Zenon E. Roskal
Odkrycie promieniowania neutralnego wodoru w per-
spektywie kosmofilozofii
1. Wstęp
Historia teoretycznego odkrycia linii wodoru o długości 21 cm (1420
MHz) oraz jego doświadczalnego potwierdzenia jest bardzo interesująca
z filozoficznego punktu widzenia, ale zarazem tylko w niewielkim stop-
niu jest opracowana. Dodatkowym argumentem jest także i to, że w bie-
żącym roku konfiguracja ciał niebieskich (Słońca i Księżyca) jest bardzo
podobna do tej jaka była w momencie dokonywania odkrycia1. Tech-
niczno-technologiczne uwarunkowania metod detekcji promieniowania
neutralnego wodoru oraz wykorzystanie tego promieniowania we
współczesnej kosmologii do poznania struktury i dynamiki naszej ga-
laktyki, ale także wielkoskalowej struktury wszechświata, supermasyw-
nych czarnych dziury oraz procesów tworzenia protogalaktyk to zagad-
nienia, które mogłyby być opracowane nie tylko z punktu widzenia ko-
smologii i filozofii nauki (kosmologii), ale także z perspektywy poznaw-
czej kosmofilozofii (filozofii przyrody nieożywionej). Większe znaczenie
dla kosmofilozofii ma jednak wykorzystanie tego odkrycia w programie
poszukiwania pozaziemskiej inteligencji. Dlatego skupimy siÄ™ na tym
aspekcie odkrycia promieniowania neutralnego wodoru.
Kosmofilozofię można rozumieć jako uwspółcześnioną wersję filozofii
przyrody nieożywionej (kosmologii filozoficznej) rozwijanej w ramach
_____________
1
Często powodem podejmowania przez historyków nauki danej problematyki są
rocznice (najlepiej wyrażające się w pełnych dziesiątkach lat) wydarzeń z nią związa-
nych. W kalendarzu słonecznym oznacza to, że uwzględnia się tylko pozycję Słońca
zupełnie natomiast pomija się pozycję Księżyca. Niektóre odkrycia dokonane jednak
zostały przy charakterystycznej konfiguracji obu tych niebieskich ciał. Do takich odkryć
należy też doświadczalne potwierdzenie istnienia promieniowania neutralnego wodoru.
Odkrycia tego dokonano w nocy z soboty na niedzielÄ™ wielkanocna 25 marca 1951 r. Taka
konfiguracja Słońca i Księżyca prawie dokładnie przypada w tym roku [2008  przyp.
red.], gdyż niedziela wielkanocna przypada na 23 marca. Jest to okoliczność, która może
rozszerzać argumentację uzasadniającą aktualność problematyki odkrycia promieniowa-
nia neutralnego wodoru. Okrągła rocznica (50-ta, pół wieku) przypada natomiast w
przyszłym roku w związku z publikacja artykułu Cocconiego i Morrisona na temat moż-
liwości nawiązania kontaktu z cywilizacjami pozaziemskimi. Por. przypis nr 23.
różnych szkół i nurtów filozoficznych, ale także jako kontynuację tej tra-
dycji filozoficznej, w której człowiek jest ujmowany jako twórca prze-
kształcający odziedziczony A
ad świata w kosmos swojego Rozumu. W
ramach tej tradycji postuluje siÄ™ stworzenie nowego gatunku  homo ga-
lacticus, który będzie posiadał najlepsze cechy ujawnione w historii ro-
dzaju ludzkiego i zarazem przerastał go wiedzą i moralnością. W tym
celu  zdaniem kosmofilozofów  nieodzowna jest nie tylko współpraca
realizująca globalne cele, ale także próba nawiązania kontaktu z cywili-
zacjami pozaziemskimi. Zadanie to stało się możliwe do zrealizowania
stosunkowo póz
no, wówczas gdy cywilizacja ziemska uzyskała tech-
niczne możliwości detekcji i emisji fal radiowych. Aczkolwiek pierwsze
próby tego rodzaju sięgają końca XIX wieku, to jednak dopiero po II
wojnie światowej poziom wiedzy technicznej okazał się na tyle zaawan-
sowany, że detekcja sygnałów od cywilizacji pozaziemskich stała się re-
alna. Centralną rolę w tym procesie odegrało odkrycie promieniowania
neutralnego wodoru, którego ,,magiczna częstotliwość  została wyko-
rzystana do nasłuchu sygnałów pochodzących od pozaziemskich cywili-
zacji.
PowiÄ…zanie odkrycia promieniowania neutralnego wodoru z poszu-
kiwaniem cywilizacji pozaziemskich jest powszechnie znane wśród ra-
dioastronomów, ale wiedza ta nie jest reflektowana przez (ko-
smo)filozofów. Wykorzystanie własności promieniowania neutralnego
wodoru, które jest w samym środku tzw. dziury wodnej2 w programach
_____________
2
Pojęcie dziury wodnej zostało wprowadzone w związku z tłumieniem przez ziem-
ską atmosferę pewnych częstotliwości sygnałów radiowych. Okazuje się, że istnieje za-
kres częstotliwości między liniami neutralnego wodoru (1,42 GHz) i rodnika wodorotle-
nowego OH (1,64 GHz), w którym tłumienie to jest stosunkowo niewielkie. Por. M.
