kosmologia badania układu słonecznego

KOSMOLOGIA
Kosmologia to nauka o Wszech wiecie w jego najwikszej skali. Bada pochodzenie i ewolucj
tego niewyobraalnego bytu, jak równie obecne w nim struktury i obiekty.
ycie jest zjawiskiem bardzo złoonym i niezbyt dobrze poznanym czy zrozumianym,
obecnym we Wszech wiecie, a przynajmniej na Ziemi. Jednym z najwaniejszych pyta
zadawanych kiedykolwiek przez ludzko było pytanie o istnienie innych form ycia gdzie indziej
w Kosmosie. Czy rzeczywi cie jeste my tak „rzadko ci”, czy te moe ycie jest zjawiskiem
stosunkowo powszechnym?
Aby rozwaa moliwo istnienia ycia we Wszech wiecie, trzeba dokładnie zrozumie jego
zachowania. Naley pozna drog, na jakiej powstawał – obecnie uwaa si, e nastpiło to
wskutek jednej ogromnej eksplozji – Wielkiego Wybuchu – po którym nastpiła gwałtowna
ekspansja w wyniku czego, miliony lat póniej, doszło do utworzenia galaktyk i gwiazd. Bez
wtpienia wokół wielu z tych gwiazd powstały równie planety.
Wszech wiat ma struktur przypominajc gbk lub pian, w której ogromne i zupełnie puste
obszary otoczone s ciankami stworzonymi z galaktyk, przewanie zgromadzonych w grupy i
gromady. Najwiksze z tych zbitek składaj si z wielu tysicy galaktyk, złoonych z wielu
miliardów gwiazd kada.
Pierwiastki chemiczne powstały na rónych etapach kształtowania si Wszech wiata.
Najlejsze z nich wytworzyły si podczas Wielkiego Wybuchu, cisze natomiast narodziły si
póniej, w gwiazdach. Ludzie, jako ywe istoty, składaj si z tych wła nie pierwiastków i
dlatego wszyscy jeste my prawdziwymi „dzie mi gwiazd”.
Najnowsze badania wskazuj, e Wszech wiat bdzie si coraz bardziej rozszerzał. W
midzyczasie dokonano wielu nowych odkry – na przykład ciemnej materii oraz ciemnej energii
– co moe mie jeszcze nie całkiem dla nas zrozumiałe, lecz istotne konsekwencje dla przyszło ci
Kosmosu. Im lepiej poznajemy Wszech wiat, tym bardziej wydaje si on skomplikowany i
niezwykły. Prawdopodobnie jest to kwestia znacznie bardziej złoona, ni jak teraz, w wietle
obecnej wiedzy, sdzimy.
Ostatecznym i najwaniejszym celem kosmologii jest spisanie kompletnej historii
Wszech wiata, od jego pocztków a do chwili obecnej, a take daleko w przyszło . Na
podstawie współczesnej fizyki, przy zastosowaniu skomplikowanych instrumentów, poczynili my
wielkie postpy w badaniach Kosmosu, czeka nas jednak jeszcze bardzo długa droga, na której z
pewno ci natkniemy si na wiele zdumiewajcych niespodzianek.
Przede wszystkim wci nie znamy odpowiedzi na pytanie, czy jeste my sami we
Wszech wiecie. Na podstawie najnowszych odkry – jak cho by układów planetarnych wokół
innych gwiazd czy obecno ci w przestrzeni kosmicznej ogromnych ilo ci zwizków organicznych
– wielu naukowców uwaa, e ycie musi istnie równie poza Ziemi.
BADANIA UKŁADU SŁONECZNEGO
Koncepcja ycia w Kosmosie jest niezwykle ekscytujca, czy bdzie to kwestia istnienia
dziwnych, odmiennych i nieznanych istnie, czy te moliwo ekspansji ludzko ci w naszym
Układzie Słonecznym i poza nim.
Ludzko stoi na krawdzi wielkich odkry i niezwykłego postpu w obu tych dziedzinach. Na
przykład niedawne odkrycia moliwych dowodów ycia w marsjaskich meteorytach,
podpowierzchniowy ocean na Europie, jednym z najwikszych ksiyców Jowisza, para wodna
przypominajca ziemsk w atmosferze Tytana oraz dostrzeenie egzoplanet pokazuj, jak blisko
jeste my odkrycia, czy ycie kwitnce na naszej planecie jest rzeczywi cie zjawiskiem
unikatowym i niepowtarzalnym.
