2009-01-26

Dziesięć zagadek Kosmosu

Czterysta lat po Keplerze i Galileuszu ONZ ogłosiła rok 2009 rokiem astronomii. Czy Kosmos kryje jeszcze jakieś niespodzianki? Jeszcze ile! - zapewniają badacze gwiazd.

Rok 1609 był magicznym okresem dla nauki. W Padwie Galileo Galilei skierował w niebo swój pierwszy teleskop. Początkowo czterokrotne, a potem dwudziestokrotne powiększenie ukazało kratery na Księżycu, planety przemieniły się ze świetlnych punktów w rozległe obiekty, zaś Jowisz zyskał cztery księżyce. W tym samym roku Johannes Kepler zaprezentował dzieło „Astronomia nova”, zawierające jego dwa pierwsze twierdzenia na temat orbit planet. Patrzenie w niebo stało się dziedziną nauki.

UNESCO, wyspecjalizowana organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw nauki i kultury, obwołała czterechsetny jubileusz owego annus mirabilis Międzynarodowym Rokiem Astronomii. Pod hasłem „Wszechświat: mieszkasz w nim - odkryj go” astronomowie chcą przybliżyć ludziom swoją pracę i fascynację Kosmosem.

Oto dziesięć największych zagadek Wszechświata:

1. Czy istnieją planety, na których możliwe jest życie?

Astronomowie odkryli już ponad 330 planet w odległych systemach słonecznych. Jednak większość z nich to albo olbrzymie kule gazowe, albo obiekty obiegające swoją gwiazdę po ciasnych orbitach, a więc panuje na nich bardzo wysoka temperatura. Praktycznie nie znaleziono do tej pory podobnej do Ziemi planety, która okrążałaby swoją gwiazdę w odległości umożliwiającej istnienie życia. Nowe sondy kosmiczne, na przykład wysłana przed dwoma laty europejska sonda Corot lub teleskop nazwany imieniem Jamesa Webba, który zacznie pracować w 2013 roku, mają odszukać planety podobne do Gliese 581c - najbardziej oddalonej od Ziemi. Panuje na niej wprawdzie bardzo niska temperatura, ale dzięki efektowi cieplarnianemu może ona wzrosnąć do poziomu umożliwiającego powstanie życia.

2. Jak odkryć obce światy?

Jeśli kosmiczne formy życia składają się, tak jak ziemskie istoty, z organicznych molekuł, możliwe powinno być odkrycie sygnałów owych chemicznych powiązań. Nie byłby to jednak dowód na istnienie pozaziemskiego życia. Pewność przyniosłyby dopiero konkretne informacje od kosmitów, na przykład przesłania ukryte w promieniu światła lub w falach radiowych. Badacze uczestniczący w programie SETI są przekonani, że w samej tylko Drodze Mlecznej muszą istnieć setki inteligentnych cywilizacji. Były kolega Billa Gatesa i współzałożyciel firmy Microsoft Paul Allen sfinansował budowę ogromnego teleskopu. 350 anten radioteleskopowych ustawionych w północnej Kalifornii na 100 milionach kanałów radiowych na sekundę wsłuchiwać się będzie w międzygwiezdne przesłania.

3. Czym jest ciemna materia?

Dziś możemy obserwować ponad sto miliardów galaktyk, a w każdej jest około stu miliardów gwiazd. Tkwi w nich niewyobrażalna ilość materii, a mimo to jest ona raczej zjawiskiem marginalnym. Między wszystkimi widocznymi ciałami niebieskimi musi istnieć niewidzialna substancja - tzw. ciemna materia. Utrzymuje ona w całości galaktyki spiralne oraz całe gromady galaktyk. Tej substancji musi być sześć razy więcej niż materii widzialnej. Według dzisiejszego stanu wiedzy ciemna materia to cząstki elementarne, które zasadniczo różnią się od składników normalnej materii. Nie posiadają ładunku elektrycznego, nie pochłaniają i nie wysyłają promieniowania. Ale posiadają masę, a więc dysponują grawitacją. Każdego dnia miliardy tych cząsteczek przemierzają niedostrzegalnie ludzkie ciało. Dotychczas nie udało się jednak udowodnić w drodze laboratoryjnej istnienia choćby jednej z owych tajemniczych cząsteczek. Badania trwają nadal, także w nowym europejskim akceleratorze cząstek w CERN, który latem ma znowu podjąć pracę.