Subotowicz, W poszukiwaniu życia rozumnego we wszechświecie. Zagadnienia wybrane, Lu-
blin: Wydawnictwo UMCS 1995, s. 167 168. Pojęcie to wyposażane jest także w metafo-
ryczną interpretację, zgodnie z którą ten zakres częstotliwości jest analogiczny do zbior-
nika wodnego, wokół którego gromadzą się (i komunikują się między sobą) zwierzęta.
Podobnie cywilizacje pozaziemskie powinny wykorzystywać ten zakres częstotliwość do
wzajemnej komunikacji. W tym miejscu warto uczynić dygresję na temat tej metafory,
która  według jednego z wczesnych pomysłów F. Drake a  przybrała formę zdjęcia
zatytułowanego ,,kałuża  i przedstawiającego różne gatunki zwierząt u wodopoju. Zdję-
cie to (nr 59) zostało wysłane w kosmos razem z innymi obrazami Ziemi zabranymi na
pokładzie Voyagera 1 i Voyagera 2. Por. C. Sagan (red.), Marmurs of Earth. The Voyager
Interstellar Record (tłum. pol. J. Bieroń, Szepty Ziemi. Międzygwiezdna wiadomość Voyagerów,
Poznań, Zysk i S-ka 2003, s.110; por. także szczegółowe informacje na temat ,,okna wod-
nego  w pracy J. S. Szkłowski, Wszechświat, życie, myśl (tłum. pol. Z. Jethon), Warszawa,
PWN 1965, s. 292 295, który częstotliwość 1420 MHz nazywa ,,częstotliwością podsta-
wowÄ…  .
2
CETI-SETI3 wpisuje odkrycie nadsubtelnego promieniowania neutralne-
go wodoru pośrednio także i w kontekst kosmofilozofii. Interpretacje tej
tezy oraz wstępna charakterystyka kosmofilozofii to główne cele tego
artykułu.
Inne zastosowania promieniowania neutralnego wodoru zostanÄ… tyl-
ko zaledwie wspomniane, gdyż zarówno ich liczba, jak i znaczenie dla
stanu współczesnej wiedzy o kosmosie jest tak duże, że byłoby nieporo-
zumieniem ich analizowanie w tak ograniczonej formie wypowiedzi.
2. Historyczno-teoretyczny kontekst teoretycznego odkrycia pro-
mieniowania neutralnego wodoru
W okresie okupacji na uniwersytecie w Lejdzie nie było możliwości
prowadzenia obserwacji astronomicznych. Dyrektorem obserwatorium
był wówczas Jan H. Oort (1900 1992), który starając się rozwiązać ten
problem organizował w miejsce obserwacji dyskusje. W małych grup-
kach studentów dyskutowano wówczas m.in. teoretyczne aspekty bada-
nia kosmosu wykorzystujÄ…ce metody detekcji promieniowania elektro-
magnetycznego w zakresie fal radiowych.
Zastosowanie spektroskopu w astronomii przyczyniło się do głębokiej
przebudowy astronomii w drugiej połowie XIX wieku4. Jednakże  zda-
niem Oorta  detektory promieniowania radiowego nie mogą się równać
ze spektroskopem optycznym5. Oort był głęboko przekonany, że przy
_____________
3
Początkowo funkcjonował akronim CETI (Communication with ExtraTerrestial In-
teligence), póz
niej  jako bardziej adekwatny  wprowadzono akronim SETI (Search for
Extraterrestial Inteligence). Współcześnie są realizowane zbliżone programy o różnych
nazwach m.in. programy SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio from Nearby
Developed Populations) i META II (Million-channel Extra-Terrestrial Assay), COSETI
(Columbus Optical SETI). Por. F. Drake, D. Sobel, Czy jest tam kto? Nauka w poszukiwaniu
cywilizacji pozaziemskich, Warszawa, ,,Prószyński i S-ka  1996, s. 308 312; Z. Dworak, Z.
Paprotny, Z. Sołtys, Milczenie wszechświata, Warszawa, WP 1997, s. 120 193, gdzie szcze-
gółowo programy te są charakteryzowane.
4
Nowe metody badania kosmosu wypracowane przez spektroskopiÄ™ wykorzystujÄ…cÄ…
zjawisko Dopplera pozwoliły nie tylko na uzyskanie informacji na temat składu che-
micznego gwiazd oraz zjonizowanych obłoków gazu, ale także na temat ich ruchów. Nie
można było jednak przy pomocy tych metod uzyskać informacji na temat innych skład-
ników przestrzeni kosmicznej.
5
W owym czasie radioastronomia praktycznie nie istniała, aczkolwiek już w końcu
XIX wieku Thomas Alva Edison (1847 1931) i Oliver Lodge (1826 1884) próbowali wy-
kryć fale radiowe pochodzące ze Słońca. Przypadkowego odkrycia fal radiowych pocho-
dzących z kosmosu, jednakże nie ze Słońca, ale z Drogi Mlecznej dokonał w 1932 r. ame-
3
pomocy metod detekcji promieniowania radiowego nie można zmierzyć
ani odległości ani prędkości, ani wreszcie temperatury obserwowanych
obiektów6. W toku dyskusji zrodził się problem, który do rozwiązania
otrzymał jeden ze studentów Oorta  Van de Hulst. Problem został sfor-
mułowany w następujący sposób: czy można oczekiwać, że w zakresie
promieniowania radiowego docierają do nas sygnały od jakiegoś znane-
go składnika przestrzeni międzygwiezdnej? Jak wiadomo promieniowa-
nie radiowe charakteryzuje się tym, że jego kwanty mają bardzo małą
energię w porównaniu z kwantami promieniowania elektromagnetycz-
nego w tzw. oknie optycznym. Problem sprowadzał się zatem do tego
czy w zimnych przestrzeniach międzygwiazdowych może istnieć atom
lub cząsteczka, która ma poziomy energetyczne różniące się od siebie o
energię rzędu 10-11 erga. Hendrik C. Van de Hulst teoretycznie wykazał,
że niezjonizowany atom wodoru (H I) posiada dwa poziomy energe-
tyczne o takiej różnicy energii.
