obiekty, które można obserwować także w świetle widzialnym (np. wybuch supernowej), a nie będą widziały ani grama ciemnej materii, to zagadka staje się jeszcze bardziej tajemnicza. Bo albo ta materia nie podlega prawom grawitacji, albo nie ma żadnej ciemnej materii. Konsekwencje obydwu tych scenariuszy są trudne do przewidzenia. Czy teraz rozumiecie dlaczego odkrycie fal grawitacyjnych jest tak ważne? 

9 komentarzy do (wszech)Świat się marszczy !!!

Wszystko jest matematyką – rozmowa z X. prof. Michałem Hellerem

O kosmosie, ciekawości, przypadku i matematyce z księdzem profesorem Michałem Hellerem, teologiem, kosmologiem, matematykiem i filozofem rozmawia Tomasz Rożek

Z księdzem profesorem Michałem Hellerem, teologiem, kosmologiem, matematykiem i filozofem rozmawia Tomasz Rożek. Poniższy wywiad jest uzupełnieniem dwóch rozmów, które opublikowałem na kanale YouTube.com/Nauka To Lubie. Pierwsza z tych rozmów dotyczyła wszechświata, a druga człowieka. U dołu wywiadu znajdują się bezpośrednie odnośniki do obydwu rozmów.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

Co się stało się prawie 14 miliardów lat temu? Możemy w ogóle udzielić jakiejkolwiek odpowiedzi?

Historię wszechświata rekonstruujemy poruszając się wstecz. Do 3 minut po wielkim wybuchu mamy wiedzę bardzo solidną, a potem grzęźniemy w hipotezach. Im bliżej początku, tym bardziej hipotetyczna jest nasza wiedza. Ta wiedza opiera się na teorii, ale teoria jest dobrze sprawdzona chociażby w takich miejscach jak laboratorium fizyki cząstek CERN, gdzie zderza się ze sobą np. protony.

Wiemy w takim razie co stało się po Wielkim Wybuchu, ale co było w punkcie zero?

Pytanie, czy taki punkt zero w ogóle był. Według klasycznej kosmologii, według teorii Einsteina, rzeczywiście punkt zero istniał i był tzw. osobliwością, czyli obszarem, w którym załamuje się pojęcie czasoprzestrzeni. Pojęcia czasu i przestrzeni tracą tam sens. Tam urywa się nasza wiedza, znane nam prawa natury przestają działać.

Skoro nie prawa przyrody, to co się tam dzieje?

To jest pytanie, na które nie znam odpowiedzi. Mamy dwie wielkie teorie: fizyka kwantowa i fizyka grawitacji. Fizyka kwantowa rządzi światem cząstek elementarnych, mikroświatem. Fizyka grawitacji rządzi kosmosem w wielkiej skali. Zaraz po Wielkim Wybuchu te dwie teorie nakładały się na siebie. Po to by wyjaśnić co dzieje się w osobliwości, trzeba połączyć te dwie teorie w jedną. Jest to niezmiernie trudne wyzwanie, bo te dwie siły mają zupełnie inną naturę. Moim zdaniem, to jest w tej chwili problem numer jeden fizyki teoretycznej. Mamy kilka, może nawet kilkanaście pomysłów jak grawitację i teorię kwantów ze sobą połączyć, ale żaden z nich nie jest potwierdzony doświadczalnie. Wszystko to są hipotetyczne rzeczy, posługują się bardzo ładną i zaawansowaną matematyką, ale nie mamy empirycznego rozstrzygnięcia, która jest prawdziwa i pewnie długo nie będziemy mieć.

Czy to jest przypadek, że człowiek został obdarzony umysłem, żeby dociekać tak skomplikowanych i abstrakcyjnych rzeczy?

Tego też nie wiemy. W każdym razie jest to rzecz niesamowita, że mamy taką władzę poznawania wszechświata. Bo pomyślmy nad tym. Jeżeli umysł ludzki powstał ewolucyjnie przez oddziaływanie z otoczeniem, to jak mówią biologowie, utrwalały się te cechy, które są potrzebne do przeżycia.

Wiedza o czarnej dziurze nie jest potrzebna?

Wiedza o czarnej dziurze jest absolutnie niepotrzebna do przeżycia.

Od biedy dałoby się połączyć wiedzę z sukcesem reprodukcyjnym. W końcu wolimy się otaczać ludźmi mądrzejszymi. Może intelekt czy wiedza to coś w rodzaju pożądanego przez przyszłego partnera gadżetu?

Myślę, że chyba wystarczyłby taki gadżet, który służyłby do uchylania głowy jak maczuga leci. Niemniej jednak jest to niesamowite, że człowiek ma tak rozwinięty umysł. Jeśli popatrzymy na historię, to tak naprawdę fizyka zaczęła się gdzieś w XVII wieku. Jesteśmy dopiero na samym początku. Co to jest kilkaset lat wobec 14 miliardów? I to jest rzeczywiście coś absolutnie niesamowitego. Można by to pytanie, które pan zadał, postawić w innej formie: czy złożoność ludzkiego mózgu wystarczy, ażeby zbadać złożoność wszechświata? Innymi słowy, czy złożoność wszechświata jest przykrojona na miarę naszego mózgu? Niezależnie od tego, czy jesteśmy sami we wszechświecie jako istoty rozumne, czy też są jacyś nasi bracia w rozumie, specjaliści mówią, że złożoność mózgu jest większa, niż złożoność całego wszechświata.

Ilość potencjalnych połączeń między komórkami w mózgu jednego człowieka jest większa niż ilość gwiazd we wszechświecie.

No właśnie. I to nas stawia w dość wyróżnionej pozycji. Natomiast czy dzięki tej złożoności możemy pojąć wszystko? Tu jest pewien logiczny paradoks. Jeśli chcielibyśmy pojąć wszystko, to musielibyśmy zrozumieć także mózg. Czy mózg może poznać sam siebie?

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

Mówiliśmy trochę o ewolucji, a z nią bardzo często wiąże się słowo „przypadek”. 

Arystoteles miał przyczynową koncepcję nauki, która w jakimś sensie jest aktualna do dzisiaj. Wyjaśniamy wszechświat według Arystotelesa przez ciągi przyczyn i skutków, takie łańcuchy przyczynowe. Natomiast on przypadek określił jako coś, co przerywa taki ciąg. Interweniuje przypadkowo w ten ciąg i zaburza go. I dlatego według niego nie może być wiedzy naukowej o przypadku. I ludzie uwierzyli, że przypadek jest jakimś takim obcym ciałem w nauce. Tymczasem okazuje się, że tak nie jest. Najbardziej dramatycznym czy widocznym przykładem próby oswajania przypadku jest ludzka chciwość. Jak ktoś gra hazardowo, to chce wygrać. Ludzie szukali więc jakiejś strategii, żeby zapewnić sobie zwycięstwo w totolotku, ruletce, czy w pokerze.

No i takiego sposobu nie znaleźli. Wygrana czy przegrana to kwestia przypadku.

Czy na pewno? Statystyka i rachunek prawdopodobieństwa mówią co innego. Gdyby było tak jak pan mówi, nie mogłyby działać np. banki czy towarzystwa ubezpieczeniowe, które liczą prawdopodobieństwo w związku z ubezpieczeniami na życie. Bez prawdopodobieństwa i statystyki nie byłoby dzisiejszej wiedzy. Ani fizyki, ani medycyny.

