Visata ir žmogus

3905 0

astronomija

TURINYS

Pratarmė....................... 1

1. Visata ir mokslas.................. 7

2. Arčiausieji Visatos objektai – Žemė, Saulė ir Mėnulis.... 18

3. Saulės imperija; Grožis ir pavojai –

planetos, asteroidai ir kometos............... 29

4. Saulės imperija; Nuolatinis judėjimas..........40

5. Kosminės kelionės...................49

6. Saulės imperija; Atsiradimas ir likimas...........59

7. Ką senovės išminčiai žinojo apie kosmosą

ir kaip tos žinios buvo sukauptos? .............67

8. Šviesa, materija ir energija................75

9. Žvaigždžių paradas...................93

10.Žvaigždės gyvenimas ir nuotykiai..............104

11.Paukščių Takas ir kitos galaktikos...........116

12.Visatos struktūra ir laiko istorija............. 126

13.Visata ir gyvybė...................139

PRATARMĖ

Knygų apie astronomiją lietuvių kalba yra išleista nemažai. Grubiai

kalbant, jas galima padalinti į kelias grupes, kiekviena kurių skirta visai

kitokiems skaitytojams.

Pirmiausia tai yra knygos astronomams appie astronomiją. Jų skaitytojas turi

būti ir specialiai pasiruošęs, ir giliai besidomintis būtent astronomija.

Fundamentaliausias toks veikalas yra A. Ažusienio, A. Pučinsko ir V.

Straižio knyga, kuri taip ir vadinasi – Astronomija. Jeigu norite pradėti

gilias šio įdomaus mokslo studijas, pradėkite būtent nuo jos. Knyga, kurią

laikote rankose, yra ne jums. Ji nėra skirta nei esamiems, nei būsimiesiems

astronomams mokytis astronomijos.

Antrojo tipo knygos yra labai spalvingos, skirtos populiarinti mokslą ir

sukelti vaikų bei moksleivių susidomėjimą astronomija. Šios literatūros, ir

originalios, ir verstinės, pasirinkimas yra išties labai didelis. Jeigu

norite pamatyti, kookia graži Visata ir kokie protingi astronomai, būtinai

užeikite į bet kurį knygyną, nusipirkite bet kurią tokią knygą, ir ją

paskaitykite. Suprasti tai, kas ten parašyta, bus nesudėtinga ir išties

įdomu ne tik Jums, bet ir Jūsų šeimos nariams. Ši knyga irgi ne tokia, ne

es

ją skaityti nebus taip paprasta kaip tas mokslo populiarinimo – nuolatos

teks kiek tai pamąstyti, skaitant per vidurį kartais dar kartą atsiversti

jos pradžią, o artėjant prie galo dar ir prisiminti, kas buvo parašyta tame

viduryje.

Charakteringiausia trečiojo tipo knyga yra neseniai išleistas S. Hawking

bestseleris “Visata riešuto kevale”. Man ši knyga labai patiko, perskaičiau

ją vienu prisėdimu. Su autoriumi mes vienmečiai, abu daug metų užsiimame

fizika, bendrą kalbą surasti tokiu atveju nėra labai sunku. Vis tik mūsų

tyrimų sritys yra gana tolimos, todėl man skaitant tą knygą labai pravertė

kažkada nuodugniai išstudijuota bendroji reliatyvumo teorija, o taip pat

gilios kvantinės mechanikos ir aplamai fizikos žinios. Nesupratau, ką ją

skaitydamas gali sužinoti ne fizikas ar astrofizikas ir kodėl ji yra

bestseleris. Nieko kito, kaip gausybė neaiškinamų terminų ir paties

autorius bei jo draugų hipotezių tooje knygoje kaip ir nėra. Tačiau

romantiškas ir tragiškas paties autoriaus likimas, fantastiškos knygos

iliustracijos, retkarčiais vis pasitaikantis labai patrauklus angliškas

jumoras bei triuškinanti, bet subalansuota knygos reklama padarė savo. Ta

knyga yra bestseleris. Matyt, mano knygai tai negresia, nes reikalingų

bestselerio pirkėjui nežinomų žodžių, negirdėtų mokykloje, joje beveik

nėra, o jei tokių išvengti neįmanoma, stengiuosi juos kuo paprasčiau

paaiškinti. Didžiulės pagarbos astrofizikams ir pačiam autoriui ji neturėtų

sukelti, per daug jau paprastai viskas joje aiškinama.

Tai yra knyga apie mūsų gimtuosius namus – Visatą. Ji skirta būsimiesiems

inteligentams, norintiems suvokti mū
ūsų vietą Visatoje, susipažinti su

daugelio žmonių kartų pastangomis ją suprasti, ir glaustai sužinoti, kaip

Visata regis šiais laikais, kokia jos praeitis, dabartis ir koks likimas

jos laukia.

Paskaitų kursas, besiremiantis šiomis idėjomis, yra skaitomas VDU visų

fakultetų ir specialybių studentams kaip pasirinktinis Gamtos mokslų

pogrupio kursas nuo 1995 metų. Kas semestrą susitinkant su įvairias

studentais palaipsniui aiškėjo jų poreikiai, interesai ir temos, kurios

sukelia didžiausią susidomėjimą ir yra aktualios humanitarinės, socialinės

ar netgi kai kuriems gamtamokslinės pakraipos studentams.

Remiantis sukauptu patyrimu susidarė įspūdis, kad paskaitų pagrindiniai

tikslai turėtų būti du.

Pirmasis – padėti studentui, būsimajam inteligentui ir plačiai

apsišvietusiam žmogui, nugalėti baimę, kurią sukelia kartkartėmis spaudoje

pasirodanti informacija apie kokius nors astronomijos ar fizikos stebėjimų

ar tyrimų rezultatus. Kartais ta informacija pateikiama per daug

profesionaliai ir atrodo beveik visai nesuprantamai žmogui, turinčiam tik

vidurinį išsilavinimą. Kartais ji atrodo tokia netgi besidominčiam tais

reikalais žmogui, bent jau vien dėl to, kad yra perteikiama laikraščio ar

kitos informacijos priemonės darbuotojo, kuris pats apie tai labai silpnai

nusimano. Skaitytojui ilgainiui susidaro įspūdis, kad tos informacijos ne

tik kad neįmanoma suprasti, bet netgi ir prieinamai paaiškinti. Kovoti su

šiuo įspūdžiu labai sunku, bet įmanoma, ir savo paskaitose aš bandau

įveikti šią problemą, beveik kiekvieną knygos skyrių pradėdamas nuo

istorinės apžvalgos ir demonstracijos, kad netgi senovės žmonės, būdami

skvarbaus proto ir nesinaudodami jokiais sudėtingais prietaisais, buvo

pajėgūs išsiaiškinti labai nemažai visokių Visatos pa
aslapčių. Skaitytojas,

kuris, kiek įtempęs dėmesį, suvoks šias senovės išminčių idėjas ir metodus,

naudotus tyrinėjant artimąjį kosmosą, pajėgs lengviau suvokti ir

šiuolaikinio įvaizdžio apie Visatą esmę, o gal ilgainiui net ir pats ją kam

nors paaiškinti.

Antrasis vadovėlio tikslas yra suteikti klausytojams žinias, būtinas

atsikratyti prietarų, kurie ilgainiui vis labiau ir labiau skverbiasi į

visuomenės sąmonę. Kreacionistiniai mitai, astrologų prognozės,

spekuliacijos apie ateivių vizitus, stebuklingi visokių ekstrasensų

žygdarbiai, reguliariai skelbiami ir demonstruojami, bet labai retai

kompetetingai komentuojami profesionalių mokslininkų gali kartais jaunam

žmogui sudaryti įspūdį, kad visa tai yra toleruojama ir sudaro paties

šiuolaikinio mokslo neatsiejamą dalį. Padėti šiuo atveju gali tiktai

sistemingos, nors ir elementarios gamtos mokslų, tame tarpe – ir

astronomijos, žinios. Aišku, jos turi būti pateikiamos taip, kad būtų ir

suprantamos, ir priimtinos netgi specialiai tam nesiruošusiam, bet

trokštančiam tai išsiaiškinti, žmogui.

Ar reikia kiekvienam žmogui žinių apie Visatą? Aišku, sukaupti

profesionalias žinias tik perskaičius šią knygą neįmanoma, tačiau

pasistengus galima visiškai neblogai ir adekvačiai pradėti suvokti aplinką.

Keičiantis visuomenės vertybių sistemai keičiasi ir jos poreikiai. Kiek

žinau, kai kuriuos universitetus, ypač JAV, galima baigti susirinkus

kreditus ir taip, kad galima būtų išvengti “neparankių” kursų – kas moka

pinigus, tas užsako ir muziką, lavinimuisi tapus preke jos pardavimas yra

grynai techninė problema. Neseniai mačiau kiek ilgesnį nei dviejų minučių

trukmės mėgėjišką filmą, kuriame po labai trumpo Harvardo diplomų įteikimo

iškilmių pristatymo kažkoks negeras žmogus keletai ab
bsolventų ir galų gale

vienam profesoriui uždavė “klausimėlį”, kodėl, jų nuomone, Žemėje būna metų

laikai. Protingiausiai atsakė profesorius – taip atsitinka dėl to, kad

kinta Mėnulio, Žemės ir Saulės tarpusavio padėtis. Įdomu, ar mūsų

universitetų absolventai ir profesoriai galėtų geriau pasirodyti? Tikiu,

kad šio kurso klausytojai po semestro turėtų suprasti metų laikų buvimo

priežastis bent jau geriau už tą profesorių.

Bandžiau, geriausiai kaip tik sugebu, spręsti šias problemas. Ar pavyko,

turi nuspręsti skaitytojas. Iš anksto esu dėkingas už pačias įvairiausias

pastabas apie knygą, kurių lauksiu adresu

Gintautas_Kamuntavicius@fc.vdu.lt

Pirmieji, kuriems noriu ypatingai padėkoti už kruopštų šio vadovėlio

perskaitymą, yra jo recenzentai – habil. dr. G. Tautvaišienė ir doc. dr. A

Ažusienis. Sunku pervertinti jų pasiūlymus patobulinti pradinį tekstą,

kuris po koregavimo tapo ir žymiai sklandesnis, ir žymiai profesionalesnis.

1. Visata ir mokslas

Pažvelgus į dangų giedrą naktį galima suskaičiuoti apie 4000 žvaigždžių.

Akylesnis stebėtojas gali pamatyti kiek daugiau, ne toks akylas – kiek

mažiau žvaigždžių. Daug tai ar mažai? Ar tai – jau visa Visata? Jei ne, tai

kokią jos dalį taip žiūrėdami matome? Nesunku patikrinti, kad apsiginklavę

paprasčiausiu binokliu tuščioje plikai akiai vietoje galima pastebėti naujų

žvaigždžių, o pro kad ir nedidelį teleskopą – vėl ir vėl naujų. Dabar jau

beveik nereikia ir teleskopo – jei turite priėjimą prie interneto,

atsiverskite puslapį http://www.astrosurf.com/ ir galėsite lengvai

įsitikinti šiais teiginiais. Paaiškėja, kad balzgana Paukščių Tako juosta,

lengvai pastebima danguje, yra vėlgi ne kas kita, kaip daugybė žvaigždžių.

Žvaigždės yra pačios įvairiausios, skiriasi jų ryškumas bei spalva, tačiau

palyginus su Saule, matoma dieną, jos yra niekingai smulkios ir

neišvaizdžios, todėl daug tūkstantmečių niekas net nedrįso pagalvoti, kad

jos turi ką nors bendro. Tas atsispindi netgi seniausiuose judėjų mituose,

kai dievas antrąją dieną vargo kurdamas Saulę, o po to žaismingai per

ketvirtą dieną sukūrė iš karto visas žvaigždes.

Ir iš tiesų, šis vaizdas, matomas plika akimi, yra niekingai maža Visatos,

apie kurią tiek daug kalbame, dalis. Daug tūkstančių metų žmonės nieko

daugiau ir negalėdavo danguje pamatyti, bet giliausiai mastantiems netgi tų

įspūdžių pakakdavo suvokti jos didingumą ir galią. Žvaigždės visada buvo

matomos, tačiau jos, kaip iš pirmo žvilgsnio atrodo, visada buvo tik fonas,

o ne lygiavertis Saulės sistemai tyrimo objektas. Dėl šios priežasties

mažiausiai 20 amžių Visata iš viso buvo tapatinama tik su Saulės sistema.

Šiandien patikimai žinoma, kad Visata atrodo kaip gal net ir begalinė

visuma žvaigždžių telkinių – galaktikų, tolstančių viena nuo kitos

greičiais, proporcingais atstumams tarp jų. Patikslintas pastaruoju metu

pačios Visatos amžius yra apie 13.7 milijardų metų. Šiandien jau surasti

milijonai galaktikų, kiekvienoje kurių yra iki nuo milijonų iki šimtų

milijardų žvaigždžių. Dauguma tų žvaigždžių tikriausiai turi ir planetų

sistemas, nes tai patvirtina ir artimiausiųjų žvaigždžių stebėjimai, ir

teorija, kuri teigia, kad formuojantis žvaigždei beveik neišvengiamai jos

aplinkoje formuojasi ir visokie kitokie kūnai, taigi – ir planetos.

Įtikinamiausia, kad mūsų Saulė su savo planetų sistema beveik niekuo iš

kitų savo sesių neišsiskiria.

Reziumuojant mūsų pirmąjį žvilgsnį į dangų galima pasakyti tik tiek, kad

neginkluota akis jame pamato vieną iš šimto milijonų (viso mūsų galaktikoje

– Paukščių Take, yra apie keturis šimtus milijardų žvaigždžių, o matome tik

keturis tūkstančius jų, taigi šių skaičių santykis ir sudaro šimtą

milijonų) artimiausių mums žvaigždžių. Žvaigždžių, esančių kitose

galaktikose, pastebėti neįmanoma. Tiesą pasakius, šiaurės pusrutulyje plika

akimi galima pamatyti ir vieną nelabai toli esančią didžiulę galaktiką –

Andromedos ūką, bet nepatyrusiam stebėtojui ji niekuo nuo paprasčiausios

žvaigždutės, ar tiksliau pasakius, ūkelio, nesiskiria.

Pav. 1.1,1.2,1.3 ir 1.4. Tolimos galaktikos, užfiksuotos 2002 metų Hablo

teleskopo nuotraukose (NASA).

Pati Visata, kurios iš Žemės, kaip ką tik išsiaiškinome, net ir pamatyti

neįmanoma, yra labai harmoninga ir vientisa sistema, kurioje globalines

savybes apsprendžia smulkiausios sudedamosios dalelės ir atvirkščiai.

Mokslas apie Visatą kaip visumą ir apie Metagalaktiką – stebimą Visatos

sritį – kaip tos visumos dalį, vadinasi Kosmologija. Pats šis žodis

kildinamas iš graikiškų žodžių kosmos – pasaulis, Visata ir logos – žodis,

mokymas. Pagal S. Hawking kosmologija yra mokslas, tiriantis Visatą kaip

vieningą sistemą. Būtent šis požiūris į kosmologiją ir yra artimiausias

šios knygos autoriui, ir, norėčiau tikėti, daugumai jos skaitytojų, nors

tradiciškai astronomija kaip mokslas, studijuojantis materialiąją aplinką

už Žemės atmosferos ribų, yra pasidalinęs į daug šakų, tokių kaip planetų

astronomija, Saulės astronomija, žvaigždžių astronomija, galaktinė

astronomija ir kitos, kosmologijai palikdamas tik užgalaktinę astronomiją.

Deja, kuo toliau, tuo labiau aiškėja, kad Visatoje nėra atskirų dalių, visi

reiškiniai ir objektai yra tampriausiai susiję, ir minėta klasifikacija

labiau pritaikyta tik atskirų siaurų astronomijos sričių klasifikacijai ir

dirbančių tose srityse specialistų poreikiams tenkinti.

Visatos studijos remiasi fizikos dėsniais ir astronominių stebėjimų

duomenimis. Svarbiausias postulatas, kuriuo jos remiasi, yra tas, kad

gamtos (fizikos) dėsniai, surasti labai ribotoje Visatos dalyje, kurioje

juda Žemė ir kuri prieinama mūsų tyrinėjimams, gali būti ekstrapoliuoti į

žymiai didesnę sritį, kurią galima tik stebėti, ir galų gale – į visą

Visatą, kurios, kaip matėme, visos net ir stebėti neįmanoma.

Pagrindinis Visatos tyrimo metodas yra nuolatiniai stebėjimai,

sistematiškas žinių apie Visatą kaupimas ir jų kondensavimas patikrinamuose

dėsniuose ir teorijose. Toks tyrimo metodas sudaro bet kokių mokslinių

tyrimų esmę. Jis atrastas tik prieš keletą šimtų metų, bet jau pats savaime

yra didžiulė vertybė. Šiais laikais, kai Interneto dėka pasaulis yra itin

susiaurėjęs, apsikeitimas mokslo žiniomis, hipotezių skelbimas ir

tikrinimas yra tobulai išvystyti, ir mokslas vystosi iki šiol

neįsivaizduotu greičiu. Pasiekus tam tikrą kvalifikaciją, įsijungimas į šį

darbą atneša ne tik didelę naudą visuomenei, bet ir unikalius pojūčius bei

didžiulį pasitenkinimą kiekvienam šio proceso dalyviui.

Žinomos įvairios kosmologinės teorijos, vystytos įvairiu metu, remiantis

tuo ar kitu pažinimo lygiu. Kaip priimta gamtos moksluose, modeliai turi

būti patikrinami matomoje Visatos srityje, stebėjimų rezultatai turi

patvirtinti teorijos išvadas, ir pati teorija turi nuspėti naujus

reiškinius. Šie reikalavimai yra gana griežti, todėl dauguma ankstesnių

kosmologinių teorijų neišliko.

Šiuolaikinis mokslas apie Visatą yra paremtas Alberto Einšteino

reliatyvistine traukos teorija, Edvino Hablo tarpgalaktinės astronomijos

pasiekimais ir kvantine mechanika, susiformavusiomis pradedant dvidešimtojo

amžiaus antruoju dešimtmečiu. Jį galima būtų pavadinti nestacionariosios

karštosios Visatos homogeniniu izotropiniu modeliu. Ką reiškia šie žodžiai,

išsiaiškinsime vėliau, dabar gi reikia pradėti nuo ko nors paprastesnio.

Pastaruoju metu yra galutinai suvokta, kad Visatos savybės pilnai

apsprendžia kiekvienos elementariosios dalelės, atomų branduolių, atomų ir

galų gale viso to, iš ko padarytas supantis mus pasaulis, savybes. Jei

Visata būtų kitokia, kitokios būtų ir visos šios sistemos. Jų studijos

padeda suvokti pačią Visatą. Sudėtingiausias, ko gero, Visatos produktas

yra žmogus ir pati žmonių visuomenė, tačiau šiuo atveju ryšys su Visatos

savybėmis yra žymiai menkiau suvoktas.

Kuo primityvesnis žmogus arba visuomenė, tuo primityvesnę Visatą jis (ji)

gali įsivaizduoti. Studijuojant požiūrių į Visatą evoliuciją, lengvai

pastebimas siekimas suabsoliutinti žmogaus vaidmenį šioje struktūroje,

tapatinant Visatos centrą su gyvenamu regionu arba bent jau Žeme. Senovės

graikai manė, kad dievai gyvena Olimpo kalne; labai sunku buvo atsisakyti

plokščios Žemės įvaizdžio, o po to ištisus keturiolika šimtmečių –

nuostatos, kad Žemė yra Visatos centras. Kai prieš 500 metų M.Kopernikas

įrodė, kad Žemė skrieja apie Saulę, M.Liuteris pareiškė: “Šitas kvailys

nori visą astronomijos mokslą apversti aukštyn kojomis. Bet, kaip skelbia

Biblija, kaip tik Saulei, o ne Žemei, Jėzus liepė sustoti”. Deja, net

keturis amžius po Koperniko atradimo Saulė ir Saulės sistema vis dar buvo

laikomos žvaigždžių visatos centru, ir tik trečiajame šio amžiaus

dešimtmetyje pagaliau mes suradome tikrąją savo vietą. Pastaraisiais metais

surandama vis daugiau ir daugiau netgi artimų Saulei žvaigždžių, turinčių

planetas, taigi didėja tikimybė, kad ir pati gyvybė Žemėje nėra koks nors

unikalus reiškinys.

Gyvendami mes nuolatos “maudomės” garsų, kvapų ir šviesos “jūrose”. Jei

tiek rūšių sodrios informacijos gautume iš Visatos gelmių, gal ir ne tokia

paslaptinga ji atrodytų.

Deja, pagrindinis informacijos nešėjas šiuo atveju yra šviesa. Jos atnešama

informacija, kaip matysime, yra tam tikra prasme ribota, ir kai kurios

Visatos paslaptys lieka neatskleistos ir neatrodo, kad kas nors gali

pasikeisti artimoje ateityje. Garsai iš įvairių Visatos objektų mūsų

pasiekti negali, nes tarpžvaigždinėje erdvėje yra labai neblogas vakuumas,

o retkarčiais meteoritų arba atsivežtų kosminiais aparatais uolienų

pavyzdžių pavidale pasiekiantis mus Visatos “kvapas” nesuteikia itin daug

informacijos apie jos sandarą. Kiek daugiau informacijos gaunama

registruojant įvairios prigimties kosminius spindulius (ne

elektromagnetinių bangų prigimties), tačiau jų registracijai ir

identifikavimui reikalinga labai sudėtinga aparatūra ir subtilūs tyrimo

metodai.

Visata, kuri pati yra mus pagimdžiusi, nuolatos tarsi nori kažką pasakyti

ir stengiasi padėti tą informaciją suprasti. Stebuklinga pagalba yra jau

tai, kad abstrakčiomis matematinėmis formulėmis ar lygtimis galima aprašyti

realius daiktus ir įvykius, juos suprasti ir netgi valdyti. Esminis lūžis

šiame supratime, matyt, buvo padarytas didžiojo Galileo Galilėjaus, kuris

pirmasis suvokė, kad Saulės sistemos planetų paslapčių rakto reikia ieškoti

tyrinėjant įvairius reiškinius pačioje Žemėje. Būtent nuo šių jo tyrimų ir

prasidėjo visiškai naujas Visatos suvokimo etapas. Dangus naktį šiais

laikais labai panašus į matytą prieš daugelį šimtmečių, tačiau žvelgiantis

į jį Žmogus yra kitas, jis naudojasi visiškai kitokiais prietaisais, todėl

ir šios skurdžios informacijos jau pakanka susidaryti patenkinamą stebimos

Visatos dalies įvaizdį.

Kad suvoktomėte, kokio jautrumo aparatūrą gamtos tyrimui šiandien naudoja

fizikai, papasakosiu pirmiausia apie milijardą dolerių kainavusį CERN

(Europos branduolinių tyrimų centro) elektronų ir pozitronų greitintuvą. Jį

sudaro maždaug 27 kilometrų ilgio tunelis, kartais kalnuose tarp

Prancūzijos ir Šveicarijos siekiantis 100 metrų gylį, kuriuo eksperimentų

metu į vieną pusę juda elektronai, o į kitą – pozitronai (elektronų

antidalelės), retkarčiais nukreipiant jų sriautus į laboratoriją, kur

susidūrimų metu gimsta dalelės, sudarančios Visatos struktūros pagrindą.

Koks tikslus yra šis prietaisas, galite spręsti patys.

Pav. 1.5 ir 1.6. CERN greitintuvo schema ir tunelio vidinės dalies, kuria

skrieja elektronai ir pozitronai, nuotrauka.

Tik paleidus greitintuvą, pasirodė, kad pluoštelių charakteristikos

pastebimai kinta veikiant Saulės ir Mėnulio traukai; nuo jų tarpusavio

padėties 27 kilometrų tunelio ilgis pakinta iki 200 mikronų, ir tai galima

lengvai pastebėti. Vėliau buvo pamatyti sezoniniai pluoštelių iškraipymai

kiekvieną pavasarį, atsirandantys pritekėjus į Ženevos ežerą nuo kalnų

vandens. Galų gale, 1995 birželį buvo užfiksuoti pluoštelių iškraipymai,

pasikartojantys reguliariai paros bėgyje. Tyrėjų nuostabai, nuodugniau

patyrinėjus paaiškėjo, kad juos sukelia iš Ženevos važiuojantys traukiniai,

kadangi bėgiai pakloti “tik” kilometro atstume nuo CERN pastato.

Straipsnelis žurnale “New Scientist” taip ir vadinasi “Dabar dalelė juda

pro platformą Nr 4″.

Kitas pavyzdys – rekonstruotas Arecibo observatorijos (Puerto Rico) 305 m

diametro radioteleskopas. Jis toks jautrus, kad gali užfiksuoti telefono

aparato, jei toks būtų, esančio Veneros paviršiuje, skambučio skleidžiamas

elektromagnetines bangas ir surasti pakankamai pavojingai priartėjusius

didesnio nei 20 m diametro asteroidus.

Pav. 1.7. Arečibo radioteleskopas.

Galų gale, labai įspūdingas yra ir kosminis Hablo teleskopas, kurio

skiriamoji geba yra 0.01″.

Pav. 1.8. Hablo teleskopas (NASA).

Dar viena Visatos ypatybė yra ta, kad gamtos knyga, kaip sakė tas pats

Galileo Galilėjus, parašyta matematikos simbolių kalba ir jos

nesuprantantys gali nesuvokti nė vieno žodžio ir pasiklysti joje kaip

tamsiausiame labirinte. Ačiū dievui, tą matematiką, kurią jis turėjo

galvoje taip sakydamas, visi mes jau esame išmokę mokykloje, nes vis tik

šiems žodžiams daugiau kaip 350 metų. Iš kitos pusės, ir matematika kaip

kalba, ir supratimas apie Visatą per šį laiką labai pasikeitė, todėl

išdėstyti pilnai kvalifikuotai šiuolaikinį požiūrį į ją vėl nėra lengva

nesinaudojant adekvačiu matematikos aparatu, tačiau pabandyti labai verta,

nes kuo bus platesnė jūsų Visata, tuo išmintingesnė ir tuo pačiu

turtingesnė bus ir visa mūsų visuomenė.

Taigi, pradėkime nuo to, kad kadaise Visatos centre būdavo talpinama Žemė,

aplink kurią sferomis judėjo Saulė, Mėnulis ir matomos plika akimi planetos

(Merkurijus, Venera, Marsas, Jupiteris ir Saturnas). Toliau buvo tvirtas

sferinis dangaus skliautas, skiriantis Žemę nuo dangaus, kuriame buvo

išbarstytos nejudančios žvaigždės. Visas skliautas, aišku, sukosi apie Žemę

pastoviu greičiu. Šis Visatos suvokimas sudarė teologinės kosmologijos,

gyvavusios iki XV amžiaus, pagrindą. Jis pasikeitė tik 1417 metais po ilgos

užmaršties atspausdinus Lukrecijaus (99-55 BC) poemą “Apie daiktų

prigimtį”, kurioje Visata buvo vaizduojama kaip tuštuma, retsykiais

užpildyta judančiomis nedaliomis dalelėmis. Buvo teigiama, kad Visata

neturi centro ir talpina savyje begalę apgyvendintų pasaulių. Nei ji pati,

nei vykstantys joje įvykiai turėtų būti nepavaldūs jokiems dievams.

Didžiausias Lukrecijaus pasekėjas buvo už erezijas sudegintas ant laužo

Džordano Bruno (1548-1600), aktyviai platinęs neoriginalias ir daugeliu

atvejų nerealias idėjas.

Pabandykime suvokti, koks naivus yra toks vaizdas. Kaip tiksliai žinoma,

didžiausias materialių kūnų judėjimo greitis negali viršyti šviesos greičio

vakuume, lygaus apytikriai 300 000 km per sekundę. Tai yra didžiausias

galimas ir šios kietos sferos dalių judėjimo greitis. Sfera gi per parą

turi “apsisukti” aplink Žemę, todėl maksimalus jos atstumas nuo Žemės turi

būti baigtinis. Nesunku suskaičiuoti, kad jis gali būti ne didesnis už

keturis milijardus kilometrų. Paskutinės žinomos planetos – Plutono –

orbitos spindulys lygus maždaug šešiems milijardams kilometrų. Taigi, ši

sfera turėtų būti ne toliau kaip Saulės sistemos viduje.

Planetų (graikiškai aster planetes reiškia klajojančias žvaigždes)

judėjimas žvaigždžių fone visada atrodė labai sudėtingai.

Pav. 1.9. Marso judėjimo trajektorija, kaip ji matoma iš Žemės.

Kiek žinoma, pirmas bandęs jame susigaudyti buvo Pitagoras (580-500 BC),

kuris šį judėjimą netgi tapatino su muzikine harmonija. Analogija buvo

paremta tuo, kad garso dažnis priklauso nuo stygos ilgio panašiai kaip

planetos apsisukimo periodas – nuo jos atstumo nuo Saulės. Konkretesnis

buvo Platonas (427-347 BC), priskyręs kiekvienai planetai permatomą bet

kietą sferą, kuri judėjo (sukosi) nešdama “savo” planetą. Platono mokinys

Aristotelis (384-322 BC) šį mokslą patobulino, padidindamas sferų skaičių

iki 55. Visiško tobulumo sferų moksle pasiekė Ptolemėjus. Jo darbe,

paskelbtame apie 150 AD, operuojama su 40 orbitų, leidusių aprašyti

pagrindinių planetų judėjimą dideliu tikslumu, nepagerintu 14 amžių (iki

Ticho Brage ir Johano Keplerio darbų pasirodymo). Viduramžių arabai šį

darbą vadino Almagest, kas reiškė didžiausią tobulybę.

Esminę Ptolemėjaus sistemos transformaciją atliko Kopernikas (1473-1543),

pernešdamas Visatos centrą iš Žemės į Saulę. Jo darbas vadinosi “Apie

dangaus sferų judėjimą”. Jame nebuvo jokių naujovių dėl žvaigždžių sferos,

vietoje 40 Ptolemėjaus sferų teko įvesti 48, bet planetų judėjimo aprašymas

netapo tikslesnis, ir esminis argumentas, kodėl Visatos centre yra Saulė,

buvo tas, kad ji yra pagrindinė, nes viską apšviečia, bet pati idėja

pasirodė labai teisinga ir neįkainojama.

Pav. 1.10. Planetos ir sferos.

Visos minėtos teorijos, kaip matome, net nekėlė klausimo, kodėl šios sferos

juda. Platonas netgi teigė, kad judančios be priežasčių žvaigždės turi

sielas. Mažiausiai du tūkstančius metų nesuvokiama protu jėga, judinanti

planetas ir žvaigždes, turėjo būti dieviškos arba bent jau nežemiškos

prigimties, ir šis faktas itin skatino visokių mitų ir pasakų populiarumą.

Tikiuosi, kad įdėmiai perskaitę šią knygą turėtumėt suvokti protingus ir

todėl gana paprastus atsakymus į šiuos net ir šiandien dar gana sudėtingus

klausimus. Visatos paslapčių liks, bet jos bus jau ne tokios skaitlingos ir

ne tokios paprastos.

Medžiaga bus pateikiama tokiu pat būdu, kaip vystėsi pati astronomija –

plečiant apžvelgiamą sritį ir nuosekliai iš pradžių aiškinant, kas stebima,

tai yra kaip ši sistema atrodo, o po to – bandant išaiškinti, kodėl yra

būtent taip, o ne kitaip. Šioje vietoje, žinoma, tuoj pat kyla abejonės, ar

tai, kaip sistema atrodo, turi ryšį su tuo, kokia ji yra iš tikrųjų.

Vienintelė garantija šiuo atveju yra visuotinai priimti reikalavimai

mokslinei teorijai. Ji turi ne tik aprašyti stebimus reiškinius, bet ir

teisingai nuspėti dar nestebėtus. Jei kokia teorija šios sąlygos netenkins,

apie ją nekalbėsime, arba užsiminsime, specialiai pabrėždami jos silpnąsias

vietas.

Klasikinis tiesos paieškų pavyzdys yra Niutono visuotinės traukos teorija.

T.Bragės planetų judėjimo stebėjimų rezultatai buvo tvarkingai surašyti

daugelyje tomų, tačiau susigaudyti juose jis pats nepajėgė. Tai pavyko tik

jo mokiniui J.Kepleriui, kuris surado tuose rezultatuose keletą dėsningumų,

kurie žinomi kaip trys Keplerio dėsniai. Galileo Galilėjus, pasigaminęs

savo garsųjį teleskopą ir pažvelgęs į Jupiterį pamatė keturis jo

didžiuosius palydovus ir lengvai įsitikino, kad jų judėjimas tenkina tuos

pačius Keplerio dėsnius, surastus tiriant planetų judėjimą. Tai

akivaizdžiai pademonstravo, kad ir Saulės, ir Jupiterio palydovų judėjimą

sukelia tos pačios jų sąveikos jėgos, o valdo tie patys gamtos dėsniai.

Deja, paaiškinti, kodėl planetos juda būtent pagal šiuos dėsnius, jis irgi

nesugebėjo. Tai padarė I.Niutonas, kuriam teko būtent šiam tikslui sukurti

šiuolaikinės matematikos – diferencialinio ir integralinio skaičiavimo –

pagrindus. Vieną integralą jis integravo 20 metų, tačiau galų gale viską

išsiaiškino. Sukurta teorija ne tik paaiškino Mėnulio ir planetų judėjimą,

Keplerio dėsnius ir Bragės stebėjimų rezultatus, bet ir dabar, praėjus

daugiau kaip 300 metų, beveik tokiame pat pavidale naudojama bet ką

konstruojant, statant arba leidžiant kokią nors raketą. Per šį laiką

paaiškėjo ir jos taikymo ribos. Jei kūnai juda dideliais greičiais, vietoje

Niutono klasikinės mechanikos tenka taikyti Einšteino reliatyvistinę.