W swoich rozważaniach Van de Hulst przede wszystkim zwrócił
uwagę na to, że najniższy poziom ( 13,6 eV) jest rozczepiony dodatkowo
na dwa ze względu na sprzężenie magnetyczne pomiędzy protonem i
elektronem. Energia stanu podstawowego wodoru, określona przez od-
działywanie czysto elektrostatyczne różnicuje się o wielkość 6 x 10-6 eV.
Powiększa się dla spinów zorientowanych równolegle i pomniejsza dla
spinów zorientowanych antyrównolegle. Przy zmianie orientacji spinu
elektronu emitowany jest foton o energii 6 x 10-6 eV, któremu odpowiada
długości fali 21 cm, czyli w środku tzw. okna radiowego. Aczkolwiek
tego typu przejście jest wzbronione przez mechanikę kwantową, to jed-
nak dla danego atomu może ono zachodzić spontanicznie raz na 10 mi-
lion lat. Van de Hulst przyjął, że prawdopodobieństwo takiego przejścia
_____________
rykański inżynier-radiotechnik Karl Jansky (1905 1950). Jednakże astronomowie nie byli
zainteresowani tym odkryciami, gdyż nie dostarczały one nowych informacji. Subrama-
niam Chandrasekar (1910 1983), który był w latach 30-tych redaktorem czasopisma
Astrophysical Journal po otrzymaniu artykułu Janskiego na temat odkrycia promienio-
wania radiowego Drogi Mlecznej myślał, że jest to żart.
6
Prowadzone w latach 30-tych XX-wieku badania absorpcji światła w przestrzeni ko-
smicznej wykazały, że jest ona praktycznie pusta, zawierając niezwykle rzadko wystę-
pujące cząsteczki gazu i pyłu. Jednakże już w roku 1937 udało się (Otto Struve /1897-
1963/, Christian T. Elvey /1899-1970/) potwierdzić istnienie w przestrzeni między-
gwiezdnej obszarów zjonizowanego wodoru. Dwa lata póz
niej duński astrofizyk Bengt
Strömgren (1908 1987) wykazaÅ‚, że przestrzeÅ„ miÄ™dzygwiazdowa rozpada siÄ™ na wyraz
-
nie na dwa rozgraniczone obszary wokół gwiazd: wodoru neutralnego (obszary H I) i
wodoru zjonizowanego (obszary H II), tzw. sfery Strömgrena.
4
mogłoby być znacznie większe gdyby uwzględnić zderzenia pomiędzy
atomami. Szacunkowe obliczenia prowadziły do wyniku, zgodnie z któ-
rym jeden cm3 wodoru emituje jeden foton o energii 6 x 10-6 eV (21 cm)
raz na kilkaset lat. Przy uwzględnieniu objętości obłoków wodoru mię-
dzygwiezdnego Van Hulst mógł przyjąć, że takie promieniowanie po-
winno dać się zaobserwować. Według jego obliczeń7 linia wodoru po-
winna mieć długość 21,16 cm, co odpowiada częstości 1417,777 MHz.
Hendrik C. Van de Hulst zdało sobie sprawę z tego, że obserwacja tej
linii może dać informację o prędkościach obłoków wodorowych w prze-
strzeni międzygwiezdnej, a także z pomiarów natężenia tej linii wnio-
skować o ilości wodoru. Jeszcze w czasie wojny  w 1944 roku  odbyło
się seminarium poświęcone pionierskim pracom Grote a Rebera nad
mapÄ… radiowÄ… Galaktyki8. W czasie tego seminarium Van de Hulst za-
prezentował swoje wyniki. W konkluzji stwierdził, że można będzie za-
obserwować słaby sygnał radiowy, który jest emitowany przez główny
składnik materii międzygwiazdowej jakim jest neutralny (niezjonizowa-
ny) wodór. Bezpośrednio po wojnie wyniki Van de Hulsta zostały opu-
blikowane a autor przystąpił do prób doświadczalnego potwierdzenia
_____________
7
W badania laboratoryjnych wykonanych po II wojnie światowej na uniwersytecie
Columbia wykorzystano do wyznaczenia częstotliwości promieniowania nadsubtelnego
neutralnego wodoru elementy aparatury wykorzystywanej w technice radarowej. Roz-
wiązania technologiczne wówczas uzyskane pozwoliły zmierzyć tę częstotliwość Pierw-
sze wyniki (1421, 3 ą 0, 2 MHz) uzyskali J. E. Nafe, E. B. Nelson i I. I. Rabi już 1947 r. (The
Hyperfine Structure of Atomic Hydrogen and Deuterium, ,,Physical Review  71 (1947): 914).