Bo statystyka daje odpowiedzi dotyczące ogółu a pojedynczy przypadek dalej jest dziełem… przypadku.

Też nie całkiem. W „Summa contra gentiles” św. Tomasz pisze, że boża opatrzność rządzi zdarzeniami ex casu del fortuna – dziejącymi się z przypadku lub losowo. Dwoje ludzi pobiera się, bo spotkali się, gdy spóźnił się pociąg. Czy to przypadek? Wszystko tu ma przyczynę. Pociąg się spóźnił, bo popsuła się lokomotywa. Młodzi ludzie byli w tym samym miejscu o tym samym czasie, bo każde z nich jechało w konkretne miejsce. W fizyce tak jest na każdym kroku. Dobrym przykładem jest zwykły rzut kamieniem. On jest opisany prostymi równaniami ruchu Newtona i wszystko jest – wydawałoby się – zdeterminowane, ale ja mogę przypadkiem tym kamieniem zamiast trafić w tarczę, to komuś w głowę. W nauce jest bardzo dużo miejsca na przypadki, a one same nie są zaprzeczeniem zasad przyrody. W siatce praw przyrody są pewne luzy na przypadki. Bez tych przypadków prawa przyrody by nie mogły działać.

A ten plan, te reguły, które tym wszystkim rządzą, te luzy, o których ksiądz profesor mówi, czy one jakoś powstały, czy one były zawsze? Jak to rozumieć?

No to jest problem genezy praw przyrody. I ja nie wiem jaka ona jest. To na pewno nie jest zagadnienie z dziedziny fizyki, bo fizyka zakłada prawa przyrody. Nie wyjaśnia ich. W każdym modelu fizycznym prawa fizyki są założone. Takie, a nie inne i koniec. Natomiast wyjaśnienie, skąd się biorą prawa przyrody, to już raczej należy do filozofii czy na przykład do teologii. Można powiedzieć, że to po prostu Pan Bóg stworzył.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

To jest bardzo wygodne podejście. Pan Bóg stworzył, kropka. A może by się nad tym zastanowić ?

Często fizycy nie nazywają tego Panem Bogiem, ale skądś się one musiały wziąć. Einstein nie uznawał Boga w formie chrześcijańskiej. Raczej był bliżej panteizmu, ale używał hasła „Zamysł Boga” – the Mind of God. Może używał to jako metaforę, ale uważał, że zestaw praw przyrody to jest właśnie the Mind of God. I mówił: nie chciałbym nic więcej wiedzieć, tylko znać the Mind of God.

Znać boży zamysł… czyli to jedno równanie, które opisuje wszystko?

No tak. I tu są te granice fizyki, o których mówimy. Na to wszystko nakłada się matematyka, która jest uniwersalnym językiem opisu wszechświata. Tylko trzeba pamiętać, że matematyka nie oznacza wcale determinizmu.

2 + 2 zawsze równa się 4. Cała matematyka szkolna jest deterministyczna.

No bo w szkole się uczy najprostszych rzeczy: dodawania, odejmowania i pierwiastkowania. Niewiele więcej. W prawdopodobieństwie nic nie jest pewne, choć wszystko prawdopodobne. A to dopiero początek. Mechanika kwantowa posługuje się matematyką, która jest indeterministyczna. Wcześniej rozmawialiśmy o przypadkach. Ja rozróżniam dwa ich rodzaje. Jeden to przypadek wynikający z niewiedzy albo ignorancji. Np. mogę się z kimś założyć, czy z zza rogu wyjedzie tramwaj numer 8 czy 4. Ja nie wiem który i traktuję to w kategoriach przypadku, ale jeżeli te tramwaje są w drodze, to proces jest zdeterminowany. Natomiast czy są przypadki, zdarzenia, które rzeczywiście nie są zdeterminowane? Mechanika kwantowa jest świadectwem, że tak, są. I takie przypadki pojawiają się u podstaw całej naszej rzeczywistości.

Czy wszechświat ma jakieś granice geometryczne? Pytam zarówno o to, czy możemy dowolnie długo dzielić cząstki elementarne na coraz mniejsze kawałki, jak i o to, czy kosmos gdzieś się kończy?

Może być tak, że świat jest skończony, ale nie ma granicy. I wtedy idąc cały czas w jedną stronę, w końcu trafimy do punktu wyjścia. Modele otwarte mówią, że można zmierzać w jednym kierunku w nieskończoność. Nie ma żadnych naukowych powodów, by wszechświat miał granice. Natomiast czy można dzielić cząstki w nieskończoność? Nie wiem.

Co zapaliło małego Michała Hellera do tego by zajął się nauką? A co zapala już dorosłego księdza profesora by zajmował się nią dalej? 

Dorastałem w domu, gdzie rozmawiało się o nauce, o świecie. Ojciec był inżynierem, opublikował nawet kilka prac matematycznych. Od dziecka, jak tylko miałem jakąś książkę popularnonaukową, to się w niej zaczytywałem. I trudno tak ciekawymi rzeczami się nie zajmować. A dzisiaj? Chyba ta sama ciekawość co u małego Michała. Ciekawość jest motorem działania. Ale trzeba uważać, bo ona musi być pod kontrolą. Inaczej do niczego się nie dojdzie, niczego nie uda się wystarczająco dobrze zbadać. Na świecie żyje wielu geniuszy, którzy nie potrafili się ograniczyć. Wiedzą prawie wszystko o prawie wszystkim i zarazem niewiele. Wszystko ich za bardzo ciekawi. I w moim przypadku to zawsze było dość trudne i bywa trudne do dzisiaj. Interesuje mnie za dużo, a trzeba się ograniczyć do jednego.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

Ksiądz Profesor Michał Heller jest teologiem, filozofem i kosmologiem. W 2008 roku jako jedyny dotychczas Polak został laureatem międzynarodowej Nagrody Templetona, przyznawanej za pokonywanie barier między nauką a religią. Jest autorem kilkudziesięciu książek. 

Opublikowany powyżej wywiad jest fragmentem rozmowy jaką przeprowadziłem z X. prof. Michałem Hellerem dla tygodnika Gość Niedzielny.
1 komentarz do Wszystko jest matematyką – rozmowa z X. prof. Michałem Hellerem

Fajerwerki – gra świateł

Podobno czarny proch wymyślili Chińczycy. Nie po to jednak by używać go na polu walki, ale by się nim bawić. Jak ? Budując sztuczne ognie.