Mikroskopinių kūnų, tokių kaip molekulės, atomai ar dar smulkesni,

aprašymui tenka naudoti kvantinę mechaniką. Tai nė kiek nesumenkina Niutono

teorijos, nes mesto į viršų akmens arba leidžiamo į orbitą kosminio laivo

judėjimui aprašyti nei reliatyvumo teorija, nei kvantinė mechanika

nereikalingos.

Pastabesnis skaitytojas, tikriausiai, jau suprato, kad šiuolaikinis mokslas

ir savo išvadomis, ir pačia savo esme, paremta tuo, kad pasitikėti galima

tik patikrintomis ir galiojančiomis plačiausiam reiškinių ratui teorijomis,

rimtai konfliktuoja su tiesomis, kuriomis kartais primityviai agituojama

tikėti be jokių išlygų, kokios keistos jos bebūtų. Mokslinei teorijai, kuri

turi minėtus griežtus, pagrįstus ir protingus savo gerumo kriterijus, tokių

tiesų egzistavimas jokios įtakos turėti negali. Tas pats galioja ir

sąžiningiems mokslininkams. Būrėjų ir astrologų pranašystės, ekstrasensų

poveikiai nestabilios psichikos žmonėms, religijos mitai ir dogmos jokiu

būdu netenkina išvardintų mokslinės teorijos kriterijų.

Taigi, reziumuojant galima pasakyti, kad sąžiningai traktuojami

šiuolaikiniai gamtos mokslų rezultatai rodo, kad “Visata yra be ribų

erdvėje, be pradžios ir pabaigos laike ir be kokių nors galimų darbų

Kūrėjui” (iš Carl Sagan pratarmės S.Hawking knygai “A brief history of

time”). Nors verta prisiminti ir Alfonsą X Išmintingąjį (1221 – 1284) –

Kastilijos ir Leono (dabar Ispanija) karalių, poetų ir astronomų globėją,

kuris yra pasakęs, kad “jei jo prakilnybė viešpats dievas prieš kūrimą būtų

su manimi pasikonsultavęs, aš būčiau pataręs jam padaryti ką nors

paprastesnio”.

Klausimai

1. Kiek žvaigždžių plika akimi galima apytikriai suskaičiuoti danguje

giedrą naktį?

2. Koks Visatos amžius?

3. Žiūrėdami naktį į giedrą dangų matome vieną iš .

mūsų galaktikos žvaigždžių?

4. Išvardinkite keletą astronomijos mokslo tyrimo sričių

5. Kodėl žvaigždžių sfera negalėtų suktis apie Žemę?

6. Kokie yra pagrindiniai mokslinio tyrimo metodo etapai?

7. Kokios planetos matomos plika akimi?

8. Pateikite keletą pseudomokslų pavyzdžių.

2. Arčiausieji Visatos objektai – Žemė, Saulė ir Mėnulis

Taigi, Žemė yra apvali ir pati sukasi apie savo ašį, nes žvaigždės yra per

toli, kad galėtų taip greitai ir visos vienu metu kas parą apie mus

apsisukti.

Pav. 2.1. Žemė iš kosmoso (NASA).

Kur nukreipta jos sukimosi ašis, žinoma labai seniai. Ji eina per abu Žemės

polius, ir šiaurinis galas visiškai atsitiktinai šiuo metu “remiasi”

danguje į Šiaurinę žvaigždę. Jeigu, nukreipę į tą Šiaurinę žvaigždę

paliktume visai nakčiai įjungtą fotoaparatą, išryškinę juostelę pamatytume,

kad visos žvaigždutės pasisuka per naktį apie ją ratu. Laikui bėgant tas

ašies “rėmimosi” taškas, nors ir lėtai, bet kinta.

Pav. 2.2. Pietų poliaus nuotrauka po 10.5 valandų ekspozicijos.

Įvertinkime pirmiausia, kokiu greičiu sukasi Žemės paviršiaus taškai ir

įsitikinkime, kokia išcentrinė jėga dėl to atsiranda. Greičiausiai Žemė

juda pusiaujyje, todėl suradę tų taškų judėjimo greitį, galėsime būti

tikri, kad radome jo didžiausią vertę, nes poliuose esantys taškai

nesisuka, o tolstant nuo poliaus greitis tolydžio didėja. Pilnas Žemės

apskritimo ilgis pusiaujuje sudaro apie 40 000 kilometrų, ir toks atstumas

nuskriejamas per parą, tai yra per 24 valandas. Padalinę gauname, kad

greitis yra kiek didesnis negu 1662 km per valandą. Lietuva yra maždaug 55

laipsnių platumoje, todėl šioje vietoje paviršiaus taškų sukimosi greitis

kiek mažesnis nei pusiaujuje. Jis gaunamas pateiktą padauginus iš šio kampo

kosinuso. Gaunasi maždaug 953 kilometrai per valandą. Šiuolaikiniai

laineriai skraido panašiais greičiais, todėl galima įsivaizduoti, kad mūsų

platumoje skrendantis lėktuvas galėtų viename taške pakilti, o kitame

nusileisti tuo pačiu vietos laiku. Išcentrinė jėga, kylanti dėl to

sukimosi, lygi greičio kvadratui, padalintam iš to taško atstumo nuo Žemės

sukimosi ašies. Pusiaujuje ji gaunasi lygi 3,36 cm/s2, tuo tarpu laisvojo

kritimo pagreitis (980 cm/s2) yra maždaug 300 kartų didesnis. Dėl šios

priežasties netgi pusiaujuje esantį kūną prie Žemės traukianti jėga yra

beveik tris šimtus kartų didesnė už išcentrinę jėgą, kuri bando tą kūną

pakelti nuo Žemės paviršiaus. Aišku, kad tas sukimasis yra per lėtas, kad

jo sukelta jėga galėtų kaip nors pastebimiau pasireikšti kasdieniniame

gyvenime.

Kadangi Saulė teka iš rytų, nesunku susigaudyti, kad Žemė sukasi iš vakarų

į rytus, arba žiūrint iš Šiaurės poliaus – prieš laikrodžio rodyklę.

Be judėjimo apie savo ašį Žemė dar juda orbita apie Saulę, apsukdama pilną

ratą tarp dviejų tapatingų orientacijų Saulės atžvilgiu per metų laikų

kitimo periodą, vadinamą metais, tai yra per 365.2422 paras. Būtent dėl to,

kad šis skaičius nėra lygus sveikam skaičiui ar kokiai nors jo paprastai

daliai, reikalingi keliamieji metai ir kitokios kalendoriaus modifikacijos,

kurias išsiaiškinsime 7 Skyriuje. Žemės orbita yra beveik apskritimas,

kurio vidutinis spindulys, vadinamas astronominiu vienetu (AV), sudaro apie

150 milijonų kilometrų. Kitais žodžiais tariant, šviesa, kurios greitis

lygus 300 000 kilometrų per sekundę, iš Saulės į Žemę ateina maždaug per

aštuonias minutes. Šis atstumas metų bėgyje truputį kinta, kadangi Žemė,

kaip ir kitos planetos, juda ne apskritimu, o elipse, kurios viename

židinių yra Saulė. Dėl šios priežasties sausio mėnesį atstumas tarp Žemės

ir Saulės lygus 147, o liepos mėnesį – 152 milijonams kilometrų. Taigi, ši

elipsė nuo apskritimo skiriasi nežymiai, ir todėl galima visai pagrįstai tą

orbitą laikyti apskritimu, kurio spindulys lygus AV. Turint šiuos duomenis,

nesunku surasti Žemės judėjimo savo orbitoje greitį, nes per metus ji

nuskrieja tą apskritimą, kurio ilgis yra 2(*AV, o metai turi maždaug 32

milijonus sekundžių. Greitis gaunasi nemažas, apie 30 km/s, bet išcentrinis

šio judėjimo orbita pagreitis dėl labai didelio jos spindulio yra dar

mažesnis nei anksčiau skaičiuotas ir sudaro tik apie 0,6 cm/s2. Taigi, šio

sukimosi sukeliamų jėgų praktiškai irgi nepastebime.

Plokštuma, kurioje guli Žemės orbita, vadinasi Ekliptikos plokštuma. Metų

laikai – žiema, pavasaris, vasara ir ruduo – keičia vienas kitą tik todėl,

kad Žemės pusiaujo ir Ekliptikos plokštumos nesutampa, o yra orientuotos

viena kitos atžvilgiu 23.5 laipsnių kampu. Kitais žodžiais tariant, Žemės

sukimosi ašis yra ne statmena Ekliptikos plokštumai, o sudaro su statmeniu

irgi tokį pat kampą. Šio kampo dydis judant Žemei orbita nekinta, nes to

neleidžia judesio kiekio momento tvermės dėsnis. Dėl šios priežasties mūsų

nuotrauka yra praktiškai tokia pati, nepriklausomai nuo to, kada

fotografuota – vasarą, žiemą ar kitu metų laiku. Minėtas tvermės dėsnis,

tačiau, leidžia Žemės sukimosi ašiai suktis apie statmenį Ekliptikos

plokštumai, bet kadangi kiekvienas toks apsisukimas trunka maždaug 25 725

metų, šis ašies sukimasis, vadinamas precesija, praktiškai nestebimas.

Šiuolaikiniais prietaisais jį galima aptikti per keletą naktų, bet stebint

neginkluota akimi tam gali prireikti šimtmečių. Tarp kitko, senovės graikai

šį reiškinį yra atradę maždaug prieš du tūkstančius metų.

Pav. 2.3. Sfera, kurią danguje brėžia Žemės ašis.

Dabar priedo dar nustatyta, kad ir pati Žemės orbita sukasi apie Saulę ir

netgi šiek tiek kinta jos ekscentricitetas. Vienas toks apsisukimas įvyksta

per 111 270 metų, taigi yra dar sunkiau pastebimas ir išmatuojamas. Jei

įsivaizduotume, kad galime pažvelgti į Saulės sistemą iš išorės, tai

žiūrint iš tos pusės, į kurią nukreipta Žemės sukimosi ašis (jos šiaurės

polius), pamatytume, kad Žemė, kaip ir visos kitos planetos, juda apie

Saulę kryptimi prieš laikrodžio rodyklę.

Pabandykime išsiaiškinti, kas tai yra para. Įsivaizduokite, kad esate

pusiaujuje ir tam tikru momentu Saulė yra jums tiesiai virš galvos.

Apsisukus Žemei 360 laipsnių kampu apie savo ašį, tai yra kitą dieną

maždaug tuo pat metu, dėl Žemės judėjimo orbita apie Saulę, ji bus jau

kitoje vietoje, ir Saulė dar nebus tiesiai virš galvos. Tai įvyks tik po

keturių minučių. Para, tai yra 24 valandos, pagal susitarimą lygi ne

laikui, per kurį Žemė apsisuka apie savo ašį, bet laiko intervalui tarp

dviejų artimiausių momentų, kai Saulė būna zenite tame pačiame Žemės taške.

Pilno Žemės apsisukimo apie savo ašį laikas lygus 23 valandoms, 56 minutėms

ir 4 sekundėms. Tai vadinama žvaigždžių para, priešingai Saulės parai,

lygiai 24 valandoms. Aišku, kad 24 valandos yra vidutinė Saulės paros

trukmė, nes Saulės paros ilgis nėra pastovus metų bėgyje dėl to, kad pati

Žemė savo orbita juda ne visai pastoviu greičiu. Jis yra kiek mažesnis, kai

ji yra toliau nuo Saulės, ir kiek didesnis priartėjus.

Visi turbūt gerai žinote, kad dienos ilgis Lietuvoje visus metus kinta,

pasiekdamas didžiausią vertę birželio trečiajame dešimtadienyje (tada ji

ilgesnė nei 17 valandų) ir mažiausiąją vertę – po pusės metų, tai yra

gruodžio gale, kai jos ilgis neviršija 7 valandų. Keliaujant į pietus šis

skirtumas vis mažėja, o į šiaurę – vis didėja. Poliariniame rate, tai yra

siauroje juostoje, kurios taškai vienodai nutolę nuo poliaus, ir visų jų

šiaurės platuma lygi 66.5 (tai yra 90 – 23.5) laipsnio, šis dienos ir

nakties trukmių skirtumas yra toks, kad vieną parą metuose (birželio gale)

Saulė čia iš viso nenusileidžia, o vieną parą gruodžio gale – iš viso

nepakyla virš horizonto. Kuo toliau į šiaurę už poliarinio rato, tuo

daugiau vasarą tokių labai ilgų dienų, trunkančių visą parą, ir tuo daugiau

žiemą trunkančių visą parą naktų. Galų gale, pačiame šiaurės poliuje Saulė

pusę metų iš viso nenusileidžia už horizonto, o kitą pusę metų virš jo

nepakyla.

Iš kitos pusės, Saulė zenite gali būti tik srityje apie pusiaują, kurio

platuma ne didesnė kaip 23.5 laipsnių. Pas mus Lietuvoje tai negręsia, nes

platuma, kaip minėta, lygi maždaug 55 laipsniams.

Pav. 2.4. Žemė tuomet, kai šiaurės pusrutulyje vasara ir tuomet, kai jame

žiema.

Pabaigai tikslinga tarti keletą žodžių apie Žemę kaip dangaus kūną. Ji

panaši į rutulį, kurio spindulys apytikriai lygus 6367 km (pusiaujyje

maždaug 21 kilometru didesnis negu poliuje), o masė – 5.974*1024 kg.

Vidutinis tankis lygus 5.517 kg/dm3. Paviršiuje jis mažiausias, ir siekia

iki 3 kg/dm3, o giliau didėja, pasiekdamas centre apie 13 kg/dm3

(palyginimui reikia priminti, kad vandens tankis lygus 1 kg/dm3).

Nuotraukose iš kosmoso Žemė panaši į deimantą. Ypatinga atmosferos sudėtis

ir jos viršutinių sluoksnių struktūra yra labai palankios atspindėti

šviesai, todėl jos albedo (šviesos atspindžio koeficientas) lygus 0.31.

Kadangi Mėnulis neturi atmosferos, jo albedo lygus tik 0.07 ir todėl jis

yra daug tamsesnis už Žemę. Žemės nuotrauka, padaryta Mėnulyje, yra tiesiog

įspūdinga. Gal taip yra dar ir dėl to, kad žiūrint iš Mėnulio Žemė atrodo

keturis kartus didesnė už Saulę.

Pav. 2.5. Žemė ir Saulė, matomos iš Mėnulio.

Deja, Žemė yra labai trapus dangaus kūnas, jos paviršinis kietas sluoksnis

(pluta) yra tik 5-10 kilometrų storio po okeanais ir 30-50 kilometrų – po

žemynais. Giliau esanti maždaug 2 900 km storio mantija yra žymiai

paslankesnė, gal net ir skysta substancija. Ji pamažu pereina į šerdį,

kurios spindulys sudaro apie 3 450 km. Vidinėje srityje (branduolyje)

šerdis yra sudaryta iš didelio tankio kietos medžiagos, kurioje daug

metalo. Dėl esančių Žemės viduje radioaktyviųjų elementų temperatūra einant

gilyn į Žemę greitai kyla, prie paviršiaus kas kilometras padidėdama

maždaug 25 laipsniais. Žemės centre ji gal net siekia 6-7 tūkstančius

Kelvino laipsnių.

Žemės paviršinis sluoksnis yra sudarytas iš dalių, judančių viena kitos

atžvilgiu. Tas judėjimas sukelia Žemės drebėjimus ir ugnikalnių

išsiveržimus, o susidūrimų metu yra susiformavę kalnynai. Dėl šių procesų

Atlanto vandenyno centre besiveržianti magma formuoja kalnagūbrį, kurio

šiaurinis galas jau yra išlindęs virš vandens. Tai – Islandija.

Pav. 2.6. Atlanto vidurio kalnagūbris.

1989 metų Kalifornijos žemės drebėjimas buvo sukeltas įtempimų,

susikaupusių po 1906 metų drebėjimo. Per paskutiniuosius prieš drebėjimą

šešerius metus Ramiojo vandenyno ir Šiaurės Amerikos plokštės, kurios

nuolatos juda viena kitos atžvilgiu maždaug 2 cm per metus greičiu, buvo

galutinai susikabinę. Susikaupęs per tą laiką 12 cm poslinkio deficitas

drebėjimo metu privertė tas plokštes pasislinkti viena kitos atžvilgiu apie

pusę metro.

Žemės paviršių dengia dujų sluoksnis – atmosfera, kurios tankis tolydžio

mažėja, todėl storis, kuriame jis yra pakankamai didelis, sudaro taip pat

tik kelias dešimtis kilometrų. Būtent atmosferos buvimas yra viena būtinų

mūsų egzistavimo sąlygų ir to komforto, kuriame gyvename, priežastis. Jei

jos nebūtų arba ji būtų nepakankamai tanki, sąlygos Žemėje pastebimai

suprastėtų. Pirmiausia, niekas nesaugotų nuo nuolatinio meteoritų lietaus,

antra – žymiai padidėtų dienos ir nakties temperatūrų skirtumas ir galėtų

būti netgi pažeistas vandens apykaitos ciklas (įsivaizduokite, kas būtų,

jei kiekvieną naktį užšaltų visi vandens telkiniai, o kiekvieną dieną

užvirtų). Atmosfera, sugerdama Saulės spinduliuotę, įkaista. Priklausomai

nuo įvairių elementų ir junginių, skirtingai pasiskirsčiusių įvairiuose

atmosferos sluoksniuose ir sugeriančių skirtingų bangų ilgių spindulius,

jos temperatūra yra labai įvairi. Svarbus Žemės skydas nuo pražūtingo

Saulės vėjo poveikio yra jos magnetosfera, sąlygojama gana stipraus vidinio

magnetinio lauko buvimo.

Pav. 2.7. Temperatūros pasiskirstymas atmosferoje.

Pav. 2.8. Žemės magnetosfera.

Centrinis sistemos kūnas – Saulė, apie kurią sukasi visos planetos, yra

normali, niekuo neišsiskirianti žvaigždė. Stebima daug šimtus kartų

didesnių ir milijonus kartų šviesesnių žvaigždžių. Apie Saulę ir kitas

žvaigždes mes dar kalbėsime smulkiau, todėl dabar aptarkime tik

svarbiausias jos savybes. Jos diametras lygus 108.97 Žemės diametrų, o

vidutinis tankis sudaro tik 1.409 kg/dm3, tai yra beveik keturis kartus

mažesnis už Žemės tankį. Vis tik Saulės masė 332 830 kartų didesnė už Žemės

masę. Ji sudaro 99.85 procentus visos Saulės sistemos, tai yra Saulės,

devynių didžiausių planetų, kometų, asteroidų, meteoritų ir tarpplanetinės

erdvės, masės. Trumpai tariant Saulė yra sudaryta iš nedidelės šerdies,

kurioje vyksta branduolinės reakcijos ir gaminama energija, ir supančio ją

šviečiančių dujų debesies, kurio paviršių mes ir matome. Būtent tas lengvas

dujų debesis taip stipriai ir įtakoja vidutinio Saulės tankio dydį, labai

jį sumažindamas netgi palyginus su Žemės tankiu. Temperatūra Saulės centre

yra apie 16 milijonų laipsnių, o tankis – apie 160 kg/dm3, gi paviršiuje

siekia tik apie 6 tūkstančius laipsnių. Nustatyta, kad Saulė irgi sukasi

apie savo ašį, tačiau jos apsisukimo periodai yra skirtingi įvairiose

vietose – centras apsisuka per 27 Žemės paras, pusiaujas – per 25.7, o

polių aplinka – per 33 paras. Saulės pusiaujo plokštuma irgi nesutampa su

Ekliptikos plokštuma, bet yra pakrypusi į ją 7.25 laipsnio kampu. Žiūrint

iš Žemės šiaurės poliaus pusės, Saulė, kaip ir Žemė, sukasi kryptimi prieš

laikrodžio rodyklę.

Pav. 2.9. Saulės panorama.

Antrasis svarbiausias mūsų kaimynas yra Mėnulis. Jo paviršius, kaip ir

Žemės, yra kietas. Matomos ir plika akimi tamsesnės jo paviršiaus sritys

dar nuo Renesanso laikų vadinamos jūromis, nes buvo manoma, kad jos

užpildytos vandeniu. Žvilgterėjus kad ir per primityvų teleskopą, lengva

pastebėti Mėnulio paviršiuje apvalias įdubas. Buvo manoma, kad tai yra

Mėnulio vulkanų krateriai, tačiau pasigilinus nustatyta, kad Mėnulis yra

visai atvėsęs ir nerodo jokio vulkaninio aktyvumo, ir jie yra atsiradę

susidūrus su įvairiais atsitrenkusiais į paviršių kūnais. Mėnulio

diametras, lygus 3476 km, sudaro maždaug ketvirtį (tiksliau – 0.273) Žemės

diametro, o masė – 0.0123 (apytikriai 1/81) Žemės masės. Tankis irgi

mažesnis nei Žemės ir lygus 3.34 kg/dm3. Kadangi Mėnulis neturi atmosferos,

jo paviršiaus temperatūra dieną lygi maždaug plius 130 Celsijaus skalės

laipsnių, o naktimis nukrenta iki minus 170 laipsnių. Mėnulis apskrieja

Žemę per 27.32 Žemės paros (tai yra Mėnulio “metai”), o jo apsisukimo apie

savo ašį laikas (Mėnulio diena) irgi tiksliai lygus 27.32 Žemės paros,

todėl į Žemę nuolatos būna atkreipta ta pati jo pusė. Šį reiškinį, kuris

būdingas daugeliui dangaus kūnų porų, sąlygoja potvynio bangos, kurias

vienas jų sukelia antrajam. Mėnulio keliami potvyniai stabdo Žemės

sukimąsi. Lygiai taip pat Žemės sukeliamos Mėnulio plutos deformacijos

“potvynio bangos”, nuolatos sklidusios jo paviršiumi, jau prieš daugelį

amžių sustabdė Mėnulio sukimąsi, nes Žemės poveikis Mėnuliui yra žymiai

didesnis už Mėnulio poveikį Žemei. Taigi, ilgainiui Mėnulio “potvynio

banga” pradėjo nebesklisti jo paviršiumi, nes paprasčiau tapo jam Žemės

link vis pasisukti savo masyvesniąja puse.

Pav. 2.10. Mėnulis.

Vidutinis Mėnulio orbitos spindulys lygus 384 401 km (arba maždaug 60.4

Žemės spindulio; tokį atstumą nuo pagaminimo iki rimto remonto nuvažiuoja

miesto autobusas); Mėnulio atstumas nuo Žemės nėra pastovus, o kiekvieno

apsisukimo metu pakinta nuo mažiausios vertės, lygios 363 297 km iki

didžiausios, lygios 405 505 km. Mėnulio orbitos plokštuma orientuota

originaliai ir nesutampa nė su viena išvardintų. Ji yra pakreipta 5

laipsnių kampu į Ekliptikos plokštumą. Dėl šios priežasties palyginti retai

pasitaiko Mėnulio ir dar rečiau – Saulės užtemimai. Jie gali įvykti tiktai

tada, kai Saulė, Žemė ir Mėnulis išsirikiuoja beveik vienoje tiesėje ir

Mėnulis patenka į Žemės šešėlį (Mėnulio užtemimas) arba Mėnulio šešėlis

krenta į Žemę (Saulės užtemimas). Deja, netgi tokiu atveju užtemimai ne

visada įvyksta, nes tuomet, kai Mėnulis būna maksimaliai nutolęs nuo Žemės,

jo šešėlio intensyvioji dalis (umbra) Žemės nepasiekia. Saulės užtemimo

metu Mėnulio šešėlis dengia tik dalį Žemės paviršiaus ir gana greitai juda.

Pav. 2.11. 2003.05.15-16 dienomis vykusio Mėnulio užtemimo matomumo Žemėje

žemėlapis (NASA).

Pav. 2.12. Vaizdas, kuris Mėnulio užtemimo metu matosi iš paties Mėnulio

(NASA).

Mėnulio judėjimo orbitoje kryptis vėlgi yra tokia pati, kaip Saulės planetų

ir Žemės, tai yra stebint iš Žemės šiaurės poliaus – prieš laikrodžio

rodyklę. Mėnulis ne tik juda orbita apie Žemę, bet tuo pat metu kartu su

Žeme skrieja apie Saulę. Dėl šios priežasties Mėnuliui apskriejus Žemę, tai

yra kai po 27 parų, 7 valandų ir 43 minučių jis atsiduria toje pačioje

vietoje žvaigždžių atžvilgiu (tai ir vadinama žvaigždiniu periodu), Saulės

atžvilgiu jis dar nebūna orientuotas taip pat kaip pradiniu momentu. Tai

įvyksta tik po dviejų parų. Šis didesnysis periodas, lygus 29 paroms, 12

valandų ir 44 minutėms būtent ir yra vadinamas Mėnulio mėnesiu. Tokiu

dažniu kartojasi Mėnulio fazės – pilnatis (kai jis yra priešingoje pusėje

negu Saulė), delčia, jaunas (kai jis atsiduria toje pačioje pusėje kaip

Saulė) ir priešpilnis.

Pav. 2.13. Mėnulio fazės.

Kaip žinote, Mėnulis sukelia Žemėje reguliariai besikartojančius potvynius

ir atoslūgius. Kitas galimos Mėnulio įtakos gyvenimui Žemėje pasireiškimas

yra susijęs su įvairiais prietarais apie jo fazių reikšmę. Tai, kad Mėnulio

fazės negali turėti įtakos kokiai nors tešlai, autobusų kursavimo

tvarkaraščiui arba egzaminų rezultatams, matyt tikite kiekvienas, tačiau

yra ir kitokių, ne taip akivaizdžiai kvailų prognozių. Pavyzdžiui,

laikraščiuose kiekvieną pavasarį spausdinamas agronomų sudarytas sėjos

kalendorius, kuriame rekomenduojama sėjant ar sodinant atsižvelgti į

Mėnulio fazes. Pabandykime išsiaiškinti, ar tai gali turėti kokią nors

įtaką augalams, ar tokios rekomendacijos analogiškos astrologų panašystėms.

Pradėkime nuo potvynių, nes jie ir yra raktas minėtiems atsakymams rasti.

|Žemė |1 |

|Saulė |8.6*10-4 |

|Mėnulis |3.4*10-6 |

|Venera |1.9*10-8 |

|Jupiteris |3.3*10-8 |

|Artimiausia žvaigždė |1.4*10-14 |

|Paukščių Takas |2.1*10-11 |

|Artimoji galaktikų grupė |10-15 |

2.1 Lentelė. Santykiai jėgų, kuriomis stovintį ant Žemės žmogų veikia

įvairūs dangaus kūnai.

Kaip matome iš 1 Lentelės, Saulė veikia ant Žemės esantį kūną beveik 250

kartų didesne jėga, negu Mėnulis. Panašiai kaip ir Mėnulis, žiūrint iš

Žemės, ji kiekvieną parą apsisuka aplink Žemę, tačiau niekas nesako, kad ji

gali sukelti tokius potvynius, kaip Mėnulis.

Problemos sprendimo raktas yra tas, kad visuotinės traukos dėsnyje sąveika

tarp dviejų masių proporcinga toms masėms ir atvirkščiai proporcinga

atstumo tarp jų kvadratui. Kas yra tas atstumas, pasakyti, jei gerai

pagalvosime, ne taip jau ir paprasta. Įsivaizduokite šalia viena kitos

padėtas dvi liniuotes. Nuo kurių taškų matuoti atstumą tarp jų? Jį galima

apibrėžti labai plačiose ribose. Rekomenduotas mokykloje tokiu atveju

atstumas tarp masių centrų paprasčiausiai duoda klaidingą rezultatą. Norint

gauti teisingą atsakymą, reikia susumuoti sąveikas tarp visų vienos ir

kitos liniuotės molekulių. Tik tuo atveju, jei vietoje liniuočių

nagrinėtume dviejų taisyklingų rutulių sąveiką, susumavę visas šias

sąveikas gautume tokį pat rezultatą, kaip imdami atstumą tarp jų masių

centrų ir leisdami, kad kiekvienos sferos masė sukoncentruota šiame viename

taške, tai yra mokyklinę Visuotinio traukos dėsnio formulę. Būtent

skaičiuodamas šią sumą I. Niutonas ir sukūrė šiuolaikinės aukštosios

matematikos pagrindus. Bendru atveju sąveikoja kiekviena Žemės molekulė su

kiekviena Mėnulio molekule. Pažvelkime dabar atidžiau į Žemę. Tos jos

paviršiaus dalys, kurios yra atkreiptos į Mėnulį, yra traukiamos žymiai

stipriau negu esančios, žiūrint iš Mėnulio, Žemės kraštuose arba

priešingoje jos pusėje. Tai ir sąlygoja vandens tekėjimą iš pakraščių į abi

puses – ir į tą, kuri atkreipta į Mėnulį, ir į priešingą. Dėl šios

priežasties potvyniai toje pačioje vietoje kartojasi ne kas 24, o maždaug

kas 12 valandų. Visiškai tiksliai šnekant, dėl santykinio Žemės ir Mėnulio

judėjimo potvyniai kasdien dar apie 50 min vėluoja, todėl toje pačioje

vietoje vyksta įvairiu paros metu. Ežere arba nedidelėje jūroje, tokioje

kaip Baltijos jūra, didelių potvynių nebūna todėl kad jėgų, kuriomis

Mėnulis veikia vieną arba kitą jo (jos) pakraštį, skirtumas yra labai

mažas. Saulė tokių didelių potvynių nesukelia dėl tos pačios priežasties –

ji yra labai toli nuo Žemės, palyginus su Mėnuliu, ir todėl jėgų,

veikiančių dienos ir nakties puses, skirtumas yra maždaug du kartus

mažesnis. Reikia pažymėti, kad minėtos potvynio jėgos sukelia ne tik

vandens masių, kas lengviausiai pastebima, bet ir atmosferos, o taip pat ir

Žemės paviršiaus deformacijas, siekiančias kelias dešimtis centimetrų.

Potvyniai lėtina Žemės sukimąsi, todėl para nuolatos kiek ilgėja (maždaug

pusantros sekundės per šimtą tūkstančių metų). Dėl to paties judesio kiekio

tvermės dėsnio, siekdamas kompensuoti šį momento nuostolį, Mėnulis tolsta

nuo Žemės kokių 3 – 4 centimetrų per metus greičiu. Paprasti skaičiavimai

rodo, kad netgi Žemei visai nustojus suktis, jis vis tik liktų jos

palydovu.

Visų trijų kūnų – Saulės, Žemės ir Mėnulio – sąveika gali sukelti

papildomus efektus, sustiprinančius šiuos potvynius, kai jie išsidėstę

vienoje tiesėje, tai yra kai Mėnulis yra pilnaties arba jauno fazėje, ir

silpninančius juos Mėnuliui esant delčios ir priešpilnio fazėse. Toks

poveikis gali palengvinti daigų prasikalimą, todėl sėjos kalendoriai su

astrologija ryšio neturi ir yra žymiai rimtesni, verti pasitikėjimo

dokumentai.

Beveik visos šių trijų kūnų ir jų orbitų savybės daugiau ar mažiau tiksliai

yra žinomos jau labai seniai, daugiau nei du tūkstančius metų.

Klausimai

1. Kokiu greičiu juda Žemės paviršiaus taškai pusiaujuje dėl nuolatinio

jos sukimosi apie savo ašį?

2. Kodėl Žemėje yra metų laikai?

3. Jeigu fotoaparatą, nukreiptą į Šiaurinę žvaigždę, paliksime visai

nakčiai, kokias žvaigždžių judėjimo trajektorijas pamatysime

išryškintoje nuotraukoje?

4. Kuria kryptimi, žiūrint iš Šiaurės poliaus pusės, sukasi Žemė?

5. Kiek maždaug kartų Žemės traukos jėga pusiaujuje yra didesnė už

išcentrinę jėgą, atsirandančią dėl Žemės sukimosi?

6. Kas tai yra astronominis vienetas?

7. Kiek laiko šviesa užtrunka sklisdama iš Saulės į Žemę?

8. Kada Žemė yra arčiausiai prie Saulės?

9. Kodėl Mėnulis visada atsisukęs į Žemę ta pačia puse?

10. Kaip keičiasi Mėnulio orbita lėtėjant Žemės sukimuisi?

11. Kiek kartų Mėnulio masė yra mažesnė už Žemės masę?

12. Temperatūra Žemės centre apytikriai lygi?

3. Saulės imperija. Grožis ir pavojai – planetos, asteroidai ir kometos

Saulės, Mėnulio ir Žemės judėjimą daugmaž išsiaiškinome praėjusioje

paskaitoje. Žemė, deja, yra tik vienas iš devynių didžiųjų Saulės palydovų,

vadinamų Saulės sistemos planetomis, o Mėnulis – vienintelis ne dirbtinis

Žemės palydovas. Taigi, kitais žodžiais tariant, Saulė turi devynis

mėnulius.

Penkios pirmosios planetos yra lengvai matomos iš Žemės neginkluota akimi,

būtent jų judėjimas daugelį amžių taip domino astronomus. Kai kurios Saulės

planetos irgi turi palydovų (mėnulių), ir, kaip matysime, kartais netgi

daugiau negu Saulė.

Apžvelkime pirmiausia pačių planetų savybes.