Kolejne pomiary wykonane trzy lata póz
niej (A. G. Prodell, P. Kusch, On the Hyperfine
Structure of Hydrogen and Deuterium, ,,Physical Review  79 (1950): 1009 1010) dały po-
prawiony wynik (1 420, 4051 ą 0, 0003 MHz), ale przede wszystkim większą o kilka rzę-
dów wielkości precyzję pomiaru, co świadczy o bardzo szybkim postępie w zakresie
radiometrii na przełomie lat czterdziestych i pięćdziesiątych. Bardziej dokładne pomiary
A. G. Prodella i P. Kuscha były cytowane w artykule H. Ewena i E. Purcella, w którym
donosili o odkryciu promieniowania neutralnego wodoru. Badania te w poważnym
stopniu ułatwiły detekcję promieniowania neutralnego wodoru, gdyż  jak zauważył
Ewen  nie można było przegapić linii o tak precyzyjnie określonej długości w szerokim
zakresie odbieranych częstotliwości.
8
Grote Reber (1911 2002) przez pewien czas był jedynym radioastronomem. W 1937
zbudował samodzielnie paraboliczny radioteleskop (o średnicy 9,4 m), przy pomocy
którego zaobserwował kilka niezależnych z
ródeł promieniowania radiowego (znanych
dzisiaj pod nazwami Cassiopeia A, Cygnus A i Sagitarius A). G. Reber, Cosmic static,
,,Astrophysical Journal  91 (1940): 621 624. Aczkolwiek Holandia w tym czasie była
odcięta od amerykańskich czasopism, to jednak ten numer (z artykułem Rebera) dotarł J.
Oorta, który przekazał go Van de Hulstowi.
5
swojego odkrycia9. W 1946 r. otrzymał posadę w Obserwatorium Yerke-
sa w Wisconsin. W Ameryce próbował zjednać dla tego pomysłu pionie-
ra radioastronomii  Grote a Robera, ale ten nie podzielał zainteresowań
Van de Hulsta. Tymczasem entuzjastÄ… wykorzystania techniki radiotele-
skopowej okazał się J. Oort, który był gorącym zwolennikiem badania
monochromatycznych linii widmowych w paśmie radiowym wierząc, że
przyniosą one wyniki porównywalne z badaniem tego typu linii w wid-
mie optycznym. Wykorzystano nawet do tego celu stary radar typu
Würzburg dysponujÄ…cy ruchomÄ… parabolicznÄ… antenÄ…10 pozostawiony
przez niemieckie wojska oraz pierwszÄ… powojennÄ… holenderskÄ… dotacjÄ™
na rozwój astronomii, dodatkowo korzystano z pomocy radiostacji w
Kootwijk, ale posuwano siÄ™ na tej drodze bardzo powoli. Zdecydowanie
szybciej problem udało się rozwiązać za oceanem, gdzie współpraca Eda
Purcella11 (odkrywcy rezonansu magnetycznego) i jego doktoranta Ha-
rolda Ewena wkrótce przyniosła rozwiązanie problemu.
3. Kontekst technologiczno-techniczny odkrycia linii 1420 MHz
Doświadczalne potwierdzenie12 istnienia nadsubtelnego promienio-
wania wodoru stało się udziałem uczonych, którzy niewiele mieli
wspólnego z astronomią. ,,Ed Purcell myślał o jądrach atomowych, na-
tomiast na niebie nie rozróżniał nawet gwiazdozbiorów. Znał podsta-
wowe fakty z radioastronomii, którą stworzyli inni specjaliści od radaru
_____________
9
H. C. Van de Hulst, Radiogolven uit het Wereldruim. II. Herkomst der Radiogolven,
,,Nederlansee Tijdschrift voor Natuurkunde  11 (1945): 210-221.
10
Główne parametry były następujące: średnicy anteny 7,5 m i ogniskowej 1,7 m, sze-
rokość wiązki 20 48'. A. Muller, J. H. Oort, The Interstellar Hydrogen Line at 1420 Mc./sec,
and an Estimate of Galactic Rotation, ,,Nature  , 168 (1951): 357.
11
Edward Mills Purcell (1912 1977) studiował na Uniwersytecie Purdue (Indiana)
oraz w Technische Hochschule w Karlsruhe. Doktorat uzyskał w 1938 na Uniwersytecie
Harvarda. E. Purcell i F. Bloch w 1952 roku uzyskali NagrodÄ™ Nobla z fizyki. ,,Za rozwi-
nięcie metody precyzyjnych pomiarów rezonansu magnetycznego i dokonane w związku
z tym odkrycia  . Jednakże Purcell bardzo często wyrażał pogląd, że wykrycie promie-
niowania neutralnego wodoru ma większe znaczenie dla astronomii niż odkrycie rezo-
nansu magnetycznego dla fizyki. Por. B. Bleaney, Edward Mills Purcell. 30 August 1912 7
March 1997, ,,Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society  45 (1999): 438 447,
gdzie można znalez
ć m.in. szczegółową biografię E. Purcella oraz bibliografię jego prac
naukowych.
12
Podstawowe dane podaje K. D. Stephan, How Ewen and Purcell discovered the 21-cm
interstellar hydrogenline, ,,Antennas and Propagation Magazine, IEEE  , 41/1 (1999): 7 17.
6
z czasów wojny, tacy jak Taffy Bowen, Bernard Lovell i Martin Ryle, i
wiedział, że spowodowała rewolucję w astronomii, ale to było wszystko.
[& ] Można powiedzieć, że jest fizykiem, inżynierem, nawet chemikiem,
gdyż jego badania w pewnym sensie stanowiły rozwinięcie liczącej sto
lat spektroskopii, ale na pewno nie był astronomem  13. Jego doktorant 
Harold Ewen, absolwent Amherst College, jako najmłodszy wykładowca
w historii tej uczelni prowadził wykłady z matematyki, fizyki i astrono-
mii, a także wykłady z mechaniki niebieskiej dla kadetów z West Point,
ale po wojnie zamierzał zostać prawnikiem (zapisał się do Harvardzkiej
Szkoły Zarządzania).