Pierwsze fajerwerki budowano by odstraszać złe duchy. Spalano suszone łodygi bambusowe by wydawały charakterystyczne trzaski. Później wypełniano je różnymi substancjami. Rozrywka zaczęła się wraz z rozwojem chemii. A właściwie nie tyle rozwojem ile świadomością. Odkrywano coraz to nowe substancje czy związki, których wcześniej nikt nie podejrzewał o wybuchowe konotacje. Dziś wiele z nich znaleźć można w petardach, bombkach czy rakietach. W Polsce pokazy sztucznych ogni odbyły się po raz pierwszy w 1918 r., kilka dni po ogłoszeniu niepodległości. Trwały wtedy zaledwie 3 minuty. Pierwsze znane pokazy sztucznych ogni zorganizowano na dworze cesarskim w Chinach w roku 468 p.n.e.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

To wszystko fizyka …

Wybuchające na niebie sztuczne ognie to jedna z lepszych ilustracji tzw. zasady zachowania pędu. To dokładnie ta sama reguła, która tłumaczy dlaczego wyskakując z pokładu łódki na brzeg czy molo powodujemy, że łódka zaczyna odpływać. No właśnie, dlaczego ? Bo – jak powiedziałby fizyk – w układzie w którym nie działają siły zewnętrzne, pęd układu musi zostać zachowany. Oczywiście w wyżej opisanym przykładzie z łódką i jej pasażerem działają siły zewnętrzne – siły oporu, ale są one małe i można je pominąć. Tak więc jeżeli pasażer łódki wskakuje z jej pokładu na molo – łódka zaczyna się poruszać w przeciwnym kierunku. Można by powiedzieć, że ruch łódki równoważy ruch jej pasażera. Im z większym impetem wyskoczy on z łódki, tym szybciej sama łódka zacznie odpływać w przeciwnym kierunku. Co to wszystko ma wspólnego z fajerwerkami ? Człowiek płynący na łódce to układ składający się z dwóch elementów. Petarda rozrywana nad naszymi głowami, to układ składający się z setek a może nawet tysięcy elementów. Ilość nie gra jednak tutaj roli. Fizyka pozostaje taka sama. Każdy wybuch jest w pewnym sensie symetryczny. Jeżeli kawałek petardy leci w prawo, inny musi – dla równowagi – lecieć w lewo. Jeden do przodu, to inny do tyłu. W efekcie malujące się na ciemnym niebie wzory mają kształty kul, okręgów czy palm. Zawsze są jednak symetryczne. Zawsze takie, że gdyby potrafić cofnąć czas, wszystkie te ogniste stróżki spotkałyby się w punkcie znajdującym się dokładnie w środku, pomiędzy nimi.

… czy może chemia ?

Najczęściej występującą barwą na pokazach sztucznych ogni jest pomarańcz i czerwień. Pojawiają się też inne kolory. Skąd się biorą ? Wszystko zależy od tego z czego zrobiona, a właściwie z dodatkiem czego zrobiona jest petarda. Jej zasadnicza część to środek wybuchowy, ale czar tkwi w szczegółach. I tak, za często występujący pomarańcz i czerwień odpowiedzialny jest dodany do materiału wybuchowego wapń i bar. Inny pierwiastek – stront powoduje, że eksplozja ma kolor żółty, z kolei związki boru i antymon, że zielony. Ale to dopiero początek kolorowej tablicy Mendelejewa. Bo płomienie może barwić także rubid – na kolor żółto fioletowy, cez na kolor fioletowo-niebieski i bar na kolor biały. Potas spowoduje, że niebo stanie się liliowe, a miedź, że niebieskie. W produkcji fajerwerków wszystkie chwyty są dozwolone – o ile wykonuje je specjalista pirotechnik. Bo o efekt toczy się gra. Tak więc mieszanie poszczególnych związków jest nie tyle wskazane, ile wręcz pożądane. Jedno jest pewne. Specjalista spowoduje, że w czasie pokazu na niebie będzie można podziwiać więcej barw niż w łuku tęczy. Będą się pojawiały dokładnie w tym momencie, w którym chce je przedstawić twórca sztucznych ogni. Niebo z liliowego, przez zielony może stać się krwisto czerwone, aż na końcu spłonie intensywnym pomarańczem. A wszystko wg wyliczonego co do ułamka sekundy scenariusza. Ale czy na pewno tylko o kolory chodzi ? Co z dymem ? Co z hukiem ?

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

To sztuka!

Prawdziwy mistrz dba nie tylko o efekty wizualne, ale także dźwiękowe w czasie pokazu fajerwerków.  Żeby petarda zdrowo nadymiła trzeba zaopatrzyć się w zapas chloranu potasu, laktozę i barwniki – w zależności od oczekiwanego koloru dymu. Petardy błyskowe będą wypełnione magnezem, a hukowe i świszczące będą zawierały duże ilości nadchloranów i soli sodu i potasu. Można też wyprodukować mieszaninę iskrzącą, a wtedy przyda się węgiel drzewny albo oświetlającą. W praktyce – szczególnie w ładunkach profesjonalnych – różnego rodzaju mieszanki stosuje się razem. Nie wszystkie, w jednym worku, ale ułożone w odpowiedniej kolejności.

Można zapytać jak zadbać o chronologię w czasie trwającej ułamki sekund eksplozji ? To jest właśnie sztuka. Ładunek pirotechniczny wygląda trochę jak cebula. Składa się z wielu warstw. Petarda najpierw musi wznieść się w powietrze. Ani nie za wysoko, ani za nisko. W pierwszym wypadku efekt wizualny będzie marny, a w drugim – gdy wybuchnie zbyt blisko widzów – może dojść do tragedii. Prawdziwa magia zaczyna się, gdy ładunek jest już wysoko nad głowami. Poszczególne warstwy zapalają się od siebie i w zaplanowanej wcześniej kolejności wybuchają. Widz z zapartym tchem podziwia gęste kule rozrastającego się we wszystkich kierunkach różnokolorowego ognia, albo błysk i kilka opadających w bezwładzie długich ognistych języków. Gdy wszystko wydaję się być skończone, nagle pojawiają się migoczące gwiazdki, albo wirujące wokół własnych osi ogniste bombki. Po nich jest ciemność i cisza. Do następnej eksplozji, innej niż poprzednia. Innej niż wszystkie poprzednie.

Sztuczne ognie można sprowadzić do chemii materiałów wybuchowych. Można też powiedzieć, że są wręcz encyklopedycznym przykładem znanej każdemu fizykowi zasady zachowania pędu. Ale tak naprawdę sztuczne ognie to czary.

Kolory sztucznych ogni:

karminowy: lit, bar i sód

szkarłatny: stront i bar 

czerwono-żółty: wapń i bar

żółty: stront, śladowe ilości sodu i wapnia

biały: cynk i bar

szmaragdowy: miedź i tal

niebiesko-zielony: związki fosforu ze śladowymi ilościami kwasu siarkowego lub kwasu borowego

jaskrawy zielony: antymon i amon

żółto-zielony: bar i molibden

lazurowy: ołów, selen i bizmut

jasnoniebieski: arszenik

fioletowy/liliowy: niektóre związki potasu z dodatkiem sodu i litu

purpurowy: potas, rubid i cez

1 komentarz do Fajerwerki – gra świateł

Burza światła

Podobno dzisiaj i jutro widoczna na polskim niebie ma być zorza polarna. O ile nie będzie chmur. 156 lat temu miała miejsce największa opisana burza geomagentyczna. Gdyby zdarzyła się dzisiaj, zamilkłyby telefony, radia i stacje telewizyjne. Najpewniej uszkodzona zostałaby także infrastruktura energetyczna.

Dzisiaj, a może nawet jutro widoczna ma być na polskim niebie zorza polarna. O ile nie będzie chmur.  156 lat temu miała miejsce największa opisana burza geomagentyczna. Gdyby zdarzyła się dzisiaj, zamilkłyby telefony, radia i stacje telewizyjne. Najpewniej uszkodzona zostałaby także infrastruktura energetyczna.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

Dokładnie 1 września 1859 roku na Słońcu zdarzył się potężny wybuch. Materia słoneczna została wyrzucona w przestrzeń z prędkością dochodzącą nawet do 900 km na sekundę. Wybuchy na Słońcu to nic niezwykłego, ale ten był wyjątkowo silny. Co ciekawe nasza dzienna gwiazda wcale nie była wtedy w fazie swojej największej aktywności.