Obecnie uczeni prowadz kilka niezwykle skomplikowanych misji kosmicznych, takich jak
uzyskanie odpowiednich próbek z Marsa czy lot sondy Cassisni na ksiyc Saturna, Tytana. Inne
misje maj na celu odwiedzenie niektórych komet, które w obrbie swoich „ nienych” jder
prawdopodobnie nios ze sob skomplikowane organiczne molekuły.
Plany powrotu na Ksiyc, oblecenia wokół Europy, badania Plutona oraz umieszczenia na
orbicie poza Jowiszem gigantycznych teleskopów majcych za zadanie poszukiwanie nowych
planet s coraz blisze realizacji. Dotychczasowe postpy techniczne obiecuj gwałtowny progres
ju w pierwszych dekadach naszego milenium.
Przyszłe misje kosmiczne do planet wewntrznych – Wenus i Merkurego – prawdopodobnie
nie ujawni ladów ycia z powodu wysokich temperatur. Mimo wszystko istniej wskazówki, e
w okolicach biegunów Merkurego panuj bardziej umiarkowane temperatury. Niektórzy
naukowcy sdz take, e obecna Wenus bardzo róni si od siebie w dalekiej przeszło ci. W
atmosferze Wenus wykryto na przykład zwizki chemiczne sugerujce moliwo obecno ci
ycia.
Szczegółowe i dokładne dane dotyczce naszego Układu Słonecznego pochodzce z
kosmicznych sond i teleskopów pokazuj, czego moemy spodziewa si w najbliszym
ssiedztwie. Pozostaje jednak kilka kluczowych pyta:
Je li w innych okolicach naszego Układu Słonecznego istnieje ycie, to jak
przybrało form?
Gdzie w ród obiektów z rodziny naszego Słoca znajduj si prebiotyczne molekuły
i strefy moliwe do zamieszkania?
Czy podziemne jeziora Marsa skrywaj mikroby lub zawieraj pozostało ci ycia w
formie skamielin?
Czy skryty pod powierzchni ocean Europy zamieszkuj jakie proste formy ycia?
Do jakiego stopnia skomplikowane s organiczne molekuły na Tytanie, ksiycu o
grubej, głównie azotowej atmosferze?
Co dzieje si na innych lodowych satelitach gazowych gigantów?
Wszystkie te pytania s obecnie intensywnie rozwaane, naukowcy przygotowuj kosmiczne
wyprawy na róne planety, ksiyce i komety i usiłuj szuka odpowiedzi za pomoc
bezpo rednich bada in situ (w miejscu).
KSI
YC – NASZ SREBRNY SATELITA
Jedyny naturalny satelita Ziemi, Ksiyc, uformował si wkrótce po powstaniu Ziemi. Jego
wpływ pozostaje istotny na rozwój ziemskiego ycia.
Ksiyc ma stosunkowo due rozmiary (3476 km rednicy), szczególnie we wzgldnym
odniesieniu (stanowi on mniej wicej 25% planety macierzystej). Znajduje si blisko Ziemi, w
redniej odległo ci 380 000 km, wokół której porusza si po stabilnej orbicie, co pozwala na
długie okresy stosunkowo wyrównanego klimatu – jednego z warunków powstania ycia.
Przypływy i odpływy oceanów na Ziemi, powodowane przez Ksiyc, pozwalały na
bezpieczne przechodzenie wyszych form ycia morskiego na ld – przej cie to odzwierciedlaj
etapy rozwoju ludzkiego płodu.
Powstanie Ksiyca tłumaczono rónymi mechanizmami, takimi jak koakrecja wraz Ziemi z
dysku protoplanetarnego, schwytanie zbłkanej asteroidy lub oddzielenie si od Ziemi.
Hipoteza najpowszechniej uznawana obecnie mówi, e Ziemia zderzyła si z ciałem
niebieskim wielko ci Marsa, ju po uformowaniu si jej jdra. Obszary płaszcza i skorupy obu
obiektów – tak Ziemi, jak i nieznanego ciała – wyparowały i zmieszały si w wyniku uderzenia.
