B/476: H.von Ditfurth - Dzieci wszechświata
Wstecz / Spis
Treści / Dalej
ZIEMIA NIE JEST SAMOWYSTARCZALNA
CZYŻBY LUKSUS NA NIEBIE? • CZARNE PLAMY ŻARZĄ SIĘ BIAŁOŚCIĄ • OGIEŃ
ATOMOWY NAD NASZYMI GŁOWAMI
Ziemia więc wiezie ze sobą – jakżeż mogłoby być inaczej – wszystko, czego
życie powstałe na jej powierzchni potrzebuje w czasie długiego lotu przez
puste przestworza, jednakże z jednym jedynym wyjątkiem: a mianowicie niezbędnej
również energii. Tlen, woda i pokarm, jak dowiedzieliśmy się, są na Ziemi
dostępne, ale ilości ich są wystarczające tylko dzięki temu, że substancje
te są wciąż od nowa produkowane bądź – jak w przypadku wody – co najmniej
oczyszczane w ciągu naszkicowanych przez nas "obiegów regeneracyjnych".
Ale obiegł te muszą być stale utrzymywane w ruchu, do czego konieczna
jest pokaźna ilość energii. Ocenia się, że w pasie równikowym Ziemi jakieś
600 do 700 bilionów ton wody rocznie paruje, unosi się do atmosfery, następnie
zostaje stamtąd transportowane przez prądy powietrza na północ i południe
do stref bliższych biegunom. Tam woda – już czysta – zwracana jest powierzchni
Ziemi w opadach deszczowych. Oczywiście zarówno parowanie, jak transport
tak ogromnych mas wody wymagają odpowiednio ogromnych ilości energii cieplnej.
Każdemu wiadomo, że energii tej dostarcza Słońce. To samo dotyczy, jak
już wspominaliśmy, procesu fotosyntezy zapewniającego dostawę tlenu i
dopływ pożywienia. I w tym przypadku liczby wyrażające wartość tej produkcji
są imponujące: dzięki promieniowaniu słonecznemu rośliny ziemskie wytwarzają
rocznie ponad 200 miliardów ton substancji organicznych służących następnie
jako pokarmy.
Słońce jest więc pierwszym i podstawowym dostawcą energii, "reaktorem
napędowym" statku kosmicznego Ziemia, wprawdzie nie jego ruchu, który
przecież inie jest przyśpieszony, ale wszystkich prawie procesów przebiegających
na jego powierzchni. Cała ta energia dostarczana jest przez promieniowanie
w postaci fal elektromagnetycznych z odległości około 150 milionów kilometrów,
przede wszystkim jako ciepło i w formie widzialnego światła. Rośliny osiągają
stopień wykorzystania tych promieni, który dla mechanizmów czysto fizycznych
byłby niemożliwy; są one jak gdyby antenami, dzięki którym Ziemia może
w ogóle odbierać wystarczającą część tej przez Słońce tak rozrzutnie promieniowanej
energii.
Przyrodnicy od wielu pokoleń łamali sobie głowy nad rozszyfrowaniem zagadki
tego ognia płonącego tam, na niebie, w którego blaskach żyjemy. W zasadzie
chodziło przede wszystkim o wyjaśnienie pochodzenia tych niewyobrażalnie
wielkich ilości energii oddawanych przez Słońce i możliwości ich stałej
bieżącej dostawy w ciągu tak długich okresów. Dla nabrania właściwego
poglądu, przyjrzyjmy się kilku danym wchodzącym tutaj w grę. Dystans Słońca
od nas wynosi prawie 150 milionów kilometrów. Próbowaliśmy już w poprzednich
rozdziałach uzmysłowić sobie tę niebywale wielką odległość na przykładzie
modelu myślowego. Próbę tę obecnie uzupełnimy stwierdzeniem, że dźwięk
odbywałby drogę od Słońca do nas przez okres 14,5 lat. Tak długo musiałoby
trwać, zanim moglibyśmy usłyszeć detonację jakiejś eksplozji na Słońcu
(jeżeli w ogóle taki głos dotarłby do Ziemi przez bezpowietrzną przestrzeń).
A tymczasem z odległości tej ogień słoneczny świeci jeszcze z taką siłą,
że rozjaśnia nasze dni nawet przy całkowicie zamkniętym pułapie obłoków,
a w bezchmurne letnie południa zmusza nas do ucieczki w cień.
Przy wszystkich tych rozważaniach należy jeszcze ponadto wziąć pod uwagę,
że Ziemia w związku z taką odległością od Słońca oraz swoją w stosunku
do tego bardzo małą powierzchnią wychwytuje w każdym momencie jedynie
dwu-miliardową część łącznej energii produkowanej przez Słońce. Wszystkie
planety naszego Układu pobierają ilość tylko dziesięciokrotnie większą,
więc łącznie dwustumilionową część globalnej energii słonecznej. Cała
ogromna pozostałość rozprasza się we wszystkich kierunkach w głąb Kosmosu.