Przy ówczesnym poziomie technicznych możliwości detekcji fal
radiowych centymetrowej długości (mikrofale) wykrycie takie sy-
gnału było możliwe, ale problemem była bardzo mała jego moc. We-
dług Purcella ,,Ilość wodoru [we Wszechświecie] i jego temperatura
jest tego rzędu, że całkowita moc promieniowania padającego na
Ziemię, promieniowania o tej szczególnej częstości, wynosi zaledwie
jeden wat  14. Tak mała moc sygnału sprawiała, że wykrycie linii
widmowej wydawało się bardzo mało prawdopodobne. Mała moc
sygnału nie wyczerpywała wszystkich problemów związanych z jego
detekcją. Ówczesna wiedza nie pozwalała rozstrzygnąć kwestii: czy
sygnał ma postać linii emisyjnej, czy może też linii absorpcyjnej?
Trudno było określić także szerokość linii, ale najbardziej niepokojąca
był możliwość, że sygnał jest sprzężony z szumem kosmicznym w
taki sposób, że nie można będzie go wyróżnić z tła15. W taki przy-
padku byłby on praktycznie niewykrywalny16. Wszystkie te okolicz-
ności sprawiały, że ogromne naukowe znaczenie problemu (m.in.
_____________
13
R. Buderi, Radar, s. 308.
14
Cyt. Za R. Buderi, Radar, s. 311. W praktyce potrzeba było dokonać detekcji sygnału
rzędu 0,5 x 10-15 [W/m2]. Dla porównania powiemy, że ucho ludzkie jest w stanie odbie-
rać sygnały (próg słyszalności, przy częstotliwości 1 KHz) rzędu 10-12 [W/m2]. Współcze-
śnie w ramach programu SETI odbierane są sygnały rzędu 10-27 [W/m2].
15
Jak żartobliwie zauważył H. Ewen: ,,Tak mało wiedziano na ten temat, że mogli
mnie nawet przepędzić z miasta, gdyby dowiedzieli się, że nad tym pracuję  . Cyt. za R.
Buderi, Radar, s. 309.
16
Jednakże rosyjski astrofizyk J. S. Szkłowski (Monochromatic radiation from the ga-
laxy and the possibility of its observation, ,,Astronomicheskii Zhurnal  , 26 (1949): 10),
oceniał, że znalezienie linii promieniowania będzie łatwe. H. Ewen znał pracę
Szkłowskiego, którą na angielski przetłumaczyła żona Purcella  Beth. Ewen żarto-
bliwie skomentował artykuł Szkłowskiego mówiąc, że według rosyjskiego astrofizy-
ka wykrycie promieniowania neutralnego wodoru było tak łatwe, że wystarczyło
,,polizać palec, podnieść do góry i wykryć wodór  . Cyt. za R. Buderi, Radar, s. 311.
7
możliwość badania struktury i dynamiki Drogi Mlecznej przy pomo-
cy analizy promieniowania neutralnego wodoru) równoważyło nikłe
szanse wykrycia linii 21 cm. Pomimo potencjalnie ogromnego zna-
czenia naukowego przedsięwzięcia było ono realizowane przy po-
mocy niewielkich funduszy. Purcell uzyskał 500 dolarów z Funduszu
Rumforda (większość tej kwoty poszła na konstrukcję anteny), który
finansował projekty aparatury badawczej służącej do bardzo czułych
pomiarów wielkości termodynamicznych (poszukiwanie linii 21 cm
zostało przedstawione przez Purcella jako pomiar temperatury prze-
strzeni kosmicznej). Generatory sygnałów i aparatura elektroniczna
były natomiast nieodpłatnie wypożyczana przez Laboratorium Fizyki
JÄ…drowej Uniwersytetu Harvarda.
Pierwsze wyniki uzyskał Ewen w nocy z 23 na 24 marca (Wielki Pią-
tek) 1951 r. Potwierdzenie tych wyników udało się uzyskać także na-
stępnej nocy, ale ostrożność Purcella była tak duża, że przed ogłosze-
niem odkrycia chciał uzyskać potwierdzenie w niezależnych ośrodkach.
W Lejdzie, gdzie wcześnie prowadzono poszukiwania linii 21 cm neu-
tralnego wodoru, ale poczÄ…tkowo napotkano na liczne techniczne prze-
szkody, których kulminacją był pożar, który zniszczył podstawowe czę-
ści aparatury badawczej17 po uzyskaniu informacji na temat sukcesu H.
Ewena, w krótkim czasie sześciu tygodni (11 maja) odkrycie potwier-
dzono18. W Australii pracujące niezależnie dwa zespoły badawcze pod
kierownictwem Christiansena i Hindmana  po informacji o odkryciu
wraz z podaniem szczegółów technicznych przedsięwzięcia oraz połą-
czeniu sił  już 12 lipca 1951 r. donosiły o detekcji linii neutralnego wo-
doru w naszej Galaktyce.