4. Co to jest ciemna energia?

Odkrycie, jakiego w 1998 roku dokonali amerykańscy naukowcy, dosłownie ich poraziło. W ciągu ostatnich miliardów lat nastąpiło przyspieszenie procesu rozszerzania się Wszechświata. Odkrycie to zaprzeczało dotychczasowym poglądom naukowym, według których ekspansja Kosmosu powinna ulec spowolnieniu, gdyż słabnie efekt Wielkiego Wybuchu. Od czasu tego odkrycia naukowcy uważają, że odpowiedzialność za trwające poszerzanie się Wszechświata ponosi ciemna energia. Wywiera ona nacisk na przestrzeń i rozszerza ją do miejsca, gdzie Kosmos kończy się jako zimna, ciemna pustka. Jednak nikt nie wie, czym właściwie jest ciemna energia. Najwyraźniej w równym stopniu przenika ona cały Wszechświat. Ten, kto będzie umiał ją objaśnić, zdobędzie klucz do nowego zrozumienia sił natury.

5. Czym jest grawitacja?

Jeśli Einstein miał rację, nie tylko światło porusza się z prędkością światła, ale także siła grawitacji. Przyspieszona masa, w tym również planety, wytwarza zgodnie z tą teorią guzy w czasoprzestrzeni, które następnie wędrują po Kosmosie. Próby udowodnienia istnienia „fali grawitacyjnej” jak do tej pory nie przyniosły rezultatu. Nawet potężne ruchy masy nie dają się zmierzyć za pomocą ziemskich detektorów grawitacji. Dlatego astronomowie wiążą wielkie nadzieje z urządzeniem zwanym Lisa. To europejsko-amerykańskie urządzenie (Laser Interferometer Space Antenna) złożone z trzech satelitów lecących w odstępie pięciu milionów kilometrów od siebie i dokonujących pomiarów najdrobniejszych nawet zmian pola grawitacyjnego. W ciągu maksimum dziesięciu lat Lisa ma pomóc w ostatecznym wyjaśnieniu zjawiska grawitacji.

6. Jak ludzkość może chronić się przed zabójczymi asteroidami?

Aby zapobiec grożącemu niebezpieczeństwu, trzeba je najpierw poznać. Po spektakularnym uderzeniu komety Shoemakera-Levy'ego w Jowisz w 1994 r. Kongres USA zlecił NASA wyśledzenie ciał niebieskich znajdujących się na kursie kolizji z Ziemią. Na całym świecie trwa wyszukiwanie takich obiektów kosmicznych, do 2020 r. odnalezionych ma zostać 90 procent tych, które liczą ponad 140 metrów. Obecnie obserwacją objętych jest ponad 4000 ciał niebieskich, a codziennie przybywają nowe. Ale dotychczas naukowcy nie bardzo wiedzą, co mają zrobić, jeśli odnajdą obiekt, który poważnie zagraża Ziemi. Jedna z propozycji zakłada wysłanie ogromnego statku kosmicznego, który przeleci obok asteroidu i dzięki swojej grawitacji zmieni kurs niebezpiecznego obiektu. To rozwiązanie jest jednak czasochłonne. Inne pomysły są jeszcze w powijakach. Proponuje się na przykład ogrzanie jednego z boków asteroidu, żeby zatoczył łuk i w ten sposób ominął Ziemię.