Wydaje się, że ta rozproszona energia gubi się tam i marnuje bez żadnej
korzyści: byłby to znowu przykład owej rozrzutności i luksusu, na jakie
rzekomo tak często pozwala sobie przyroda. Jeszcze przed kilku laty sformułowanie
to uszłoby jako zupełnie oczywiste, a większość łudzi nadal jest przekonana,
że właśnie taka jest prawda. Tymczasem badania ostatnich lat wykazały,
że pewna ściśle określona, do niedawna zupełnie nieznana część tego promieniowania
pierzchającego na wszystkie strony w dal Wszechświata jest dla naszych
losów tu na Ziemi równie ważna i pełna znaczenia jak ten drobny ułamek,
który rzeczywiście do nas dociera. W dalszym ciągu zobaczymy, dlaczego
tak jest i w jaki sposób dokonano tego doniosłego odkrycia.
Powracamy ponownie do problemu, jaki to właściwie ogień płonie tam w
postaci "Słońca" z taką siłą i trwałością. Wiemy dzisiaj, że nie jest
to zwyczajne ognisko, lecz piec atomowy, w którego cieple i świetle statek
kosmiczny Ziemia podąża swoją drogą. Ale jeszcze przed czterdziestu pięciu
laty naukowcy byli bezradni, nikt bowiem z nich nie miał wtedy właściwego
wyobrażenia o powstaniu energii w wyniku atomowych reakcji jądrowych.
Kant w tym samym dziele, o którym była już mowa, a mianowicie Allgemeine
Naturgeschichte und Theorie des Himmels, opisuje w wysoce dramatycznych
frazach powierzchnię Słońca jako potężne morze ognia, podtrzymywane przez
stopioną palną masę, wydobywającą się z głębin słonecznego wnętrza, które
zdaniem Kanta jest zimne. Odkryte już przez Galileusza plamy na Słońcu
Kant uważał za wierzchołki olbrzymich gór, przez płonący żywioł chwilami
zalewanych, następnie znów odsłanianych.
Wtrącimy tutaj słowo o owych plamach słonecznych, gdyż znany ich widok
jeszcze dzisiaj wywołuje u wielu ludzi zupełnie fałszywe wyobrażenie.
Jakkolwiek by się je oglądało, bezpośrednio przez zakopcone szkło czy
też przez specjalny teleskop lub na fotografii, zawsze wydają się ciemne,
tworzą czarne plamy na jasno-białej tarczy słonecznej (ilustracja 10).
Widząc to, każdy musi sądzić, że są to ostygłe, a nie rozżarzone części
powierzchni Słońca. Takiego samego przekonania nabrali naukowcy obserwujący
Słońce, nawet najwybitniejsi spośród nich. Nie tylko Kant, ale i słynny
sir John Herschel byli przeświadczeni, że w miejscach plam słonecznych
można poprzez płonącą atmosferę Słońca spoglądać na stosunkowo chłodną
powierzchnię naszej gwiazdy centralnej, a wielu naukowców następnego pokolenia
odczytywało plamy na Słońcu jako masy żużla. Plamy istotnie są chłodniejsze
o około 1500 stopni aniżeli pozornie "biała" tarcza słoneczna. Jest to
poważna różnica temperatury. Ale ponieważ ciepłota pozostałej powierzchni
Słońca wykazuje 5700 stopni, ciepło plam wynosi zawsze jeszcze 4200 stopni,
a więc znacznie więcej aniżeli temperatura do białości rozpalonej stali.
Gdyby można było jedną z tych pozornie czarnych plam słonecznych wyjąć
ze Słońca i umiejscowić osobno na niebie, wówczas plama ta, chociaż nie
zdawałaby się większa od którejkolwiek z planet, na przykład od gwiazdy
wieczornej, z odległości równej Słońcu oświetlałaby Ziemię nocą tak silnie
jak Księżyc w pełni. Fakt, że plamy słoneczne pomimo wszystko na każdej
fotografii są czarne, polega na tym, że światło słoneczne musi być bardzo
silnie zaciemniane, aby pozostała powierzchnia swym blaskiem po prostu
nie zaćmiewała tych miejsc. Wskutek używanych w tym celu bardzo ciemnych
filtrów plamy ukazują nam znany a mylący widok, mimo że w rzeczywistości
płoną również w temperaturze wielu tysięcy stopni. Jest to zupełnie ten
sam problem, z którym styka się każdy fotograf amator chcący sfotografować
nasłonecznioną białą fasadę domu, jeżeli próbuje przy tym złapać na zdjęciu
zacienioną sień przez otwartą bramę domu. Albo będzie tak długo naświetlał,
że na gotowym zdjęciu jasna fasada całkowicie zaćmi otwór bramy, albo
– jeżeli fronton domu zechce ująć prawidłowo – otwór drzwiowy będzie wyglądał
jak czarna dziura, mimo że wnętrze sieni jest tak jasne, że ten, kto w
niej przebywa, mógłby bez trudu czytać książkę.