Odkrycie promieniowania neutralnego wodoru wybitnie poszerzyło
wiedzÄ™ o kosmosie, przede wszystkim o strukturze i dynamice Drogi
Mlecznej. Pierwsze wyniki badań rozmieszczenia wodoru w naszej ga-
laktyce pokazały, że jest on skupiony głównie w płaszczyz
nie Galaktyki
w cienkiej warstwie oddalonej o 1200 lat świetlnych od Ziemi, widocznej
_____________
17
Był to punkt zwrotny w badaniach. W. T. Sullivan, Discovery and First Observations
of the 21-cm Hydrogen Line, ,,Bulletin of the American Astronomical Society  , 37 (2005):
707 zauważa, że  paradoksalnie  pożar przyspieszył badania, gdyż w tych okoliczno-
ściach zatrudniono nowego inżyniera (Aleksandra C. Mullera), który okazał się kluczową
postacią dla tego przedsięwzięcia.
18
Publikacje na temat odkrycia ukazały się równocześnie w tym numerze czasopisma
,,Nature  . H. I. Ewen, E. M. Purcell, Observation of a Line in the Galactic Radio Spectrum,
,,Nature  , 168 (1951): 356-357; C. A. Muller, J. H. Oort, The Interstellar Hydrogen Line at 1420
Mc./sec, and an Estimate of Galactic Rotation, ,,Nature  , 168 (1951): 357-358.
8
w kierunku gwiazdozbiorów Orła, Tarczy Sobieskiego i Wężownika.
Połączone zespoły badawcze z Lejdy i Sydney zaczęły sporządzać mapę
neutralnego wodoru odpowiednio na północnej i południowej hemisfe-
rze. Mort Roberts był jednym z pierwszych astrofizyków, którzy rozpo-
znali wielkie znaczeniu obserwacji promieniowania neutralnego wodoru
w obłokach tego gazu znajdujących się poza naszą galaktyką. Już w 1962
roku pisał na temat wykorzystania tych obserwacji do analizy struktury i
dynamiki galaktyk spiralnych19.
W perspektywie teorii wielkiego wybuchu informacja jakie niesie
promieniowanie nadsubtelne wodoru (energia wzbudzenia neutralnego
wodoru jest znacznie niższa niż energia fotonów, które emituje wodór,
gdy elektrony przeskakują z wyższych orbit na niższe) powinno pocho-
dzić z bardzo wczesnych etapów ewolucji kosmosu, gdy nie istniały jesz-
cze gwiazdy (energia promieniowania tła oraz energia wyzwalana pod-
czas zderzeń atomów wystarczały do emisji nadsubtelnego promienio-
wania wodoru) i tym samym stanowić cenne z
ródło dla kosmologii
wczesnego wszechświata.
3. Aplikacje nadsubtelnego promieniowania wodoru w programie
badawczym CETI-SETI i ich znaczenie dla kosmofilozofii
We współczesnej literaturze przedmiotu termin kosmofilozofia jest za-
miennie używany z takimi terminami jak filozofia kosmizmu, filozofia ko-
smiczna lub kosmozofia20. Czasami używa się także terminu astrozofia. Naj-
częściej przez kosmofilozofię rozumie się filozofię, która wyrasta z dzie-
dzictwa intelektualnego WÅ‚odzimierza Wiernadskiego (1863 1945), ale
także P. Teilharda de Chardina (1881 1955), Konstantego Ciołkowskiego
(1857 1935), czy Carla Sagana (1934 1996). Tak różnorodne z
ródła po-
wodują, iż kosmofilozofia nie jest homogenicznym prądem ideowym.
Wręcz przeciwnie, różne komponenty prowadzą do radykalnie odmien-
nych jej wersji. Doktryny z zakresu średniowiecznej i renesansowej filo-
zofii przyrody akcentujące homologię pomiędzy makrokosmosem
(wszechświatem) i mikrokosmosem (człowiekiem) zmodyfikowane na
kanwie ewolucjonizmu zostały w ramach kosmofilozofii przekształcone
_____________
19
M. Roberts, The Neutral Hydrogen Content of Late-Type Spiral Galaxies, ,,Astrophysical
Journal  67 (1962): 437.
20
Takiej konwencji przestrzega J. Ciechanowicz (Filozofia kosmizmu. Konstanty Ciołkow-
ski czyli kosmos szczęśliwy, Rzeszów 1999, s. 23).
9
w koncepcję wstępującej ewolucji kosmosu i człowieka, który jako naj-
wyższy wytwór biosfery predestynowany jest do sterowania procesami
przyrodniczymi. Wyrazem tej koncepcji sÄ… kategorie noosfery21 i pneu-
matosfery rozumiane jako epoki, w których ludzkość dzięki rozwojowi
intelektualnemu i moralnemu osiÄ…ga nie tylko ostatecznÄ… wiedzÄ™ na te-
mat Wszechświata, ale także jednoczy się w wysiłkach zapewnienia
szczęśliwej przyszłości dla świata i człowieka. W ujęciu Wernadskiego,
który wprowadził pojęcie cefalizacji w celu konceptualizacji tego zjawi-
ska, ewolucja świata i człowieka ma charakter obiektywny i nieodwra-
calny prowadząc do głębokich więzów łączących człowieka i kosmos i
zapewniając mu ostateczną i pełną kontrolę wszystkich procesów przy-
rodniczych.