Pirmiausia, aišku, reikėtų apibrėžti, kas tai yra planeta. Be jau minėtų

devynių, Koiperio žiede, esančiame dar toliau už Plutono orbitą, skrieja

tūkstančiai mažesnių ar didesnių objektų, savo dydžiu ir savybėmis

pretenduojančių vadintis tuo vardu, tačiau pagal susigulėjusias tradicijas

planetomis nevadinamų. Tie objektai yra labai toli, jie matomi tik pačiais

geriausiais teleskopais, todėl iš minėtos klasifikacijos iškrenta.

Priešingu atveju, tobulėjant stebėjimų technikai, tas sąrašas galėtų labai

išsiplėsti. Štai 2002 metais atrasta tokia “planeta”, pavadinta indėnų

dievo “Quaoar” vardu, kurios diametras tik du kartus mažesnis už Plutono, o

vidutinis nuotolis nuo Saulės sudaro apie 42 AV. Kadangi netrukus, kiek

patobulinus tuos stebėjimus, galima tikėtis aptikti ir daugiau panašių

objektų, planetomis susitarta vadinti tik tuos devynis pačius

didžiausiuosius ir arčiausiai Saulės esančius objektus, apie kuriuos čia ir

šnekėsime.

Pav. 3.1. Žemės, Mėnulio, Plutono ir Quaoar dydžių palyginimas.

Bendra visoms planetoms yra tai, kad jos visos juda apie Saulę į tą pačią

pusę. Kaip žinome, Žemės sukimosi ašis nukreipta į Šiaurinę žvaigždę. Kaip

jau anksčiau minėta, žiūrint iš tos pusės į Saulės sistemą, visos planetos

juda beveik toje pačioje (ekliptikos) plokštumoje ta pačia kryptimi – prieš

laikrodžio rodyklę.

Toliau jau prasideda skirtingumai. Pagal įvairias savybes planetas galima

suskirstyti į dvi grupes. Pirmąją sudaro vadinamosios žemiškosios, o

antrąją – dujinės išorinės jupiteriškosios planetos. Pagrindinis šių grupių

skiriamasis bruožas yra planetos tankis. Žemiškosios planetos yra tankios,

turinčios kietą paviršių, Jupiteriškosios – nedidelio tankio su difuziniu

paviršiniu sluoksniu. Visus duomenis galite pamatyti 3.1 Lentelėje. Tankiai

ten pateikti gramais į kubinį centimetrą (tai sutampa su tonomis į kubinį

metrą); priminsiu, kad vandens tankis tokioje sistemoje lygus vienetui.

Keturios žemiškosios planetos yra Žemė ir trys jos artimiausi kaimynai –

Merkurijus, Venera (vadinamos vidinės planetos, kadangi jos yra arčiau

Saulės negu Žemė) ir Marsas, kurio orbita yra toliau. Visos jos lengvai

pastebimos, todėl yra žinomos jau nuo neatmenamų laikų.

Pav. 3.2. Žemiškosios planetos – Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas.

Arčiausiai Saulės esanti planeta yra Merkurijus. Romėnai ją pavadino

pasiuntinuko, išnešiojančio prekes, vardu, kadangi ji “laksto” greičiau už

kitas planetas. Jos apsisukimo apie Saulę periodas yra tik 88 dienos. Pagal

savo dydį ji yra aštuntoji, mažesnio spindulio yra tik Plutonas. Saturnas

ir Jupiteris turi palydovų (mėnulių), kurie yra didesni už Merkurijų.

Merkurijus labai panašus ir į mūsų Mėnulį – abu jie turi intensyviai

subombarduotą paviršių, abu neturi atmosferos, abu geologiškai mirę jau

milijardus metų, tačiau Merkurijaus tankis yra kiek didesnis, labiau

artimas Žemės tankiui. Tai reiškia, kad jo šerdyje, kaip ir Žemės šerdyje,

yra nemažai geležies. Šerdis sudaro apie 70 – 80 % jo spindulio, o

paviršiuje yra silikatų kalnai. Atmosferos Merkurijus beveik neturi, todėl

jo paviršius dieną įkaista iki 427 laipsnių, o naktį – nukrenta iki minus

173 laipsnių (vidutinė temperatūra lygi 179 Celsijaus laipsniams). Kadangi

Merkurijus visą laiką yra taip arti Saulės, tai jį galima pamatyti tik

tada, kai Saulė yra ką tik pasislėpusi už horizonto, arba turi greitai

patekėti. Taigi, Merkurijų pastebėti ne taip jau ir paprasta, nes jam esant

arti horizonto vaizdą iškraipo storas atmosferos sluoksnis, o albedo dėl

atmosferos nebuvimo yra ne ką didesnis už Mėnulio ir sudaro tik 0.1. Dėl

šios priežasties gerais teleskopais stebimas jis paprastai dienos metu.

|Planet|Tanki|m |r |Para |Albed|Palyd|Orbit|Metai|R3 |

|a / |s |(Žemė|(Žemė|(Žemė|o |o-vų |os |T |/T2 |

|palydo|(g/cm|s |s |s | | |spind|(Žemė| |

|vas |3 ) |masių|spind|parų)| | |ulys |s | |

| | |) |.) | | | |R |metų)| |

| | | | | | | |(a.u.| | |

| | | | | | | |) | | |

|Merkur|5.42 |0.055|0.383|58.65|0.10 |0 |0.387|0.241|0.99|

|ijus | | | | | | | | |8 |

|Venera|5.25 |0.815|0.949|-243.|0.65 |0 |0.723|0.616|0.99|

| | | | |02 | | | | |6 |

|Žemė |5.52 |1 |1 |1 |0.31 |1 |1 |1 |1 |

|(Mėnul|3.34 |0.012|0.273|27.32|0.07 | |0.002|0.074|10-6|

|is) | |3 | | | | |6 |8 | |

|Marsas|3.94 |0.11 |0.533|1.04 |0.15 |2 |1.524|1.882|0.99|

| | | | | | | | | |9 |

|Jupite|1.33 |318 |11.21|0.42 |0.52 |30 |5.203|11.86|1.00|

|ris | | | | | | | | |1 |

|Saturn|0.69 |95 |9.45 |0.42 |0.47 |18 |9.539|29.46|1.00|

|as | | | | | | | | |1 |

|Uranas|1.29 |14.54|4.01 |0.75 |0.51 |15 |19.19|84.01|1.00|

| | | | | | | | | |1 |

|Neptun|1.64 |17.14|3.88 |0.67 |0.41 |11 |30.06|164.7|1.00|

|as | | | | | | | |9 |0 |

|Pluton|2.05 |0.002|0.182|-6.39|0.3 |1 |39.53|248.5|1.00|

|as |1.83 |16 |0.1 |6.39 |0.5 | |0.000|4 |0 |

|(Charo| |0.000| | | | |1 |0.017|10-8|

|nas) | |30 | | | | | |5 | |

3.1 Lentelė. Saulės sistemos planetų bei kai kurių jų palydovų savybės.

Antroji pagal tolumą nuo Saulės planeta yra Venera. Kadangi ji artimiausia

Žemei, o jos albedo dėl storo debesų apkloto yra dar didesnis nei Žemės

(0.65), ji irgi kiek panaši į brangakmenį. Gal dėl šios priežasties, o gal

dar ir dėl to, kad ji, kaip ir Merkurijus, geriausiai matoma rytais ir

vakarais, kai Saulė jau arba dar pasislėpus už horizonto, Antikos

astronomai ją pavadino grožio ir meilės deivės vardu. Venera iš pirmo

žvilgsnio atrodo kaip tikra Žemės sesuo. Abi jos labai panašios ir

tankiais, ir matmenimis. Čia panašumas, deja, baigiasi. Per keletą

pastarųjų dešimtmečių rimtai užsiėmus jos tyrimais, nustatyta, kad ji

neturi okeanų, jos atmosfera labai sunki, sudaryta pagrindinai iš anglies

dioksido, o debesys – iš sieros rūgšties lašų. Prie paviršiaus atmosferos

slėgis yra 92 kartus didesnis už tokį slėgį prie Žemės paviršiaus. Dėl

tokios tankios atmosferos aktyviai reiškiasi šiltnamio efektas (Saulės

spinduliai, pakliuvę į paviršių, yra absorbuojami ir jį šildo, o nedidelė

atsispindėjusi dalis vėlgi sugeriama atmosferoje), todėl Veneros paviršiaus

temperatūra yra pastovi, nepriklausanti nuo to, ar tas plotelis yra

apšviestas Saulės, ar ne. Aišku, ji yra pastovi ir žymiai aukštesnė nei

Merkurijaus, lygi maždaug 482o C. Venera apsisuka apie Saulę per 225 Žemės

paras, Jos para (apsisukimo apie savo ašį periodas) didesnė už metus, nes

lygi 243 Žemės paroms. Venera šiek tiek išskirtinė ir ta prasme, kad apie

savo ašį sukasi iš rytų į vakarus, tai yra priešingai nei dauguma kitų

planetų. Storas Veneros debesų sluoksnis ilgus amžius gerai slėpė jos

paviršių. Tik 1978 NASA Pioneer ekspedicija, 1983-1984 SSRS kosminiai

laivai Venera 15 ir Venera 16 bei 1990-1994 NASA Magellan radaro tyrimai

pagaliau leido atskleisti ir šias jos paslaptis. Jos paviršius pasirodė

palyginti jaunas geologine prasme ir ne taip senai (tik prieš 300-500

milijonų metų) susiformavęs. Kalnai, sudarantys apie 85% paviršiaus, turi

vulkaninę prigimtį, o įdubos užpildytos lava. Vienas lavos “liežiuvis”

tęsiasi beveik 7000 kilometrų. Vandens paviršiuje nerasta.

Trečioji planeta yra mūsų Žemė, o ketvirtoji – Marsas. Ji dar vadinama

raudonąja planeta, nes jos paviršius turi raudoną atspalvį. Senovės

egiptiečiai ją vadino Her Descher, tai yra raudonąja, o romėnai dėl to

paties raudonumo pavadino karo dievo vardu. Marsas yra pusantro karto

toliau nuo Saulės, negu Žemė. Kadangi jo paviršiuje lengvai pastebimos

beveik tiesios įdubos, jau seniai buvo manoma, kad jame egzistuoja gyvybė,

o šios įdubos yra dirbtiniai irigaciniai įrenginiai – kanalai. Kita

priežastis, tarsi ir paremianti gyvybės egzistavimo hipotezę, buvo

reguliariai besikartojantys sezoniniai (vasaros – žiemos) planetos

paviršiaus atspalvio pokyčiai, kuriuos galėtų sukelti augalija. Deja, 1965

liepą Mariner 4 persiuntė 22 Marso paviršiaus nuotraukas, padarytas iš

nedidelio atstumo. Jose aiškiai matėsi daug kraterių ir natūraliai atsiradę

grioviai, bet nepastebėta jokių dirbtinių kanalų arba tekančio vandens

juose. 1976 liepą ir rugsėjį du Vikingo moduliai nusileido ant Marso

paviršiaus. Kiekvienas jų atliko po tris biologinius eksperimentus

nusileidimo vietose. Pasirodė, kad Marso dirvožemyje vyksta labai aktyvūs

procesai, bet jų prigimtis yra ne biologinė, o cheminė. Saulės

ultravioletinė spinduliuotė yra prisotinusi Marso paviršių, todėl jis

nuolatos sterilizuojasi ir turėtų sunaikinti gyvus organizmus, jei tokie

netgi ir būtų. Neatmesta hipotezė, kad tolimoje praeityje kokia nors

gyvybės forma Marse galėjo egzistuoti. Kruopščiai ištyrus Marso atmosferą,

pasirodė, kad ji sudaryta beveik vien iš anglies dioksido (95.32 %).

Vandens Marso atmosferoje yra tūkstantį kartų mažiau, negu Žemės

atmosferoje. Skysti debesys pastebėti tik labai dideliame aukštyje, rūkas

kartais stebimas tik daubose, o žiemą vietomis atsiranda nedidelis šerkšno

sluoksnis. Gali būti, kad praeityje Marse buvo daugiau vandens, ir jo

paviršiuje stebimi sraunių upių palikti pėdsakai. Didžiausia registruota

paviršiaus temperatūra yra 20o C, mažiausia -140o C, o vidutinė yra -63o C.

Barometrinis slėgis Marse yra labai mažas – iki 10 milibarų (Žemėje

vidutinis slėgis lygus 1000 milibarų). Anglies dioksidas užšalęs sudaro

poliarines “kepures” kiekvieno poliaus žiemos metu, po to ištirpsta ir

išgaruoja atėjus pavasariui. NASA erdvėlaivis “Mars Global Surveyor”, nuo

1999 metų vykdantis detalų Marso paviršiaus tyrimą, yra atsiuntęs daug

kokybiškų nuotraukų, kurias galima surasti Internete NASA svetainėje

adresu http://www.nasa.gov/. NASA puslapyje rasite taip pat dar daug

kitokios įdomios ir labai kokybiškos medžiagos apie Kosmosą.

Sekančios keturios planetos – nuo penktosios iki aštuntosios – sudaro

jupiteriškųjų dujinių milžinių grupę. Jų tankai keletą kartų mažesni už

žemiškųjų planetų tankius, o matmenys labai didelės.

Pav. 3.3. Jupiteriškosios planetos – Jupiteris, Saturnas, Uranas ir

Neptunas.

Penktoji planeta – Jupiteris – yra pati didžiausia Saulės sistemoje. Jos

viduje tilptų daugiau kaip tūkstantis Žemių, o jos masė yra tris kartus

didesnė už visų kitų planetų masių sumą. Jupiteris turi apie 30 mėnulių,

kurių keturis (Io, Europą, Ganimedą ir Kalisto) Galilėjus pastebėjo dar

1610 metais. Egzistuoja ir žiedų sistema, tačiau šie žiedai sudaryti iš

labai smulkių dalelių, kurių diametras ne didesnis už 10 mikronų (panašiai

kaip cigaretės dūmų dalelių), todėl iš Žemės yra nematomi jokiais

prietaisais. Juos 1979 metais aptiko Voyager 1. Išorinis žiedų sistemos

kraštas siekia 129 000 km, o vidinis – 30 000 km nuo planetos centro.

Manoma, kad šie žiedai susiformavo mikrometeoritams bombarduojant Jupiterio

mėnulius, kurių orbitos yra žiedų viduje. Jupiterio atmosfera labai tanki,

gali būti, kad visa planeta yra savotiškas šios atmosferos tęsinys. Tuo

Jupiteris panašus tam tikra prasme į Saulę. Pabandykime išsiaiškinti šį

teiginį. Paviršinis Jupiterio sluoksnis sudarytas iš vandenilio ir helio

atomų su labai nedidele metano, amoniako, vandens garų ir kai kurių kitų

junginių priemaiša. Einant gilyn tankis taip padidėja, kad elektronai

praranda ryšį su savo protonais ir vandenilis tampa metalu. Gali būti, kad

būtent iš jo ir sudaryti Jupiterio vidiniai sluoksniai. Jupiterio

atmosferoje stebimi sūkuriai, analogiški mūsų ciklonams ir anticiklonams,

nuolatos judantys viena ar kita kryptimi.

Šeštoji planeta yra Saturnas. Savo dydžiu ji yra antroji po Jupiterio, o

jos masė beveik tris kartus didesnė už visų kitų planetų (išskyrus

Jupiterį) masių sumą. Aiškiai matosi, kad Saturnas yra susiplojęs poliuose,

nes yra vienintelė planeta, kurios tankis yra mažesnis už vandens tankį ir

priedo dar labai greitai sukasi. Jo para trunka tik 10 valandų ir 39

minutes, tuo tarpu kai metai lygūs 29.5 Žemės metams. Saturno žiedų sistema

puikiai matoma ir tai daro jį vienu gražiausių dangaus kūnų. Išskiriami

septyni svarbiausieji žiedai, kai kurie jų sudaryti iš mažesnių žiedelių,

praktiškai susiliejančių į vieną visumą. Žiedai žymimi didžiosiomis

raidėmis pradedant A ir baigiant G. Per teleskopą matomi tik ryškūs A ir B

žiedai ir blankus C žiedas. Pirmuosius du pastebėjo Galilėjus 1610 metais.

C žiedas atrastas 1848, F – 1979, D ir G – 1980, o E – 1981 metais. Panašu,

kad žiedai sudaryti iš ledo ir sniego gabalų, kurių matmenys yra nuo

keletos centimetrų iki keletos metrų. Pagal nuotolį nuo Saturno žiedai

išsidėstę taip: pirmasis yra D žiedas (vidutinis atstumas nuo Saturno

centro lygus 67 tūkst. km, plotis – 7 500 km), toliau – C žiedas (atstumas

– 74 500 km, plotis – 17 500 km), dar toliau – B (92 000 km ir 25 500 km),

A (122 200 km ir 14 600 km) ir taip toliau. Paskutiniojo, E žiedo, kraštas

siekia iki 300 000 km. Pagrindinių žiedų storiai ne didesni už 1 km, taigi

iš tiesų tai yra unikalios ir labai gražios struktūros. Saturnas taip pat

turi daugiausia tarp visų Saulės sistemos planetų mėnulių. Jų yra net 18,

turinčių pavadinimus ir ištyrinėtų, o taip pat dar keturi objektai,

pretenduojantys jais tapti, užfiksuoti Hablo kosminiu teleskopu. Saturno

atmosfera sudaryta iš vandenilio atomų su nedidele helio ir metano

priemaiša, todėl jo spalva yra gelsva. Atmosferoje siaučia didžiuliai

vėjai, kurių greitis siekia 500 m/s. Kaip ir Jupiteris, Saturnas neturi

kieto paviršiaus. Atmosferai tolydžio tankėjant, ji ilgainiui virsta

metalinio vandenilio branduoliu, apsuptu silikatų ir metano, amoniako ir

vandens ledų sluoksniu. Centre temperatūra siekia 20 000 K, o tankis – 13.5

g/cm3. Saturnas išspinduliuoja šilumos 2.5 karto daugiau, negu gauna iš

Saulės, o tai reiškia, kad jis, kaip ir kai kurios kitos planetos, turi

kažkokių vidinių energijos šaltinių.

Būtent Saturnu ir baigiasi šešių arčiausiai Saulės esančių planetų sąrašas.

Viena jų – Žemė – yra mūsų planeta, o kitos penkios – lengvai iš jos

matomos, todėl yra vienos gražiausių ir įdomiausių dangaus šviesulių.

Septintoji planeta – Uranas – yra taip pat dujų gigantas. Savo dydžiu ji

yra trečioji Saulės sistemoje. Uraną ir du jo mėnulius atrado ir ištyrė

William Herschel 1781 – 87 metais. Urano atmosfera sudaryta iš vandenilio

(83 %), helio (15 %), o taip pat nedidelių metano, acetileno ir įvairių

hidrokarbonatų priemaišų. Viršutinių sluoksnių metanas absorbuoja raudonos

spalvos spindulius, todėl Uranas yra melsvai žalios spalvos. Uranas

unikalus ta prasme, kad jo sukimosi ašis guli beveik orbitos plokštumoje,

tai yra jis tarsi rieda orbita. Urano branduolys panašus kaip ir kitų

gigantų. Sukasi irgi gana greitai – para yra 17 valandų ir 14 minučių

ilgio. Stebėta ne mažiau kaip 15 jo mėnulių. 1977 metais ištirti pirmi

devyni jo žiedai: jų gali būti ir daugiau.

Paskutinysis, esantis toliausiai nuo Saulės, gigantas yra Neptunas. Jį 1846

metais atrado J. G. Galle maždaug 1o nuotolyje nuo tos vietos, kurioje jį

esant prognozavo U. Le Verrier, paskaičiavęs jo orbitą pagal Urano orbitos

trikdymų rezultatus. Daugeliu savybių Neptunas panašus į kitus dujų

gigantus, o ypač – į Uraną. Jis turi aštuonis mėnulius ir keturių žiedų

sistemą.

Paskutinioji, devintoji, sistemos planeta Plutonas yra ir pati mažiausioji.

Ji atrasta 1930 metų vasario 18, kadangi ją galima pastebėti tik per gerą

teleskopą. Skirtingai nuo kitų planetų, jos orbita yra labai ištęsta ir

todėl kartais ji priartėja arčiau Saulės negu Neptunas. Tokioje padėtyje ji

praleidžia apie 20 metų iš beveik 249 metų, reikalingų apsisukti apie

Saulę. Šią kelionės dalį ji kaip tik ir baigė 1999 metais ir dabar pamažu

tolsta nuo Saulės. Plutonas išsiskiria dar ir tuo, kad jo orbitos plokštuma

orientuota 17o kampu į Ekliptikos plokštumą, tuo tarpu kai visų kitų

planetų orbitų plokštumos beveik sutampa su ja. Plutono paviršių dengia

kelių kilometrų storio metano ledas, o atmosferą sudaro šiek tiek to paties

metano garų. Plutonas turi vieną mėnulį, vadinamą Charon pagal graikų mitų

veikėją valtininką, gabendavusį mirusiųjų sielas i Hadą – mirusiųjų

pasaulį, kurio dievas buvo vadinamas Plutonu. Paskutinei planetai su savo

palydovu tai labai vykę pavadinimai. Kaip ir Mėnulis į Žemę, Charon į

Plutoną nuolatos atsisukęs ta pačia puse. Apie Plutoną žinoma ne tiek jau

daug, tačiau planuojama kuo greičiau surengti ekspediciją, kad galima būtų

ištirti Plutoną dar prieš užšalant jo atmosferai, nes šiuo metu jis, kaip

minėta, vis tolsta nuo Saulės ir tolydžio vėsta.

Be išvardintų didžiųjų planetų orbitomis apie Saulę juda dar labai daug

visokių kitokių kūnų. Be Koiperio žiedo objektų, tokių kaip jau minėtasis

Quaoar, yra dar ir vadinamieji asteroidai arba mažosios planetos. Tai –

paprasčiausi metalo arba akmens gabalai. Didžiausias jų yra Cerera; jos

diametras siekia 1000 km. Žinoma dar bent šešiolika asteroidų, kurių

diametrai didesni negu 240 km. Dauguma jų skrieja erdvėje tarp Marso ir

Jupiterio, tačiau keletos jų orbitos kerta Žemės orbitą. Jei visus žinomus

asteroidus būtų galima surinkti į vieną vietą, tai susidarytų rutulys,

kurio diametras būtų porą kartų mažesnis už Mėnulio diametrą. Manoma, kad

jie susidarė arba formuojantis Saulės sistemai, arba sudužus planetai

susidūrimo su kokiu kitokiu kūnu metu. Yra požymių, kad tolimoje praeityje

ne vienas asteroidas yra susidūręs ir su Žeme. Jei dabar įvyktų kas nors

panašaus, tai galėtų sunaikinti visą gyvybę. Yra užfiksuoti gana pavojingi

asteroidų praskriejimai. Ikaras 1968 metais buvo priartėjęs prie Saulės per

0.19 astronominių vienetų, o po to praskrido 16 milijonų kilometrų atstumu

nuo Merkurijaus. Erosas 1931 metais buvo priartėjęs prie Saulės 23 milijonų

kilometrų atstumu. Būtent šiuo atveju galėtų praversti branduolinis

ginklas; pastebėjus atlekiantį tokį “daiktelį” galima būtų jį sunaikinti

arba bent pakeisti jo orbitą dar prieš susidūrimą.

Pav. 3.4. Asteroidų palyginimas su Mėnuliu.

Mažų matmenų kietieji kūnai, kurių orbitos kerta Žemės orbitą ir gali su ja

susidurti, vadinami meteoroidais. Meteoroidui įlėkus į Žemės atmosferą dėl

trinties jis dažniausiai išsilydo ar sudega; nukritę ant Žemės liekanos

vadinamos meteoritais. 92.8 % jų yra akmeninių, 5.7 % – metalinių, o kiti

sudaryti iš įvairių mineralų. Galileo kosminis laivas neseniai praskriejo

visai arti nuo artimiausių didelių asteroidų Gaspra (1991) ir Ida (1993) ir

atsiuntė puikias jų nuotraukas. Specialus NASA palydovas prieš kurį laiką

netgi buvo paleistas į vieną asteroidų – Erosą, ir kurį laiką apie jį

sukdamasis sukaupė daug vertingos informacijos. Erosas pasirodė beesąs

netaisyklingos formos kas 5.3 valandos besivartantis 7 km storio, 19 km

pločio ir 30 km ilgio akmuo. Meteorų įskridimai į atmosferą, ypač kai Žemė

kerta kokią nors sritį, kurioje jų koncentracija nemaža, irgi yra gana

spalvingas reginys, nuo senovės vadinamas krentančių žvaigždžių lietumi.

Pav. 3.5. Meteoroidas, meteoras ir meteoritas.

Pav. 3.6. Krateris Arizonoje.

Kita grupė bene pačių gražiausių Saulės palydovų yra kometos. Tai trapūs

nedideli netaisyklingos formos kūnai, sudaryti iš atšaldytų dujų, dulkių,

ledo ir kitokių Saulės sistemos gamybos atliekų. Kometą sudaro branduolys,

vadinamoji koma, ir jos difuzinė aplinka. Šio branduolio spindulys ne

didesnis kaip 10 km. Kometų orbitos labai ištęstos; viename gale jos labai

priartėja prie Saulės, o kitame gali siekti toliau Plutono orbitos. Joms

artėjant prie Saulės, koma įšyla, padidėja ir išsivysto ilga uodega,

sudaryta iš smulkių dulkių dalelių ir nutįsusi milijonus kilometrų.

Pav. 3.7. Kometų uodegos.

Baigiant Saulės šeimos narių apžvalgą galima pateikti tokį jos portretą.

Jei Žemę įsivaizduotume esant tokio dydžio kaip krepšinio kamuolį

(diametras apie 40 centimetrų), tai Mėnulis apie ją skrietų 12 metrų

atstume, o Saulės diametras būtų lygus maždaug 44 metrams (joje laisvai

tilptų Žemė su skriejančiu apie ją Mėnuliu). Žemės orbitos spindulys, tai

yra atstumas nuo Saulės, būtų lygus 5 kilometrams, o atstumas nuo Saulės

iki tolimiausios planetos – Plutono būtų lygus maždaug 200 kilometrų, taigi

ši Saulės sistemos dalis savo matmenimis kiek primena Lietuvą.

Klausimai

1. Kas tai yra Ekliptikos plokštuma?

2. Kurios planetos orbitos plokštuma nesutampa su Ekliptikos plokštuma?

3. Išvardinkite keturias žemiškąsias planetas.

4. Kurios planetos dienos ir nakties temperatūrų skirtumas yra pats

didžiausias?

5. Kurios planetos dienos ir nakties temperatūrų skirtumas yra pats

mažiausias?

6. Išvardinkite keturias planetas – dujų gigantus.

7. Kokia didžiausia Saulės sistemos planeta?

8. Kokia mažiausia Saulės sistemos planeta?

9. Kuri planeta turi daugiausia mėnulių?

10. Kokios Saulės sistemos planetos yra mėlynos spalvos?

11. Kuo skiriasi meteoroidai ir meteoritai?

13. Kas tai yra “albedo”?

14. Kurioje srityje yra išsidėstę daugiausia asteroidų orbitų?

15. Kuo kometų orbitos skiriasi nuo planetų orbitų?

4. Saulės imperija. Nuolatinis judėjimas

Saulės šeimos planetos, kaip matėme, nuodugniau patyrinėjus, pasirodo beesą

labai skirtingos, nors paprastam stebėtojui jos yra beveik vienodi,

tamsesni ar šviesesni taškai, skirtingai nuo žvaigždžių, palyginus greitai

ir iš pirmo žvilgsnio gana chaotiškai judantys dangaus skliaute.

Prisiminkite Marso judėjimo trajektoriją, pavaizduotą Pav. 1.9. Būtent tas

jų judėjimo nereguliarumas taip ilgai ir domino visus stebėtojus. Šiais

laikais, jei kas nors pradėtų įdėmiai žiūrėti į dangų, maišalynė būtų dar

didesnė, nes skraido daugybė reisinių ir karinių lėktuvų bei dirbtinių

Žemės palydovų, kurie yra palyginus labai netoli Žemės, ir nors būdami

maži, atspindi pakankamai daug šviesos, kad būtų neblogai matomi. Kuo ne

planetos? Įsigudrinus, žinoma, galima būtų greitai atskirti pelus nuo

grūdų, bet senovėje ta prasme uždavinys buvo žymiai paprastesnis.

Kai planetos jau identifikuotos, atsiranda naujų problemų, Pagrindiniai

kylantys klausimai yra – iš kur jos atsirado ir kodėl jos taip juda? Kas

varo planetas ratu, kodėl jos nesustoja arba nenukrenta? Norint į juos

atsakyti, reikia pirmiausia pasiaiškinti, kaip jos juda. Minėjome sudėtingą

Ptolemėjaus sferų sistemą (Pav. 1.10), sąžiningai tarnavusią beveik

pusantro tūkstantmečio. Kam gi Aristoteliui, išradusiam tas sferas,

Ptolemėjui, jas ištobulinusiam, o po to net ir Kopernikui, jų prireikė?

Atsakymas labai paprastas. Sferos buvo reikalingos kaip nors suderinti tai,

kad iš tikrųjų planetos juda ne apskritiminėmis orbitomis, o elipsinėmis,

su įvaizdžiu, kad gamtoje tobula figūra yra sfera, ir planetos, kurių

judėjimo priežastys buvo visiškai nesuprantamos, turi jomis ir judėti.

Judėjimą elipsiu iš bėdos galima pavaizduoti, kaip dviejų sferų riedėjimą

viena kitos paviršiumi ir naudojant šį modelį nuspėti, kur viena ar kita

planeta bus po kurio nors laiko. Nepasitvirtinus kokiai prognozei modelį

reikėdavo tobulinti, ir Ptolemėjus galų gale buvo šioje srityje pasiekęs

didžiausio įmanomo tikslumo.

Pav. 4.1. Apskritimai, elipsės ir sferos.

Ir prieš Ptolemėjų, ir po jo vis pasitaikydavo bandymų suvokti šį judėjimą

kaip kažkokios visaapimančios harmonijos ar aukštesnės valios pasireiškimą,

todėl kad žmogiškoji prigimtis pirmiausia verčia ieškoti ryšių tarp įvairių

paslaptingų reiškinių. Plačiausiai žinomi bent jau bandymai susieti planetų

judėjimo harmoniją su muzikinių garsų ir spalvų deriniais. Kadangi tai gana

romantiška ir senovėje, sprendžiant iš įvairių išlikusių liudijimų, buvo

populiaru, pabandykime pasiaiškinti šį ryšį kiek nuodugniau.

Kad išvengtume visiškos maišaties, nusikelkime bent jau į Koperniko laikus

ir tikėkime, kad planetos sukasi apie Saulę, o ne apie Žemę. Apsiribokime

taip pat penkiomis arčiausiai esančiomis ir lengviausiai pastebimomis

planetomis bei žvaigždžių sfera. Paprasčiausiai nustatoma ir ilgą laiką

vienintele planetos judėjimo charakteristika buvo jos apsisukimo aplink

Saulę periodas, mūsų lentelėje pavadintas metais T ir pateiktas Žemės metų

vienetuose. Atvirkščias periodui dydis ( f=1/T ) vadinamas dažniu.

Populiariausias dažnio vienetas yra Hercas, žymimas Hz. Tai dažnis tokio

judėjimo, kai per sekundę įvyksta vienas apsisukimas, arba, kitais žodžiais

tariant, kai judėjimo periodas lygus vienai sekundei. Planetų judėjimo

periodai žymiai didesni už sekundę, todėl jų dažniai yra žymiai mažesni už

Hercą. Muzikinių garsų bei matomos šviesos bangų dažniai yra žymiai už

Hercą didesni, todėl tiesiogiai jų palyginti negalima, bet paėmę dažnių

santykius šiokią tokią bazę palyginimams galime surasti.

Pradėkime nuo muzikos, tuo labiau kad ši lygiagretė siekia toliausiai –

Pitagoro laikus. Dviejų paeiliui einančių oktavų ribinių dažnių santykis

lygus dviems, tai yra sekančios oktavos “do” turi du kartus didesnį dažnį,

negu prieš tai einančios “do”. Tas pats turi galioti ir visiems kitiems

garsams, todėl temperuotoje oktavoje, turinčioje dvylika pustonių,

kiekvieno sekančiojo dažnis turi būti 21/12 kartų didesnis už prieš jį

einančiojo, kad pakėlę šį skaičių dvyliktuoju laipsniu (oktavoje viso yra

dvylika pustonių), gautume dvejetą. Šiek tiek maišaties įneša tai, kad

oktavoje tarp “mi” ir “fa” bei “si” ir “do” garsų yra tik pustonis, o tarp

visų kitų – po du pustonius, bet jei atkreipsime į tai dėmesį, dažnių

santykius skaičiuoti bus nesunku.

Antroji lygiagretė būtų su šviesa. Matomos šviesos elektromagnetinių bangų

dažniai matuojami dešimtimis su daugybe nulių Hercų, todėl pasinaudokime

tuo ryšiu, kad f=c/(, kur c yra šviesos greitis, o ( – šviesos bangos

ilgis, kuris violetinei spalvai lygus 400 nm (nanometrų, tai yra

milijardinių metro dalių), raudonai – 700 nm, o visos kitos spalvos telpa

šiame intervale. Taigi, didžiausio ir mažiausio dažnių santykis šiuo atveju

artimas dviems, panašiai kaip oktavos garsų, kuris tiksliai lygus dviems.

Planetų judėjimo dažnių santykius lengva surasti iš 3.1 Lentelės imant jau

minėtus T. Vienintelė išimtis yra ta, kad toje lentelėje nėra žvaigždžių

sferos, kuri “apsisuka” apie Žemę per parą, tai yra per 1/365 metų dalį.

Šių duomenų pakanka sudaryti 4.1 Lentelei.