To że Kant i wielu jego następców zadowalało się hipotezą, że na Słońcu
spala się po prostu w normalny sposób materiał palny przy jednoczesnym
dopływie tlenu, jest wybaczalne; w owych czasach nikt nie miał bowiem
jeszcze najmniejszego wyobrażenia o ogromie rozmiaru tego czasu, w którym
Słońce promieniuje nieustannie z natężeniem siły równym obecnemu. Słońce
jest wprawdzie niezmiernie wielkie, ale gdyby składało się rzeczywiście
po prostu z materiału palnego, czas jego trwania jako gwiazdy stałej byłby
jednak niezmiernie krotki. Przyjmijmy na chwilę, że całe Słońce jest olbrzymią
piłką utworzoną z węgla kamiennego pierwszorzędnego gatunku. Stanowiłoby
ono więc kulę węglową grubości 1,5 miliona kilometrów. Tyle bowiem wynosi
średnica Słońca, w przybliżeniu cztery razy więcej niż odległość pomiędzy
Ziemią a Księżycem, która – jak obecnie każdemu wiadomo – liczy około
380 000 kilometrów. Wystarczyłoby więc wydrążyć tylko jedną połowę Słońca,
aby Księżyc mógł w nim krążyć wokół Ziemi w swoim zwykłym od niej dystansie.
Całość przedstawiałaby więc niewątpliwie bardzo pokaźną górę węgla kamiennego.
Pomimo to czas, w którym węgiel ten by się wypalił, wyniósłby tylko 25
000 lat. Nawet Kantowi i jego współczesnym wydawało się to za mało, mimo
że podówczas liczba tych lat jeszcze nie była dokładnie oszacowana. Aby
wybrnąć, poradzono sobie domniemaniem, że stałe wlatywanie meteorytów
i komet dostarcza Słońcu bieżąco tyle nowego materiału paliwowego, że
dzięki temu mogło ono łatwo przetrwać owe najwyżej 100 000 lat od czasu
powstania Ziemi.
Tak więc zdawało się, że wszystko jest w najlepszym porządku, kiedy to
astronomom zupełnie nieoczekiwanie weszli w paradę przedstawiciele całkowicie
odmiennej i pozornie bardzo odległej gałęzi wiedzy, wprawiając ich w coraz
to większe zakłopotanie i stawiając pod znakiem zapytania ich teorię.
Byli to paleontolodzy badający systematycznie skorupę ziemską w poszukiwaniu
skamieniałości, to jest skamieniałych szczątków wymarłych form życia;
oni przede wszystkim dochodzili do coraz lepszych metod oceny długości
okresów, które upłynęły od śmierci badanych przez siebie prazwierząt.
Jeszcze w początkach ubiegłego stulecia większość naukowców była przekonana,
że od powstania Ziemi nie upłynęło wiele więcej niż 100 tysięcy lat. Jednakże
potem badacze pradziejów wraz ze swymi skamieniałościami liczbę tę wciąż
podwyższali, aż do wielkości takiego rzędu, że jeszcze niedawno nikt nie
dałby temu wiary. Na przełomie ostatniego stulecia, przed 70 laty, liczono
ten okres już nie na setki tysięcy, ale na setki milionów lat.
Gdy paleontologowie przedłożyli astronomom rezultaty swoich badań i obliczeń,
z których wynikało bezspornie nie tylko, że Ziemia już od tak dawna istnieje,
ale że musiało na niej występować życie już od przynajmniej 100 do 200
milionów lat – trudności wystąpiły od nowa. Obecność życia oznaczała przecież,
że Słońce przez cały ten okres musiało promieniować światłem i ciepłem
z nie zmniejszoną w zasadzie energią. Gdy wobec tego astronomowie spróbowali
uzasadnić ilość zapotrzebowanego przez Słońce paliwa w ciągu tak ogromnego
okresu czasu, zakładając bieżące jego uzupełnianie meteorytami – znaleźli
się niebawem w ślepym zaułku. Gdy bowiem przyjmowali, że Słońce mogło
dzięki swej potężnej sile grawitacyjnej istotnie przyciągać dostateczne
ilości kosmicznego złomu, wplątywali się w sprzeczności z własnymi obserwacjami.
Obliczane bowiem zgodnie z tą teorią ilości materii w postaci meteorytów
były tak wielkie, że Słońce musiałoby wyraźnie zwiększyć swój ciężar.