Tymczasem na Ziemi…     

… rozpętała się burza światła. Dzień po wybuchu na Słońcu, wyrzucona z jego powierzchni materia dotarła do Ziemi. Naładowane elektrycznie cząstki, w zderzeniu z naszą atmosferą, a właściwie hamowane przez ziemskie pole magnetyczne były źródłem jednej z największych, kiedykolwiek rejestrowanych zórz polarnych. W 1859 roku nie było telefonów komórkowych, telewizorów ani odbiorników radiowych. Gdyby były, na pewno by zamilkły. Straty byłyby ogromne. Do listy strat trzeba doliczyć stacje transformatorowe i całą flotyllę satelitów. Nie tylko tych naukowych, ale także komercyjnych. Szacuje się, że dzisiaj straty spowodowane burzą porównywalnej wielkości wyniosłyby około 2 trylionów dolarów. Trylion to miliard miliardów. Wtedy, w połowie XIX wieku, zaburzona została jedynie raczkująca wtedy łączność telegraficzna. Pierwszy telegraf elektryczny zbudowano 22 lata wcześniej, w 1837 roku. Dzisiaj burza sparaliżowałaby życie. Trudno je sobie wyobrazić bez elektronicznej komunikacji, prądu czy choćby GPS’a. Wtedy, w zasadzie nikomu nie utrudniła życia. Mocno je za to urozmaiciła.

Zorze na Kubie

Na wysokości od 100 do 400 km nad naszymi głowami naładowane elektrycznie cząstki pochodzące ze Słońca (elektrony i protony), są przechwytywane przez ziemskie pole magnetyczne. Zaczynają się poruszać wzdłuż jego linii. Te zagęszczają się w okolicach biegunów i tam cząstki wiatru słonecznego zderzają się z atomami rozrzedzonej atmosfery. Atom w który uderzają traci część swoich elektronów (zjawisko jonizacji). Gdy „złapie” je z powrotem, energię którą otrzymał od protonu czy elektronu ze Słońca, wypromieniowuje w postaci światła. To światło, to zorza polarna. Luminescencję rozrzedzonych gazów zaobserwowano także wokół biegunów innych planet, m.in. Jowisza, Saturna, Urana, Neptuna, a nawet Marsa.

Zorze występują zwykle w okolicach biegunów. 150 lat temu, w wyniku rekordowej ilości naładowanych cząstek, zjawisko było widoczne jednak w całej Ameryce Północnej, a nawet na Kubie. Zorze były tak intensywne i jasne, że ludzie wstawali w środku nocy myśląc, że już świta. Ich zdziwienie, a może przerażenie, musiało być całkiem spore gdy zamiast wschodu Słońca na niebie pojawiły się piękne, kolorowo pulsujące niby-płomienie.

To może się zdarzyć jutro

Na dużych szerokościach geograficznych zorze polarne – nazywane czasami światłami północy – mają kolor biały, żółty i zielony, na niższych, charakteryzują je kolory ciemniejsze: czerwone, niebieskie, a nawet fioletowe. Zorze polarne w Polsce zdarzają się rzadko i tylko w okresie najwyższej aktywności Słońca. Co około 11 lat nasza dzienna gwiazda przeżywa burzliwe chwile. Kolejne maksimum było rejestrowane w latach 2012-2013. Nie powinniśmy być tego jednak całkowicie pewni. Nasza gwiazda jest nieprzewidywalna. Gdy coś stanie się na jej powierzchni, mamy kilkadziesiąt godzin czasu na przygotowanie się na niesamowite zjawisko. A gdyby eksplozja na Słońcu była duża, lepiej wyłączyć wszystkie urządzenia elektroniczne i … zaopatrzyć się w świeczki. Prądu może nie być przez kilka dni.

>>> Więcej naukowych ciekawostek na FB.com/NaukaToLubie

5 komentarzy do Burza światła

W kosmosie woda jest wszędzie!

Jest na planetach, księżycach, kometach a nawet… w mgławicach. Dość powszechnie panująca opinia o tym, że woda jest obecna tylko na Ziemi, jest kompletnie błędna. Wody w kosmosie jest bardzo dużo. Ale to wcale nie musi znaczyć, że wszędzie tam jest życie.

Dość powszechnie panująca opinia o tym, że woda jest obecna tylko na Ziemi, jest kompletnie błędna. Choć w kolejnym odcinku „Megaodkryć” na National Geographic Channel będzie mowa o „Wodnej apokalipsie” to okazuje się, że ta wspomniana apokalipsa to nasz ziemski problem.

>> Polub FB.com/NaukaToLubie i pomóż mi tworzyć stronę pełną nauki. 

Woda płynna jest na przynajmniej kilku obiektach Układu Słonecznego. Kilka tygodni temu odkryto ją także na powierzchni Marsa. Co zaskakuje, obłoki pary wodnej „wiszą” także w przestrzeni kosmicznej. Kilka lat temu odkryto taki wokół kwazaru PG 0052+251. Póki co, to największy ze wszystkich znanych rezerwuarów wody w kosmosie. Dokładne obliczenia wskazują, że gdyby całą tę parę wodną skroplić, byłoby jej 140 bilionów (tysięcy miliardów) razy więcej niż wody we wszystkich ziemskich oceanach. Masa odkrytego wśród gwiazd „zbiornika wody” wynosi 100 tysięcy razy więcej niż masa Słońca. To kolejny dowód, że woda jest wszechobecna we wszechświecie.

Do wyboru: lód, woda i para

Naukowców nie dziwi sam fakt znalezienia wody, ale jej ilość. Cząsteczka wody (dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu) jest stosunkowo prosta i występuje we wszechświecie powszechnie. Bardzo często łączy się ją z obecnością życia. Faktem jest, że życie, jakie znamy, jest uzależnione od obecności wody. Ale sam fakt istnienia gdzieś wody nie oznacza istnienia tam życia. Po to, by życie zakwitło, musi być spełnionych wiele różnych warunków. Woda wokół wspomnianego kwazaru jest w stanie gazowym, a woda niezbędna do życia musi być w stanie ciekłym. Nawet jednak ciekła woda to nie gwarancja sukcesu (w poszukiwaniu życia), a jedynie wskazówka.

Takich miejsc, którym badacze się przyglądają, jest dzisiaj w Układzie Słonecznym przynajmniej kilka. Woda może tu występować – tak jak na Ziemi – w trzech postaciach: gazowej, ciekłej i stałej. I właściwie we wszystkich trzech wszędzie jej pełno. Cząsteczki pary wodnej badacze odnajdują w atmosferach przynajmniej trzech planet Układu Słonecznego. Także w przestrzeni międzygwiezdnej. Woda w stanie ciekłym występuje na pewno na Ziemi. Czasami na Marsie, najprawdopodobniej na księżycach Jowisza, ale także – jak wykazały ostatnie badania – na księżycach Saturna. A na jednym z nich – Enceladusie – z całą pewnością. Gdy kilka lat temu amerykańska sonda kosmiczna Cassini-Huygens przelatywała blisko tego księżyca, zrobiła serię zdjęć, na których było wyraźnie widać buchające na wysokość kilku kilometrów gejzery. Zdjęcia tego zjawiska były tak dokładne, że badacze z NASA zauważyli w buchających w przestrzeń pióropuszach nie tylko strugi wody, ale także kłęby pary i… kawałki lodu. Skąd lód? Wydaje się, że powierzchnia Enceladusa, tak samo zresztą jak jowiszowego księżyca Europy, pokryta jest bardzo grubą (czasami na kilka kilometrów) warstwą lodu. Tam nie ma lądów czy wysp. Tam jest tylko zamarznięty ocean. Cały glob pokryty jest wodą.