Vargu ar galima pamatyti kokį nors ryšį tarp šių dažnių. Gal kiek

glaudesnis atitikimas yra tik tarp muzikinių garsų ir spalvų, tačiau

planetų judėjimas, be abejo, nėra toks harmoningas. Tikroji planetų

judėjimo harmonija jau atspindėta 3.1 Lentelės paskutiniajame stulpelyje,

tačiau kalbėsime apie tai kiek vėliau.

Taigi, planetos skirtingos ir juda gana chaotiškai. Vis tik egzistuoja tarp

jų judėjimo ir jungiančiųjų bruožų. Pirmasis yra tas, kad visos jos, o taip

pat Mėnulis ir Saulė juda nenutoldami nuo taip vadinamų Zodiako žvaigždynų.

Dabar mes žinome, kad taip yra todėl, kad visų planetų sukimosi apie Saulę

orbitų plokštumos beveik sutampa su Ekliptikos, tai yra Žemės judėjimo apie

Saulę plokštuma. Mėnulio judėjimo apie Žemę plokštuma irgi artima jai.

Kodėl taip yra, paaiškinti nėra lengva, tačiau jei žiūrėsime į tai kaip į

nustatytą faktą, tai jis gali atrodyti gana keistai, vėlgi kaip kažkokios

harmonijos pasireiškimas. Šis faktas astrologų yra “sudvasintas”, jam

suteikta gili “prasmė”. Kiekvieną savaitę, o kartais ir dieną,

laikraščiuose spausdinami įvairiausi horoskopai, todėl apeiti šį faktą

niekaip jo nepakomentavus būtų tiesiog nepadoru. Taigi, Zodiako

žvaigždynai yra tie, į kuriuos projektuojasi Ekliptikos ir kitų planetų

judėjimo plokštumos, išpjaunančios maždaug 16 laipsnių pločio dangaus

sferos juostą. Jų yra dvylika – Žuvys, Avinas, Tauras, Dvyniai, Vėžys,

Liūtas, Mergelė, Svarstyklės, Skorpionas, Šaulys, Ožiaragis ir Vandenis.

Tiesė, jungianti Saulę ir Žemę, per metus prabėga visus minėtus

žvaigždynus, būdama kiekviename jų beveik po mėnesį. Nors žvaigždės,

sudarančios žvaigždynus, yra nutolę nuo Žemės įvairiausiais, milžiniškai

besiskiriančiais, atstumais, tačiau jų judėjimas viena kitos atžvilgiu per

šimtmečius sunkiai pastebimas, todėl žvaigždynų raštai laikui bėgant beveik

nesikeičia. Žvaigždės tiesiog prašyte prašosi sujungiamos į grupes, kurios

buvo įvairių tautų pavadintos įvairiais vardais pagal panašumą į kokius

nors gyvūnus, daiktus ar reiškinius. Dar babiloniečiai atrado Zodiako

juostą ir suskirstė ją į dvylika žvaigždynų, gali būti, kad tai buvo

sąlygota Mėnulio fazių periodiškumu, lemiančiu metų paskirstymą į 12

mėnesių. Kinai, po to graikai tą darbą padarė iš naujo; galų gale dabar

naudojamės būtent graikų sukurta žvaigždynų sistema. Skirstymas į

žvaigždynus, kaip matome, yra grynai subjektyvus veiksmas; be to, dėl Žemės

ašies precesijos sistema yra paslanki – pavyzdžiui, mūsų eros pradžioje

pavasario lygiadienio taškas buvo Avino, o dabar jis randasi Žuvų

žvaigždyne.

|Muzikiniai|Dažnių |Spalvos |Dažnių |Dangaus |Dažnių |

|garsai |santykiai | |santykiai |kūnai |santykiai |

|Do |1 |Raudona |1 |Žemė |1 |

|Re |1.1225 |Oranžinė |1.0800 |Mėnulis |13.37 |

|Mi |1.2600 |Geltona |1.1638 |Saulė |365 |

|Fa |1.3350 |Žalia |1.2736 |Žvaigždžių |365 |

| | | | |sfera | |

|Sol |1.4985 |Mėlyna |1.5000 |Merkurijus |4.1494 |

|La |1.6827 |Violetinė |1.6875 |Venera |1.6234 |

|Si |1.8887 | | |Marsas |0.5313 |

|Do (kitos |2 | | |Jupiteris |0.0843 |

|oktavos) | | | | | |

4.1 Lentelė. Pateikti planetų apsisukimo apie Saulę dažnių santykiai su

atitinkamu Žemės dažniu, tai yra vienetuose 1/Žemės metų. Mėnulio, Saulės

ir Žvaigždžių sferos apsisukimo apie Žemę dažniai pateikti tuose pačiuose

vienetuose.

Astrologija yra pseudo teorija, teigianti, kad Saulės, Mėnulio ir planetų

išsidėstymas Zodiako žvaigždynų juostoje turi įtakos žmonių, tautų ir

valstybių likimui ir gamtos reiškiniams. Ši teorija, deja, taip pat

netenkina pagrindinių mokslinės teorijos reikalavimų, nes jos išvados nei

patikrinamos, nei patvirtinamos pakartotiniais bandymais, o tarp prognozių

ir realybės koreliacija nesurasta. Kokią įtaką gali turėti vieno ar kito

dangaus kūno padėtis, galima spręsti iš 2.1 Lentelės, kurioje pateikti

santykiai jėgų, kuriomis stovintį ant Žemės žmogų veikia ta ar kita

planeta.

Palyginimui toks jėgų santykis, jei atsistotumėte prie (1 m)3 vandens

rezervuaro, būtų lygus maždaug 10-8. Ką tokiu atveju kalbėti apie didelį

namą arba tankiai apgyvendintą rajoną. Taigi, su astrologija aiškiai kažkas

ne taip. Greičiau tai galėtų būti psichologų studijų objektu, nes matyt

žmogaus pasamonėje užprogramuotas poreikis tikėti kokia nors pasaka.

Grįžkime prie planetų judėjimo. Paprasčiausia yra nustatyti planetos

apsisukimo apie Saulę periodą. Tam prireikia nemažai laiko, nes tolimųjų

planetų apsisukimo periodai (metai) yra gana ilgi. Pavyzdžiui, Saturno

metai, kaip jau žinome, lygūs maždaug 30 Žemės metų. Be to, reikia

atsižvelgti dar ir į tai, kad Žemė pati juda apie Saulę. Antrasis svarbus

parametras, kurio dar nemokame matuoti, yra planetos atstumas nuo Saulės.

Dabar žinoma bent keletas būdų jį nustatyti, tačiau pirmas tikslus

matavimas paremtas labai sena ir gražia Thales ( VI amž. BC ) idėja, kurią

išsiaiškinsime septintojoje paskaitoje.

Išmatavus bent vieną atstumą iki kokios nors planetos, nesunku gana

tiksliai nustatyti ir visų kitų Saulės sistemos planetų orbitų spindulius,

nes, kaip matome iš 3.1 Lentelės, visoms joms orbitos spindulio kubo ir

apsisukimo periodo kvadrato santykis yra toks pat. Tai yra trečiasis

Keplerio dėsnis, atrastas analizuojant Bragės matavimų rezultatus 1618

metais. Iš lentelės puikiai matosi, kad Mėnulis ir Charonas nėra Saulės

sistemos planetos. Jiems šie santykiai yra visiškai kitokie, nes jie yra ne

Saulės, o Žemės ir Plutono palydovai. Jei Žemė turėtų antrąjį Mėnulį, jam

šis santykis būtų toks pat kaip ir pirmajam. Galilėjus, savo teleskopu

pastebėjęs keturis Jupiterio palydovus, nustatė, kad visi jie puikiai

tenkina šį dėsnį.

Kodėl taip yra, paaiškino Niutonas, atrasdamas jums gerai žinomą visuotinės

traukos dėsnį. Prisiminkime. Jėga, kuria masės M kūnas (Saulė) traukia

masės m kūną (planetą) yra

F = GMm/R2 .

Čia G yra gravitacijos konstanta, o R – atstumas tarp jų (Saulės ir

planetos) centrų. Kadangi planeta nekrenta tiesiai kaip akmuo į Saulę, o

juda kiekvienu momentu kryptimi, statmena jungiančiai jas tiesei, reiškia,

ši jėga yra atsverta atsirandančios dėl judėjimo apskritimu išcentrinės

jėgos, kuri lygi

F = mv2/R.

Planeta per savo metus T nuskrieja visą apskritimą, kurio ilgis yra 2(R,

taigi jos greitis

v = 2(R/T.

Jei šią išraišką įstatysime į išcentrinės jėgos išraišką ir sulyginsime abi

jėgas, tai nesunkiai gausime, kad

R3/T2 = GM/(2()2 .

Taigi, šis santykis priklauso tik nuo Saulės masės ir pasaulinių konstantų,

todėl jis ir yra vienodas visoms planetoms arba visiems kokios nors

planetos palydovams.

Kodėl mūsų lentelėje jis vis tik ne visoms planetoms tiksliai lygus

vienetui? Tai lemia keleta faktorių, iš kurių svarbiausia yra tai, kad

planetos juda ne apskritimais, o elipsėmis, ir sąveikoja ne tik su Saule,

bet ir tarpusavyje.

Tai ir yra ta reali harmonija, kuri nelengvai surasta būtent iš Saulės

sistemos studijų, bet galioja be išimčių visiems dangaus kūnams, kuriuos

iki šiol pavyko stebėti.

3.1 Lentelėje yra dar keleta planetų parametrų, kurių matavimo iki šiol

nesame aptarę. Pirmiausia tai yra planetos spindulys. Jo radimas visai

paprastas – kadangi planetos orbitos parametrai žinomi, lengvai galime

rasti atstumą tarp minimos planetos ir Žemės bet kuriuo momentu, o po to

pagal jos matomą kampinį dydį surasti diametrą. Planetos parą, tai yra

apsisukimo apie savo ašį periodą, galima nustatyti ją stebint. Planetos

tankį galima surasti, žinant jos masę ir tūrį. Surasti tūrį žinant diametrą

visai nesunku, taigi, lieka paskutinis ir labai įdomus parametras –

planetos masė.

Žemės masę surasti itin lengva, nes žinomas laisvo kritimo pagreitis ant

paviršiaus, kurį galima rasti paprasčiausiai mėtant daiktus. Jei šis

pagreitis, žymimas g ir apytikriai lygus 980 m/s2, bei gravitacijos

konstanta žinomi, tai bet kurio daikto, kurio masė m, sunkis lygus

P = mg = GMm/r2 .

Padalinus abi puses iš m , Žemės masę M galima išreikšti taip:

M = gr2 /G,

kur r yra lygus Žemės spinduliui.

Galima dar ir patikrinti gautą reikšmę, suskaičiavus tą patį dydį kitu

būdu.

Aukščiau jau pateikta formulė, susiejanti planetos, tai yra Saulės

palydovo, orbitos spindulį ir apsisukimo periodą su Saulės mase. Iš šios

išraiškos galime Saulės masę išreikšti per bet kurios planetos orbitos

parametrus taip:

M =(2()2 R3/G T2 .

Šį sąryšį galima panaudoti ir Žemės masei rasti, kadangi Mėnulis yra jos

palydovas, jo orbitos parametrai žinomi, o daugiau nieko ir nereikia.

Žinoma keleta rafinuotų metodų kitų planetų masėms rasti, tačiau pats

paprasčiausias tas, kurį ką tik išdėstėme, paremtas jos palydovo arba

palydovų orbitų parametrų, kurie nesunkiai matuojami, panaudojimu, taikant

pateiktas formules.

Klausimai

1. Kiek yra Zodiako žvaigždynų?

2. Atstumo iki planetų matavimo metodai?

3. Kas tai yra astrologija?

4. Ką teigia trečiasis Keplerio dėsnis?

5. Kodėl kai kurios planetos stebint iš Žemės juda pirmyn – atgal?

6. Kaip kinta judančio eliptine orbita kūno greitis jam artėjant prie

Saulės?

7. Kaip paprasčiausiai surasti Saulės masę?

5. Kosminės kelionės

Mitai ir istorijos, pasakojančios apie skrydžius į Mėnulį ar žvaigždes, yra

ko gero tokios pat senos, kaip žmonija. Pirmoji žinoma knyga šiuo klausimu

yra graiko Lucian iš Samosata 160 AD metais skelbta “Vera historia”, kurios

herojus per aštuonias dienas nuvyksta į Mėnulį ir po to bando tęsti kelionę

į Olimpą, bet tuo užrūstina Dzeusą, kuris įsako grąžinti keliautoją į Žemę.

Žinoma taip pat nemažai vėlesnių fantastinių istorijų, aprašančių keliones

kosmose. Tarp jų autorių buvo tokie žinomi žmonės, kaip Johannes Kepler,

Cyrano de Bergerac, Jules Verne, H.G.Wells ir kiti. Arčiausiai tiesos

pasirodė Arthur C.Clarke tuoj po II Pasaulinio karo publikuotos istorijos,

kuriose keleta dešimtmečių prieš praktišką realizavimą gana realistiškai

aprašomos šių kelionių problemos ir pasiekimai. Tarp kitko, jis pirmasis

nuspėjo ir palydovų naudą perduodant žinias iš vienų Žemės rajonų į kitus,

tai yra šiuolaikinių komunikacinių sistemų esmę.

Realus gyvenimas, kaip visada, pasirodė žymiai sudėtingesnis. Nei paukštis,

nei netgi keleivinis lėktuvas, kaip gerai žinoma, išskristi už Žemės

atmosferos ribų negali. Atmosfera gi baigiasi labai netoli nuo Žemės, apie

jokį skrydį netgi į Mėnulį kalbėti be naujo tipo transporto priemonės

neįmanoma. Tokia transporto priemonė yra raketa. Nuo kulkos raketa skiriasi

tuo, kad judesio kiekį ji įgauna ne stumiama šautuvo vamzdžiu degant

parakui, o kaupia jį kelionės metu, nes kurą vežasi su savimi ir

palaipsniui jį degina. Nuo motorinės valties ar lėktuvo ji skiriasi tuo,

kad trauka raketoje išsivysto ne sukantis propeleriui, kurio sėkmingam

darbui reikalinga materiali ir tanki aplinka – vanduo arba atmosfera, o dėl

išmetamų degimo produktų judesio kiekio, dėl tvermės dėsnio perduodamo

raketai. Kosminių skrydžių raketa skiriasi netgi nuo reaktyvinio lėktuvo,

kadangi pastarasis kuro deginimui naudoja atmosferoje esantį deguonį, o

raketa net ir deguonį turi vežtis su savimi.

Pirmosios parako raketos tikriausiai pasirodė Kinijoje apie XI-XII amžių.

Jos buvo vadinamos “ugnies strėlėmis”. Yra išlikęs pasakojimas, kad apie

1500 metus kinietis vardu Wan Hoo prie savo palankino liepė pritaisyti 47

juodojo parako raketas, kurias 47 tarnai vienu metu ir uždegė. Pasakojimas

čia ir baigiasi, nes to Wan Hoo daugiau niekas nėra matęs. Maždaug nuo XVI

amžiaus raketos buvo žinomos jau ir Europoje, tačiau kaip ginklai pradėtos

naudoti tik XVIII amžiaus gale, po to kai Indijos išsilaisvinimo kovose

indai jas naudodavo prieš anglus. Pastarieji jas patobulino ir pritaikydavo

netgi kariaudami Europoje, pavyzdžiui puldami Boloniją 1806 ir Kopenhagą

1807 metais bei batalijose Šiaurės Amerikoje.

Teoriniai kelionių kosmose raketomis pagrindai buvo padėti XX amžiaus

pradžioje ruso K.Ciolkovskio, vokiečio H.Oberth, prancūzo R.Esnault-

Pelterie ir amerikiečio R.Goddard pastangomis. Būtent šiose šalyse

antrajame – trečiajame dešimtmetyje ir pradėjo vystytis eksperimentai su

raketomis ir bandymai jas pritaikyti įvairiose transporto priemonėse.

Pirmasis lėktuvas, varomas 16 parako raketų, į orą pakilo ir 75 sekundes

skrajojo Vokietijoje 1928 metų birželio 28, tačiau ir šio skrydžio

principai, ir priemonės buvo labai tolimos nuo naudojamų šiuolaikinėse

raketose.

Du žmonės, kurių nuopelnai neabejotinai patys didžiausi šioje srityje, yra

vokietis Wernher von Braun (1912-1977) ir rusas Sergei Koroliov (1907-

1966). Abiejų jų likimai dėl laikmečio specifikos, totalitarinių režimų ir

galimybės raketas pritaikyti naikinimui susiklostė nelengvai, bet šie

žmonės, ir ypatingai pirmasis, yra labiausiai nusipelnę tam, kad žmonija

nutiesė kelius į kosmosą.

S.Koroliovas nuo 1938 metų Stalino buvo įkalintas ir dirbo lėktuvų bei

raketų tyrinėjimo darbus kartu su daugeliu kitų konstruktorių, tokių kaip

A. Tupolevas, koncentracijos stovykloje Uralo kalnuose. Tuoj po karo jam

buvo pavesta atlikti vokiečių raketų, užgrobtų okupavus Vokietiją,

ekspertizę ir jų tobulinimo darbus. Per labai trumpą laiką jis sugebėjo

suburti pajėgų kolektyvą ir pasinaudodamas praktiškai neribota valdžiusios

tada Sovietų Sąjungą klikos parama sukurti ir paleisti 1957 rugpjūtį

pirmąją tarpkontinentinę balistinę raketą, o mažiau kaip po dviejų mėnesių

– 1957 spalio 4 – ir pirmąjį dirbtinį Žemės palydovą. Šaltojo karo metais

supervalstybių varžybos šioje srityje buvo viena svarbiausių jų prestižo

komponenčių, todėl itin skatinant šiuos tyrimus, Koroliovo konstruktorių

biuras ilgai pirmavo lenktynėse. 1961 balandžio 12 į kosmosą nuskrido

pirmasis žmogus – J. Gagarinas, 1963 birželio 16 – pirmoji moteris – V.

Tereškova, 1964 spalio 12 – pirmasis kosminis laivas su dviem kosmonautais,

1965 kovo 18 – pirmasis kosmonauto (A. Leonov) išėjimas iš laivo skrydžio

metu į erdvę. Vystėsi ir nepilotuojamų skrydžių technika. 1959 Luna 2 ir

Luna 3 apskrido Mėnulį ir pirmą kartą nufotografavo jo nematomąją iš Žemės

pusę. Apie 1960 S. Koroliovui buvo iškeltas uždavinys sukurti kosminį

laivą, galintį nugabenti į Mėnulį žmones. Jo sukurtas šiam tikslui kosminis

laivas Sojuz ilgą laiką buvo naudojamas gabenant kosmonautus ir krovinius į

dabar jau nebeegzistuojančią kosminę stotį “Mir”. Praktiškai visą gyvenimą

šio žmogaus vardas buvo kruopščiausiai slepiamas. Jis buvo vadinamas

“Vyriausiuoju konstruktoriumi”, niekas negalėjo jo nei filmuoti, nei

fotografuoti. Tik po mirties 1966 metais, laidotuvių metu, pasaulis galų

gale išgirdo šią nieko nesakančią pavardę.

W. von Braun nuo 1932 metų dirbo jau minėto H. Oberth laboratorijoje prie

Berlyno, kūrusioje karo ginklus ir raketas. Pirmoji raketa, sukurta paties

W. von Braun grupės, buvo žymima A1, antroji – A2 ir taip toliau. Karo metu

šiam darbui Hitlerio režimas pradėjo skirti nemažą dėmesį, W. von Braunui

Peenemuende vietovėje šiaurės rytų Vokietijoje buvo pastatyta speciali

laboratorija. Žinomiausia tais metais jo sukurtų raketų yra A4, kuri

Vokiečių propagandos ministerijos buvo pavadinta Keršto ginklu V2

(Vengeance Weapon). Naudojant koncentracijos stovyklų kalinių darbą, buvo

pagaminti tūkstančiai šių raketų, kurios buvo naudojamos ir kaip teroro

ginklas, tai yra griovimams ir civilių žudynėms.

Pav. 5.1. Vokiečių raketa V2, vienas iš pačių galingiausių Antrojo

Pasaulinio karo ginklų.

Raketa, sukurta 1942, svėrė apie 13 tonų, galėjo gabenti apie 900 kg

sprogmenų, pasiekdavo iki 80 km aukštį ir nuskriedavo atstumą, artimą 300

km. Tais laikais tai buvo fantastiški parametrai. W. von Braun domėjimasis

šių raketų pritaikymu ne tik karui, bet ir kosminiams skrydžiams neliko

nacių nepastebėtas. Už tariamą sabotažą ir nepakankamą dėmesį raketų kaip

ginklo tobulinimui agonijoje esantis režimas dvi savaitės iki galutinio

žlugimo netgi areštavo jį ir dar keletą bendraminčių. 1945 staigus Vakarų

sąjungininkų pajėgų puolimas leido jiems užimti Peenemuende ir išlaisvinti

konstruktorius. Pats W. von Braun ir apie 120 jo geriausių inžinierių

greitai pasirašė kontraktus su JAV Armija, susikrovė beveik visas likusias

raketas, ir buvo išvežti į JAV, nes po kelių dienų pagal susitarimą tą

vietovę okupavo Sovietų armija. Rusai, užėmę miestelį, elgėsi sau būdinga

maniera ir žymiai rafinuočiau. Esu daugiau kaip prieš dešimtmetį matęs BBC

filmą, tada slaptai atvežtą į Sovietų Sąjungą, kuriame buvo užfiksuoti

likusių gyvų tų įvykių dalyvių prisiminimai. Taip ir nesupratau, kam

leidus, o gal ir savo rizika, nes neužilgo jis pasimirė, akademikas

G.Flerovas, išgarsinęs Sovietų Sąjungą ne tik dalyvaudamas kolektyve,

kūrusiame branduolines bombas, bet ir jau vėliau savo laboratorijoje

pirmasis pasaulyje surasdamas ir identifikuodamas supersunkiųjų labai

trumpai gyvuojančių branduolių izotopus, pakvietė mus, nedidelį ratą savo

bendradarbių ir svečių vieną vakarą po konferencijos Branduolinių tyrimų

laboratorijoje Dubnos mieste netoli Maskvos pasižiūrėti šį filmą. Filme

buvo rodomi dokumentiniai kadrai ir keletos vokiečių šeimų komentarai.

Rusai, užėmę miestą, paskyrė komendantą, kuris, tuoj pat suregistravęs jo

gyventojus, dirbusius raketų gamykloje, pakvietė juos pas save į priėmimą.

Tokio kokybiško maisto ir tiek degtinės karo trūkumų išvarginti vokiečiai

buvo seniai neregėję, todėl smagiai praleidę vakarą ir iki soties

pasišnekėję su svetingais šeimininkais, ramiai sumigo savo namuose. Vidurį

nakties jie visi su šeimomis, apie 300 žmonių, buvo pakelti iš lovų,

susodinti į vagonus ir išvežti į Uralą. Kareiviai gi iki varžto išardė dvi

ar tris likusias ne visai baigtas statyti ir neišvežtas amerikiečių V2 ir

pervežė ten pat. Žmonės neturėjo kitos išeities, kaip tik atstatyti šias

raketas. Nežinia, kaip būtų jiems baigęsi, bet po Stalino mirties

besiveržiantis į valdžią KGB šefas Berija juos už sėkmingai atliktą darbą

ne sušaudė, o kažkodėl tai paleido atgal į Vokietiją. Matyt, KGB jie buvo

tiek prigąsdinti, kad išdrįso papasakoti šiuos savo nuotykius tik po

daugelio dešimtmečių, atėjus į valdžią Gorbačiovui ir pasibaigus šaltojo

karo košmarams. Ši istorija, aišku, buvo gerai ir seniai žinoma tam pačiam

G. Flerovui, filmo jis niekaip nekomentavo, nors šiaip buvo labai kalbus

žmogus, pasižymintis labai geru jumoro jausmu. Aišku, ji buvo nemažas

smūgis rusų konstruktorių ir to paties S. Koroliovo prestižui.

Taigi, ir rusų, ir amerikiečių raketos faktiškai turėjo vieną prototipą –

V2, ir vieną patriarchą – W. von Braun. Nedidelį amerikiečių atsilikimą nuo

rusų pirmajame kosminių lenktynių etape galima paaiškinti tik tuo, kad

rusai, nors būdami protingi ir labai kvalifikuoti specialistai, kuriems

irgi labai rūpėjo naujovės, režimo buvo verčiami kuo greičiau duoti

rezultatą, gi W.von Braun galėjo leisti sau Amerikoje iš esmės patobulinti

minėtą savo kūrinį. Tai atėmė kiek daugiau lėšų ir laiko, bet ilgainiui

užtikrino visišką šios technikos pranašumą, ką dabar ir matome. Saturno V

raketa, nugabenusi žmones į Mėnulį, buvo šio konstruktoriaus pasiekimų

viršūnė, pakeitusi visą kosminių skrydžių istoriją. Šiuolaikinės raketos

yra, nors ir nemažos, bet vis tik šių pirmųjų modifikacijos.

Pav. 5.2. Didžiausioji raketa – Saturn V. Dešinėje stovi W. von Braun.

Taigi, turime raketą. Vis tik, norint ja gabenti į kosmosą žmogų, reikia

dar daug ko ir pirmiausia – to keleivio (keleivių) gyvenimą ir darbą

palaikančios sistemos, kuri ir yra kosminis laivas. Kosminė erdvė yra

visiškai nepalanki gyvybei. Joje yra tik labai nedaug vandenilio atomų arba

molekulių, todėl ne tik maistą, bet netgi ir orą kvėpavimui tenka vežtis su

savimi. Antra, būnant orbitoje arba toliau nuo Žemės visai kompensuojasi

arba labai sumažėja jos trauka. Organizmas gi pripratęs prie Žemės traukos,

todėl tenka laive, ypač jei skridimas tęsiasi ilgai, įrengti ir kažkokią

tai sistemą, imituojančią trauką, kad nesiatrofuotų kai kurie organai.

Trečia, kaip žinome, kosmoso temperatūra artima absoliučiam nuliui, todėl

objektai, koks yra ir kosminis laivas, neapšviesti Saulės, greitai atvėsta.

Išnirus palydovui iš Žemės šešėlio, Saulė minučių bėgyje jį gali įšildyti

iki pražūtingų temperatūrų, taigi, reikalinga dar ir kažkokia temperatūros

reguliavimo sistema. Ketvirta, kosminiai laivai, nutolę nuo Saulės,

nebegauna pakankamai jos energijos netgi kompiuterių ir komunikacijos

prietaisų maitinimui, todėl pastaruoju metu į juos dedami miniatiūriniai

branduoliniai reaktoriai. Prieš tokią praktiką pasisako žalieji, gal jau ir

matėte spaudoje panašias žinutes. Jų argumentacija gana įtikinanti – jei

tokios raketos paleidimas nebūtų sėkmingas ir ją prie pat Žemės ištiktų

avarija, radioaktyvus užteršimas gali būti gana pavojingas.

Galų gale, išskridus kosminiam laivui už atmosferos ribų, niekas nesulaiko

pražūtingų trumpabangių spindulių ir kosminiuose spinduliuose esančių

didelių energijų dalelių. Reikia saugotis ir jų, o taip pat skrajojančių

erdvėje nedidelių makroskopinių kūnų, kurie nukritę į Žemę žinomi kaip

meteoritai. Be to, Saulė ir kiti dangaus kūnai turi stiprius magnetinius

laukus, jie gali sugadinti prietaisus, reikia atkreipti dėmesį dar ir į

tai. Visos išvardintos priemonės daro kosminį skrydį labai brangia ir gana

pavojinga operacija.

Didžiausia žinoma katastrofa, susijusi su kosmoso tyrimų technika, įvyko

Baikonure, rusų kosmodrome Kazachijos teritorijoje 1960 metų spalio 24

dieną, pusę valandos prieš paleidimą, kai personalas dar nebuvo saugioje

vietoje. Dėl klaidingos komandos užsidegė tarpkontinentinės raektos antroji

pakopa. Gaisro, kuris tęsėsi apie 2 valandas, metu žuvo 92 žmonės, tarp jų

– rusų maršalas, strateginės ginkluotės vadas M. Nedelinas. Dar ir po šiai

dienai spalio 24 iš Rusijos nėra pakilusi jokia raketa. Neišsiskleidus

parašiutui po nesėkmingo paleidimo grįžtant į Žemę, 1967 užsimušė rusų

kosmonautas, 1971 grįžtant iš orbitos dėl kabinos išhermetinimo užtroško

trys rusų kosmonautai, 1986 pakilimo metu sprogo JAV kosminis laivas –

švytuoklė Challenger, žuvo visi septyni įgulos nariai. 2003 metų vasario

pirmąją, grįždamas iš orbitos, avariją patyrė erdvėlaivis Columbia, vėl

žuvo visi septyni kosmonautai. Daug skrydžių, panašiai kaip Apolo XIII

skrydis į Mėnulį, nesibaigė tragiškai tik per stebuklą, nes įgula buvo

išgelbėta tik jos pačios ir valdančio skrydį personalo meistriškumo dėka.

Pav. 5.3. Erdvėlaivis starto aikštelėje.

Pav. 5.4. Columbia erdvėlaivio startas.

Pav. 5.5. Erdvėlaivis orbitoje.

Šiaip raketa nėra labai vykusi transporto priemonė, nes apie 90-95

procentus jos masės sudaro kuras, atidirbusios pakopos paprasčiausiai

numetamos dar atmosferoje, įvykus kad ir mažiausiai avarijai paleidimo metu

jos kelia didelį pavojų aplinkiniams dideliame plote. Rusų raketos,

leidžiamos iš Baikonūro kosmodromo Kazachstane yra taip užteršę didelį

regioną, kad gyvenimas ten jau labai pavojingas, jei iš viso įmanomas. Dėl

šios priežasties Kazachstano valdžia reikalauja vis didesnių kompensacijų

ir kosmodromo eksploatacija gali iš viso nutrūkti.

Kad įspūdis apie kosminių skrydžių mastus būtų kuo pilnesnis, galiu

paminėti, kad didžiausia kada nors paleista iš Žemės raketa yra jau minėta

Saturn V. Jos ilgis 111 metrų, pati sistema sveria 3.4 milijono kg, o jos

pirmoji pakopa – apie 2.3 milijono kg. Ši pastaroji, pilnai sudegusi per 2

minutes ir 40 sekundžių, pakelia laivą į 66 km aukštį. Vienam paleidimo

liudininkui susidarė įspūdis, kad paleidimo metu ne tik Saturnas V pakilo,

bet ir žemyn pajudėjo visas Kanaveralo iškyšulys Floridoje, kur yra

J.F.Kenedžio kosmodromas. Antroji pakopa pakelia laivą į 193 km aukštį,

suteikia jam 27 350 km/val greitį ir išveda į Žemės orbitą. Trečioji

pakopa, pasiunčianti jį į trajektoriją Mėnulio link galų gale suteikia

laivui 39 110 km/val greitį.

Visus kosminius skrydžius galima tarsi suskirstyti į kelias grupes.

Pirmiausia tai yra nepilotuojami skrydžiai, skirti paleisti kokį nors

palydovą su ryšių ar stebėjimo įranga. Tai gana paprastas skrydis, kurio

technika gerai išstudijuota. Tokio tipo laivus dabar jau pradeda leisti

netgi valstybės, tokios kaip Prancūzija, Kinija ar Indija, neturinčios

elitinių šioje srityje statuso. Galų gale, jei kokia valstybė ar stambi

kompanija pasigamina kokį objektą, kurį nori patalpinti pageidaujamoje

orbitoje, ji gali paprasčiausiai užmokėti už paslaugą specialistams raketa

pakeliant tą palydovą į orbitą. Stambiausias toks palydovas šiuo metu yra

tarptautinė Kosminė Stotis, skriejanti orbita apie Žemę, kurios didžiausias

atstumas yra 406, o mažiausias – 382 kilometrai. Ji apskrieja Žemę maždaug

per pusantros valandos. Ši stotis reikalauja nuolatinės priežiūros, nes kas

parą jos orbitos atstumas nuo Žemės sumažėja apie 200 metrų, ir reguliariai

ją tenka pakelti į aukštesnę orbitą, nes nusileidus jai žemiau tos

minimalios ribos kritimo procesas tampa sunkiai koreguojamas.

Pav. 5.6. Tarptautinė Kosminė Stotis orbitoje.

Antroji palydovų rūšis – zondai su tyrinėjimo aparatūra, skirta

tolimesniems nei Žemė objektams tyrinėti. Jiems reikia suteikti didesnį

greitį, kad jie taptų nebe Žemės, o Saulės palydovais. Reikalinga

galingesnė raketa ir subtilesnė įranga. Kaip minėta, tokie laivai gali

turėti rafinuotesnius energijos šaltinius ir įvairiausių prietaisų vienam

ar kitam Saulės sistemos objektui tyrinėti. Tokiu atveju pirmosios raketos

pakopos (pakopa) pakelia šį objektą į orbitą apie Žemę, ir tik po to

sekanti pakopa suteikia jam greitį, reikiamą atsiplėšti nuo Žemės. Jei

numatoma labai ilga kelionė, palydovas paleidžiamas tarsi į kitą, nei

reikia, pusę, kad Saulės apskriejimas jį dar labiau pagreitintų, o

trajektorija dar priedo eitų netoli kitų planetų, kas taip pat dar tą

greitį padidina. Tokiu būdu, nors ir prarandama kiek laiko, sutaupomos

paleidimo lėšos. Labiausiai nutolę šiuo metu nuo Žemės raketos yra Pioneer

10 ir Pioneer 11, paleistos 1972 ir 1973 metais. 1983 metais pirmasis jų

kirto Plutono orbitą ir būdamas apie 10 milijardų km atstume, jau ruošiasi

išskristi už Saulės sistemos ribų. Su juo dar neseniai buvo palaikomas

šioks toks ryšys, nors signalai ir labai silpni, o jų kelionė į Žemę judant

šviesos greičiu tęsiasi dešimtis valandų. 1977 metais paleisti Voyager 1 ir

Voyager 2 taip pat ruošiasi palikti Saulės sistemą. Visi šie laivai veža

plokštes su vaizdais, audio ir video įrašais, informuojančiais apie Žemę ir

jos gyventojus.