Hipoteza kolizji odpowiada geochemicznemu, mineralogicznemu i izotopowemu składowi
próbek oraz meteorytów. Czas potnego uderzenia wyznacza si na 4,5 miliarda
lat temu.
ksiycowych
Ksi
yc w kulturze
Ksiyc bez wtpienia stanowił i stanowi integraln cz ziemskich kultur – i to od czasów
prehistorycznych a po dzi dzie. Róne rodzaje ludzkiej działalno ci powizane s z wygldem
Ksiyca na niebie, a liczne pradawne kultury na całej Ziemi opierały na nim swój kalendarz.
Ksiyc jest tematem niezliczonych wierszy, piosenek, obrazów czy utworów muzycznych. To
równie jedyne ciało niebieskie odwiedzone jak dotd przez ludzi. Po licznych lotach
bezzałogowych na Ksiyc to dziki załogowym ekspedycjom Apollo w latach 1969–1972
mogli my naprawd zaznajomi si ze Srebrzystym Globem bdcym naszym najbliszym
kosmicznym ssiadem.
Po kilku orbitalnych lotach wokół Ziemi w latach 1961–1968 ten wielki wyczyn
technologiczny wyznaczył kolejn epok dla lotów kosmicznych i stał si kamieniem wgielnym
podboju Kosmosu.
Istotna rola badania
Ksi
yca
Ksiyc ma warto nie tylko historyczn czy kulturow. Najnowsze odkrycie złó lodu na
jego południowym biegunie pozwalaj na badanie naszej atmosfery z okresów porównywalnych
do wieku układu Ziemia–Ksiyc (czyli około 4,5 miliarda lat). By moe uda si równie odkry
jakie formy ycia.
Pierwsza lunarna misja ESA, SMART-1, wyruszyła w 2002 roku.
W najbliszej przyszło ci Ksiyc bez wtpienia stanie si naszym „portem kosmicznym”,
miejscem wystrzeliwania w kosmos, gdzie taka operacja jest znacznie prostsza ni na Ziemi. Loty
z Ksiyca bd łatwiejsze, tasze, a do tego atmosfera Ziemi pozostanie nienaruszona.
Bardzo prawdopodobne, e kiedy , by przetrwa , ludzko bdzie zmuszona do poszukania
wikszego ni obecnie wiata dla siebie. W przeszło ci Ksiyc stanowił istotny element w
rozwoju ycia na Ziemi – bdzie on równie wany w przyszło ci, dziki ułatwieniu podboju
Kosmosu i kontynuacji w ten sposób ziemskiego ycia. Jeste my prawdziwymi szcz liwcami,
majc Ksiyc – naszego duego satelit – za bliskiego ssiada od tylu miliardów lat.
ZAGRO
ENIA DLA YCIA NA ZIEMI
Wszech wiat jest niebezpiecznym miejscem, ycie moe powsta i przetrwa jedynie w
rejonach stosunkowo dobrze chronionych przed szkodliwymi zewntrznymi czynnikami, takimi
jak promieniowanie. Kady taki obszar bdzie w stanie chroni ycie jedynie przez ograniczony
czas, zanim nastpi kataklizm, jak miało to miejsce wiele razy w historii Ziemi.
Na przykład relatywnie stabilna gwiazda, jak nasze Słoce, wytwarza bdzie mało
zrónicowane promieniowanie cieplne tylko przez kilka miliardów lat, zanim zacznie brakowa
mu paliwa.
Chocia Słoce rozwinło si i stało si gortsze w cigu ponad 4,5 miliarda lat swego ycia,
Ziemia od czasu swojego powstania znajduje si w Strefie Zamieszkiwalnej. Nie zawsze jednak
tak bdzie – Słoce wkroczyło w wiek redni i znajduje si w połowie swojej gwiezdnej ewolucji.