7. Dlaczego słabnie aktywność Słońca?

Dopiero w ostatnich dziesięcioleciach astronomowie uzmysłowili sobie, jakim wahaniom poddane jest Słońce i jak potężne są zjawiska występujące na jego powierzchni oraz w jego wnętrzu. Już od 400 lat astronomowie mniej lub bardziej systematycznie obserwują zmiany plam na Słońcu. Owe ciemniejsze i chłodniejsze miejsca występują w jedenastoletnim cyklu. Ale dopiero w wieku satelitów przedmiotem badań stały się tak zwane pochodnie słoneczne (mniejsze, jaśniejsze plamy) i przede wszystkim potężne erupcje rozżarzonego gazu oraz podmuchy wiatru słonecznego. Tak jak plamy powiązane są one najwyraźniej ze stale zmieniającym się polem magnetycznym Słońca. Nauka nie znalazła dotychczas pełnego wytłumaczenia tych zjawisk. Mają one jednak bezpośredni wpływ na ludzkość. Wprawdzie całe promieniowanie słoneczne pozostaje zdumiewająco stałe (na poziomie 0,1 procenta), ale erupcje i wiatry słoneczne wywołują zorzę polarną na Ziemi i mogą nawet uszkodzić satelity komunikacyjne i meteorologiczne. Dlatego Słońce obserwowane jest przez wiele satelitów i sond kosmicznych. Soho dostarcza codziennie dane z dwunastu różnych instrumentów, Genesis przywiózł na Ziemię próbki wiatru słonecznego. Od 2006 roku oba satelity obserwują ognistą kulę za pomocą kamer trójwymiarowych.

8. Co się dzieje we wnętrzu czarnej dziury?

Z czarnej dziury nic się nie wymknie - ani światło, ani materia, ani żadna informacja. To, co się dzieje w jej wnętrzu, stanowi wyzwanie dla teoretyków. Według teorii względności w centrum czarnej dziury dochodzi do fizycznie absurdalnej sytuacji: czasoprzestrzeń zagęszcza się nieskończenie, a cała materia skoncentrowana jest w jednym punkcie. Astronomowie mówią o rejonie, w którym nie obowiązują prawa fizyki. Ponieważ jednak takie wytłumaczenie nie jest zbyt eleganckie, fizycy od ponad 20 lat pracują nad teorią tzw. pętlowo-kwantowej grawitacji. Łączy ona teorię względności i fizykę kwantową. Zgodnie z nią masa w czarnej dziurze nie byłaby skoncentrowana w jednym punkcie, lecz na małym, niezwykle gęsto upakowanym obszarze. Eksperymentalnie nie da się jednak tego udowodnić. Każdy, kto odważy się zbliżyć do czarnej dziury, zostanie, jak ujął to Stephen Hawking, „przerobiony na spaghetti”.

9. Dlaczego w każdej galaktyce znajduje się czarna dziura?

Jeszcze przed kilku laty czarne dziury uchodziły za dziwacznych wędrowców przemierzających Kosmos. Potem jednak astronomowie dostrzegli, że w centrum każdej galaktyki znajduje się czarna dziura, a wiele z nich waży miliardy razy więcej od naszego Słońca. Im większa czarna dziura, tym więcej gwiazd w centrum galaktyki. Masa wszystkich gwiazd jest prawie dokładnie 500 razy większa od masy czarnej dziury. Ten związek jest zdumiewający, gdyż zdecydowana większość gwiazd nie ulega wpływom grawitacji czarnej dziury. Jednak według najnowszych danych prawo to nie obowiązywało we wczesnym stadium rozwoju Wszechświata. Wówczas czarne dziury były o wiele cięższe niż gromady otaczających je gwiazd. Być może stanowiły one coś w rodzaju zarodka galaktyk. Astronomowie muszą jeszcze zbadać dokładne związki między tymi obiektami.

10. Jakie tajemnice kryje Księżyc?

Ziemski satelita ciągle jeszcze nie został dostatecznie zbadany. Począwszy od rzadkiej atmosfery poprzez powierzchnię aż po minerały w księżycowym gruncie. Chemiczna budowa Księżyca może powiedzieć wiele także o Ziemi, gdyż nasz satelita powstał prawdopodobnie w wyniku zderzenia młodej Ziemi z innym ciałem kosmicznym. Amerykanie marzą o bazie na Księżycu, chcą w niej przygotowywać także misje na Marsa. W minionych latach swoje rakiety w kierunku Księżyca wysłały Europa, Chiny, Japonia i Indie. Również w Korei Południowej i Niemczech rozważane są takie przedsięwzięcia. Google ogłosiło nawet konkurs - 30 milionów euro nagrody dla tych, którzy dostarczą na Księżyc pojazd albo zrobią zdjęcia ekwipunku pozostawionego na Księżycu przez kosmonautów z misji Apollo.

1

---