Pav. 5.7. Toliausiai nuo Žemės nuskrieję kosminiai laivai (NASA).

Pav. 5.8. Pirmieji žmonės Mėnulyje.

Sudėtingiausi, be abejo, yra pilotuojami skrydžiai. Per trisdešimt metų,

prabėgusių nuo žmonių išsilaipinimo Mėnulyje, jokių revoliucinių projektų

nerealizuota. Artimiausia kelionė būtų į Marsą, tačiau ji užima labai daug

laiko, reikalauja žymiai didesnių sąnaudų kosmonautų gyvybingumo

užtikrinimui ir sėkmingam grįžimui, todėl nors ir buvo entuziastingai

planuota, kol kas neįvyko ir nežinia kada įvyks. Labai pesimistiškai

nuteikia keleta nepavykusių nepilotuojamų skrydžių į šią planetą, rodančių,

kad kol kas tai būtų gana rizikingas žygis. Nemažą rolę čia vaidina ir tai,

kad pasibaigus šaltajam karui kosminiai tyrimai prarado savo prestižiškumą.

Nelikus varžybų elemento jiems neskiriama tiek dėmesio ir finansų, kaip

ankstesniais metais. Kiek vilties įžiebia tai, kad stiprios finansiškai

valstybės, tokios kaip Europos Sąjunga ar Japonija, kuo toliau, tuo mažiau

linkę taikstytis su JAV hegemonija šioje srityje, ir ateityje gali sudaryti

joms tokią pageidaujamą konkurenciją ir vėl sukelti

sveiką varžymąsi šioje išties įdomioje mokslinių tyrimų srityje.

Klausimai

1. Žemės palydovo, tokio kaip kosminė švytuoklė (Šatl’as) greitis

orbitoje Žemės paviršiaus atžvilgiu?

2. Žemės palydovo, tokio kaip tarptautinė Kosminė Stotis, vieno

apsisukimo judant orbitoje laikas?

3. Kuriais metais paleistas pirmasis dirbtinis Žemės palydovas?

4. Kuriais metais į kosmosą skrido pirmasis žmogus?

5. Kaip vadinasi didžiausia raketa, skirta kelionėms į kosmosą?

6. Kokie kosmoniai laivai šiuo metu yra labiausiai nutolę nuo Žemės?

6. Saulės imperija. Atsiradimas ir likimas

Dabar, kai išsiaiškinome pagrindines Saulės sistemos savybes, galima

pakalbėti apie jos susidarymo hipotezes. Pirmasis, pabandęs kaip nors

aiškinti Saulės sistemos atsiradimą, buvo prancūzų matematikas ir filosofas

R. Descartes, kuris 1644 paskelbė, kad ji susidarė iš gigantiško kažkokio

tai “universalaus skysčio” sūkurio, ir kiekviena planeta yra tarsi atskiras

mažesnis sūkurėlis. Ši teorija yra labai primityvi, ji šiek tiek derinasi

tik su heliocentrinės sistemos idėja ir faktu, kad visos planetos orbitomis

juda į tą pačią pusę. Nežiūrint šių trūkumų, ši teorija laikoma pirmąja iš

evoliucinių Saulės sistemos kilmės teorijų. Bendras tokių teorijų bruožas

yra tas, kad planetos atsiranda gimstant centrinei žvaigždei be jokių

ypatingų apribojimų ar sąlygų. Jos leidžia egzistuoti planetų sistemoms ir

daugelio kitų žvaigždžių aplinkoje, kadangi jų požiūriu tai yra natūralus

reiškinys.

Šią idėją vėliau vystė I. Kant, kuris, jau remdamasis Niutono mechanikos

principais, 1755 teigė, kad besisukantis dujų debesis gali evoliucionuoti į

diską, panašų į Saturno žiedų sistemą. Mintį 1796 pratęsė prancūzų

matematikas P. S. de Laplace, kuris įrodė, kad toks debesis gali suskilti į

žiedus, iš kurių ilgainiui kondensuojasi planetos.

Pav. 6.1. Diskas su sūkuriais.

Šios evoliucinės kilmės teorijos turėjo tą trūkumą, kad negalėjo

paaiškinti, kur dingo didžiulis judesio kiekio momentas, sukauptas tame

debesyje. Jei viskas būtų vykę pagal šį scenarijų, Saulė dar ir šiuo metu

turėtų turėti žymiai didesnį judesio kiekio momentą. Dabar gi jos sukimasis

lėtas, ir todėl ši hipotezė nesiderina su tvermės dėsniu, kuris tokiems

dideliems judesio kiekio momentams taip paprastai pražūti neleidžia.

Prisiminkite dažnai matytą vaizdą, kai ištiesęs į šonus rankas čiuožėjas

įsisuka, o po to pritraukia rankas prie kūno. Kampinis jo sukimosi greitis

tokiu atveju staiga padidėja, ir tai įvyksta dėl minėto judesio kiekio

momento tvermės dėsnio, kuris reikalauja, kad kompaktiškiau paskirstyta

masė suktūsi didesniu kampiniu greičiu. Panašiai ir Saulė, kurioje

sukoncentruota 99.85 procento, tai yra beveik visa sistemos masė, byloja

apie debesies, iš kurio ji ir sistema turėtų būti susidarę, istoriją. Jeigu

čiuožėjas gana greitai po tokios operacijos sustoja, tai tik todėl, kad jį

veikia trinties jėgos, kurios Saulei neaktualios. Taigi, ji sukasi per

lėtai, tuo kompromituodama šias pirmąsias evoliucines jos kilmės teorijas.

Kita teorijų grupė buvo paremta katastrofos įvaizdžiu. Buvo teigiama, kad

susiformavusi ir evoliucionavusi įprastiniu būdu Saulė patyrė kokią tai

katastrofą, po kurios ir susiformavo planetos. Pirmasis apie tai prabilo

toks G. L. de Buffon, kuris dar 1745 teigė, kad planetos galėjo susidaryti

praskrendant netoli Saulės kokiam tai masyviam kūnui, gal panašiam į

kometą, bet daug didesniam. Dėl šio kūno sąveikos su Saule iš jos galėjo

būti išplėštas dujų debesis, iš kurio vėliau ir susidarė planetos. Ši idėja

buvo užmiršta iki dvidešimtojo amžiaus pradžios, kai problemos su lėtu

Saulės sukimusi privertė ieškoti alternatyvių evoliucinėms Saulės sistemos

susidarymo teorijų. Kiek patobulinus pradinę idėją, buvo teigiama, kad

praskristi šalia Saulės galėjo kita žvaigždė, o medžiaga iš jos vidaus

galėjo būti išplėšta veikiant jėgoms, panašioms į tas, kurioms veikiant

Mėnulis Žemėje sukelia potvynius.

Silpnoji tokių teorijų vieta yra tame, kad toje Galaktikos vietoje, kurioje

mes dabar esame, žvaigždės išsidėstę retai ir tokio įvykio tikimybė labai

maža.

Gelbėti padėtį galima pasiūlius kitą scenarijų, pagal kurį Saulė susidarė

kaip trijų žvaigždžių sistemos narys. Besivystydama tokia sistema galėjo

suskilti į atskiras žvaigždes, ilgainiui nutolusias viena nuo kitos. Būtent

jų išsiskyrimo momentu ir galėjo būti išplėšta medžiaga, iš kurios susidarė

planetos. Tokia teorija lengvai paaiškina lėtą Saulės sukimąsi, bet

atsiranda kitų problemų. Skaičiavimai parodė, kad medžiaga, išplėšta iš

Saulės dėl labai aukštos temperatūros linkusi greičiau išplisti ir

išsiskirstyti erdvėje, negu kondensuotis į planetas. Be to, pesimistiškai

nuteikia deuterio gausa planetose ir tarpplanetinėje erdvėje. Tai yra

didelė šios teorijos problema, nes deuterio, kuris sunkiajame vandenyje

pakeičia vandenilį, dėl vykstančių joje termobranduolinių reakcijų

specifikos (tai galima lengvai suprasti pažvelgus į Pav. 10.2) beveik visai

nėra Saulėje ir taip pat neturėtų būti bet kuriame darinyje, pagimdytame iš

Saulės medžiagos.

Dar viena, taip vadinama akrecijos teorija gimė 1940 metais. Jos autoriai

buvo rusas O. J. Šmidt ir švedas H. Alfven. Jie išnagrinėjo hipotezę,

paremtą tuo, kad susiformavus Saulei jos gravitacinis laukas pritraukė

materiją iš kaimyninių tarpžvaigždinės erdvės sričių, o susidariusiame

diske, kaip parodė C.F. von Weiczäcker, dėl įvairių dalių skirtingo

sukimosi greičio gali susiformuoti besisukantys medžiagos gabalai, linkę

tolti vienas nuo kito ir vėsdami sudaryti sferinius kūnus – planetas.

C.F.von Weiszäcker netgi išnagrinėjo, kaip tokių darinių dydis priklauso

nuo atstumo nuo Saulės. Nemažai kitų tyrinėtojų, modeliavusių šį procesą,

patvirtino hipotezę. Pasirodė, kad tikimybė tokiems dariniams

besisukančiame diske susiformuoti yra pakankamai didelė, kad toks procesas

galėtų vykti.

Problemos sprendimas įgavo realius kontūrus tik 1960 metais, kai atradus

Saulės vėją paaiškėjo, kad ji galėjo prarasti savo judesio kiekio momentą

dėl nuolatinio dalelių spinduliavimo ir magnetinio lauko, kuris sukantis

Saulei irgi sukasi ir traukia paskui save šias daleles, o tai labai stabdo

sukimąsi, kuris gali efektingai lėtėti panašiai kaip dėl trinties į ledą

sulėtėja čiuožėjo sukimasis. Tai reabilituoja evoliucines teorijas, todėl

galutinis, nusistovėjęs šiuo metu ir labiausiai įtikėtinas Saulės sistemos

atsiradimo būdas turi daug minėtų evoliucinių teorijų elementų.

Šiuolaikinė planetų sistemų formavimosi teorija paremta hipoteze, kad

planetų formavimasis neatsiejamas nuo pačios žvaigždės formavimosi proceso.

Kaip formuojasi pačios žvaigždės, galima netgi stebėti gerais teleskopais

ir šiuo metu. Įtikėtina, kad Saulė susiformavo iš standartinio

tarpžvaigždinės medžiagos debesies, sudaryto iš vandenilio ( 73% ), helio (

25% ) ir kai kurių kitų elementų dujų bei dulkių mišinio. Tokio debesies

tankis yra tarp 10 ir 100 atomų į kubinį centimetrą. Tai yra labai mažai,

netgi palyginus su Žemės atmosferos tankiu, kuris siekia 1019 molekulių į

kubinį centimetrą. Toks debesis galėtų būti išplitęs dešimčių šviesos metų

matmenų srityje. Atsitiktinis sutankėjimas arba kokia išorinė perturbacija

tokiose dujose gali būti pakankami sukelti gravitacines jėgas,

įtraukiančias į šią sritį aplinkinę medžiagą. Nuo nuolatinio vis

intensyvėjančio materijos pritekėjimo centre gali susiformuoti sritis,

kurios tankis ir temperatūra nuolatos auga. Auga taip pat jos magnetinio

lauko stipris ir sukimosi kampinis greitis, nes dėl jau minėto judesio

kiekio momento tvermės dėsnio debesies momentas niekur išnykti negali. Dėl

šių priežasčių kolapso centro temperatūra išauga tiek, kad jame prasideda

branduolinės reakcijos, ir užsidega nauja žvaigždė. Kaip minėta, tokie

procesai yra stebimi ir dabar kai kuriose Galaktikos vietose, todėl tokia

galimybė susiformuoti Saulei yra labai tikėtina.

Kaip tokio debesies viduje įsižiebus žvaigždei atsiranda planetos, yra

žinoma kiek mažiau dar ir paprasčiausiai dėl tos priežasties, kad stebėti

tokį procesą kokios nors kitos žvaigždės aplinkoje kol kas neįmanoma, ir

galime vadovautis tik vieno galutinio produkto – jau susiformavusios Saulės

sistemos – stebėjimais. Skaičiavimai rodo, kad toks debesis dėl žvaigždės

sukimosi, jos magnetinio lauko poveikio ir kitų efektų turi persitvarkyti į

gana tankų plokščią diską, panašų į kai kurių planetų diskus. Jo išorinės

sritys lieka pakankamai atvėsę, nes jose žvaigždės formavimosi efektai

nepasireiškia. Toliau evoliucionuojant šiam diskui, pradeda atsirasti

stambesni dariniai, vadinami planetoidais. Jos susidaro nuolatos

susiduriant disko dalelėms. Kadangi santykiniai tų dalelių greičiai (lygūs

apytikriai 10 km/s) yra ne tokie dideli, kad susiduriančios dalelės sudužtų

ir išsilakstytų, bet pakankami, kad susidūrimo metu jos suliptų,

stambesniųjų darinių formavimosi procesas vyksta labai intensyviai,

efektingai ir greitai. Paskaičiuota, kad gana stambūs planetoidai susidaro

iš debesies per keletą tūkstančių metų.

Pav. 6.2. Susiformavęs planetarinis diskas.

Jų sukimosi kryptis turi sutapti su debesies sukimosi kryptimi, kas ir

stebima Saulės sistemoje. Nedidelės išimtys, tokios kaip Venera ir Uranas,

galėjo atsirasti dviems planetoidams susidūrus ne kaktomuša, o judant prieš

susidūrimą kiek skirtingomis kryptimis. Akivaizdu, kad minėtas debesis

negalėjo būti nei labai homogeniškas, nei labai izotropiškas. Dėl šių

priežasčių, o taip pat dėl įvairaus nuotolio nuo Saulės, susidariusių

planetų savybės yra tokios skirtingos. Manoma, kad Mėnulis atsirado

susidūrus jaunai Žemei ir dideliam planetoidui.

Pav. 6.3. Žemės ir didelio planetoido susidūrimas.

Pav. 6.4. Tikėtinas Mėnulio susidarymo procesas.

Tokie susidūrimai netgi jau galutinai susiformavusioje Saulės sistemoje yra

ne taip jau reti ir šiais laikais. Prieš keletą metų, pavyzdžiui, stebėtas

Šumeikerio – Levi kometos susidūrimas su Jupiteriu, planetose ir jų

palydovuose matosi daugybė kraterių. Identifikuota nemažai katastrofų

liekanų ir Žemėje, nors jos atmosfera, tekantis paviršiumi vanduo,

apledėjimai ir žmogaus veikla ardo buvusius kraterius ir juos maskuoja. Vis

tik galima drąsiai teigti, kad kai kurie gigantiški dariniai yra buvusių

katastrofų liekanos. Pirmiausia tai galėtų būti didelė įduba po Antarktida,

beveik 300 km diametro krateris Indijos vandenyne, 140 km diametro įduba

Kanadoje, ne mažiau kaip trys 100 km diametro krateriai Pietų Afrikoje ir

Amerikoje bei daugelis mažesnių. Vėstant pagimdžiusiam Saulę ir planetas

debesiui ši veikla silpsta, globalinių katastrofų tikimybė mažėja, tačiau

nuliui ji niekada nebus lygi.

Manoma, kad toks planetų sistemų formavimosi mechanizmas buvo ir yra labai

populiarus Visatoje ir plačiausiai vyksta netgi šiuo metu. Stebimos

žvaigždės su besiformuojančiu arba jau susiformavusiu priešplanetiniu

disku. Spaudoje nuolatos pasirodo pranešimai, kad planetų sistemos

aptinkamos beveik visose palyginti netolimose žvaigždėse, nutolusiose nuo

Žemės atstumais, kuriuose tas sistemas dar galima aptikti.

Išdėstytas planetų susidarymo scenarijus neprieštarauja stebimoms Saulės

sistemos savybėms ir, jei kur nors netikslus, tai tik detalėse, kurios yra

nuolatos patikslinamos.

Kas likę šiuo metu iš to debesies, kame juda planetos, kas yra tas Saulės

vėjas – štai klausimai, kuriuos mums leika išsiaiškinti prieš baigiant

pokalbį apie Saulės sistemą.

Šiuo metu iš debesies belikę tik liekanos, kurių tankis ne didesnis kaip 1

atomas į kubinį centimetrą (tai yra toks vakuumas, apie kurį fizikai Žemės

laboratorijose gali tik svajoti), bet tarpplanetinė erdvė buvusio disko

srityje ir jos aplinkoje, tai yra netoli Ekliptikos plokštumos, yra

prisipildžiusi dulkių, susidariusių įvairių skraidančių objektų susidūrimų

ir irimo procese. Šių dulkių dalelių charakteringos matmenys sudaro apie

vieną mikroną, jos gali būti netiesiogiai stebimos sklindant per dulkes

Saulės šviesai, nes tokioje dispersinėje aplinkoje ji yra efektingai

sklaidoma. Vienas tokių reiškinių yra Zodiako šviesa. Ji matoma kaip

silpnas nakties dangaus švytėjimas tose Zodiako juostos srityse, kurios yra

apie Saulę, todėl gali būti stebimas vakaruose Saulei nusileidus ir rytuose

prieš jai patekant. Palankiausias stebėjimo laikas – maždaug valanda po

saulėlydžio ir tiek pat – prieš saulėtekį. Priešingoje Saulei dangaus

srityje tuo pat metu gali būti pastebimas vėlgi kiek didesnis skaistis.

Tai yra taip vadinama atošvaistė. Geriausiai šie reiškiniai matomi Žemės

atogražų juostoje. Šios dulkės ne tik taip gražiai atspindi Saulės šviesą;

jos nuolatos krenta į Žemę, kasdien pridėdamos prie jos masės apie

aštuonias tonas.

Yra dar ir kitokios prigimties dujų, užpildančių visą tarpžvaigždinę erdvę.

Šios dujos dėl Saulės judėjimo orbita apie Galaktikos centrą juda mūsų

atžvilgiu maždaug 20 km/s greičiu. Tai yra fiksuota ir stebima nuo 1970

metų pagal sudarančių šias dujas vandenilio ir helio atomų ultravioletinį

spinduliavimą.

Bene paskutinis, bet irgi labai įdomus reiškinys yra nuolatos “pučiantis”

pro Žemę Saulės vėjas. Tai yra elektringos dalelės – protonai, elektronai,

helio atomo branduoliai (alfa-dalelės) – susidarančios “degant” Saulei ir

nuolatos iš jos išlekiančios į visas puses. Dėl šio spinduliavimo Saulės

masė kasmet sumažėja apie 1013 tonų. Saulės judesio kiekio momentas mažėja

būtent dėl to, kad jos magnetinis laukas suka šias daleles ratu ir tuo

pačiu sukelia sukimosi energijos, o tuo pačiu ir kampinio greičio

sumažėjimą. Šio vėjo greitis prie Žemės siekia 300-400 km/s.

Pav. 6.5. Saulės vėjo poveikis Žemės magnetosferai.

Aktyvios Saulės laikotarpiais jo šuorų greitis žymiai padidėja ir gali

pasiekti netgi 800 – 900 km per sekundę reikšmes. Daug galima kalbėti apie

jo prigimtį ir savybes. Paminėsiu tik, kad jis pasireiškia nulenkdamas

kometų uodegas nuo Saulės ir sukeldamos polines pašvaistes, tai yra

aukštutinių atmosferos dalių švytėjimą. Taip atsitinka dėl Saulės vėjo

dalelių susidūrimų su atmosferos dujų atomais ir molekulėmis. Pašvaistės

švyti 80-300 km aukštyje, todėl didelio Saulės aktyvumo laikotarpiais gali

būti matomos ne tik polių srityse, bet ir vidutinėse platumose, tai yra

taip pat ir Lietuvoje.

Pav. 6.6. Pašvaistė.

Taigi, pati Saulė, o ir jos sistema, palaipsniui bręsta, rimsta, susiguli

ir sensta. Planetos ir kiti kūnai jau yra pilnai susiformavę, visokių

sistemos objektų susidūrimai darosi vis retesni ir retesni, taigi ir

gyvenimas Žemėje tampa vis saugesnis ir saugesnis. Gana patikimi

įvertinimai rodo, kad Saulėje tokios kaip dabar termobranduolinės reakcijos

vyks dar kokius penkis milijardus metų, tai yra maždaug tiek pat laiko,

kiek yra praėję nuo jos gimimo. To laiko turėtų visai pakakti gyvybei, jei

ji vis dar čia bus, taip išsivystyti, kad ir ši paskutinė katastrofa turėtų

nesukelti jokių problemų.

Klausimai

1. Kokia Saulės sistemos susidarymo teorija yra priimta šiuo metu?

2. Kas tai yra Saulės vėjas?

3. Į kurią pusę Saulės atžvilgiu yra nukreipta didžiausia matomoji

kometos uodega? Kodėl?

4. Saulės amžius (milijardais metų).

5. Saulės judėjimo orbitoje greitis (kilometrais per sekundę):

6. Kiek apytikriai kartų Saulė per savo gyvavimo laiką galėjo apsisukti

apie Galaktikos centrą?

7. Kas tai yra planetoidas?

8. Kokia įtikinamiausia Mėnulio susidarymo teorija?

9. Kas tai yra Zodiako šviesa?

10. Koks Saulės vėjo vidutinis greitis prie Žemės (kilometrais per

sekundę)?

11. Kiek laiko dar gali degti Saulė?

7. Ką senovės išminčiai žinojo apie kosmosą ir kaip tos žinios buvo

sukauptos?

Pats svarbiausias Visatos objektas mums yra Žemė. Gerai visiems žinoma,

kaip ji atrodo ir kokio dydžio yra, tačiau vargu ar kiekvienas jūsų žino,

kaip ir kada buvo įrodyta, kad ji apvali ir kam lygus jos spindulys.

Dar 340 BC Aristotelis savo knygoje “Apie dangų” pateikė svarių argumentų,

kad Žemė yra ne plokščia kaip lėkštė, o apvali kaip rutulys. Pirmiausia,

jis susigaudė, kad Mėnulio užtemimai įvyksta tada, kai Žemė atsiduria tarp

Mėnulio ir Saulės ir jos šešėlis užkloja Mėnulį. Stebint šiuos užtemimus,

šešėlio kraštas, slenkantis Mėnulio paviršiumi, visada būdavo apvalus. Jei

Žemė būtų paplokščia, šešėlis dažniausiai turėtų atrodyti kaip ištęstas

elipsis. Antra, stebint nuo kranto atplaukiantį laivą, iš pradžių pasirodo

jo burės, po to stiebai, ir tik po to pats laivas. Galų gale, graikai daug

plaukiojo jūromis ir buvo pastebėję, kad Šiaurinė žvaigždė, plaukiant tolyn

į pietus, leidžiasi žemyn, tai yra artėja prie horizonto. Kaip nesunkiai

galime suprasti, šis reiškinys irgi byloja apie Žemės sferiškumą.

Pagal kampo, kuriuo matoma Šiaurinė žvaigždė, pasikeitimą Aristotelis

įvertino Žemės spindulį. Rezultatas tik apie 60 procentų viršijo tikslų,

žinomą šiuo metu. Tiksliau (10-20 procentų tikslumu) Žemės spindulį

paskaičiavo Eratostenas (276-195 BC). Senoje (Egipto mieste, kuris šiuo

metu yra apsemtas vandens pastačius Asuano užtvanką) jis pastebėjo, kad

keletą dienų metuose Saulės spinduliai pilnai apšviečia vieno gilaus

šulinio dugną. Atsitiktinai būdamas kitais metais Aleksandrijoje, uoste

prie Viduržemio jūros, jis pastebėjo, kad ten buvęs aukštas stulpas tuo

pačiu metu turi pakankamai pastebimą šešėlį. Jei Žemė būtų plokščia, jo

būti neturėtų. Pagal žinomą stulpo aukštį ir jo šešėlio ilgį (kampas buvo

maždaug lygus 7.2 laipsniams, tai yra maždaug 1/50 nuo 360 laipsnių) galima

nesunkiai suskaičiuoti Žemės pusiaujo apskritimo ilgį, o padalinę jį iš 2(,

surasti ir Žemės spindulį. Čia remiamasi tuo akivaizdžiu faktu, kad Saulė

yra pakankamai toli, ir jos spinduliai yra praktiškai lygiagretūs abiejuose

miestuose, nutolusiuose vienas nuo kito apie 800 kilometrų (50 x 800 km=40

000 km).

Pav. 7.1. Eratosteno samprotavimų schema.

Žinodami Žemės spindulį ir tai, kad ji pilną apsisukimą apie savo ašį

padaro per vieną parą, galime nesunkiai paskaičiuoti jos paviršiaus taškų

judėjimo greitį. Tas greitis, kaip prisimename, pasirodo gana didelis, bet

jo sukeliama išcentrinė jėga pasirodo labai nedidelė palyginus su jėga,

kuria kūnus traukia Žemė, neleisdama jiems paprasčiausiai nuskristi į

erdvę. Jei planetos masė būtų daug mažesnė, o para – trumpesnė, šis

sukimasis sukeltų visokių problemų.

Arčiausiai Žemės skrieja Mėnulis, taigi pirmiausia reikia pabandyti

išsiaiškinti, kokio dydžio ir kaip toli jis yra nuo Žemės. Pasirodo, ir

šiuos parametrus galima išmatuoti bei suskaičiuoti nesinaudojant beveik

jokia aparatūra.

Žinodami Žemės paviršiaus taškų judėjimo greitį, galime nesunkiai nustatyti

Mėnulio judėjimo orbitoje greitį, nes virš galvos visada yra praktiškai

nejudančios žvaigždės, šviesa iš kurių į Žemę dėl didelio nuotolio krenta

beveik lygiagretėmis tiesėmis. Belieka tik dviems stebėtojams suderinti

laikrodžius, susitarti, kokios žvaigždės atžvilgiu bus fiksuojamas Mėnulio

judėjimas, ir pasiruošti stebėjimui dviejuose taškuose, nutolusiuose

išilgai lygiagretės vienas nuo kito atstumu s. Pradedant šį matavimą reikia

prisiminti, kad Mėnulis, kaip dauguma Saulės sistemos kūnų, juda, stebint

iš Žemės šiaurinio pusrutulio pusės, prieš laikrodžio rodyklę. Taigi, jei

Žemė, kaip Mėnulis į Žemę, būtų atkreipta į Saulę visą laiką ta pačia puse,

para būtų lygi metams, Saulė arba būtų visai nematoma, arba visą laiką

“kabotų” tame pačiame taške, o Mėnulis labai lėtai judėtų iš vakarų į

rytus. Deja, Žemė sukasi labai greitai, todėl ir Saulė, ir Mėnulis atrodo

skriejantys iš rytų į vakarus, tik Mėnulis – kiek lėčiau, nes jis savo

orbita juda į priešingą pusę. Kai Mėnulio kraštas pradės kloti susitartą

žvaigždę, vakarų pusėje esančiam stebėtojui tai atsitiks laiko momentu tV,

o esantis rytuose tai stebės kiek vėliau – momentu tR. Jei Žemės paviršiaus

judėjimo greitį stebėjimo lygiagretėje pažymėsime vo , tai Mėnulio judėjimo

orbita ir Žemės paviršiaus taškų judėjimo greičių skirtumas bus lygus

vm – vo = s / (tR – tV).

Įstačius konkrečius dydžius, nesunkiai gautume, kad vm apytikriai lygus

1023 m/s arba 3690 km/h. Taigi, Mėnulio šešėlis pusiaujuje juda 3690-

1670=2020 km/h greičiu, nes iš gautos reikšmės reikia atimti Žemės

paviršiaus taškų pusiaujuje judėjimo greitį.

Pav. 7.2. Mėnulio stebėjimų schema.

Žinodami Mėnulio judėjimo savo orbitoje greitį nesunkiai surandame, kad per

savo metus (T = 27.3 paros) jis nuskrieja atstumą, lygų 2(r, kur r žymi

atstumą nuo Žemės iki Mėnulio, o jo greitis orbitoje, kurį ką tik suradome,

lygus to atstumo ir T santykiui. Iš šio sąryšio galime surasti atstumą iki

Mėnulio; jis lygus

r = vm T / 2(.

Mėnulio diametrą dabar jau galime surasti ne mažiau kaip dviems būdais.

Pirmiausia, galima užfiksuoti du laiko momentus – pirmąjį, kai Mėnulio

kraštas pradeda dengti konkrečią žvaigždę, ir antrąjį, kai ta žvaigždė vėl

tampa matoma. Per išmatuotą laiką Mėnulis nuskrenda atstumą, lygų savo

diametrui, taigi žinodami jo ir Žemės paviršiaus taškų greičio skirtumą tą

diametrą galime nesunkiai surasti.

Aristarchas (3 amžius BC) šią problemą išsprendė kiek kitaip, pagal Mėnulio

užtemimų trukmę (užtemimas trunka tiek laiko, kiek reikia Mėnuliui

nuskrieti orbita atstumą, lygų jo diametrui) ir elementarų iš brėžinėlio

sekantį ryšį, kad kampas, kuriuo iš Mėnulio matoma Žemė, apytikriai lygus

kampų, kuriais iš Žemės matoma Saulė ir Mėnulis, sumai.

Atstumą nuo Saulės iki Žemės galime surasti pamatavę kampą, kuriuo iš Žemės

matosi Mėnulis tuo momentu, kai Saulė apšviečia lygiai pusę jo, tai yra kai

Mėnulio šešėlio kraštas lygus jo diametrui. Šis kampas pasirodo lygus 89o

51′ . Stačiajame trikampyje, kurio vienas smailusis kampas yra žinomas,

nesunku pagal vieną žinomą statinį (atstumą nuo Žemės iki Mėnulio) surasti

kitą statinį, kuris būtent ir lygus atstumui nuo Žemės iki Saulės.

Pav. 7.3. Atstumo nuo Žemės iki Saulės matavimas.

Saulės diametrą galima nesunkiai surasti žinant Mėnulio diametrą ir abu

atstumus (nuo Žemės iki Mėnulio ir nuo Žemės iki Saulės) bei pasinaudojant

tuo faktu, kad Saulės užtemimo metu Mėnulis pilnai ją uždengia, kas

reiškia, kad jie abu matomi beveik tuo pačiu kampu.

Atstumų iki planetų matavimas jau yra sudėtingesnis, tačiau pirmasis

tikslus matavimas, paremtas labai sena ir gražia Thales ( VI amž. BC )

idėja, tikrai vertas čia paminėti. Idėjos esmę sudaro vadinamasis

trianguliacijos metodas. Tarkime, jūs norite išmatuoti upės plotį

nepersikeldamas per ją. Tam užtenka susirasti kokį nors orientyrą kitoje

pusėje, ir po to eiti išilgai upės tol, kol krypties į orientyrą kitoje

upės pusėje kampas netaps lygus 45 laipsniams. Toliau netgi nereikalinga

trigonometrija, nes upės plotis tokiu atveju tiesiog lygus nueitam

atstumui, vadinamam baze.

Pav. 7.4. Upės pločio matavimas per ją nepersikeliant.

Lengva šį metodą ir patobulinti. Jei upė labai plati, galima toli ir

nevaikščioti, pasinaudoti mažesne baze, bet tiksliau išmatuoti kampą į

orientyrą. Kadangi trikampis vėl status, upės plotį galima rasti arba iš

panašių trikampių, arba pasinaudojus trigonometrija. Turbūt supratote, kad

nuo bazės dydžio labai priklauso tokių matavimų tikslumas. Gautas

rezultatas bus tuo tikslesnis, kuo didesnė pasirinkta bazė, kuri, kaip

minėta, turi būti palyginama su upės pločiu. Čia ir yra pagrindinė problema

matuojant atstumus iki planetų, nes jie sudaro milijonus kilometrų, o Žemės

diametras, tai yra mūsų bazė, – tik 13 tūkstančių kilometrų. Kaip ten

bebūtų, jau Aristarchas daugiau ar mažiau tiksliai žinojo atstumus iki

penkių pagrindinių planetų.

Bersivystant kampų matavimo technikai, ilgainiui metodas buvo ištobulintas,

ir galutinai tikslus atstumas iki Marso buvo išmatuotas 1672 metais dviejų

prancūzų – Teams ir Cayenne, kurių pirmasis Paryžiuje, o antrasis –

Gvianoje tuo pačiu metu išmatavo šiuos kampus. Šis vienas matavimas leido

tiksliai nustatyti visų Saulės sistemos planetų orbitų spindulius, nes,

kaip matome iš 2 Lentelės, visoms joms orbitos spindulio kubo ir apsisukimo

periodo kvadrato santykis yra toks pat.

Pav. 7.5. Teams ir Cayenne atstumo iki Marso matavimo schema.

Saulės ir Žemės mases jau suradome ketvirtojoje paskaitoje. Planetų mases

galima suskaičiuoti žinant jų palydovų orbitų parametrus.

Taigi, elementarūs matavimai Saulės sistemoje nėra tokie jau sudėtingi ir

buvo atliekami prieš daugelį metų, nesinaudojant beveik jokia technika.

Iki šiol kalbėjome tik apie astronomijos žinias, kurios be abejo yra

įdomios patiems astronomams ir padeda giliau pažinti gamtą ir suprasti

vykstančius aplinkui reiškinius.