061215_europa_02

Powierzchnia jowiszowego księżyca Europa

Nie tylko u nas

Skoro cała powierzchnia księżyców Jowisza i Saturna pokryta jest bardzo grubym lodem, skąd energia gejzerów? Skąd płynna woda pod lodem? Niektóre globy żyją, są aktywne. Ich wnętrze jest potężnym reaktorem, potężnym źródłem ciepła. Tak właśnie jest w przypadku zarówno Europy, jak i Enceladusa. Swoją drogą ciekawe, co musi się dziać pod kilkukilometrowym lodem, skoro woda, która wydrążyła sobie w nim lukę, wystrzeliwuje na wiele kilometrów w przestrzeń?

Może nie morza, jeziora czy chociażby bajora, ale lekka rosa – wodę znajduje się także na powierzchni naszego Księżyca. Zaskakujące odkrycie to dzieło indyjskiej sondy Chandrayaan-1, potwierdzone przez dwie amerykańskie misje (Deep Impact i Cassini).

Niejedna praca naukowa powstała też na temat wody na Czerwonej Planecie. Wiadomo, że jest na marsjańskich biegunach. Nie brakuje jednak danych, że woda, nawet w stanie ciekłym, pojawia się czasowo w różnych innych miejscach planety. Wyraźnie ją widać na zboczach kraterów, o ile padają na nie promienie letniego Słońca.

Z badań amerykańskiej sondy Messenger, która od 2004 roku badała Merkurego, wynika, że woda jest także w atmosferze pierwszej od Słońca gorącej planety. Co z innymi planetami spoza Układu Słonecznego? Na nich też pewnie jest mnóstwo wody. Tylko jeszcze o tym nie wiemy. Chociaż… Pierwszą egzoplanetą, na której najprawdopodobniej jest woda jest HD 189733b, która znajduje się 63 lata świetlne od nas. Ta planeta to tzw. gazowy gigant. Ogromna kula gorących i gęstych gazów z płynnym wnętrzem. Gdzie tutaj miałaby być woda? Wszędzie – twierdzą badacze. Dzięki aparaturze wybudowanej w California Institute of Technology, USA udało się odkryć, że mająca prawie 1000 st. C atmosfera zawiera duże ilości pary wodnej.

>> Polub FB.com/NaukaToLubie i pomóż mi tworzyć stronę pełną nauki. 

Czy któreś z tych kosmicznych źródeł wody będzie nas w stanie uchronić przez niedostatkiem pitnej wody na Ziemi? Tego jeszcze nie wiemy, choć problem braku podstawowej do życia substancji wydaje się być coraz bardziej palący. Przekonują o tym hollywoodzka gwiazda – Angela Basset – i jej goście – światowej sławy naukowcy, którzy próbują odpowiedzieć na pytanie czy czeka nas „Wodna Apokalipsa” w ostatnim już odcinku niezwykłej serii „Megaodkrycia” na National Geographic Channel. Jeśli chcecie wiedzieć, gdzie najtęższe umysły naukowe szukają teraz źródeł H2O, oglądajcie „Wodną Apokalipsę” – już w niedzielę, 13 grudnia, o 22.00 na National Geographic Channel.

 

 

Brak komentarzy do W kosmosie woda jest wszędzie!

Czy zgasną światła na Ziemi ?

Światowa konsumpcja energii do 2050 roku podwoi się. Jeżeli nie znajdziemy nowych źródeł – może nam zabraknąć prądu.

W Paryżu trwa międzynarodowy panel klimatyczny. Wiele wątków, wiele interesów, wiele sprzecznych celów. Energia jest tematem, który z klimatem wiąże się bezpośrednio. I pomijając kwestie emisji i CO2, warto zdać sobie sprawę z tego, że światowa konsumpcja energii do 2050 roku podwoi się. Jeżeli nie znajdziemy nowych źródeł – będzie kłopot.

Słońce jest dostawcą większości energii dostępnej dzisiaj na Ziemi. Dostarcza ją teraz i dostarczało w przeszłości nie tylko dlatego, że świeci, ale także dlatego że pośrednio powoduje ruchu powietrza (czyli wiatry) i wody (czyli fale). Dzisiaj dostępne źródła energii można więc podzielić na te zdeponowane przez Słońce w przeszłości – nazwane nieodnawialnymi –  i te udostępniane nam na bieżąco – czyli odnawialne. Z tego podziału wyłamuję się energetyka jądrowa, geotermalna i grawitacyjna oraz fuzja jądrowa.

Najefektywniejszym odbiornikiem energii słonecznej na Ziemi jest roślinność. Dzięki zjawisku fotosyntezy, gdy Słońce świeci – rośliny rosną. Rosną i rozprzestrzeniają się także dlatego, że wieje wiatr. Bardzo długo człowiek korzystał tylko z tego przetwornika energii słonecznej. Drzewo jednak wolniej rośnie niż się spala. Z biegiem lat było nas coraz więcej i coraz więcej energii potrzebował nasz przemysł. Wtedy zaczęło brakować lasów pod topór. Całe szczęście umieliśmy już wydobywać i spalać węgiel, ropę naftową i gaz. Ale w gruncie rzeczy to to samo, co spalanie drewna. Tyle tylko, że w przypadku drzewa energia słoneczna była „deponowana” na Ziemi przez kilka dziesięcioleci, a w przypadku węgla czy ropy – przez miliony lat.

Kłopot w tym, że spalanie kopalin jest toksyczne. Badania przeprowadzane w różnych krajach potwierdzają, że typowa elektrownia węglowa o mocy 1 GWe  powoduje przedwczesną śmierć od 100 do 500 osób. Nie są to ofiary związane z wydobywaniem węgla, czy jego transportem, a jedynie ci, którzy mieli wątpliwe szczęście mieszkać w sąsiedztwie dymiącego komina. Oczyszczanie spalin jest bardzo drogie, a usuwanie szkód środowiskowych związanych z wydobyciem kopalin, w zasadzie niewykonalne. Skoro więc nie paliwa tradycyjne, to może odnawialne?  Siłownie wykorzystujące energię wody, wiatru czy Słońca powinny być budowane jak najszybciej tam, gdzie jest to opłacalne. Nie ulega jednak wątpliwości, że nie wszędzie jest. W Islandii, bogatej w gorące źródła, aż 73 proc. całej produkcji energii stanowi energia odnawialna. W Norwegii (długa i wietrzna linia brzegowa) 45 proc energii produkują wiatraki, a w niektórych krajach Afryki ponad połowa całej wyprodukowanej energii jest pochodzenia słonecznego. Ale równocześnie w proekologicznie nastawionych – ale nie usytuowanych – Niemczech mimo miliardowych inwestycji i olbrzymiej ilości elektrowni wiatrowych zielona energia stanowi około 20 proc. całej zużywanej energii. W tych statystykach nie liczę biomasy, bo ta nie jest żadną energią odnawialną.