W projekcie struktury filozofii przyrody w ujęciu systemowym22
przedstawionym przez J. M. Dołęgę filozofia przyrody ma cztery działy,
które zostały przez autora projektu nazwane odpowiednio: 1) epistemo-
logia i metodologia filozofii przyrody, 2) kosmofilozofia, 3) biofilozofia i
4) ekofilozofia. Wśród zagadnień przewidzianych dla kosmofilozofii
zostały wymienione następujące ich grupy: 1) charakterystyka nauk fi-
zykalnych, 2) właściwości bytu materialnego, 3) teorie bytu materialne-
go, 4) determinizm, indeterminizm, przyczynowość, prawa przyrody, 5)
modele kosmologiczne. Z powyższej charakterystyki kosmofilozofii wy-
nika, że została ona potraktowana jako synonim filozofii przyrody nie-
ożywionej rozwijanej w ramach filozofii neotomistycznej, zwłaszcza w
tzw. neotomizmie lowańskim. Autor projektu nie podał szczegółowej
charakterystyki kosmofilozofii, ale można domniemywać, że problema-
tyka odkrycia naukowego co najwyżej mogłaby zostać uwzględniona w
pierwszej grupie zagadnień wchodzących w skład kosmofilozofii. Od-
krycie promieniowania neutralnego wodoru wpisuje siÄ™  jak sÄ…dzÄ™ 
także w piątą grupę zagadnień, gdyż niewątpliwie badania wykorzy-
_____________
21
Pojęcie noosfery wprowadzili w 1927 r. P. T. de Chardin i E. Leroy. W pierwotnym
zamyśle przez noosferę rozumiano geologiczną warstwę Ziemi wzbogaconą przez arte-
fakty. T. de Chardin wprowadził jednak do tego pojęcia czynniki z zakresu swojej wizji
kosmosu. W jego ujęciu noosfera to duchowa sfera powstała wraz z ewolucją człowieka i
zarazem miejsce narodzin superczłowieka (człowiek dzięki noosferze uczestniczy w
duchowym rozwoju kosmosu). Pierwotną koncepcję noosfery kontynuował natomiast W.
I. Wiernadski, który ujmował ją jako warstwę materialną (geologiczną), modyfikowaną w
wyniku działalności technicznej człowieka. Por. H. Korpikiewicz, Kosmoekologia z elemen-
tami etyki holistycznej. Hipoteza Gai-Uranosa, Poznań, Prodruk 2002, s. 244.
22
Por. J. M. Dołęga, Ekofilozofia jako filozofia przyrody zorientowana na potrzeby ochrony
przyrody, ,,Roczniki Filozoficzne  54 nr 1 (2006): 351 352.
10
stujące to promieniowanie w istotny sposób przyczyniły się do głębszego
poznania struktury i dynamiki naszej galaktyki, przede wszystkim jed-
nak wielkoskalowej struktury wszechświata.
Promieniowanie neutralnego wodoru o wiele lepiej wpisujÄ™ siÄ™ jednak
w ramy kosmofilozofii rozumianej jako prąd ideowy częściej określany
jako filozofia kosmizmu czy astrofilozofia. Szczególnie w ramach pro-
gramu SETI i jego kontynuacji w postaci programu META i BETA czÄ™-
stotliwość promieniowania neutralnego wodoru (1, 42 MHz) oraz jej
wielokrotności (2,84 MHz) jest wykorzystywana do prowadzenia nasłu-
chu sygnałów obcych cywilizacji.
Program badawczy poszukiwania cywilizacji pozaziemskich z wyko-
rzystaniem promieniowania neutralnego wodoru zaproponowali jako
pierwsi Giuseppe Cocconi (1914-) i Philip Morrison (1915-) w klasycz-
nym już artykule z 1959 roku23. W swoim artykule zauważyli, że aczkol-
wiek nie ma jeszcze wystarczajÄ…co wiarygodnych teorii pozwalajÄ…cych
oszacować prawdopodobieństwo uformowania się planet podobnych do
Ziemi oraz prawdopodobieństwo pojawienie się życia i jego ewolucji aż
do ukonstytuowania siÄ™ cywilizacji technicznej zdolnej do komunikacji z
innymi cywilizacjami, to jednak dostępność środków technicznych po-
zwalających ziemskiej cywilizacji na taką komunikację powinna być wy-
starczającym powodem do podjęcia poszukiwań. W tym miejscu pojawił
się problem częstotliwości nasłuchu. Autorzy artykułu problem ten sta-
rali się rozwiązać proponując częstotliwość zbliżoną do częstotliwości
promieniowania neutralnego wodoru, gdyż  jak twierdzili  znajomość
tej częstotliwości powinna być powszechna już we wczesnych okresach
cywilizacji technicznej. W dalszej kolejności zwracali uwagę na stosun-
kowe duży poziom szumów powyżej i poniżej tej częstotliwości. W
swoim artykule zaproponowali nasłuch gwiazd, które znajdują się w
odległości mniejszej niż 15 lat świetlnych i są podobne do Słońca. Uznali,
że m.in. nastÄ™pujÄ…ce gwiazdy: Ä-Ceti, ·-Eridani, Ä…-Centauri sÄ… dobrymi
kandydatami do tego by miały na swojej orbicie planety, na których mo-
gą rozwijać się cywilizacje techniczne. Autorzy artykułu odżegnywali się
od takich interpretacji, które wskazywały na spekulatywny charakter ich
rozważań. Uznali, że istnienie pozaziemskich cywilizacji technicznych
jest w zgodzie z ówczesnym stanem wiedzy, zaś poszukiwanie ich jest
na tyle cenne poznawczo, że usprawiedliwia poniesione koszty. Publika-
_____________
23
G. Cocconi, P. Morrison, Searching for Interstellar Communication, ,,Nature  184 n.
4690 (1959): 844 846.