Deja, vien tik tuo astronomijos reikšmė toli gražu niekada neapsiribojo.

Šis žinojimas visada atnešdavo apčiuopiamą ir praktiniame gyvenime naudą.

Pirmoji, nuo senų senovės iš astronomijos žinių gaunama nauda yra galimybė

orientuotis keliaujant ar plaukiant laivu. Šiaurinė žvaigždė visada rodo

kryptį į šiaurę, o jos aukštis virš horizonto – nutolimą nuo poliaus ar

pusiaujo. Pagal Saulės ir Mėnulio padėtis kokiu nors laiko momentu savo

koordinates galima nustatyti dar tiksliau, žinoma, jei yra gerai suprastas

visų šių kūnų ir Žemės tarpusavio judėjimo pobūdis.

Antroji aktuali praktinio astronomijos žinių pritaikymo sritis yra galimybė

orientuotis ne tik erdvėje, bet ir laike. Tai yra kalendorius. Lotyniškai

šis žodis reiškia skolų knygą, kurioje kalendomis buvo vadinami procentų

mokėjimo terminai. Dar ir dabar įvairios tautos naudoja įvairius

kalendorius, užsilikusius dėl įvairių prietarų ir tradicijų. Žydų

ortodoksai, suskaičiavę pagal Senąjį testamentą, kada dievas sukūrė Žemę

(“tikslus” rezultatas mūsų kalendoriuje yra minus 3761 metai), nuo to

momento būtent ir skaičiuoja metus. Žymiai modernesnė buvo, o ir šiuo metu

yra, taip vadinama Saulės metų samprata, atsiradusi maždaug prieš keturis

tūkstančius metų Egipte. Ji paremta tuo, kad metai turi 365 dienas.

Paprastumo dėlei jie buvo dalijami į 12 mėnesių, kiekvienas kurių turėjo po

30 dienų, o penkios likę dienos metų gale būdavo išeiginės. Kodėl metai

būdavo dalinami į dvylika mėnesių? Yra keleta to skaičiaus aiškinimo

variantų, bet pats panašiausias yra tas, kad tai vis tik susiję su Mėnulio

fazių kaita, labai lengvai matoma iš Žemės. Tikriausiai, ne to suskirstymo

priežastis, o tik pasekmė yra ir dvylika Zodiako žvaigždynų.

Taigi, kuo blogas buvo Egiptiečių kalendorius, kad ilgainiui jį prireikė

pakeisti? Visų kalendorių atsiradimo priežastis, jų pranašumus ir trūkumus

lengviausiai galime suvokti išsiaiškinę vieno skaičiaus, lygaus 365.2422,

prasmę. Šis skaičius rodo, kiek parų, kiekviena po 24 valandas, reikia

Saulei praeiti per du artimiausiuosius pavasario lygiadienio taškus, tai

yra, kiek parų trunka Žemės pilna kelionė apie Saulę, vadinama metais.

Dabar jau nesunku išsiaiškinti, kuo blogas Egiptiečių kalendorius.

Skaičiuojant metus taip, kaip jie, kasmet lieka neįskaityta 0.2422 paros,

tai yra 5 valandos, 48 minutės ir 46 sekundės. Per keturis metus susikaupia

beveik para, o tiksliau sakant – 23 valandos, 15 minučių ir 4 sekundės. Jei

nieko nekoreguoti, ilgainiui Naujųjų metų diena iš žiemos gali persikelti į

vasarą ir taip toliau klajoti. Matyt, tai kažkiek trikdė, ir ilgainiui

pribrendo reikalas ką nors daryti. Alternatyvos korekcijai buvo bent jau

dvi – pirmiausia, jie kas ketveri metai galėdavo pridėti dar po vieną

išeiginę dieną, tai yra vietoje penkių turėti šešias atostogų dienas metų

gale, ir ta problema būtų buvusi beveik išspręsta. Antroji alternatyva,

kurią Julijaus Cezario palieptas realizavo astronomas Sozigenas, buvo ta,

kuri galioja ir dabar, kai kas ketveri metai prie vasario mėnesio pridedama

viena diena, ir jie tampa keliamaisiais. Sozigenas Cezario pavedimą atliko

itin kruopščiai. Pirmiausia jis metus suskaičiavo nuo Romos įkūrimo, tai

yra nuo minus 753-ųjų metų. Kadangi reforma buvo įvesta minus 46-aisiais

metais, pasirodė, kad senoviškai skaičiuojant metus “pražiopsota” beveik 90

dienų, kurios ir buvo pridėtos prie reformos metų. Taigi, minus 46-ieji

metai turėjo 445 dienas, bet pagaliau viskas susitvarkė. Krikščionių

bažnyčia priėmė šį kalendorių 325 metais.

Ar tikrai viskas?

Ne, nes taip skaičiuojant kiekvieni metai tampa lygūs 365.25 paros, tai yra

kiek daugiau negu reikia. Kasmet šis paskubėjimas sudaro 11 minučių ir 14

sekundžių, tai yra per tuos ketverius metus susikaupia ne tiek jau mažai –

44 minutės ir 56 sekundės. Per keturis šimtus metų tai sudaro maždaug tris

dienas. Tiek tie keturi šimtai metų turi sutrumpėti. Sprendimą surado vėlgi

astronomai, bet kadangi tai buvo popiežiaus Grigaliaus XIII valdymo metais,

visi reformos nuopelnai, kaip įprasta, buvo priskirti jam. Ta reforma,

vadinamasis Grigaliaus kalendorius, buvo priimta 1582 metais. Jos esmė ta,

kad keliamaisiais iš visų metų, kurių numeris baigiasi dviem nuliais, buvo

palikti tik tie, kurių numeris dalijasi be liekanos iš 400. Tai reiškė,

pavyzdžiui, kad 1700-ieji, 1800-ieji ir 1900-ieji metai nebuvo keliamieji,

o 2000-ieji jau buvo tokie. Čia vėl neapsieita be korekcijų, kadangi nuo

325-ųjų iki 1582-ųjų metų susikaupė dešimties dienų paklaida, kurią buvo

nutarta kompensuoti. Reformos įvedimo metais po spalio penktosios dienos

ėjo spalio penkioliktoji.

Lietuvoje Grigaliaus kalendorius priimtas nuo 1586, o Rusijoje – tik nuo

1918 metų, todėl susikaupęs skirtumas dabar sudaro trylika parų. Iki tos

reformos Kauno senamiestyje ir dabar esantis Vytauto Didžiojo tiltas per

Nemuną buvo pats “ilgiausias” pasaulyje, nes jį pervažiavus reikėdavo prie

datos pridėti arba iš jos atimti beveik dvi savaites. Tai atsispindi dar ir

dabartinėse rusiškose tradicijose švęsti Kalėdas dviem savaitėmis vėliau,

nei pas mus. Tradicija pernešama ir į Naujuosius metus, taigi kai kurie

rusai turi progą sausio tryliktąją sutikti dar ir taip vadinamus “senuosius

naujuosius metus”.

Po Grigaliaus reformos metai tapo lygūs 365.2425 paros. Tai vis dar ne

reikiamas anksčiau paminėtas tikslus skaičius, bet vienos dienos paklaida

dabar jau susikaupia tik po 3280 metų, ir ją kompensuoti nėra aktualu,

todėl niekas dar tos problemos net nebando spręsti.

Klausimai

1. Kam reikalingi keliamieji metai?

2. Ar šie metai yra keliamieji? Kodėl?

3. Ar 2000-ieji buvo keliamieji metai, ar ne? Kodėl?

4. Pateikite keletą paprasčiausių samprotavimų, kad Žemė yra apvali.

5. Kaip paprastai išmatuoti Žemės spindulį?

6. Kaip nustatyti upės plotį per ją nebrendant?

7. Kaip išmatuoti didelio namo aukštį nelipant ant namo stogo?

8. Kaip nustatyti Saulės, Mėnulio ar kokios planetos diametrą, jei

žinomas atstumas iki jos?

8. Šviesa, materija ir energija

Šviesa visada buvo ir dabar dar yra pagrindinis informacijos nešėjas

Visatoje. Kaip žinote, ji yra ne vieniša – šviesos greičiu juda bei

informaciją perduoda taip pat ir kitos elektromagnetinės bangos, kurios nuo

matomosios šviesos skiriasi tik dažniu. Tai yra ir radijo bangos, ir

infraraudonieji, ir ultravioletiniai, ir rentgeno bei gama spinduliai.

Pav. 8.1. Elektromagnetinių bangų ilgiai.

Mažą plotelį šiame “meniu” užima matomieji spinduliai, tačiau jų vertė

neįkainojama, nes juos galima pamatyti akimi. Kitų bangų fiksavimui

reikalinga speciali aparatūra. Tiksliau pasakius, jeigu elektromagnetinė

banga nematoma akimi, tai dar nereiškia, kad jos nefiksuoja kiti organai.

Žinome, pavyzdžiui, kad veikiant ultravioletiniam spinduliavimui, oda

paruduoja, infraraudonosios bangos jaučiamos kaip šiluma, ilgalaikis

buvimas intensyviame radijo bangų lauke, nors tiesiogiai nejaučiamas,

ilgainiui gali tapti kenksmingas sveikatai. Galų gale visi turbūt

girdėjote, kokį pražūtingą poveikį buvusiems Černobilyje iš karto po

atominės elektrinės avarijos 1986 metais padarė gautos didelės gama

spinduliavimo dozės. Drąsiai galima pasakyti, kad žmogaus kūnas vienaip ar

kitaip reaguoja į labai plataus palyginus su matoma šviesa diapazono

elektromagnetines bangas. Problema yra tik tame, kad netgi jautriausias

organas – akis – fiksuoja tik labai nedaug ir tik matomos šviesos savybių.

Tai yra tik jos intensyvumas (šviesa ryški ar ne) ir dažnis (mėlyna,

geltona ar kitokia spalva). Visa kita informacija, nešama šviesos, akimi

neužfiksuojama, tuo tarpu aparatais stebint šviesą galima nustatyti ne tik

ją išspinduliavusio kūno sudėtį ir dar kai kurias kitas savybes, bet ir

sužinoti kai ką apie aplinką, kuria šviesa sklido prieš pasiekdama imtuvą.

Kitų dažnių elektromagnetiniai spinduliai tokios informacijos neša dar

daugiau. Įsivaizduokite tik, kiek garsų girdite įjungę radio aparatą arba

kiek vaizdų matote televizoriaus ekrane. Visa tai perneša elektromagnetinės

bangos, išspinduliuotos žmogaus protu ir rankomis sukurtų aparatų.

Žmonės labai seniai domisi, kas gi yra ta šviesa, iš kur ji atsiranda ir

kodėl matome daiktus. Hipokratas ir Aristotelis buvo suformulavę požiūrį,

kad akis pati spinduliuoja kažkokius spindulių pluoštelius, kuriais mes

tarsi liečiame daiktus ir todėl juos matome. Galima įsivaizduoti, kad jei

jie būtų nusprendę daryti kokius nors eksperimentus, būtų tekę tyrinėti,

kokie spinduliai eina iš akių. Gal būt, tokiu atveju jie greitai būtų

supratę, kad ne akis, o matomi daiktai spinduliuoja šviesą, tačiau

eksperimentai jų metodologijoje nebuvo numatyti. Visas graikų “žinias”

apie regėjimą buvo susumavęs toks Galenas, gyvenęs antrajame amžiuje, ir

tos idėjos gyvavo apie 15 amžių, panašiai kaip ir Ptolemėjaus sferų

sistema. Galeno teorija buvo jau žymiai moksliškesnė ta prasme, kad buvo

aiškinama tų spindulių kilmė. Buvo teigiama, kad jie gaminami smegenyse, po

to optiniu nervu pasiekia akį, kur paverčiami “matymo dvasia”. Akies lęšis

buvo reikalingas tam galutiniam produktui pasiųsti į išorę. Norint galima

išsamprotauti, kad tai yra pirmasis radaro aprašymas, o tuo pačiu ir jo

išradimas.

Leonardo da Vinči tik kiek modifikavo šį požiūrį, įvesdamas dar ir

spindulius, atsispindėjusius nuo daiktų. Tik Kepleris ir Dekartas, suvokę,

kaip lęšiuose formuojasi vaizdai, suprato, kad panašų vaidmenį gali

vaidinti ir akies lęšiukas, projektuodamas matomų daiktų atvaizdus į

raginę. Teisingą požiūrį į šviesą ir matymą suformulavo galų gale tik

fizikai Niutonas ir Hiuigensas, eksperimentavę su tiriamais objektais.

Pasirodė, kad matymas paremtas kažko tai persiuntimu nuo daikto į akį. Nors

abu jie daugiau domėjosi to “kažko”, tai yra šviesos, savybėmis, Niutonas

vis tik drįso susamprotauti, kad daiktai neturi spalvų – jos atsiranda tik

paties proceso, tai yra matymo, metu. Būtent Niutonui pirmajam ir atrodė,

kad šviesą sudaro kažkokių dalelių srautas, tuo tarpu Hiuigensas

neabejotinai įrodė, kad šviesa – tai bangos, turinčios charakteringą ilgį,

dažnį ir kitas bangų charakteristikas. Vienintelė problema buvo tik ta, kad

bangoms plisti reikalinga tam tikra aplinka, o tai, kad mes matome

žvaigždes, reiškia, kad šviesos bangos gali plisti ir ten, kur jokios

aplinkos nėra, tai yra vakuume. Niutono požiūris tą problemą apeina, bet

atsiranda daug kitų. Visai neaišku, kaip dalelių srautas gali turėti bangų

savybes, tokias kaip dažnis, bangos ilgis, interferencija, difrakcija ir

panašiai, kurias neabejotinai turi šviesa.

Šiuo metu yra vienareikšmiškai eksperimentiškai ir teoriškai nustatyta, kad

šviesa ir visos kitos elektromagnetinės bangos yra ne kas kita kaip vienų

paslaptingiausių elementariųjų dalelių – fotonų – srautai. Fotonas

egzistuoja tik judėdamas, nes parimusio fotono masė lygi nuliui ir jo

aptikti neįmanoma. Juda fotonas tik šviesos, o ne kokiu nors kitokiu

greičiu. Fotonai yra labai skirtingi. Nors fotono savybės apibrėžiamos tik

vienu pagrindiniu parametru – dažniu, tačiau šio parametro kitimo

diapazonas yra nepaprastai platus, praktiškai begalinis, ir tai sąlygoja jų

įvairovę. Kitos fotono charakteristikos – energija ir bangos ilgis – yra

išreiškiamos per jo dažnį Planko formulėmis

E = h ( ir ( = c / ( , todėl

E = h c / ( .

Čia h = 6.63 · 10 -34 J·s yra Planko konstanta, o c = 3 · 10 8 m / s –

šviesos greitis. Paskutinioji formulė pati patogiausia, nes bangos ilgį,

matuojamą metrais arba metro dalimis, lengviausia įsivaizduoti ir suvokti.

Paminėsiu tik, kad matomosios šviesos fotonų dažniai yra apie 1014 Hz, o

bangos ilgiai sudaro nuo 400 iki 700 nm, tai yra nanometrų – milijardinių

( lygių 10-9 ) metro dalių. Trumpiausių, o tuo pačiu galingiausių gama

spindulių bangų ilgiai gali būti lygūs 10-16 ir mažiau metrų, o ilgiausių –

ilgųjų radijo bangų – būti lygūs tūkstančiams ar netgi milijonams metrų.

Koks fotonų ryšys su bangomis, iš kur jie atsiranda ir kur pradingsta,

pakliuvę, tarkime, į akį – štai klausimai, į kuriuos reikia atsakyti prieš

kalbant apie pasiekiančius mus Visatos spindulius ir jų atnešamą

informaciją.

Tarkime, turime kokios nors energijos (bangos ilgio) fotoną. Kol jis

skrieja vakuume, tikimybė susidurti su kokiu nors atomu labai maža, nes

tarpžvaigždinėje erdvėje, kaip matėme, atomų tankis labai mažas. Vis tik,

nors atomų tankis mažas, iš milžiniško kiekio fotonų, kuriuos kas sekundę

spinduliuoja deganti žvaigždė, vienas kitas su tokiu atomu pakeliui į Žemę

vis tik susiduria. Tai dar nieko nereiškia – konkretus atomas sugeria ne

bet kokius fotonus, o tik turinčius tam tikras, tam atomui tinkamas,

energijas. Turbūt visi puikiai žinote, kad nudegti saulėje sėdint už uždaro

lango neįmanoma, nes stiklas, permatomas regimiesiems spinduliams, sugeria

ultravioletinius. Šiuo reiškiniu yra naudojamasi šildant maistą mikrobangų

krosnelėje. Kaip tik mikrobangas gerai sugeria vandens, esančio maiste,

molekulės, gi kai kurios kitos medžiagos (išskyrus metalus), iš kurių ir

gaminami specialūs toms krosnelėms skirti indai, joms yra permatomos.

Trumpai tariant, jei fotono energija pasirodo per maža sužadinti atomus, ta

aplinka jam tampa permatoma, tai yra jis juda joje lyg tai aplinkui nieko

nebūtų.

Tarkime, tiko ir energija. Tokiu atveju tas fotonas pražūva. Tai neturėtų

būti keista, nes to fotono kaip ir nebuvo, kadangi jo rimties masė visada,

nepriklausomai nuo energijos, lygi nuliui. Lieka iš fotono tik jo nešta

energija, – ji niekur dingti negali, todėl perduodama tam atomui. Priimta

sakyti, kad tokiu atveju atomas susižadina. Atomo energija, kaip matėme,

negali padidėti bet kaip, tai yra susižadinti nuo bet kokios mažos

energijos fotono jis negali. Galimi tik šuoliai į tam tikras sužadintas

būsenas.

Pav. 8.2. Atomo sužadintų būsenų schema ir atitinkamas spektras.

Tokių sužadintų būsenų kiekvienas atomas turi daug. Sugėręs fotoną atomas

peršoka į vieną tų būsenų, tai vadinasi jo absorbciniu spektru. Grįždamas

po kiek laiko į žemesnę būseną jis gali išspinduliuoti fotoną, taip

atsiranda emisinis to atomo spektras. Skirtingų atomų spektrai yra

skirtingi. Juos galima registruoti specialiais aparatais – spektroskopais

arba teoriškai apskaičiuoti, naudojantis kvantine mechanika. Neutralaus

atomo spektro energijos turi viršutinę ribą, tai yra jis tarsi pasibaigia

prie tam tikros energijos. Fotonai, kurių energijos kiek didesnės už šią,

susidūrę su tokiu atomu, gali taip jį sužadinti, kad iš jo išlekia

elektronas, ir atomas tampa jonu, kurio spektras visiškai skiriasi nuo

pradinio atomo spektro. Dar keliant fotono energiją galima pasiekti ribą,

kai išplėšiamas antras elektronas (gauname du kart jonizuotą atomą) ir taip

toliau, kol prie branduolio iš viso nelieka elektronų. Plėšiant vidinius

elektronus, jau reikalingi Rentgeno spinduliai. Dar didesnės energijos

fotonai, vadinami gama kvantai, jau geba žadinti atomo branduolį. Atomų

terpė jiems vėl, kaip ir itin žemų energijų fotonams, paprasčiausiai

permatoma.

Grįžkime prie normalių atvejų. Susižadinęs atomas ilgai neišbūna. Maždaug

po vienos milijardinės sekundės dalies jis turi kam nors tą sužadinimo

energiją perduoti. Jei šalia yra daug kitokių atomų, energija jiems

susidūrinėjant gali pasiskirstyti ir pavirsti kinetine jų energija, tai yra

padidinti jų judėjimo greitį. Atomų arba molekulių judėjimo greitis

proporcingas jų temperatūrai, todėl aprašytas procesas yra paprasčiausias

apšviestos medžiagos šilimas. Dėl tokių procesų dieną palyginus su naktimi

pakyla oro ir vandens temperatūra, ištirpsta ledai ir gali vykti potvyniai,

kuriems Mėnulis įtakos neturi.

Jei atmosferoje ir vandenyje vyktų tik tokie procesai, jie būtų

nepermatomi, ir jokių žvaigždžių akimi nematytume. Vaizdas būtų panašus

kaip gyvenant kambaryje be langų. Gelbsti galimybė vykti dar ir kitokiems

procesams, kai retose arba turinčiose specialių savybių aplinkose

sužadintam atomui palankiau išspinduliuoti kitą fotoną, negu perduoti

sužadinimo energiją kaimynams. Tai daro medžiagą permatoma, nes fotonai

nėra sugeriami, o tik apsunkinamas jų kelias per tą medžiagą. Šio

apsunkinimo charakteristika yra jums pažįstamas tos skaidrios medžiagos

lūžio rodiklis, kuris didesnis už vienetą ir rodo šviesos greičio

sumažėjimą joje. Mikrodalelių pasaulyje, kurį puikiai aprašo kvantinė

mechanika, neuždrausti visi galimi procesai, todėl įmanomas ir atomo ar

molekulės susižadinimas nuo smūgių, tai yra nuo susidūrimų su energingais

kaimynais, sukeliantis ne kinetinės energijos padidėjimą, o fotono

išspinduliavimą. Šį procesą kiekvienas esate irgi matę – tai yra kaitinamo

metalo gabalo švytėjimas. Jei pastebėjote, iš pradžių, kol sudarančių jį

dalelių kinetinė energija yra nedidelė, jis tik parausta, toliau jai augant

pageltonuoja, pabala ir galų gale tampa melsvai baltu. Tai paaiškinama

labai paprastai – raudonųjų fotonų bangos ilgis didžiausias, o energija

mažiausia iš visų matomų, jiems spinduliuoti užtenka ir nelabai didelių

sužadinimo energijų, gi mėlynųjų, o tuo labiau violetinių, fotonų energijos

pačios didžiausios; sudėjus visus tuos spindulius į krūvą beveik vienodomis

proporcijomis gaunasi balta šviesa. Matomame diapazone beveik tokia yra

šviesos, atsklindančios iš Saulės, sudėtis. Žinoma, joje yra dar ir

visokiausių kitokių ilgių elektromagnetinių bangų, tai yra ir kitokių

energijų fotonų.

Elektromagnetinių bangų spektras labai turtingas, todėl bet kokiame kūne,

kurio temperatūra nelygi absoliutiniam nuliui, molekulės juda,

susidūrinėja, perduoda viena kitai energiją, o susižadinę, žiūrėk, ima ir

išspinduliuoja vieną kitą, kad ir mažos energijos, fotoną. Dėl šios

priežasties fotonus spinduliuoja visi mus supantys kūnai, tame tarpe ir

Žemė, ir mes patys. Tai yra vadinamasis šiluminis spinduliavimas. Kuo

karštesnis kūnas, tuo trumpesnių bangos ilgių, tai reiškia – didesnių

energijų – spindulius jis skleidžia. Tiksliau sakant, spinduliuojami

įvairių bangos ilgių spinduliai, bet intensyvumo maksimumas, atitinkantis

tam tikrą bangos ilgį, kylant kūno temperatūrai, slenkasi į trumpesnių

bangų sritį. Kad kūnas pradėtų spinduliuoti matomus spindulius, jo

temperatūra turi būti lygi keliems tūkstančiams laipsnių. Labai karštas

kūnas, toks kaip žvaigždė, sudarytas iš vandenilio ir nedidelės dalies kitų

elementų, spinduliuoja įvairiausių dažnių fotonus, kurie užkloja ir visą

matomos šviesos diapazoną. Praėjusi per disperguojančią aplinką tokia

šviesa išsiskleidžia į vaivorykštę, tai reiškia ji yra išdėstoma pagal

fotonų dažnius. Panašiai kaip Niutono prizmė, dirba ir šiuolaikiniai

spektroskopai, analizuojantys spektrinę, tai yra dažnuminę šviesos sudėtį.

Dabar jau turbūt supratote, kad pasiekusi mus šviesa gali labai daug ką

papasakoti. Pirma, jei sugebame užfiksuoti žvaigždės spinduliuojamas

elektromagnetinius spindulius pakankamai plačiame bangų ilgių diapazone,

suradę, kokį bangos ilgį atitinka pasiskirstymo maksimumas, galime rasti

žvaigždės arba kitokio stebimo objekto temperatūrą. Šios kreivės,

susiejančios spinduliuotės intensyvumą su jos bangos ilgiu, vadinamos

Planko kreivėmis. Įdomi jų savybė ta, kad jos, atitinkančios skirtingų

temperatūrų žvaigždes ar šiaip skleidžiančius spinduliuotę kūnus,

nesikerta. Tai reiškia, kad karštesnis objektas intensyviau už vėsesnįjį

spinduliuoja visų ilgių elektromagnetines bangas. Pasitikrinti šią

charakteristiką galime ir nefiksuodami labai plataus diapazono, o tiesiog

nustatę, kokių jonų spektrai matomi, kadangi kiekvieno atomo jonizavimui

reikalinga tam tikra fiksuota energija, taigi ir tam tikra lengvai su ja

susiejama temperatūra.

Pav. 8.3. Įvairių temperatūrų objektų spinduliuotės intensyvumo

priklausomybė nuo bangos ilgio (Planko kreivės).

Nuodugniau žvilgterėjus į šią šviesą, galima atrasti, kad ji yra ne

ištisinė, o sudalyta tamsaus absorbcijos linijų tinklo. Kadangi kiekvienas

atomas ar jonas turi savo specifinį, tik jam vienam būdingą, spektrinių

linijų išsidėstymą, galima nustatyti, iš kokių atomų sudaryta žvaigždės

branduolį supanti medžiaga, kurioje ta spinduliuotė yra gimusi. Panašius

“spektrus” jūs galite pamatyti netgi supermarkete, kadangi kiekviena prekė

turi savo brūkšninį kodą, pagal kurį kasos aparatas ją lengvai atpažįsta.

Ši idėja pasiskolinta iš fizikų, tyrinėjančių spektrus. Galų gale,

sklindanti nuo žvaigždės šviesa prieš patekdama į Žemę turi pereiti per

minėtus retus dujų debesis, kurių pilna Visatoje. Einant jai per tokią

aplinką tie fotonai, kurių dažniai tinkami, yra absorbuojami. Tai

pasireiškia kaip juodos absorbcijos linijos, atitinkančios dažnius tų

medžiagų, iš kurių susidaręs debesis. Šviesa, o tuo pačiu ir energija,

sugertos iš pradinio spindulio, pavirsta arba kinetine debesies dalelių

energija, arba kitais fotonais, kuriuos spinduliuoja jos sužadinti debesies

atomai. Retame debesyje antrasis procesas labiau tikėtinas, todėl gali

kilti klausimas, kodėl vis tik tos absorbcijos linijos atsiranda. Atsakymas

paprasčiausiai yra tas, kad jei pradinio spindulio fotonai juda viena

kryptimi, tai perspinduliuotieji plinta į visas puses, todėl pradine

kryptimi jų intensyvumas ir sumažėja.

Pav. 8.4. Tolydinis, emisijos ir absorbcijos linijų spektrai.

Galų gale, galima nustatyti, kokiu greičiu spinduliuojanti tą šviesą

žvaigždė ar galaktika juda Žemės atžvilgiu, nes dėl Doplerio efekto

spindulių šaltiniui ir imtuvui judant vienas kito atžvilgiu visos

spektrinės linijos pasislenka į ilgesniųjų arba trumpesniųjų bangų sritį.

Tas poslinkis visiems fotonams yra toks pat, kadangi galioja labai

paprastas ryšys tarp imtuvo ir šaltinio santykinio judėjimo greičio v bei

pradinio, žvaigždės išspinduliuoto, fotono bangos ilgio ( ir kritusio į

imtuvą to paties fotono bangos ilgio (‘ :

v / c = ((‘ – () / ( .

Jei šaltinis tolsta, jo greitis mūsų, tai yra stebėtojo, atžvilgiu yra

teigiamas, v > 0 , o jei artėja – neigiamas, v < 0 . Tai reiškia, kad

tolstančio šaltinio išspinduliuotų fotonų bangų ilgiai padidėja, tai yra

pasistumia į raudonųjų bangų pusę; todėl šis poslinkis vadinamas

raudonuoju. Artėjančio šaltinio bangų ilgiai sumažėja, todėl poslinkis

vadinamas mėlynuoju.

Būtent naudojantis šiuo efektu Edvinui Hablui pavyko ištirti Visatos

struktūrą ir aptikti, kad ji šiuo metu plečiasi.

Taigi, elektromagnetinės bangos neša labai daug informacijos, reikia tik

mokėti ją suprasti. Akimi tai padaryti neįmanoma, reikalingi specialūs

prietaisai. Jau kalbėjome, kokią revoliuciją tiriant Saulės sistemą

suvaidino Galilėjaus teleskopas. Dabar analogiški prietaisai yra labai

ištobulinti ir leidžia stebėti ypatingai tolimus, labai mažo ryškio

objektus. Dešimties centų monetos, esančios už dešimties kilometrų,

pamatymas tokiu prietaisu nesudaro jokių sunkumų. Problemos atsiranda

kitur. Pasirodo, matyti Visatos objektus labai trukdo atmosfera, kurioje

esantys dulkės, garai, dūmai, o taip pat judančios pačios dujų molekulės

iškraipo stebimąjį vaizdą. Dėl šių priežasčių observatorijos įrengiamos

žemyninio klimato zonose, kad dangus būtų apsiniaukęs kuo mažiau naktų per

metus. Kiek varijuoja šis rodiklis, galite spręsti iš to, kad kai kuriose

Žemės vietose per metus būna iki 300 giedrų naktų, o kai kuriose – iki 300

apsiniaukusių. Be to, observatorija turi būti įrengta kuo toliau nuo miestų

ir didelių pramonės objektų, nes miestuose, kur vyksta aktyvus gyvenimas,

yra daug šiluminės ir pramoninės taršos objektų – transporto priemonių,

visokių komunikacijų, gamyklų ir taip toliau. Ruro pramonės baseinas

Vokietijoje, aukštakrosnių kompleksai Ukrainoje ir Urale užteršia

didžiulius aplinkinius rajonus, ten observatorijos perspektyvų neturi.

Pav. 8.5. Žemės atmosferos permatomumas įvairioms elektromagnetinėms

bangoms.

Taigi, jau turbūt drasiai galima nuspręsti, kad idealios vietos antžeminėms

observatorijoms yra kalnuose, kur mažesnis atmosferos storis, mažiau

teršalų, šilumos ir šviesos šaltinių. Taip jau seniai pastebėta –

stambiausi teleskopai įrengiami kalnuose – Arizonos dykumoje, Čilėje ar

Havajuose. Dar geriau negu kalnuose teleskopai jaučiasi kosmose, kur

trukdžiai ir užteršimas yra visai nedideli. Tai jau ir padaryta. Nuo 1989

metų NASA eksploatuoja 2.4 metro diametro teleskopą, pavadintą aptikusio

Visatos plėtimąsi Edvino Hablo garbei jo vardu.

Naudojami teleskopai Visatą stebi jau seniai ne tik matomos šviesos, bet ir

praktiškai visuose kituose elektromagnetinių bangų diapazonuose. Akimi

žvaigždžių niekas nebestebi net per teleskopą, nes fotoplokštelėse ar

kituose registruojančiuose prietaisuose galima, padidinus ekspoziciją, per

ilgesnį laiką sukaupti pakankamai informacijos ir apie visai sunkiai

įžiūrimus objektus.

Apie tai, kas yra aptikta šiais moderniais ir protingais prietaisais,

pakalbėsime kitose paskaitose.

Taigi, šviesa atneša informaciją ir apie tai, iš ko sudaryta Visata, nes

kiekvienas elementas turi savo “pirštų antspaudus” ir yra nesunkiai

atpažįstamas. Ne kartą yra buvę taip, kad atrodė, jog pamatytas kažkoks

nežinomas elementas ar junginys, nes jo spektras neatitikdavo jokių žinomų

elementų spektrų. Deja, ilgainiui pasirodydavo, kad tiesiog tai yra kas

nors iš žinomų, tačiau esantis tokiose sąlygose, kurių nėra arba netgi

visai neįmanoma dirbtinai sukurti Žemėje. Maždaug prieš dvidešimt ar kiek

daugiau metų, kai dirbtiniuose Žemės palydovuose buvo įtaisyti

spektroskopai, leidę stebėti Visatą tolimojo ultravioleto ir rentgeno

spindulių diapazonuose, pasirodė, kad užregistruoti sudėtingi ir

nepažįstami spektrai yra daug kartų jonizuotų žinomų elementų spektrai.

Tokie elementai kosmose “pagaminami”, kadangi normaliam atomui atsidūrus

energingo spinduliavimo lauke nuo jo “nuplėšiama” daug elektronų ir jis

tampa iš pirmo žvilgsnio neatpažįstamu. Norint sukurti tokias sąlygas

Žemėje, reikia labai pasistengti. Tai ne tik brangiai kainuoja, bet ir

reikalauja unikalios įrangos. Kosmose sąlygų įvairovė yra tiesiog

stulbinanti ir materija egzistuoja visose įmanomose formose, tame tarpe ir

pačiose egzotiškiausiose.

Pabandykime prisiminti, iš ko viskas aplink padaryta, kaip visa tai gali

pasikeisti kintant išorinėms sąlygoms, koks yra šiuolaikinis požiūris į

materijos struktūrą. Kaip žinome, bendras mokslo bruožas yra tas, kad visos

be išimčių žinios negali būti sustabarėję, o nuolatos keičiasi, tačiau tie

pasikeitimai, pasiekus tam tikrą lygį, yra pastebimi tik kvalifikuotam

specialistui. Kalbėsiu būtent apie tą lygį, kuris pakankamai rafinuotas,

bet kartu ir ne per lėkštas. Vargu ar tie teiginiai, patikrinti ir

pripažinti XX amžiuje, ženkliai pasikeis per kelis artimiausius

dešimtmečius.