Za 5 miliardów lat zmieni si w czerwonego olbrzyma o rednicy sigajcej znacznie dalej w
Układ Słoneczny. Do tego czasu temperatura na Ziemi stanie si zbyt wysoka, by utrzymała si na
niej ciekła woda, Strefa Zamieszkiwalna w obecnym połoeniu stanie si przeszło ci – by moe
przeniesie si ona bardzo daleko od Ziemi, na przykład na Saturna czy Jowisza.
Czy mamy dokd uciec?
Odpowiednie warunki
Ostatnimi czasy nauka rozszerzyła pojcie Strefy Zamieszkiwalnej, co nakazało wzi pod
uwag czynniki inne ni temperatura czy ci nienie powierzchniowe. Na przykład, chocia
temperatura i ci nienie na Marsie s zbyt niskie, by na powierzchni znajdowała si ciekła woda,
moliwe jest, e istnieje ona pod stosunkowo stałym ci nieniem statycznym w porach skalnych
tu pod powierzchni gleby.
ródła ciepła inne ni promieniowanie słoneczne przyczyniaj si równie do utrzymania
warstwy ciekłej wody – na przykład na jednym z ksiyców Jowisza, Europie, uwiziony pod
lodow powierzchni znajduje si prawdopodobnie ocean płynnej wody. ródłem ciepła
utrzymujcym wod w stanie płynnym jest grawitacja Jowisza albo wci ciepłe jdro tego
satelity.
Ostatnio odkryto kilkadziesit planet poza Układem Słonecznym.
Dziki miejscu na orbicie
wokół swoich gwiazd, znajduj si one w Strefie Zamieszkiwalnej. adna z nich, prócz jednej, nie
przypomina jednak Ziemi – s to gazowe olbrzymy, podobne raczej do Jowisza. Niemniej jednak
mog one posiada ksiyce, na których obecna jest płynna woda.
Zderzenia
Po wczesnej fazie bombardowania, Ziemia stała si miejscem stosunkowo spokojnym. Od
czasu do czasu uderzały w ni jednak asteroidy i fragmenty komet – ostatnie powane zderzenie
miało miejsce 65 milionów lat temu, pod koniec ery mezozoicznej (Kreda) i spowodowało due
zmiany w rodowisku. Wyginło wówczas ponad 60% gatunków zwierzt, w tym przede
wszystkim dinozaury.
Chocia Układ Słoneczny jest nadal niebezpiecznym miejscem, nasz planet przed
najgorszymi katastrofami chroni gazowe olbrzymy. Szczególnie Jowisz wchłania mijajce go
mniejsze obiekty, które w innym wypadku mogłyby uderzy w Ziemi. Najbardziej znanym
przykładem jest uderzenie w t planet Komety Shoemakera-Levy’ego 9 w 1994 roku.
Ostatnimi czasy pytanie o kosmiczne bezpieczestwo Ziemi nabiera znaczenia naukowego i
politycznego. Uwag przykuły w szczególno ci tak zwane NEO – Obiekty Okołoziemksie (NearEarth Objects) – asteroidy i komety – których orbity krzyuj si z orbit Ziemi. Obecnie znamy
kilkaset takich obiektów, rednica niektórych z nich wynosi ponad 1 km – rozmiar uznawany za
odpowiednio duy, by w momencie zderzenia spowodowa kataklizm na skal globaln.
Intensywne badania NEO prowadzone s szczególnie w USA i Japonii. Efektem było odkrycie
kolejnych takich obiektów, z których co najmniej 30% jest niebezpiecznych dla Ziemi i jej
mieszkaców. Mniejsze obiekty mog równie wywoływa katastrofy w razie zderzenia z Ziemi
– uczeni s zgodni, e badania powinny trwa nadal i prowadzi do odkrycia wszystkich tego
rodzaju ciał niebieskich oraz przewidywania wszystkich moliwych przyszłych zderze.
W zwizku z zagroeniem płyncym z Kosmosu, naukowcy rozwaaj moliwo uniknicia
przewidzianych zderze. W wypadku mniejszych obiektów moe wystarczy ewakuacja ludno ci
z zagroonego obszaru.
Je li jednak na naszej drodze znajdzie si wikszy asteroid, sama ewakuacja nie wystarczy.