11
cja tego artykułu stała się punktem zwrotnym w długiej tradycji speku-
latywnych rozważań na temat pozaziemskich cywilizacji, gdyż otwierała
drogę do realnej możliwości nawiązania z nimi kontaktu radiowego.
Pierwszym historycznie wykonanym programem nasłuchu cywilizacji
pozaziemskich był projekt OZMA. Autorem tego projektu był Frank
Drake (1930 ). Zainspirowany pracÄ… Cocconiego i Morrisona przy po-
parciu O. Struve, który ówcześnie zajmował eksponowaną pozycję w
astronomii światowej, a spoza tym był dyrektorem obserwatorium ra-
dioastronomicznego w Green Bank mógł przystąpić do realizacji pro-
jektu24. Drake jako obiekt obserwacji wybraÅ‚ gwiazdy ·-Eridani i Ä-Ceti
odległe od Słońca ok. 11 lat świetlnych. Nasłuch był prowadzony od 8
kwietnia 1960 r. przez kilka miesięcy przy pomocy radioteleskopu w
Green Bank o średnicy zwierciadła 27 m nie doprowadził jednakże do
odkrycia oczekiwanych sygnałów, ale na tyle obudził zainteresowanie,
że już w listopadzie 1961 roku pod auspicjami Narodowej Akademii Na-
uk USA w Green Bank odbyła się międzynarodowa konferencja na temat
SETI.
Inna strategia badawcza25 była wykorzystana w programie poszuki-
wania powtarzalnych sygnałów impulsowych prowadzonym w 1977
roku przy pomocy 100-metrowego radioteleskopu w Effelsbergu. W
programie tym również wykorzystywano ,,magiczną  częstotliwość
1 420 MHz, na której poszukiwano impulsowych sztucznych sygnałów o
szerokości pasma nieprzekraczającej 20 MHz i okresie powtarzalności
typowej dla pulsarów, tzn. od 0,3÷1,5 s. Graniczna moc sygnaÅ‚u byÅ‚a
określona na 10-23 [W/m2]. Innym wariantem tego programu był prze-
prowadzony w 1981 roku eksperyment SIGNAL, polegajÄ…cy na kierun-
kowym poszukiwania radioz
ródeł znajdujących się w centrum Drogi
Mlecznej i nadających na częstotliwości 1 420 MHz w galaktocentrycz-
nym układzie odniesienia. W wyniku eksperymentu udało się zidentyfi-
kować sygnały impulsowe rozchodzące się w paśmie poniżej 3 kHz i
okresie powtarzalności od 40 s do 3600 s.
Program badawczy wykorzystujÄ…cy ekstremalnie wÄ…skie pasma
transmisji sygnału (1 kHz) został zaproponowany i wykonany w 1978 r.
_____________
24
Koszt projektu był stosunkowo niewysoki i zamknął się kwotą ok. 2 tys. dolarów.
Szczegóły techniczne tego projektu zostały opisane m.in. F. Drake, Intelligent Life in Space,
New York, Macmillan 1962 (passim).
25
Poszczególne programy badawcze SET-CETI zostały zestawione (tabela 7.1) w mo-
nografii M. Subotowicz, W poszukiwaniu życia rozumnego we wszechświecie. Zagadnienia
wybrane, Lublin, Wydawnictwo UMCS 1995, s. 170 177.
12
przez Paula Horowitza. Nasłuchiwano sygnału na częstotliwości labo-
ratoryjnej (w heliocentrycznym układzie odniesienia) promieniowania
neutralnego wodoru używając do tego celu radioteleskopu w Arecibo.
Przedmiotem obserwacji było 185 gwiazd, których promieniowanie
elektromagnetyczne w zakresie radiowym odbierano z czułością rzędu
10-27 [W/m2]. Horowitz w swoim eksperymencie założył, że cywilizacja
nadająca sygnał będzie kompensować ruchy nadajnika zmieniając w
sposób ciągły częstotliwość emisji.
Warto też odnotować, że nadsubtelne promieniowanie wodoru zo-
stało symbolicznie przedstawione na plakietkach, które zostały zamiesz-
czone na korpusach sond kosmicznych26 Pionier 10 i Pionier 11 oraz wy-
słane wraz z innymi informacjami na pokładach sond Voyager 1 i Voy-
ager 2.
5. Uwagi końcowe
Wykorzystanie częstotliwości promieniowania neutralnego wodoru
do nasłuchu sygnałów pochodzących od cywilizacji pozaziemskich wią-
że odkrycie nadsubtelnego promieniowania wodoru z kosmofilozofią,
której istotnym elementem jest program wykorzystania wiedzy pocho-
dzącej od cywilizacji pozaziemskich do przebudowy ludzkiej społeczno-
ści, a nawet modyfikacji gatunku homo sapiens. Związki te  w interpreta-
cji kosmofilozofii podanej przez J. M. Dołęgę  polegają z kolei na bada-
niu tego odkrycia naukowego w perspektywie poznawczej filozofii na-
uki i kosmologii. Zarówno w pierwszej jak i drugiej interpretacji kosmo-
filozofii odkrycie promieniowania neutralnego wodoru jest bardzo do-
niosłe z perspektywy poznawczej kosmofilozofii.
_____________
26
C. Sagan (red.), Marmurs of Earth.The Voyager Interstellar Record (tłum. pol. J. Bieroń,
Szepty Ziemi. Międzygwiezdna wiadomość Voyagerów, Poznań, Zysk i S-ka 2003, s. 64 67).
13