Taigi, mums pilnai pakaks tų žinių, kad Visata sudaryta iš materijos,

kurios pagrindiniai struktūriniai elementai yra protonai, neutronai ir

elektronai, o taip pat jau pažįstamas fotonas, kuris efektyviausiai perneša

ne tik sąveikas tarp šių dalelių, bet ir informaciją. Gravitacinę saveiką

tarp bet kokių dviejų masių perneša gravitonai, tačiau jie netgi neaptikti

eksperimentiškai ir šiandien, kalbant apie smulkiausias materijos daleles,

mums neaktualūs, nes ši sąveika palyginus su kitomis, – elektromagnetine ir

stipriąja, nevaidina beveik jokios rolės susidarant atomų branduoliams,

atomams ir molekulėms, taigi tuo pačiu ir visoms supančių mus dujinių,

skystųjų ir kietųjų kūnų dalelėms. Atomus kuria elektromagnetinė sąveika,

pernešama tų pačių fotonų. Paprasčiausia jos išraiška yra Kulono dėsnis,

nusakantis jėgą, kuria vienas kitą veikia du krūviai. Stipriąją sąveiką,

suklijuojančią iš protonų ir neutronų atomų branduolius, perneša įvairiausi

mezonai – pi, ro, omega ir kiti. Jų mums nereikės, užtenka žinoti, ką ir

kaip jie padaro. Galų gale, protonai ir neutronai patys yra padaryti iš

kvarkų, tačiau ir tai atidėkime į šalį. Kai girdite apie daugybę kitokių

elementariųjų dalelių, tai yra ne kas kita, kaip tik ypatingoms sąlygoms

esant kosmose arba laboratorijose egzistuojantys labai trumpai gyvuojantys

egzotiški objektai, beveik neįtakojantys materijos savybių. Taigi,

apsistosime prie trijų pagrindinių dalelių, nes fotonas jau pažįstamas.

Esminis materijos struktūros elementas yra atomų branduoliai. Kaip žinote,

jie sudaryti iš protonų ir neutronų veikiant stipriąjai sąveikai. Abi

dalelės labai panašios, jos skiriasi tik krūviu, todėl apibendrintai

vadinamos nukleonais. Pirmasis paradoksas yra būtent tame, kad ši sąveika

vadinama stipriąja. Energijos masteliai, palyginus su atominiais, čia yra,

aišku, milijoną kartų didesni, tačiau dviejų neutronų arba dviejų protonų į

krūvą ji “suklijuoti” negali, o protonas su neutronu “sulimpa” tik labai

specifiniu būdu, sudarydami taip vadinamą deuteroną, sunkiajame vandenyje

pakeičiantį vandenilį. Deuteronas nėra labai patvarus – pasitaikius progai

jis tuoj pat atgal subyra į neutroną ir protoną. Iš trijų nukleonų galima

padaryti tik du branduolius – tritoną (du neutronai plius vienas protonas)

ir helioną (neutronas plius du protonai), kurie kiek patvaresni už

deuteroną, bet neturi jokių sužadintų būsenų, o žadinant vėlgi iš karto

skyla į dalis. Iš keturių nukleonų susidaro tik vienas (du neutronai plius

du protonai), bet užtai ypatingai patvarus, helio-4 branduolys, dar

vadinamas alfa-dalele. Šis branduolys savo matmenimis yra mažesnis už

minėtus trijų, o tuo labiau dviejų nukleonų branduolius. Alfa dalelė tokia

patvari, kad prie jos netgi penktasis nukleonas negali “prilipti”. Taigi,

stabilių penkių nukleonų branduolių gamtoje nėra iš viso. Nuo šešių

nukleonų jau prasideda daugmaž normalūs branduoliai, nors dar nėra ir

stabilių branduolių, sudarytų iš aštuonių nukleonų.

Pav. 8.6. Lengviausiųjų branduolių stabilumo takas. Stabilūs branduoliai

pažymėti pilkai.

Visa atomo branduolio energija yra neigiamas dydis, charakterizuojantis to

branduolio stabilumą. Norint suskaldyti tą branduolį į atskirus nukleonus

reikalinga kaip tik tokia energija, bet su priešingu ženklu, tai yra

teigiama. Ji vadinama atomo branduolio ryšio energija. Padalinta iš

nukleonų skaičiaus ji kaip tik ir lygi ryšio energijai vienam nukleonui,

charakterizuojančiai jų sulipimą branduolyje. Kuo ji didesnė, tuo stipriau

surišti branduolyje nukleonai, tuo sunkiau tokį branduolį suardyti.

Priešingo ženklo, tai yra neigiamas dydis, yra energija, tenkanti vienam

nukleonui tame branduolyje. Jeigu pabandytume pasižiūrėti, kaip šis

parametras kinta augant nukleonų skaičiui, tai pamatytume, kad jis turi

išsiskiriantį minimumą jau minėtai alfa – dalelei, po to staigiai išauga ir

toliau po truputį krenta iki geležies – nikelio, o po to vėl monotoniškai

auga. To branduolių slėnio dauboje randasi stabiliausi Visatoje geležies

branduoliai. Norint gauti iš atomų branduolių kokios nors energijos, reikia

leistis gilyn į tą slėnį, tai reiškia – arba iš silpniau surištų lengvųjų

branduolių gaminti labiau surištus (tai vadinasi branduoline sinteze,

tokios reakcijos vyksta sprogstant branduolinei bombai, lėtai jų atlikti

tokiais kiekiais, kad tai galėtų duoti praktinę naudą, dar niekam

nepavyko), arba mažiau surištus sunkiuosius skaldyti į stipriau surištus

lengvesnius branduolius (tai yra reakcijos, kurios vyksta greitai

sprogstant dabar nebemadingai atominei bombai, arba lėtai degant

branduoliniam kurui atominėse elektrinėse), nes tik taip galima

atpalaiduoti juose sukauptą energiją. Augant nukleonų skaičiui

branduoliuose, sunkesniuose už geležį, jie darosi vis mažiau ir mažiau

stabilūs. Taip atsitinka todėl, kad stiprioji sąveika yra trumpo veikimo

sąveika. Taigi, dideliame branduolyje, panašiai kaip skysčio laše, tampriau

susiję yra tik esantys šalia vienas kito nukleonai, ir kai jų labai daug,

atsiranda polinkis tam branduoliui klasterizuotis, tai yra suskilti į

mažesnes, bet labiau surištas dalis. Dėl šių priežasčių stabilių branduolių

takelis iš viso nutrūksta. Daugiau ar mažiau stabilių izotopų yra apie

tūkstantį. Paskutinis stabilus branduolys yra urano izotopas, turintis 238

nukleonus.

Pav. 8.7. Branduolių slėnis.

Taigi, tūkstantis beveik stabilių branduolių. Tuo tarpu žvilgtelėję į

periodinę lentelę matome tik apie šimtą elementų. Kodėl? Priežastis yra ta,

kad cheminį elementą, tai yra atomo elgesį žemose energijose, kurios

būdingos cheminėms reakcijoms, apsprendžia visiškai ne jo branduolys, o

besisukantys apie jį elektronai, ir tai dar ne visi, o tik patys išoriniai.

Kiek elektronų gali apie kokį nors branduolį suktis, nusako ne bendras

nukleonų skaičius jame, o tik tai, kiek tarp jų yra protonų. Kaip nesunku

suprasti iš pateikto lengvųjų branduolių stabilumo tako, nėra jokio

branduolio, sudaryto vien tik iš protonų, protonai visi turi vienodą krūvį

ir stumiasi vienas nuo kito. Nors stiprioji sąveika juos ir bando

suklijuoti, susidaryti stabiliam branduoliui būtina, kad jame būtų dar ir

neutronų. Tam tikro elemento izotopai būtent ir yra branduoliai, turintys

fiksuotą protonų (žymima raide Z), bet skirtingą neutronų (N) skaičių. Prie

visų tokių branduolių normaliomis sąlygomis tuoj pat atsiranda būtent Z

elektronų, kad susidariusios sistemos (atomo) krūvis būtų lygus nuliui.

Beveik kiekvienas elementas turi po kelis izotopus. Jų cheminės savybės

visiškai vienodos, nes jie skiriasi tik esančių branduolyje neutronų

skaičiumi. Pavyzdžiui, kalcis, kurio pilna mūsų kauluose, turi šešis

stabilius ir dar vienuolika radioaktyvių izotopų. Radioaktyvūs yra tie

izotopai, kurių branduoliai po ilgesnio ar trumpesnio laiko skyla į dalis.

Skilimo metu elektronai irgi lengvai persiskirsto taip pat į dvi

analogiškas dalis. Kaule nelieka kalcio, o tai nėra labai gerai.

Normaliomis sąlygomis tokių radioaktyvių atomų yra nedaug, ir jei vienas

kitas suskyla, tai žmogui nieko neatsitinka. Avarijos, tokios kaip įvykusi

Černobylyje, metu atmosferoje atsiranda daug radioaktyvių izotopų. Jeigu jų

neįkvėpėte, tai iškritusius ant žemės juos įsisavina augalai, po to –

gyvuliai, dar po to su pienu ar mėsa galų gale ir žmonės. Kadangi bet koks

gyvas organizmas linkęs nuolatos atsinaujinti, gyvenant tokiomis sąlygomis

įprastiniai, tai yra turintys stabilius branduolius, organizme esantys

atomai greitai pasikeičia radioaktyviais, kurie galų gale patys savaime dėl

radioaktyvaus skilimo dingsta beveik be pėdsakų. Iš čia ir kyla visos

problemos.

Kodėl chemines elementų savybes apsprendžia tik elektronai? Čia priežastys

bent jau dvi. Pirmiausia, branduolys yra labai mažas palyginus su atomu,

jis yra tarsi labai gerai suvyniotas į elektronų apvalkalą. Jei paimtumėte

ir tušinuku nusipieštumėte savo sąsiuviniuose 1 mm diametro taškelį ir

įsivaizduotumėte, kad tokio dydžio yra atomo branduolys, tai atomas būtų ne

mažesnis už keturių aukštų namą. Šitų mastelių netgi neįmanoma pavaizduoti

kokiame nors paveiksle, kuris telpa į šį lapą. Tuo tarpu būtent branduolyje

yra sukoncentruota beveik visa atomo masė, nes kiekvienas protonas, kaip ir

neutronas, yra apie 2000 kartų masyvesnis už elektroną. Tai panašu į Saulės

sistemą, jei branduolį įsivaizduotume kaip Saulę, o elektronus – kaip

planetas, nors yra ir esminių skirtingumų. Manau, jūs patys juos lengvai

galite išvardinti. Antroji priežastis yra ta, kad tose temperatūrose,

kuriose mes gyvename ir kuriose pasireiškia būtent cheminės elementų

savybės, energijos nepakanka niekam kitam, o tik kiek “pakutenti” tuos

elektronus. ir tai ne visus, o tik silpniausiai prie branduolio pririštus,

tai yra išorinius. Būtent išoriniai elektronai atsakingi už visą chemiją,

tai yra neorganinių, o taip pat ir organinių molekulių, iš kurių sudaryta

visa gyvoji gamta, susidarymą. Kokia šių darinių įvairovė, galime spręsti

iš tokių pavyzdžių. Pratęskime mintį apie branduolį kaip taškelį ir atomą

kaip namą. Virusas tokiu atveju būtų darinys apie 5 km diametro,

tarpžvaigždinių dulkių dalelė – apie 50 km, bakterija – dar du kartus

didesnė. Lastelė būtų apie 500 km diametro dalykėlis, o kuris nors iš mūsų

vos tilptų atstume nuo Žemės iki Saulės.

Šildydami maistą ar važiuodami automobiliu mes naudojamės cheminių reakcijų

savybėmis išskirti energiją. Panašiai kaip aptartose branduolių skilimo

arba sintezės reakcijose čia irgi iš mažiau surištų objektų susidarant

labiau surištiems didėja produktų kinetinė energija, tai yra temperatūra.

Nuostabu yra dar ir tai, kad dauguma šių reakcijų vyksta savaime. Atsukate

dujų čiaupą, uždegate degtuką, ir jeigu tik bus tiekiamos, jos gali degti

metų metus.

Pav. 8.8. Periodinė elementų lentelė. Joje pavadinimai elementų, kurie

normaliomis sąlygomis yra dujos, pavaizduoti raudonai, esantys skysčiais –

žaliai, o esantys kietais kūnais – juodai.

Gyvename mes iš tiesų prabangiose sąlygose, tai yra 273 plius minus 50

laipsnių Kelvino temperatūroje. Pažvelkite pro langą – aplinkui pilna garų,

dujų, skysčių ir kietų kūnų. Ne tiek jau daug reikia apsirengti ir

pavalgyti, kad užtektų energijos palaikyti pastovią kūno temperatūrą, kaip

tik tokią, kurios reikia vykti savaiminėms suvalgyto maisto – monosacharidų

– oksidacijos reakcijoms, teikiančioms energiją visiems organams ir

palaikančioms tokią kūno temperatūrą, kurioje ištirpsta riebalai, lengvai

juda raumenys, gyslomis teka kraujas ir sklandžiai dirba superkompiuteris –

mūsų smegenys. Dabar prisiminkite, kiek problemų atsiranda žiemą,

temperatūrai nukritus tik 10-20 laipsnių. Vanduo užšala, reikia šilčiau

rengtis ir šildyti patalpas. Kas gi būtų, jei temperatūra dar labiau

nukristų – tarkime, iki minus 200 laipsnių Celsijaus? Užšaltų ir sukietėtų

ne tik vanduo, bet ir dauguma kitų elementų, netgi tie, kurie normaliomis

sąlygomis yra dujos. Prisimenate, kas darosi Plutone jam tolstant nuo

Saulės? Čia irgi būtų ne ką geriau. Dabar pagalvokime, kas atsitiktų

pakilus temperatūrai keliais tūkstančiais laipsnių. Molekulės suskiltų,

beveik visos medžiagos, kurios normaliai yra kietos, suskystėtų, o kai

kurios ir išgaruotų. Visatoje ir žemos, ir aukštos temperatūros yra

įprastas dalykas, todėl tokia didelė ir stebimų spektrų įvairovė, nes

kylant temperatūrai ir medžiagoms pereinant iš vienų agregatinių būvių į

kitus jų fizikinės savybės labai keičiasi.

Dar labiau keliant temperatūrą chemija, o tuo pačiu ir visa organika

pasibaigia – nuo atomų pradeda atitrūkti elektronai – iš pradžių vienas, po

to antras, ir taip toliau iki susidarant pilnai jonizuotai plazmai, kai

branduoliai dėl didžiulės kinetinės energijos nebegali nulaikyti elektronų.

Tokiu atveju jokios struktūros nebesusidaro, elektronai nebetrukdo

pasireikšti branduoliams, kurie gali laisvai daužytis ir reaguoti. Tokie

procesai vyksta žvaigždėse, jų metu kaip tik ir išsiskiria ta energija,

kuri užtikrina minėtą mūsų komfortą.

Kiekvieną iš minėtų materijos būvių, atsirandančių kylant temperatūrai, tai

yra:

1. Kietą kūną su beveik nejudančiais jonais gardelės mazguose,

2. Skystį, kuriame neutralios, susigrąžinę elektronus molekulės gali beveik

laisvai judėti viena kitos atžvilgiu,

3. Dujas, kuriose tos molekulės dar laisvesnės,

4. Aukštų temperatūrų, kai molekulės jau suirę, atomines dujas.

5. Įvairių jonizacijos laipsnių dujas,

6. Pilnai jonizuotas dujas, kuriose atomai suskilę į laisvus elektronus ir

branduolius,

7. Dar aukštesnes temperatūras, kai tampa galimos lengvųjų branduolių

sintezės reakcijos,

atitinka specifiniai spektrai ir atitinkamų energijų fotonai, kurie pasiekę

mus ir išduoda, iš kur atvykę.

Klausimai

1. Elektromagnetinių spindulių rūšys?

2. Kam lygus šviesos greitis?

3. Mažiausio bangos ilgio elektromagnetinės bangos?

4. Didžiausio bangos ilgio elektromagnetinės bangos?

5. Kokių elektromagnetinio spinduliavimo charakteristikų ryšį nusako

Planko kreivė?

6. Kokioms elektromagnetinių spindulių spektro sritims yra permatoma

Žemės atmosfera?

7. Kokios spalvos fotonų energija yra pati didžiausia?

8. Kokios spalvos fotonų energija yra pati mažiausia?

9. Kas tai yra Doplerio reiškinys?

10. Kur geriausia įrengti teleskopą?

11. Sąveika, rišanti atomus į molekules?

12. Sąveika, rišanti planetas ir žvaigždes į grupes?

13. Kokių atomų Visatoje daugiausia?

14. Elementariosios dalelės, iš kurių sudaryti atomų branduoliai.

15. Jei neutralus atomas turi Z elektronų, tai kiek neutronų ir kiek

protonų gali būti jo branduolyje?

16. Jei atomo branduolys būtų tokio dydžio, kaip milimetro diametro

taškas, tai kokio dydžio būtų atomas?

17. Du pagrindiniai būdai atomo branduolio sukauptai energijai

atpalaiduoti?

9. Žvaigždžių paradas

Nuomonės, kad matoma naktį gausybė žvaigždžių iš vienos pusės, ir dieną

šviečianti Saulė negali turėti nieko bendro, laikėsi ir beveik visi senovės

išminčiai, ir palyginus visai neseniai – dargi tokie astronomijos gigantai,

kaip Kopernikas ir Kepleris. Galima

. . .

Klausimai

1. Kas tai yra cefeidės?

2. Kas tai yra ūkas?

3. Kokios pagrindinės galaktikų klasės?

4. Tarpgalaktinių atstumų matavimo metodai?

5. Koks objektas galėtų būti mūsų Galaktikos centre?

12. Visatos struktūra ir laiko istorija

Viskas, apie ką mes iki šiol kalbėjome esant Visatoje, pradedant nuo

mažiausių ir baigiant didžiausiais jos dariniais, jei pastebėjote, juda ir

evoliucionuoja. Nėra nė vieno sustingusio arba sustabarėjusio, vieną kartą

visiems laikams pagaminto, užvesto ir paleisto, arba tuo labiau nuolatos

varomo ar raginamo judėti objekto. Judėjimas yra natūrali šios sistemos

būsena. Jeigu pabandytume sustabdyti ir užfiksuoti planetas, žvaigždes ar

galaktikas, jas laikyti rimties būsenoje reikėtų neįsivaizduojamų pastangų,

o paleistos jos vėl pradėtų judėti kaip judėję. Šio judėjimo “variklis” yra

gravitacinė sąveika, veikianti tarp bet kokių kūnų. Dėl šios sąveikos,

materijos struktūros ypatybių ir savo prigimties Visata vadinama dinamine.

Kaip matėme, ta pati sąveika, priklausomai nuo gravituojančios sistemos

pobūdžio ar dydžio ir kitų sąveikų bei įvairių virsmų buvimo gali sukelti

įvairiausio pobūdžio judėjimus. Pavyzdžiui, ji suspaudžia materiją į

juodąją skylę, išlaiko neutronus neutroninėje ir atomų branduolius

degančioje žvaigždėje, fiksuoja planetas jų orbitose, valdo žvaigždžių

judėjimus galaktikose bei chaotišką galaktikų judėjimą galaktikų

spiečiuose. Yra tačiau dar vienas, bene mažiausiai lauktas, nei graikų, nei

Kanto nenuspėtas ir niekaip iš šventųjų raštų neišprotaujamas galaktikų

judėjimo pobūdis, surastas E.Hablo 1929 metais. Tai – nuolatinis Visatos

plėtimasis.

Jei atsimenate, Doplerio efektas teigia, kad judančio šaltinio spektras,

priklausomai nuo judėjimo imtuvo atžvilgiu krypties, gali būti pastumtas į

raudonąją, jei atstumas didėja, ir mėlynąją, jei jis mažėja, pusę. Po to,

kai Hablas suklasifikavo galaktikas pagal jų išvaizdą, jis pradėjo matuoti

ir tyrinėti jų spektrus. Pasirodė, kad beveik visų galaktikų spektrai

pasistūmę į vieną ar kitą pusę. Daugumos tie poslinkiai buvo raudonieji,

tik vienos – kitos galaktikos – mėlynieji. Kaupiantis statistikai pradėjo

ryškėti, kad mėlynieji poslinkiai būdingi tik pačioms šviesiausioms, taigi

ir artimiausioms, priklausančioms Artimąjai Grupei, galaktikoms, ir gali

būti beveik pilnai paaiškinti Saulės judėjimu apie Paukščių Tako centrą.

Visų kitų galaktikų spektrai turėjo būdingus raudonuosius poslinkius, tai

yra jos tolo nuo Žemės! Žemė arba bent jau Saulė, ar galų gale Paukščių

Takas vėl tapo Visatos centru? Deja, ne. Pabandykime tai išsiaiškinti.

Patys raudonieji poslinkiai dar nieko per daug nereiškė. Jie kai kurioms

galaktikoms buvo išmatuoti dar prieš Hablą. Nauja buvo tai, kad Hablas,

įvertinęs pagal cefeidžių ryškius, supernovas arba ryškiausias žvaigždes

dar ir atstumus iki atitinkamų galaktikų bei nusibraižęs grafiką, kurio

vienoje ašyje buvo atidėti šie atstumai, o kitoje – raudonieji poslinkiai

arba proporcingi jiems galaktikų judėjimo greičiai, pamatė, kad stebėtos

galaktikos grafike, panašiai kaip ir Hercšprungo – Rasselio diagramoje,

sugulė beveik tiksliai ant tiesės. Antrą kartą skurdi informacija apie

Visatą pasitarnavo gilioms išvadoms.

Pav. 12.1. Hablo diagrama.

Šį kartą tai reiškė, kad galaktikos tolimo nuo mūsų greitis yra tiesiog

proporcingas jos atstumui nuo Žemės (Saulės ar gal ir Paukščių Tako, nes

atstumai tarp galaktikų tokie dideli, kad šie smulkūs skirtumai jokios

rolės nevaidina), tai yra, kad

v = H ( r ,

kur H yra taip vadinama Hablo konstanta, v – minėtas greitis, o r –

atstumas.

Prieš keletą metų tas pats Hablas buvo suradęs, kad galaktikos beveik

tolygiai išsidėstę Visatoje. Šis įrodymas paremtas tokia gražia ir taip

lengvai patikrinama idėja, kad tiesiog negaliu apeiti jo nepaminėjęs.

Tarkime, kad visos galaktikos yra visiškai vienodos, ir jų spindesiai lygūs

L, o jų skaičius įsivaizduojamame rutulyje, kurio spindulys R, yra lygus N.

Kadangi to rutulio tūris yra V = 4/3(R3 , tai galaktikų, esančių tame

rutulyje, tankis yra

( = N/V.

Pabandykime panagrinėti, kokios išvados galėtų sekti iš prielaidos, kad šis

tankis yra pastovus visur Visatoje. Tarkime, turime prietaisą, kurio

minimalus energijos srauto tankis, būtinas stebėti kokiai nors galaktikai,

yra l. Aišku, kad tuo prietaisu matysime ne visas galaktikas, o tik tas,

kurios yra ne toliau negu atstumu R0, nes, kad pastebėtume tokią galaktiką,

L/ R02 turi būti ne mažesnis už l. Taigi, stebėdami šiuo prietaisu visomis

kryptimis, pamatysime tik N0 = ( *4/3(R03 galaktikų. Iš kitos pusės,

kadangi R02 = L/l, galime surasti, kad

N0 = 4/3((L3/2 / l3/2.

Svarbiausias šioje išraiškoje yra paskutinysis narys, nes tik jis

charakterizuoja stebėjimo prietaisą. Kokios bebūtų tos galaktikos,

charakterizuojamos spindesiu L, kokiu tankiu ( jos bebūtų pasiskirstę

erdvėje ir netgi kokiame erdviniame kampe beatliktume stebėjimus, vistiek

aptinkamų tuo prietaisu galaktikų skaičius bus proporcingas l-3/2.

Tai reiškia, kad patobulinę prietaisą taip, kad galėtume, tarkime,

pastebėti keturis kartus blyškesnes galaktikas, tai yra kad naujasis l būtų

keturis kartus mažesnis už ankstesnįjį, turėtume toje pačioje erdvės

srityje pamatyti aštuonis kartus daugiau galaktikų, kadangi (l/4)-3/2=8*l-

3/2. Eksperimentai šią išvadą nuolatos patvirtina, o tai reiškia, kad

Visata visur yra tokia pati, ir plečiant regėjimo lauką nematoma nei kokia

nors jos pabaiga, nei kokia nors riba, nei kokie bebūtų nehomogeniškumai.

Kaip tai suderinama su jos nuolatiniu plėtimusi?

Sugalvota keleta itin vaizdžių analogijų, padedančių išsiaiškinti Visatos

plėtimosi, nepažeidžiančio išvados apie jos homogeniškumą, ypatybes. Pati

patraukliausia atrodo Visatos analogija su mielinės tešlos, kurioje

tolygiai pasiskirstę razinos, augimo procesu.

Pav. 12.2. Mielinės tešlos su razinomis augimo dinamika.

Tarkime, kad iš pradžių visos razinos išdėstytos tešloje 1 centimetro

kubelių viršūnėse, tai yra taip, kad mažiausias atstumas tarp bet kokių

dviejų razinų lygus 1 centimetrui. Įsivaizduokite, kas darosi tešlai po

valandos išaugus iki tūrio, kai tas atstumas padvigubėja. Razinos, kurios

iš pradžių buvo viena nuo kitos 2 cm atstume, dabar atsiras 4 cm atstume,

gi tos, tarp kurių atstumas buvo lygus 3 cm, atsidurs 6 cm atstume ir taip

toliau. Tai reiškia, kad tokioje tešloje atstumas tarp bet kokių dviejų

razinų po valandos padvigubėja, tai yra jų tarpusavio judėjimo greitis

proporcingas atstumui tarp jų! Dar daugiau, tas pats vaizdas matosi žiūrint

iš bet kurios razinos, visos kitos tolsta nuo pastarosios pagal tą patį

dėsnį. Tešla visą laiką yra homogeninė, tik jos tankis tolydžio mažėja.

Įsivaizduokime dabar, kad razinas sutapatiname su galaktikomis. Gaunasi

išvados, neprieštaraujančios jokių stebėjimų rezultatams. Jokia galaktika

negali būti Visatos centras, iš visų jų matosi tas pats vaizdas, – visos

kitos tolsta greičiais, proporcingais atstumams. Tik tokio judėjimo metu

Visata visą laiką yra homogeninė ir surasti jos centro neįmanoma. Taigi,

mes vėl atsiduriame toli gražu ne Visatos centre. Daug tyrinėtojų po Hablo

įvairiausiais teleskopais tyrinėjo vis tolesnes ir tolesnes galaktikas.

Šiuo metu jau ištyrinėta Visatos sritis, kurios tūris šimtus milijonų kartų

didesnis už Hablo ištyrinėtos srities tūrį. Surastieji lokaliniai

netolygumai kiek paįvairina bendrą įspūdį apie Visatą, tačiau jokio

pagrindo tikėtis kokių nors išimčių iš šio dėsnio nerasta – visų tolimesnių

galaktikų judėjimo greičiai proporcingi atstumams iki jų.

Bėgant laikui dramatiškai keitėsi tik Hablo konstantos vertė. Kad Hablo

konstanta būtų išreiškiama paprastai suvokiamu dydžiu, be dešimčių

įvairiausiuose dideliuose laipsniuose, ji matuojama kilometrų per sekundę

vienam megaparsekui vienetais, nors kilometrai, kaip ir parsekai, yra ilgio

vienetai ir parinkus vienodą mastelį (pavyzdžiui, parsekus išreiškus

kilometrais) galėtų susiprastinti. Pats Hablas 1929 metais, kai labai

apytikriai buvo išmatuoti atstumai tik iki 22 arčiausiųjų galaktikų ar jų

grupių, įvertino, kad ji lygi 540, tuo tarpu šiuo metu dar kiek

diskutuojama, ar jos reikšmė artimesnė 50, ar 100. Tokia didelė Hablo

matavimų paklaida paaiškinama žemu tų laikų tikslumu nustatant standartinių

žvakių (cefeidžių, supernovų arba ryškiausių galaktikų žvaigždžių) šviesius

ir kalibruojant atstumus. Kaip matote, dar ir dabar tai yra nemaža

problema, nes tikimos vertės skiriasi du kartus. Tarkime, Hablo konstanta

lygi 75 km per sekundę / Mpc. Tai reiškia, kad galaktika, esanti nuo

Paukščių Tako 1 Mpc atstume, tolsta 75 km per sekundę greičiu, galaktika,

esanti 2 Mpc atstume – 150 km per sekundę greičiu ir taip toliau.

Pav. 12.3. Visatos masteliai ir atstumų matavimo metodų palyginimas.

Hablo konstantos vertė labai svarbi kosmologijai, nes ji duoda supratimą

apie Visatos istoriją o gal net ir jos prigimtį. Jeigu Visata šiuo metu

plečiasi, tai reiškia, kad anksčiau ji buvo mažesnių matmenų. Toliau galimi

du scenarijai. Vienas – kad ji pulsuoja apie kažkokią pusiausvyros padėtį,

ir antras – kad ji plečiasi nuo pat savo gimimo. Jei pastarasis scenarijus

būtų įtikėtinas, tai leidus, kad Visata visą tą laiką plečiasi vienodu, tuo

pačiu kaip dabar, greičiu, jos gyvavimo laiką galima lengvai išreikšti per

Hablo konstantą, nes laikas lygus atstumui, padalintam iš greičio, tai yra

T = r / v = r / ( H( r) = 1 / H .

Tai reiškia, kad atvirkščias Hablo konstantai dydis gali charakterizuoti

Visatos plėtimosi laiką. Būtent tik charakterizuoti, nes jei Visata plėtėsi

iš taško (ar taškų), tai pradiniais momentais jos plėtimosi greitis turėjo

būti žymiai didesnis, o gyvavimo laikas – trumpesnis už gaunamą iš šios

formulės.

Mūsų priimtai Hablo konstantos vertei, lygiai 75 km per sekundę / Mpc,

Visatos amžius gaunasi lygus 4.6(1017 sekundžių arba apie 15 milijardų

metų. Ši vertė ne tik labai artima visai neseniai dar kartą patikslintam

Visatos amžiui, dabar jau lygiam 13.7 milijardo metų, bet ir neprieštarauja

žinomam Saulės amžiui, lygiam 4.5 milijardo metų, arba seniausiųjų spiečių

amžiui, sudarančiam maždaug nuo 12 iki 18 milijardų metų. Didesnės Hablo

konstantos vertės nesiderina su šiais duomenimis. Pavyzdžiui, pradinė

vertė, lygi 540, duoda Visatos amžių, mažesnį nei 2 milijardus metų, kuris

akivaizdžiai prieštarauja minėtiems duomenims.

Tiksli Hablo konstantos vertė, jei ji žinoma, taip pat gali būti

panaudojama surasti atstumams iki galaktikų pagal jų raudonuosius

poslinkius, kuriuos matuoti nėra labai sudėtinga. Tai būtų vienas iš pačių

efektingiausių ir tiksliausių didžiulių atstumų matavimo metodų.

Tai, kad Visata galėjo atsirasti praktiškai iš nieko, tai yra iš taškų,

kuriuose susikaupė kažkokios energijos fluktuacijos, yra vadinama Didžiojo

Sprogimo scenarijumi. Nežiūrint viso keistumo, jis nelabai prieštarauja nei

kvantinei mechanikai, nei reliatyvumo teorijai. Dar daugiau – yra surastas

vadinamasis reliktinis spinduliavimas, kuris patvirtina šią hipotezę.

Vėliau šį scenarijų panagrinėsime kiek nuodugniau, dabar pabandykime

susigaudyti reliktiniame spinduliavime. Jeigu Visata kažkada užėmė labai

mažą tūrį ir sugebėjo išplisti iki dabartinių matmenų, tai ji pradiniais

momentais turėjo būti labai karšta. Kūno temperatūra, kaip žinote, reiškia

didelę jį sudarančių dalelių kinetinę energiją. Grubiai tariant, energija

ir temperatūra surištos paprasta tiesine priklausomybe:

E = k ( T,

kur k yra taip vadinama Bolcmano konstanta, lygi 1.38 ( 10-16 ergų /

laipsniui arba 1/k = 11.6 tūkstančių laipsnių / eV .

Jei dalelių kinetinė energija didelė, susidurdamos jos gali viena kitą

sužadinti. Sužadintos dalelės, grįždamos į normalią būseną, spinduliuoja

fotonus. Kuo didesnė dalelių energija, tuo didesnė ir spinduliuojamų fotonų

energija, tuo trumpesnis tuos fotonus atitinkančios bangos ilgis. Tai

reiškia, kad pradinėje Visatos evoliucijos fazėje ji spinduliavo

trumpiausias elektromagnetines bangas, gama-kvantus. Plečiantis ir dėl to

vėstant Visatai, spinduliuojamų fotonų bangų ilgiai turi tolydžio didėti, o

energijos – mažėti, tačiau toks spinduliavimas visiškai išnykti negali.