Energia zdeponowana przez Słońce w przeszłych epokach wyczerpuje się, a korzystanie z niej w dotychczasowy sposób jest zbrodnią na środowisku naturalnym, z kolei energii dawanej nam przez Słońce „on-line” jest za mało. No więc jaki jest wybór? Wydaje się, że dzisiaj istnieją dwa scenariusze. Obydwa opierają się na skorzystaniu z nieograniczonej energii zdeponowanej jeszcze w czasie Wielkiego Wybuchu. Ta energia nas otacza w postaci materii, ale nie na poziomie związków chemicznych, ale na poziomie pojedynczych jąder atomowych. Jak to rozumieć ? Zanim powstał węgiel kamienny czy ropa naftowa, strumień energii ze Słońca umożliwiał zachodzenie tutaj, na Ziemi, przemian chemicznych, dzięki którym np. rozwijała się bujna roślinność. Dzięki światłu, wodzie i dwutlenkowi węgla tworzą się węglowodany (cukry), białka i tłuszcze. W tych reakcjach nie tworzą się jednak nowe atomy. Dzięki energii z zewnątrz już istniejące łączą się w większe kompleksy. Energia jest zmagazynowana w połączeniach pomiędzy atomami, w wiązaniach.  Ale same pierwiastki też są magazynami energii – energii, która umożliwiła ich stworzenie – pośrednio czy bezpośrednio – w czasie Wielkiego Wybuchu.

Tę energię da się pozyskać na dwa sposoby. Pierwszy to fuzja jądrowa, a drugi to rozszczepienie jądra atomowego. W pierwszym przypadku energia jest uwalniana przez łączenie dwóch lżejszych elementów w pierwiastek cięższy. Część masy tych pierwszych jest zamieniana na energię, którą można zamienić na prąd elektryczny. Paliwem w takim procesie mogą być powszechnie dostępne w przyrodzie lekkie pierwiastki. Produktem końcowym reakcji – oprócz dużej ilości energii – jest nieszkodliwy gaz – hel. Niestety fuzja jądrowa to śpiew przyszłości. Choć naukowcy usilnie nad tym pracują, najwcześniej będziemy mieli do niej dostęp dopiero za kilkanaście, kilkadziesiąt lat. Drugi scenariusz jest w pewnym sensie odwrotnością fuzji jądrowej. W rozszczepieniu jądra atomowego pierwiastek ciężki zostaje rozerwany na elementy lżejsze. I to ten rozpad jest źródłem energii. Pierwsza elektrownia jądrowa została wybudowana w 1942 roku, a dzisiaj dzięki energetyce jądrowej niektóre kraje pokrywają ponad 75 % całego swojego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Przewidywanie przyszłości zawsze obarczone jest spora niepewnością. W każdej chwili, może się okazać, że ktoś wymyślił zupełnie nową technologię pozyskiwania energii. Wtedy powyższe rozważania w jednej chwili mogą się stać nieaktualne. Jeżeli jednak nic takiego się nie stanie, nie ma wątpliwości, że z wyczerpaniem paliw kopalnych będziemy musieli się zmierzyć nie za kilkaset, ale za kilkadziesiąt lat. Oszczędzanie energii, zwiększanie efektywności jej wykorzystania nie zahamuje tego procesu tylko go nieznacznie opóźni. Od nas zależy czy na czas przygotujemy się do tej chwili, czy obudzimy się w świecie ciemnym, zimnym i brudnym. I wcale nie trzeba czekać na moment, w którym wyczerpią się pokłady węgla. W końcu „epoka kamieni łupanego nie skończyła się z powodu braku kamieni”.

 

 

 

Brak komentarzy do Czy zgasną światła na Ziemi ?

100 lat abstrakcji

Czas jest względny, a masa zakrzywia czasoprzestrzeń. To jedno zdanie jednych przyprawia o ból głowy, dla innych jest źródłem nieograniczonej fascynacji. Fascynacji, która trwa dokładnie 100 lat.

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

Pióra i ołówki na teorii grawitacji połamało już wielu badaczy. To co wiemy, to prosty wzór, którego dzieci uczą się w szkole. Że siła grawitacji zależy od masy obiektów, które są jej źródłami (im obiekt cięższy, tym większa siła), oraz że słabnie wraz z zwiększającą się odległością pomiędzy tymi obiektami. Dzięki tej prostej zależności, udaje się doskonale przewidywać ruchy planet, satelitów, także zachowanie sporej części gwiazd w galaktyce. Sporej, ale nie wszystkich.

Tymi, których wytłumaczyć się nie da są np. kolizje gwiazd neutronowych, pulsary, czarne dziury czy wybuchy supernowych. Grawitacji nie sposób także „dopasować” do wielkiego wybuchu. A skoro od niego swój początek wziął czas i przestrzeń, nasze braki w rozumieniu grawitacji stają się kłopotliwe.

Dokładnie 100 lat temu Albert Einstein ogłosił (a konkretnie odczytał) Ogólną Teorię Względności. Jej manuskrypt (ma 46 stron) można dzisiaj zobaczyć w Bibliotece Narodowej Izraela. Dla postronnego obserwatora, niespecjalisty , notatki Einsteina mogą sprawiać wrażenie niewyraźnych bazgrołów zrobionych na pożółkłych kartkach. Są napisane bardzo drobnym maczkiem, często poprawiane, miejscami podkreślone, w innych miejscach przekreślone. Sporo w nich matematycznych wzorów. Niesamowite, jak wiele w fizyce czy w ogóle w postrzeganiu świata (wszechświata) zmieniło to, co 100 lat temu zostało zaprezentowane światu.

Ogólna Teoria Względności została ogłoszona w 1915 roku, gdy Albert Einstein przebywał w Niemczech. Już wtedy Einstein był znanym człowiekiem, a jego prace – choć przez bardzo nielicznych rozumiane – były w pewnym sensie kultowe. Stworzenie OTW nie było olśnieniem, jak wielu innych teorii fizycznych. Einstein pracował nad nią 9 lat. Czasami błądził, czasami się mylił. To była żmudna praca. OTW jest – jak sama nazwa wskazuje – uogólnieniem Szczególnej Teorii Względności Einsteina. Choć teoria Ogólna i Szczególna są dwoma najbardziej znanymi jego pracami, Einstein największe naukowe zaszczyty (Nagrodę Nobla) odebrał za prace nad zupełnie innym problem (konkretnie nad efektem fotoelektrycznym).