Tymczasem już wówczas potrafiono określić wagę Słońca z dokładnością,
która całkowicie wykluczała ową możliwość. Do pomiarów używano – zresztą
tak samo jak dzisiaj – możliwie najbardziej czułej wagi, jaką jest kontrola
od dawna już najszczegółowiej wymierzonych torów planet, które musiałyby
się zmienić w sposób wymierny, gdyby ciężar Słońca, a co za tym idzie,
przyciąganie jego masy tak się powiększyło, jak to nieuchronnie wynikało
z hipotezy meteorytów dotyczącej nowo przedłożonych liczb mówiących o
wieku Ziemi.
I znowu znaleziono rozwiązanie, które pozornie całkowicie uporządkowało
sprawę: hipotezę o stopniowym kurczeniu się Słońca pod wpływem własnego
ciężaru; hipoteza ta wobec gazowej natury Słońca oraz jego olbrzymiego
ciężaru wynoszącego ponad 330000 razy więcej aniżeli masa ziemska – zdawała
się możliwa do przyjęcia. Prawdą jest, że kurczenie się ciała wytwarza
ciepło, a dzisiaj wiemy także, że kontrakcja obłoku wodoru, z którego
powstaje gwiazda, istotnie produkuje gorąco pozwalające jej po raz pierwszy
zabłysnąć i uruchamiające w jej jądrze ów proces, który następnie utrzymuje
ją przy życiu jako gwiazdę. Obliczenia wykazały, że wystarczy, aby Słońce
zmniejszało się w okresie tysiąca lat tylko o jedną dziesięciotysięczną
część swojej średnicy, aby utrzymać temperaturę na tym samym poziomie
przez wiele setek milionów lat. I znowu wydawało się, że jest to rezultat
zupełnie zadowalający.
Zadowolenie nie trwało długo. Na początku lat dwudziestych paleontologowie
oceniali już okres trwania życia na Ziemi na blisko miliard lat, sprawiając
tym astronomom nowe kłopoty, wybawił ich dopiero w roku 1925, ale za to
tym razem ostatecznie, słynny sir Arthur Stanley Eddington, który pierwszy
wpadł na pomysł, że tkwiąca w jądrach atomowych energia, znana już podówczas
teoretycznie, może stanowić źródło promieniowania gwiazd stałych, a więc
również Słońca. A źródło to tak jest obfite, że nawet i owe mniej więcej
3 miliardy lat, wykryte tymczasem przez paleontologów jako okres dziejów
życia na Ziemi, żadnego już nie stwarzają problemu. Zgodnie z tym, co
nam dzisiaj wiadomo, Słońce promieniuje z praktycznie nie słabnącą siłą
od około 4,5 miliarda lat, a przy tym ma zaledwie połowę okresu swego
życia za sobą. Wprawdzie będzie i po tym czasie nadal istniało jako gwiazda,
ale już nie jako znane nam Słońce, gdyż będzie ono wtedy przechodzić różne
stadia krytyczne i nie jest wykluczone, że zarówno nasza Ziemia, jak cały
nasz Układ Słoneczny padnie ich ofiarą.
Jest to zatem ogień atomowy: płonie tam na niebie ponad naszymi głowami,
oświetla nas i ogrzewa, i utrzymuje w ruchu wszelkie obiegi na powierzchni
Ziemi, od których zależy całość życia. Kilkakrotnie już wzmiankowałem,
że Słońce ponadto spełnia jeszcze inne zadania, że w ostatnich latach
odkryto szereg nie znanych dotąd wpływów Słońca na warunki życia tutaj
na Ziemi. Ażeby to zrozumieć, musimy zająć się przedtem nieco bliżej budową
i funkcjonowaniem tego unoszącego się swobodnie we Wszechświecie reaktora
atomowego; musimy podjąć próbę naszkicowania portretu owej gwiazdy, którą
jest nasze Słońce. Nie tylko jego rozmiar, ale i panujące na nim warunki
przekraczają wszelkie wymiary ziemskie w takim stopniu, że nie powinniśmy
się dziwić napotykając w naszych rozważaniach zaskakujące fakty i właściwości.
A jednak niejednemu zda się zrazu niewiarygodne, gdy się dowie, że światło
wpadające przez okna naszych domów sięga wstecz do czasów paleolitu albo
też że niewyobrażalnie gorące jądro Słońca jest całkowicie ciemne.
Ale nie uprzedzajmy biegu spraw i zabierzmy się do próby systematycznego
kreślenia portretu naszego Słońca.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Wykład 05 Opadanie i fluidyzacjaPrezentacja MG 05 20122011 05 P05 2ei 05 08 s029ei 05 s05205 RU 486 pigulka aborcyjnawięcej podobnych podstron