Taigi, jis turi egzistuoti ir dabar, atitikdamas realią Visatos

temperatūrą, esančią šiuo metu. Šis spinduliavimas gerai ištyrinėtas

teoriškai, jis turėtų sklisti visiškai vienodai iš visų Visatos taškų, o jo

spektras (intensyvumo priklausomybė nuo fotono bangos ilgio) turėtų turėti

teorijos vienareikšmiškai nusakomą formą. Remdamasis šiais samprotavimais,

G. Gamov (rusas, gyvenęs ir dirbęs Amerikoje) apie 1940 metus teoriškai

nuspėjo šio spinduliavimo buvimą. Deja, tais laikais technikos,

leidžiančios jį užregistruoti, nebuvo. Tik 1964 metais du Bell Telephone

laboratorijos tyrinėtojai, A. Penzias ir R. Wilson, bandydami naują jautrią

radio anteną, visai atsitiktinai atrado ir šį spinduliavimą. Prireikė

būtent radijo antenos, kadangi Visata šiuo metu yra taip atvėsusi, kad šio

reliktinio spinduliavimo fotonai iš gama kvantų jau seniai yra virtę radijo

bangų ilgių fotonais. Svarbūs buvo šio spinduliavimo spektro tyrimai, ir

jie gana greitai po atradimo buvo atlikti. Pasirodė, kad spektro pobūdis

yra būtent toks, kokio reikia reliktiniam spinduliavimui. Kiek netikėta

buvo Visatos temperatūra, lygi 2.7 K arba minus 2700 C. Paties Gamovo

teorinė prognozė buvo apie 25 K, o kiek vėlesnė kitų autorių – apie 5 K.

Šio spinduliavimo fotonų bangos ilgis yra lygus 1.1 mm. Šis spinduliavimas

yra didelė paspirtis Didžiojo Sprogimo teorijai ir sukelia nemažai keblumų

visiems kitiems alternatyviems Visatos atsiradimo ir evoliucijos

scenarijams.

Kaip ir reikalavo teorija, reliktinis spinduliavimas pasirodė besąs

izotropinis, tai yra vienodas visomis kryptimis. Jeigu Visata būtų

nehomogeniška arba nesimetriška, tai turėtų pasireikšti reliktinio

spinduliavimo neizotropiškumu, kurį turėtų būti galima aptikti. Deja, tokie

matavimai yra labai sudėtingi ir naudojant antžeminę techniką ilgą laiką

buvo neįmanomi. Pastaraisiais dešimtmečiais šioks toks, nors ir labai

nežymus, šio spinduliavimo neizotropiškumas vis tik yra aptiktas.

Reziumuojant galime teigti, kad turime tris neblogus įrodymus, kad Visata

gimė būtent Didžiojo Sprogimo metu. Pirmasis yra Hablo aptiktas plėtimasis,

antrasis – Gamovo nuspėtas reliktinis spinduliavimas ir trečiasis –

nustatyti jau anksčiau minėti 25 % helio. Kaip tik toks procentas šio

elemento branduolių gali susidaryti evoliucionuojant karštai Visatai. Šį

faktą nusakė tas pats Gamovas, kuris pagrindinai tyrinėjo branduolines

reakcijas ir buvo pirmasis, sugalvojęs karštos Visatos Didžiojo Sprogimo

scenarijų. Gamovas ir vėliau tuo užsiiminėję kolegos suprato, ką reikia

daryti, norint pažvelgti kuo giliau į Visatos praeitį. Kadangi ir

pradinius, ir dabartinius Visatos evoliucijos etapus pagrindinai

apsprendžia elementariųjų dalelių sąveika, o evoliucijos pradžioje šių

dalelių energija buvo labai didelė, tai spręsti apie jų savybes esant

tokioms sąlygoms galima tik jas sudarius ir patyrinėjus, kaip dalelės tose

sąlygose elgiasi. Būtent tokioms sąlygoms sudaryti ir reikalingi dideli

dalelių greitintuvai, apie kuriuos esu minėjęs. Daleles, pagreitintas

tokiame prietaise iki milijardų elektronvoltų energijų (žymima kaip GeV)

pagal pateiktą energijos ir temperatūros sąryšį atitinka temperatūra, lygi

1013 laipsnių. Tai dar ne Didžiojo Sprogimo pirmųjų momentų temperatūra,

kuri turėtų sudaryti apie 1027 laipsnių, bet jau ir ne tokia tolima nuo

pastarosios. Vėsdama nuo tokių temperatūrų, Visata pamažu įgauna įprastinę

formą, tai yra esant 1013 laipsnių temperatūrai, kuri gali atsirasti

praėjus vienai dešimtmilijoninei sekundės daliai po Didžiojo Sprogimo, iš

kvarkų pradeda susidaryti protonai ir neutronai. Po trijų minučių nuo

minėto momento pagal šį scenarijų Visata atvėsta iki 109 laipsnių ir iš

protonų bei neutronų pradeda susidaryti lengviausieji branduoliai. Būtent

šiuo metu ir gali atsirasti alfa-dalelės, tai yra helio atomo branduoliai,

kurių stebimoje Visatoje yra tiek daug (apie 25 procentus), kad paaiškinti

jų atsiradimą kitaip kaip Visatos praėjimu per šią “karštąją” fazę, beveik

neįmanoma. Praėjus 300 000 metų temperatūra krito iki 3000 laipsnių

Kelvino, o tai reiškė, kad pradėjo formuotis atomai ir kondensuotis

galaktikos. Būtent tuo momentu Visata pasidarė permatoma tam

elektromagnetiniam spinduliavimui, kuris šiuo metu vadinamas reliktiniu,

nes buvę laisvi elektronai, kurie labai sklaidė fotonus, tapo surišti

atomuose ir pradėjo absorbuoti tik tam tikras energijas. Tik nuo šio

momento, kai materija išsilaisvino nuo šviesos “tironijos”, atsirado

galimybė kondensuotis galaktikoms. Būtent šio laikotarpio Visatos

“nuotraukas”, vis senesnes ir senesnes, nuo 1992 metų fotografuoja įvairi

speciali aparatūra. Randamas nedidelis, keletos šimtatūkstantųjų dalių,

reliktinio spinduliavimo nehomogeniškumas. Taigi, Visatoje yra

užregistruotos kiek karštesnės ir kiek šaltesnės sritys. Pastarosios būtent

ir rodo, kuriose vietose tankis pradiniame evoliucijos etape buvo šiek tiek

didesnis nei vidutinis. Kaip tik šiose vietose ir formavosi daugiau pirmųjų

galaktikų. Šiuo metu, praėjus po Didžiojo Sprogimo apie 14 milijardų metų,

Visatos temperatūra lygi jau minėtiems 3 laipsniams Kelvino.

Pav. 12.4. Seniausioji Visatos šviesa – reliktinis spinduliavimas.

Nuotrukoje matosi nedideli šio spinduliavimo nehomogeniškumai (NASA).

Aukšta temperatūra žvaigždėse niekam neprieštarauja, tai yra tik lokalinės

fluktuacijos, nelabai įtakojančios globalines visos sistemos

charakteristikas.

Vis tik, nepaisant šių lokalinių fliuktuacijų, Visata yra homogeninė ir

izotropinė, tai yra tokia pati beveik visuose pakankamai dideliuose tūrio

elementuose ir stebint visomis kryptimis. Ši jos savybė pasireiškia lygčių,

aprašančių vykstančius Visatoje reiškinius, simetrijomis. Kitais žodžiais

tariant, fizikos lygtys, aprašančios izoliuotą sistemą, tokią kaip pavienis

atomas ar Saulės šeima, yra invariantiškos transliacijų ir posūkių erdvėje

atžvilgiu. Praktiškai pirmoji simetrija pasireiškia tuo, kad pernešus tą

atomą ar visą Saulės šeimą į kitą vietą Visatoje, jų savybės turėtų

nepasikeisti, o antroji – kad pasukus šią sistemą savybės taip pat neturi

keistis. Kasdieniniame gyvenime, pavyzdžiui, tai reiškia, kad akmenys tokiu

pat pagreičiu kaip dabar krito ir prieš du šimtus, ir prieš du milijonus

metų, nors Žemė su Saule tais momentais buvo visai kitose Paukščių Tako, o

tuo pačiu ir Visatos, vietose, o taip pat tai, kad stalas dėl Žemės

pasisukimo nepakeičia per naktį savo formos. Taigi, šie judėjimo lygčių ir

Visatos invariantiškumai yra tiesiogiai surišti ir seka vienas iš kito. Jie

neblogai patikrinti eksperimentiškai, nes pasiekianti iš Visatos

informacija, atnešama šviesos, byloja būtent apie tai, kad įvairiose

vietose atomai yra visai tokie patys, kaip ir Žemėje, Saulėje ar kur kitur

artimiausioje mūsų aplinkoje.

Stebuklingiausia Visatoje yra tai, kad kažkokiomis tai lygtimis, kuriose

yra tik skaičiukai ar raidytės, iš viso galima aprašyti gamtos reiškinius.

Antrasis stebuklas yra tas, kurį šio amžiaus pradžioje (1918 metais) įrodė

matematikė E. Noether. Ji ne šiaip sau išfilosofavo, o griežtai ir

įtikinamai matematiškai pademonstravo, kad kiekviena tokia simetrija yra

surišta su kokiu nors tvermės dėsniu.

Pasirodė, kad Visatos homogeniškumas, pasireiškiantis judėjimo lygčių

transliaciniu invariantiškumu (tai yra invariantiškumu pernešimo erdvėje

atžvilgiu), yra judesio kiekio tvermės priežastis. Analogiškai Visatos

izotropiškumas (vienodumas stebint visomis kryptimis) pasireiškia judėjimo

lygčių invariantiškumu posūkių atžvilgiu ir yra judesio kiekio momento

tvermės dėsnio priežastimi. Sunku net įsivaizduoti, koks būtų mūsų

gyvenimas, jei negaliotų šie tvermės dėsniai. Iš šių rezultatų seka iš

viso stulbinanti išvada, kad Visatos struktūrą galima tirti stebint pavienį

atomą arba kokią elementarią dalelę. Bet kokie šių tvermės dėsnių

pažeidimai tame atome ar dalelėje gali būti sąlygoti tik nukrypimais nuo

Visatos homogeniškumo arba izotropiškumo. Deja, tai kol kas nestebėta nei

makro, nei mikro pasauliuose. Tai ir yra vienas iš Visatos įtakos mūsų

gyvenimui pasireiškimų. Jei kas nors pasikeistų ir būtų ne taip, kaip yra,

Visatoje, tai tuoj pat labai ryškiai pasireikštų mūsų kasdieniniame

gyvenime. Gali būti, kad tokiu atveju daug kas, tame tarpe ir mes patys, iš

viso negalėtume egzistuoti.

Gal būt kai kam jau kilo klausimas, su kokia Visatos simetrija surištas

energijos tvermės dėsnis. Ta pati E.Noether yra įrodžiusi, kad jis seka iš

Visatos laiko homogeniškumo. Ir klasikinės Niutono, ir kvantinės

Šrėdingerio lygtys yra invariantiškos laiko transliacijų atžvilgiu, tai yra

ta pati uždara sistema, esanti toje pačioje vietoje, įvairiais laiko

momentais evoliucionuoja vienodai, tai reiškia, yra aprašoma visiškai ta

pačia lygtimi, o esant toms pačioms pradinėms sąlygoms – ir tais pačiais

sprendiniais, nepriklausančiais nuo laiko atskaitos taško. Niutono lygtys,

parašytos prieš tris šimtus metų, aprašo šiandieninį Mėnulio judėjimą taip

pat gerai, kaip ir anais laikais. Jeigu Visatos savybės kaip nors

pasikeistų, ir laikas taptų nehomogeniškas, tai iš karto pasireikštų netgi

paprasčiausiuose buitiniuose reiškiniuose, nes nustotų galioti energijos

tvermės dėsnis. Yra ir kitokių tvermės dėsnių, pavyzdžiui, krūvio,

barijoninio krūvio, keistumo ir panašių kitų, kurių ryšys su Visatos

simetrijomis kol kas nėra toks akivaizdus.

Reikia paminėti ir dar vieną laiko savybę, tai yra jo neizoptropiškumą,

pasireiškiantį tuo, kad mes prisimename praeitį, bet negalime prisiminti

ateities, negalime nieko pakeisti praeityje, bet esame beveik visagaliai

planuodami savo bent jau artimiausią ateitį. Greta šio visiškai akivaizdaus

laiko nesimetriškumo ilgą laiką gana keistai atrodė klasikinės Niutono

lygtys, kurios yra simetriškos laiko apgręžimo atžvilgiu. Klasikinėje

fizikoje kai kuriais atvejais tokia simetrija nėra keista, nes du

susiduriantys bilijardo rutuliai, jei juos nufilmuotume, o po to filmą

paleistume į atvirkščią pusę, atrodytų judantys visai natūraliai. Kitaip

būtų su filmu, kuriame užfiksuotas kiaušinio kritimas arba žmogaus

gyvenimas, todėl akivaizdu, kad klasikinės lygtys tinka toli gražu ne

visiems procesams aprašyti. Tarp kitko, jos negali aprašyti nei Visatos

vystymosi, nei mikroskopinių procesų, kurie atsakingi ir už gyvybės

atsiradimą. Šiuo metu jau galutinai aišku, kad visi fundamentalūs procesai

Visatoje turi kvantinę prigimtį, tai reiškia, jie gali būti aprašomi tik

Šrėdingerio lygtimi, kuri šios prieštaraujančios sveikam protui simetrijos

neturi. Jos sprendiniai, atitinkantys priešingas laiko tekėjimo kryptis,

yra skirtingi. Tai išsprendžia vieną sudėtingiausių Visatos paradoksų,

susijusių su laiko neizotropiškumu.

Galų gale, kvantinė mechanika sudaro galimybes išspresti ir dar vieną

kosmologijos paradoksą, susijusį su įvykių determinizmu. Jeigu Visata

vystytūsi pagal klasikinės mechanikos dėsnius, kaip ilgą laiką atrodė, tai

Niutono lygtys Visatai, uždavus tam tikras pradines sąlygas bet kuriuo

laisvai pasirinktu momentu, turėtų aprašyti visą vėlesnę jos evoliuciją,

įskaitant ir tai, kur kiekvienas iš mūsų rytoj pietaus. Akivaizdu, kad tai

yra nesamonė, tokiu būdu gyvybės atsiradimas Visatoje iš viso būtų

neįmanomas; be to, kiekvieno mūsų valia kiekvienu momentu leidžia

nukrypimus nuo šių dėsnių prognozuojamų rezultatų, todėl jie darosi iš viso

beprasmiai. Kitaip visa tai atrodo, jei reikalai vystosi pagal kvantinės

mechanikos dėsnius – tik tokiu atveju Heizenbergo neapibrėžtumo principas

leidžia realizuotis įvairiausioms galimybėms ir sudaro bazę atsirasti

tokiai stebuklingai fliuktuacijai, kaip gyvybė su visomis iš to

išplaukiančiomis pasekmėmis.

Galų gale, pagal Bendrąją reliatyvumo teoriją, masių pasiskirstymas

erdvėje, tos erdvės savybės ir laiko tėkmė joje yra tarpusavy tampriai

susiję. Tai nėra tik teoriniai samprotavimai. Jei neatsižvelgiama į laiko

tėkmės pokyčius įvairiuose atstumuose nuo Žemės, puikiai jau veikianti

Globalinio Pozicionavimo Sistema nustato įvairių kūnų, esančių Žemės

paviršiuje, koordinates su šimtus kartų didesnėmis paklaidomis. Ši išvada

reiškia, kad laikas galėjo pradėti “eiti” tik po Didžiojo Sprogimo, tai yra

tik tada, kai pradėjo materializuotis ta paslaptinga energija, kuri

ilgainiui sukūrė visą Visatą.

Taigi, ratas užsidarė. Visata yra labai harmoninga ir vientisa sistema,

kurioje globalines savybes apsprendžia smulkiausios sudedamosios dalelės ir

atvirkščiai. Tuo ji ir yra panaši į gyvą organizmą, besivystantį pagal

dėsnius, kurių dauguma jau yra mums žinoma, bet dar nemažai kas ir neaišku.

Samprotavimai apie tai, kas buvo iki Didžiojo Sprogimo, yra dar tik

pradinėse stadijose. Jie labai spekuliatyvūs ir specifiniai, reikalaujantys

gilių profesionalių žinių ir fantazijos, todėl juos čia paaiškinti būtų

itin sunku. Prie šių momentų scenarijų neapsistosime, tuo labiau kad prieš

šį įvykį, jei Didžiojo Sprogimo hipotezė atitinka realybę, ir pats laiko

skaičiavimas neturėjo jokios prasmės. Įdomesnė ir kiek paprastesnė yra

Visatos ateities samprata. Nustatyta, kad jei Visatos tankis (kuris

tiksliai nežinomas) yra mažesnis už tam tikrą dydį, tai jos laukia

nuolatinis plėtimasis, kurio gravitacinė sąveika sustabdyti dėl per mažos

masės yra nepajėgi. Jeigu gi šis tankis pakankamas arba didesnis už tą

kritinę vertę, tai Visata tam tikru momentu turėtų sustoti plėtusis ir

pradėti trauktis iki Didžiojo Sutriuškinimo, po to vėl iš naujo sprogti,

plėstis ir taip toliau, tai yra plakti kaip didelė širdis. Matoma Visatos

masė yra per maža, kad reikalai klostytūsi būtent taip, tačiau nustatyta,

kad nuo 90 iki 99 procentų Visatos masės sudaro nematomoji medžiaga. Jei

pasirodys, kad šis procentas yra artimesnis viršutinei ribai, tai toks

vystymosi scenarijus būtų labai įtikimas. Laimė tik ta, kad bet kuriuo

atveju nei mes, nei jokia suskaičiuojama mūsų vaikaičių karta neturėtų būti

tokių įvykių liudininkais.

Klausimai

1. Hablo formulė, nusakanti Visatos plėtimosi charakterį:

2. Tolimiausias objektas, matomas plika akimi:

3. Dabartinė Visatos temperatūra (Celsijaus skalės laipsniais):

4. Kaip Visatoje atsiranda elementai, sunkesni už geležį?

13. Visata ir gyvybė

Vienintelė moksliškai pagrįsta išvada, kuri seka iš mūsų pažinties su

Visata, yra ta, kad ir Žemė, ir žmonės, ir visa kita, kas yra šalia mūsų

arba egzistuoja nepriklausomai nuo mūsų, bet gali būti suvokta, yra Visatos

produktai ir jos sudėtinės dalys. Panašiai kaip kadaise vienas žmogus,

žvilgtelėjęs iš kosmoso į Žemę kiek kitomis akimis suprato, jog tai yra

vienas vientisas kamuoliuko pavidalo organizmas, taip ir Visata, matyt, yra

vientisa ir harmoninga. Taigi, ji labiau panaši į augantį, besivystantį

gyvą padarą, negu į kokią mechaninę sistemą.

Pažvelkime dar kartą į Saulės sistemą. Saulės amžius yra apie 5 milijardai

metų, o tai reiškia, kad ji nėra pirmosios kartos žvaigždė, gimusi Paukščių

Tako formavimosi metu, o yra atsiradusi žymiai vėliau kaip Galaktikos

vystymosi produktas. Tas pats ir su Žeme – jos susiformavimui neabejotinos

įtakos turėjo artimųjų, o gal ir ne taip jau artimų Paukščių Tako sričių

istorija ir savybės, nes jos gelmės, turtingos sunkiaisiais, tame tarpe –

ir radioaktyviaisiais, elementais, negalėjo susikurti iš primityvaus

vandenilio dujų debesies. Pats tas debesis jau buvo kelių kartų sudegusių

žvaigždžių veiklos rezultatas, taigi šiuo požiūriu jau žymiai patobulintas.

Taigi, Visata yra linkusi vystytis, tobulėti ir atsigaminti, vadinasi,

turėti šiokių tokių gyvosios gamtos bruožų netgi pačiose primityviausiose

savo egzistavimo formose, tokiose kaip žvaigždės, galaktikos ar planetos.

Nederėtų šioje knygoje nagrinėti išties sudėtingų klausimų, tokių kaip

intelekto ar civilizacijų egzistavimas, kurių ryšys su Visata yra

nepaprastai paslaptingas. Apsistokime prie pačios paprasčiausios, tai yra

gyvybės atsiradimo Visatoje problemos, nors ir ji pati yra viena

sudėtingiausių iš visų, kurias čia aptarėme. Priimtini kol kas yra du

scenarijai – pirmasis, kad gyvybė Žemėje pati išsivystė iš negyvosios

gamtos evoliucijos keliu, ir antrasis – kad sporos, sudarančios jos

atsiradimo pagrindą, buvo atgabentos į Žemę kažkokio tai kosminio

keliauninko (kometos, asteroido ar panašaus). Kaip ten bebūtų, abiem

atvejais gyvybės išsivystymui ir prisitaikymui prie sąlygų, egzistuojančių

konkrečioje planetoje, reikia labai nemažai laiko. Po plytų krūva pakišus

dinamito joks namas dar niekada nebuvo pastatytas. Galų gale atsitinka tai,

ką gerai matome Žemėje – gyvybė ir planetos savybės sudaro labai harmoningą

darinį. Užtenka paminėti jau vien tai, kad Žemės atmosferos sudėtis yra

tokia, kad joje egzistuoja tik du plyšeliai elektromagnetinių bangų

spektre, kuriuose ji yra permatoma – tai regimųjų spindulių ir radijo bangų

diapazonai. Jei mūsų akys būtų pritaikytos kitiems bangų ilgiams, nei

dabar, nematytume nei žvaigždžių, nei Saulės.

Panagrinėkime kiek smulkiau abu minėtus scenarijus. Evoliucinė Darvino

teorija paremta teiginiu, kad gyvybė gali išsivystyti iš negyvosios

materijos. Jos teiginiai yra neblogai visiems žinomi, todėl apsiribosiu tik

kai kurių eksperimentų ir argumentų, paremiančių šį požiūrį, įvardinimu.

Pirmieji eksperimentai, kuriuose buvo sudarytos maždaug tokios sąlygos,

kurios buvo primityvioje Žemėje, atlikti 1953 metais H.Urey ir S.Miler.

Mišinį medžiagų, kurios tikriausiai sudarė tų laikų Žemės atmosferą –

metaną (CH4 ), amoniaką (NH3 ) bei vandenį (H2O) veikiant nuolatinėms

elektros iškrovoms per savaitę pavyko paversti tamsiai ruda mase, kurioje

buvo daug amino rūgščių, kurios būtent ir sudaro proteinų bazę ir yra

fundamentali gyvosios gamtos sudėtinė dalis. Kiti panašūs eksperimentai

leido susintetinti ir kitokias sudėtingas molekules. Aminų rūgštys dabar

jau randamos ir meteorituose, ir netgi kosmose, jų gamyba – ne problema.

Visai neaišku, ko reikia, kad iš jų susidarytų proteinai, kuriuose jos

išsidėstę labai sudėtinga ir unikalia tvarka, o taip pat gyvybės pagrindas

– dar sudėtingesni junginiai – ribonukleininė ir dezoksiribonukleininė

rūgštys. Įtikėtina ir tai, kad šis procesas visai neišvengiamas visur ir

visada, ir tai, kad Žemėje kadaise susidarė ypatingos sąlygos, ir bent jau

mūsų galaktikoje gyvybė yra visiškai unikalus reiškinys. Kai kurie duomenys

rodo, kad pirmieji mikroorganizmai Žemėje atsirado prieš tris – tris su

puse milijardų metų, o primityvūs mūsų proseneliai pasirodė tik prieš 3 – 4

milijonus metų. Kai kam atrodo, kad net ir toks laiko periodas yra per

mažas tokioms protingoms būtybėms, kaip mes, išsivystyti.

Alternatyvus evoliuciniam yra 1907 metais paskelbtas S.Arenijaus požiūris į

šią problemą. Jis teigia, kad gyvybė į Žemę yra atnešta iš kosmoso su

kažkokiomis tai mikroskopinėmis sporomis, pajėgusiomis po ilgos kelionės

pas mus įsikurti ir išsivystyti. Ši teorija negali būti labai paprastai

atmesta, nes pastaraisiais metais pasirodė keleta ją remiančių faktų.

Pirmiausia tai yra meteorito ALH84001, kadaise atskriejusio į Žemę, liekanų

tyrimai. Identifikuota, kad šis meteoritas yra atskilęs nuo Marso prieš

septyniolika milijonų metų, ilgą laiką klaidžiojo erdvėje, maždaug prieš

trylika tūkstančių metų nukrito į Antarktikos sniegynus, ir galų gale 1984

metais buvo surastas specialistų. Tame meteorite buvo surasti primityvių

organizmų, kurie jame gyveno prieš keturis milijardus metų, pėdsakai.

Panašūs mikroorganizmai Žemėje atsirado tik prieš tris su puse milijardo

metų, taigi žymiai vėliau. Tie pėdsakai tai yra magnetėlių grandinėlės,

kurias kuria besivystydamas tas mikroorganizmas, matyt tam, kad galėtų

geriau orientuotis erdvėje. Jei tai pasitvirtintų dar kitais tyrinėjimais,

šis faktas akivaizdžiai paremtų teiginį, kad Visata pilna visokios

primityvios gyvybės užuomazgų, bet ta gyvybė įsitvirtina ir pradeda

vystytis tik ten, kur susidaro palankios sąlygos. Šiuo atveju visai

logiška, kad pirmiausia tie organizmai vystėsi Marse, kadangi jis yra

toliau nuo Saulės, todėl anksčiau susiformavo, atvėso ir tapo tinkamas

jiems gyventi. Žemė formavosi kiek vėliau, todėl ir tų organizmų buvimo

požymiai joje vėliau atsirado.

Romantiškas ir visai panašus į tiesą yra ir mechanizmas, aiškinantis, kaip

primityvios gyvybės formos gali netgi plisti Visatoje. Apie 1950 metus

teoriškai išsamprotauta, kad tolimoje Saulės sistemos periferijoje

egzistuoja didžiulė kometų samplaika, turinti dešimtis ar net šimtus

milijardų kometų, pasiskirsčiusių ne taip kaip planetos, kokioje tai

plokštumoje ar arti jos, bet beveik vienodai visomis kryptimis. Tai yra

tarsi koks tos sistemos apvalkalas. Prognozuojami jo matmenys yra nuo

dešimčių iki šimtų tūkstančių astronominių vienetų, kas gali sudaryti net

iki pusės atstumo iki artimiausios žvaigždės. Jei tokius pat apvalkalus

kartu su planetų sistemomis turi ir kitos žvaigždės, tai per milijoną metų

gali įvykti keleta gana artimų jų praskriejimų, kurių metu tie apvalkalai

gali ir persikloti. Aišku, kad tokių suartėjimų metu šios žvaigždžių

sistemos gali pasikeisti kometomis. Kometos gi, kurių branduoliai sudaryti

iš ledo, tai yra vandens, yra visai neblogi tų primityvių gyvybės formų

saugojimo šaldytuvai. Priartėjus kometai prie Saulės, jos branduolys

sušyla, susiformuoja graži matoma uodega, joje ir galėtų būti tų organizmų.

Įskridus žemei po kurio laiko į tokios uodegos liekanas kartu su stebimu

meteorų lietumi gali atkeliauti dar ir kokios tai gyvybės užuomazgos. Gal

ne veltui kometų pasirodymas danguje nuo senų senovės siejamas su

įvairiausiomis ištinkančiomis Žemę nelaimėmis, gal tie prietarai turi kokį

pagrindą? Kartais jau ir visai rimtai pakalbama, kad nauji virusai,

retkarčiais užplūstantys Žemę, gali būti kaip vietinės kilmės mutantai,

taip ir ateiviai iš kosmoso. Iš kitos pusės, kai kurie šios teorijos

teiginiai prieštarauja žinomiems faktams. Pavyzdžiui, neaišku, kaip sporos

gali ilgą laiką išlikti veiksmingos kosminės kelionės metu, veikiant

žudantiems gama ir kitiems kosminiams spinduliams. Iš kitos pusės, netgi

jeigu ši koncepcija yra teisinga, ji neišsprendžia gyvybės atsiradimo

problemų, tik perkelia jas į kitą vietą. Norint šią hipotezę padaryti

neprieštaringa, reikia prisiminti, kad ši alternatyva yra reikalinga tam,

kad kaip nors pratęstų gyvybės vystymosi laiką, kuris, palyginus su Žemės

egzistavimo laiku, turėtų būti žymiai ilgesnis. Kažkada šią hipotezę iš

naujo peržiūrėjo F.Hoyle, kuris surado šiokių tokių galimybių ją pagrįsti.

Pirmiausia, jis teigė, kad panašios sporos nuolatos pasiekia Žemę ir šiuo

metu, atnešdamos visokiausias negirdėtas ligas ar epidemijas, kurioms

gyvenančių Žemėje žmonių organizmai neturi imuniteto. Toliau Hoyle teigė,

kad gyvybei išsivystyti reikalingas ne tik žymiai ilgesnis negu 5

milijardai metų, bet netgi ilgesnis už 15 milijardų metų laiko tarpas.

Tokiu atveju prieštaringas pasidaro Didžiojo Sprogimo scenarijus, tačiau ir

šią problemą galima išspręsti, prailginant Visatos gyvavimo laiką. Gali

būti, kad Visata ilgą laiką egzistavo stabilioje būsenoje, ir dėl nežinomų

priežasčių pradėjo plėstis tik maždaug prieš minėtus 14 milijardų metų.

Visumoje ši hipotezė taip pat turi silpnų vietų, pavyzdžiui, visur aplinkui

turėtų būti randamos tos sporos, tačiau kruopšti Mėnulio grunto pavyzdžių

analizė kol kas to nepatvirtino. Gal būt, gana išsamius atsakymus į kai

kuriuos šių klausimų pateiks planuojamos ir jau pradėtos ekspedicijos į

Marsą – arčiausią planetą, kurioje galėjo būti gyvybė. Tarp kitko, iki

šiol tik trečdalis ekspedicijų į šią planetą buvo sėkmingos, taigi net

nepilotuojamas skrydis tokiais atstumais nėra paprastas. Kosmosas nėra

svetingas keliauti tokioms sudėtingoms struktūroms, kaip žmonės ar jų

pagaminti įrenginiai – mūsų šiuolaikiniai kosminiai laivai.

Pav. 13.1. Visatos ir biologinių objektų nuotraukų galerija.

Pamąstykime dar plačiau. Jei gyvybė yra taip paplitusi Visatoje, kaip sektų

iš šios hipotezės, tai turėtų būti ir civilizacijų, pasiekusių žymiai

aukštesnį, nei mūsiškis, išsivystymo lygį. Gal jų kosminiai laivai yra

pritaikyti tokioms kelionėms? Viltį, kad taip gali būti, skiepija

stulbinantys žmogaus proto pasiekimai. Jei tik šie procesai vystysis tokiu

pat greičiu kaip dabar, ir vėl nenusirisime į kokius nors viduramžius,

turėtume ir toliau labai greitai progresuoti. Devynioliktojo amžiaus gale

buvo pranašaujama, kaip pasaulis atrodys po šimto metų, dabar tokiomis

pranašystėmis joks protingas žmogus neužsiima, nėra jokių perspektyvų ką

nors nuspėti. Prieš šimtą metų, pavyzdžiui, niekas net sufantazuoti

negalėjo nieko panašaus į mobilųjį telefoną ar kompiuterį, tuo labiau

nešiojamą, o Internetas tai net jokiame sapne negalėjo prisisapnuoti.

Prisimenu tik vieną šių pranašysčių – kažkoks žmogelis susamprotavo, kad po

šimto metų, jei Paryžius plėsis tokiu greičiu kaip tada, jo gatvės

pasidengs septynių metrų storio arklių išmatų sluoksniu, ir gyvenimas

visiškai sustos. Gal ir netolima ši pranašystė nuo šiandieninės realybės,

bet juk norėta buvo pasakyti visai ką kita. .

Deja, jokių patikimų įrodymų, kad kokie nors Visatos keliauninkai būtų

aplankę Žemę, nėra. Jeigu jie būtų tokie protingi, kad galėtų iki mūsų

atskristi, tai vargu ar jiems reikėtų nuo mūsų slapstytis kur tai kitoje

Mėnulio ar Marso pusėje, kartais pasivogti kokią moterėlę iš gūdaus Sibiro

kaimo ar dar kaip kitaip mus šiurpinti. Pavojaus jiems dėl žemo savo

išsivystymo lygio mes nekeliame, taigi jie turėtų būti suinteresuoti su

mumis kontaktuoti.

Kodėl vis tik ateiviai mūsų nelanko ir netgi nesiunčia jokių savo buvimo

signalų? Dabartine technika aptikti kokius nors signalus, jei tik juos kas

siūstų, turėtų būti nelabai sunku. Pavyzdžiui, 2001 metų balandžio 28,

atsitiktinai trumpam atgijus branduolinei Pionierius-10 kosminio laivo

baterijai, Madride esanti speciali kosminių tyrimų antena tuoj pat

užfiksavo jos siunčiamus signalus ir identifikavo jų prigimtį, nors šis

kosminis zondas skrieja jau nuo 1972 metų ir yra nutolęs 78 kartus toliau

nuo Saulės nei mūsų planeta, o tų signalų galia buvo tik 10-21 vato.

Gal ir iš tiesų mes esame vieninteliai, bent jau Paukščių Take, o gal

kokios nors katastrofos, tokios kaip supernovų sprogimai ar iš kosmoso

slindantys nepaprastai galingi gama spindulių šuorai reguliariai vyksta

visur galaktikose ir neleidžia intelektui ir civilizacijoms išsivystyti

taip, kad jie taptų Visatos valdovais? Prisiminkime – viskas Visatoje,

įskaitant net ją pačią, kažkada prasidėjo ir tikriausiai, kažkada pasibaigs

arba virs kuo nors kitu.

Gal todėl toje Visatoje viskas taip ir įdomu?

Klausimai

1. Kas tai yra Oorto debesis?

2. Kas tai yra kreacionizmas?

3. Kaip Jūs pats manote, kokiu būdu Žemėje atsirado gyvybė?

Join the Conversation

×
×