Ogólna Teoria Względności (OTW) jest w zasadzie teorią opisującą najbardziej namacalne dla nas oddziaływanie – grawitację. Z nią wiążą się takie wielkości jak masa, przestrzeń i czas. OTW jest bardzo skomplikowana. Nie sposób jej zrozumieć bez ogromnej wiedzy czysto matematycznej. Wynika z niej, że każda masa jest źródłem zakrzywienia otaczającej ją przestrzeni. Czym większa masa, tym większa siła grawitacji, czyli większe zakrzywienie przestrzeni. Jak to rozumieć? Gdy dwie osoby trzymają za rogi obrus jego powierzchnia jest płaska. Ale gdy na sam środek obrusu wrzucimy piłkę, obrus w miejscu w którym się ona znajduje lekko się „naciągnie” czy inaczej „zakrzywi”. Czym większa piłka, tym większe zakrzywienie. Gdy położymy na skraju obrusu mniejsza piłeczka, stoczy się do tego zakrzywienia, tak jak przyciągana grawitacyjnie asteroida „stoczy” się w kierunku Słońca. Tyle tylko, że obrus ma dwa wymiary, a przestrzeń wokół nas ma ich trzy. Ta nieintuicyjność (nie mylić z nielogicznością) to jeden z powodów dla których dwie teorie względności tak trudno zrozumieć. Drugim jest bardzo zaawansowana matematyka, której Einstein musiał użyć do rozwiązania swoich równań.

Gdy Einstein referował swoje pomysły na względność, był znany z zupełnie innych badań teoretycznych. Słuchano go więc z zaciekawianiem. Ale to zaciekawienie wynikało z szacunku do znanego fizyka a nie ze zrozumienia tego o czym mówił. W pewnym sensie tak jest do dzisiaj. Albert Einstein jest postacią kultową. Ale nie dlatego, że tak wielu ludzi rozumie Szczególną czy Ogólną Teorię Względności.  Tak naprawdę zaledwie garstka fizyków wie o co w niej chodzi. Nieco większa grupa rozumie co wynika z teorii Einsteina. Całkiem sporo fizyków na codzień wykorzystuje w swojej pracy naukowej zjawiska, które udało się dzięki teoriom Einsteina zrozumieć. Jednym z takich zjawisk są soczewki grawitacyjne. W zakrzywionej przestrzeni światło nie porusza się po liniach prostych, tylko krzywych. To dlatego światło dalekich galaktyk biegnące w okolicach dużych mas (czarnych dziur czy innych galaktyk) jest zakrzywione, tak samo jak światło przechodzące przez szklane soczewki. Dla astrofizyków i astronomów soczewki grawitacyjne to coś w rodzaju naturalnego teleskopu dzięki któremu mogą obserwować obiekty i zjawiska których inaczej nie udałoby się zaobserwować. Zakrzywiane światło to jednak dopiero początek wchodzenia w świat abstrakcji. Z równań Einsteina wynika także, że czas jest pojęciem względnym, że nie płynie dla nas wszystkich tak samo. Jego bieg jest zależny bowiem od siły grawitacji i od prędkości z jakim porusza się ciało. To z kolei wykorzystuje się w systemach globalnej lokalizacji (np. GPS).

Einstein był teoretykiem. Nie sprawdzał eksperymentalnie tego co wyliczył na drodze matematyki. Zresztą wtedy kiedy dokonywał swoich odkryć, nie było możliwości sprawdzenia ich poprawności. Urządzenia pomiarowe nie były dość czułe, a człowiek jeszcze nie latał w kosmos. To właśnie w przestrzeni pozaziemskiej wielokrotnie testowano wyliczenia Alberta Einsteina. Wszystkie dokładnie się zgadzają. No może za wyjątkiem jednej. Przewidywanych w Teorii Względności fal grawitacyjnych. Ale o nich napiszę innym razem 🙂 Tak samo jak o największej naukowej pomyłce Einsteina.

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

Brak komentarzy do 100 lat abstrakcji

Jesteśmy w centrum?

Czy Ziemia leży w centrum wszechświata? To pytanie w XXI wieku może u niektórych wywołać  uśmiech politowania. Ale czy powinno?

Jesteśmy jedynym gatunkiem na Ziemi, który współtworzy środowisko w którym żyje. To ciekawe, bo to środowisko, które sami kreujemy, ma ogromny wpływ na kolejne pokolenia. Choć na Ziemi żyją tysiące, dziesiątki tysięcy gatunków zwierząt i roślin, tylko człowiek ma umiejętności, choć chyba powinienem napisać możliwości, by ziemię w tak ogromnym stopniu przekształcać. Jesteśmy niezwykłym gatunkiem, który żyje na niezwykłej planecie.

CopernicSystem

Rysunek Układu Słonecznego jaki pojawił się w dziele De revolutionibus orbium coelestium.

Przez setki lat, odpowiedź na tytułowe pytanie nie budziła żadnych wątpliwości. Ziemia była w centrum wszystkiego i centrum wszystkiego. Obiekty niebieskie (ze Słońcem i Księżycem włącznie) krążyły wokół naszej planety, a sama Ziemia była rusztowaniem o które opierała się cała reszta. Ten obraz runął około połowy XVI wieku. W 1543 roku w Norymberdze ukazało się dzieło kanonika Mikołaja Kopernika – astronoma, matematyka, ale także prawnika, lekarza i tłumacza. W De revolutionibus orbium coelestium – o obrotach sfer niebieskich – Kopernik obalił geocentryczną wizję świata i całkiem sprawnie (choć ze sporymi błędami) przedstawił system heliocentryczny. Ziemia przestała być w centrum. Jej miejsce zajęło Słońce. Oczywiście nikt wtedy nie myślał nawet o galaktykach, gwiazdach supernowych czy czarnych dziurach.

Dla Kopernika sytuacja była w zasadzie dosyć prosta. Słońce w centrum, a wszystko inne krążące wokoło. Mechanizm wszechświata wyglądał podobnie z tą tylko różnicą, że w samym jego centrum znajdowała się nie jak u starożytnych Ziemia, ale nasza dzienna gwiazda. Kilkadziesiąt lat po Koperniku, na początku XVII wieku obserwacje tego co znajduje się poza naszym układem planetarnym rozpoczął Galileusz. Pierwszą osobą, która przedstawiła koncepcję budowy galaktyki był urodzony w Królewcu filozof i matematyk, Immanuel Kant. Była połowa XVIII wieku i nikt poważny nie uznawał już Ziemi za geometryczne centrum wszechświata. Inaczej było jednak ze Słońcem. Wiedziano już o tym, że gwiazd w naszej galaktyce jest bardzo wiele. Wiedziano nawet że krążą one wokół jednego punktu. Bardzo długo uznawano jednak, że tym centralnym punktem jest właśnie Słońce i nasz układ planetarny.

BN-IB371_0424hu_J_20150423201321

Edwin Hubble z negatywem jednej z zaobserwowanych przez siebie galaktyk. źródło: www.wsj.com

Choć w XIX wieku Ziemia od wielu setek lat nie była już traktowana jako geometryczne centrum wszechświata, była jedyną znaną planetą co do której istniała pewność, że jest kolebką życia. Była też częścią jedynego znanego układu planetarnego. Poza Układem Słonecznym nie obserwowano żadnych planet. Ziemia nie leżała w centrum, ale była symbolicznym centrum. Na przełomie XVIII i XIX wieku najpierw Charles Messier, a później William Herschel skatalogowali setki i tysiące mgławic, które później, dzięki pracy amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a (lata 20te XX wieku) okazały się odległymi galaktykami. Odkrywano wiele, zaglądano coraz głębiej i dalej, ale jedno nie ulegało zmianie. W całym ogromnym wszechświecie, wszechświecie w którym istnieją miliardy galaktyk a każda jest domem dla setek miliardów gwiazd do 1990 roku istniało tylko dziewięć planet. Niesamowita historia !

Sytuacja uległa zmianie dokładnie 9 stycznia 1992 roku. To wtedy ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Nature praca polskiego astronoma Aleksandra Wolszczana. Opisywała ona dokonane dwa lata wcześniej odkrycie trzech pierwszych planet poza Układem Słonecznym. Krążyły wokół pulsara PSR B1257+12, niecały 1000 lat świetlnych od Ziemi. Dzisiaj, 23 lat po tym odkryciu znanych jest prawie 2000 planet poza Układem Słonecznym, a planety pozasłoneczne, tzw. egzoplanety są odkrywane wręcz hurtowo.

The artist's illustration featured in the main part of this graphic depicts a star and its planet, WASP-18b, a giant exoplanet that orbits very close to it. A new study using Chandra data has shown that WASP-18b is making the star that it orbits act much older than it actually is.  The lower inset box reveals that no X-rays were detected during a long Chandra observation.  This is surprising given the age of the star, suggesting the planet is weakening the star's magnetic field through tidal forces.

To nie zdjęcie, tytlko artystyczna wizja ogromnej planety WASP-18b, która krąży bardzo blisko powierzchni swojej gwiazdy.

Planet jest sporo, ale czy one są takie jak Ziemia ? Nie! Po pierwsze przeważająca większość z nich jest dużo większa od Ziemi. To gazowe giganty takie jak „nasz” Jowisz i Saturn. Dużych planet odkrywamy tak dużo, bo znacznie łatwiej je wykryć. Ziemia różni się od innych jednak tym, że tutaj jest życie, a „tam” – niewiadomo. Co do tego, że proste bakteryjne życie istnieje w przestrzeni kosmicznej, praktycznie możemy mieć pewność, ale z życiem inteligentnym nie jest wcale tak prosto. Jest w tym pewien paradoks. Czym więcej wiem o życiu, tym chętniej przyznajemy, że to proste, jednokomórkowe jest wszechobecne i wszędobylskie. Proste formy mają niesamowitą zdolność do adaptowania się i do zasiedlania miejsc, które – jeszcze do niedawna byliśmy tego pewni – absolutnie nie nadają się do życia. Z życiem złożonym, nie mówiąc już o jego inteligentnej wersji, jest dokładnie na odwrót. Czym więcej wiemy, tym dłuższa staje się lista czynników, warunków, które muszą zostać spełnione, by życie jednokomórkowe wyewoluowało do wersji złożonej. Dzisiaj ta lista ma już kilkaset pozycji, wśród nich takie jak odpowiednia wielkość planety, odpowiednia odległość od gwiazdy i odpowiedni skład atmosfery. Te wspomniane warunki są w sumie logiczne. Ale dalej na tej liście jest pole magnetyczne i gorące jądro planety, siły pływowe, a więc tektonika płyt. Bardzo ważna jest aktywność wulkaniczna oraz wyładowania atmosferyczne.

Kiedyś powszechnie uważano, że Ziemia w skali kosmicznej jest ewenementem. Potem takie myślenie zarzucono. Gdybym napisał, że dzisiaj wraca się do tego, chyba bym przesadził. Ale faktycznie, coraz częściej zdajemy sobie sprawę z tego, że inteligentne istotny w kosmosie mogą być wielką rzadkością. I to pomimo tego, że planet we wszechświecie jest niepoliczalnie dużo. Czyżby więc Ziemia z ludźmi „na pokładzie” była egzemplarzem niepowtarzalnym? Na razie jest. Wiele, bardzo wiele wskazuje na to, że tak pozostanie jeszcze przez dość długi czas. A może nawet na zawsze.

2 komentarze do Jesteśmy w centrum?

Wszechświaty równoległe?

Pracujący w Kalifornii astrofizyk, analizując mapę mikrofalowego promieniowania tła zauważył na niej dziwne struktury. Naukowiec uważa, że to światło które pochodzi z wszechświatów równoległych.

Pracujący w Kalifornii astrofizyk, Ranga-Ram Chary, analizując mapę mikrofalowego promieniowania tła zauważył na niej dziwne struktury. Tam gdzie na mapie miało być ciemno, pojawiały się jasne plamy. Naukowiec uważa, że najbardziej prawdopodobnym wytłumaczeniem jest to, że światło które widzi pochodzi z wszechświatów równoległych.

Czy to możliwe? Tak. Żadna teoria nie zabrania istnienia wszechświatów równoległych do naszego. Nie zabrania także istnienia wszechświatów starszych od tego w którym my żyjemy. Tyle tylko, że to nie jest żaden dowód za tym, że takie światy rzeczywiście istnieją.

Czym jest mikrofalowe promieniowanie tła, zwane inaczej promieniowaniem reliktowym? To echo Wielkiego Wybuchu. Brzmi abstrakcyjnie. Około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, a więc w bardzo BARDZO wczesnej fazie rozwoju naszego wszechświata, temperatura materii obniżyła się do około 3000 Kelwinów a to spowodowało, że zupa materii i energii (a tym właśnie był wczesny wszechświat) zaczęła się rozdzielać. Fotony oddzieliły się od materii, a ta zaczęła się skupiać w pragalaktyki. Od tego czasu te pierwotne fotony przemierzają wszechświat we wszystkich kierunkach, a my dzięki temu jesteśmy w stanie zobaczyć, jak ten wczesny wszechświat wyglądał. Na mapie mikrofalowego promieniowania tła widać bowiem mniejsze i większe skupiska materii. To są miejsca w których zaczęły powstawać galaktyki i ich gromady. Promieniowania reliktowego jest bardzo mało (w każdym centymetrze sześciennym świata jest około 300 tworzących go fotonów), ale za to jest ono wszędzie. Otacza nas ze wszystkich stron. W skrócie mówiąc to promieniowanie to nic innego jak resztki światła, które emitował rozgrzany i potwornie ściśnięty młody wszechświat. Tak jak żarzące się włókno żarówki czy rozgrzany do czerwoności rozpalony w ogniu metalowy pręt. Poświata Wielkiego Wybuchu wydostała się z gorącej zupy materii dopiero, gdy zaczął się z niej formować przezroczysty gaz atomów. Szacuje się, że było to ok. 380 tyś lat po Wielkim Wybuchu.

A wracając do wszechświatów równoległych. Ich istnienia nie możemy wykluczyć, ani potwierdzić. Przynajmniej na razie. Tajemnicze plamy o których wspomniałem wcześniej nie są żadnym dowodem. W najlepszym wypadku będą argumentem za tym, by jeszcze raz, jeszcze dokładniej przeanalizować wyniki badań, które przeprowadza się nieustannie od kilkudziesięciu lat. Zdaniem naukowca, który zauważył tajemnicze plamy, są to ślady materii, która pochodzi z innego świata, na dodatek takiego w którym mają obowiązywać inne niż u nas prawa fizyki. To ostatnie stwierdzenie jest – delikatnie mówiąc – słabo udokumentowane. Badacza poniosła chyba fantazja. Dobrze jest pamiętać, że w XXI wieku nie jesteśmy w stanie powiedzieć z czego zbudowane jest ponad 90 proc. Naszego własnego wszechświata. Ciemna energia i ciemna materia to ogromne znaki zapytania dla kosmologów. Zanim więc zaczniemy dowodzić istnienia innych wszechświatów, będzie trzeba rozwikłać zagadkę tego w którym my żyjemy.

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

3 komentarze do Wszechświaty równoległe?

Type on the field below and hit Enter/Return to search