Jedyn skuteczn ochron jest odbicie asteroidy i zepchnicie jej z orbity Ziemi lub zniszczenie
jej, na przykład za pomoc eksplozji nuklearnej. Ten drugi sposób jest znacznie bardziej
niebezpieczny, szczególnie e odłupane kawałki planetoidy mogłyby i tak spa na Ziemi i
poczyni na niej szkody.
Meteoryt Tunguski, który spadł na Syberii w 1908 roku przypomina, e nawet stosunkowo
niewielki obiekt (50–70 m) moe spowodowa wielkie zniszczenia (upadek dotknł powanie
obszar o powierzchni 2000 km kwadratowych).
Supernowe
Pod koniec ycia gwiazdy staj si znacznie cisze od Słoca i wybuchaj jako supernowe,
wywołujce krótkotrwałe intensywne promieniowanie oraz wydzielanie takich ilo ci wiatła, jak
cała galaktyka.
W galaktyce takiej, jak nasza Droga Mleczna, co 100–500 lat dochodzi do wybuchu
supernowej. Najsłynniejsze z nich to wybuch w konstelacji Byka w 1054 roku oraz „Supernowa
Tych” w Kasjopei w 1572 roku. Oba te zdarzenia były na szcz cie bardzo od nas oddalone.
Eksplozja supernowej w odległo ci około 100 lat wietlnych od Ziemi mogłaby powanie
zagrozi yciu na naszej planecie – albo za spraw zniszczenia spowodowanego bezpo rednim
promieniowaniem, albo przez zniszczenie warstwy ozonu, chronicej nas przez promieniowaniem
ultrafioletowym Słoca. Takie pobliskie wybuchy supernowych mogły wydarza si kilkakrotnie
w historii naszego globu, nie ma jednak jasnych dowodów, e mogły spowodowa które ze
znanych nam masowych wygini .
Wybuchy promieniowania gamma
Mniej wicej raz dziennie w obrbie obserwowanego przez nas Wszech wiata wykry mona
intensywne wybuchy promieniowania gamma z odległych eksplozji. Z kolei co kilkaset milionów
lat istnieje prawdopodobiestwo uderzenia Ziemi przez fal promieniowania gamma
pochodzcego z naszej własnej galaktyki. Takie wydarzenie moe by katastrofalne w skutkach
tak samo, jak pobliski wybuch supernowej.
Inne zagro enia z Kosmosu
Jakby tego było mało, astrofizycy dopuszczaj kolejne straszliwe zagroenia, takie jak
przej cie naszego Układu Słonecznego przez chmur pyłu, która mogłaby zaciemni Słoce,
przej cie przez sfer galaktyki, która zaburzyłaby Obłok Oorta, przechowujcy komety i inne
kosmiczne „ mieci” otaczajce nasz układ lub kolizj z chmur ciemnej materii, co mogłoby
spowodowa zniszczenia na poziomie genetycznym.
PRZYSZŁO
YCIA
Jaka jest zatem przyszło ycia? Czy nadal bdzie ono kwitło na Ziemi, czy te moe czeka je
katastrofalny koniec spowodowany nasz własn działalno ci lub zewntrzn kosmiczn
katastrof?
Specjali ci z dziedziny nauk społecznych i biologicznych usiłuj znale odpowied na to
fundamentalne pytanie. Optymi ci przepowiadaj nam wspaniał przyszło , pod warunkiem, e
nauczymy si y w równowadze ze rodowiskiem. Pesymi ci zauwaaj, e obecna, szybko
rozwijajca si sytuacja oraz siła jej oddziaływania ju doprowadziły do powstania
nieodwracalnych zmian.
Kto ma racj? Optymi ci czy pesymi ci, którzy wol nazywa si realistami? Opinie
ekspertów s podzielone.
Zdaniem jednych, w stosunkowo niedalekiej przyszło ci ludzie naucz si wykorzystywa
naturalne zasoby i inne korzy ci – na razie nam obce – oferowane nam przez nowe wiaty.
Przykładem takiej adaptacji s stacje kosmiczne zapewniajce energi słoneczn w ilo ciach
zdolnych zapobiec kryzysowi energetycznemu na Ziemi, wydobywanie cennych złó na
Ksiycu, asteroidach, a nawet na Jowiszu, w celu uzupełnienia braku tych potrzebnych
pierwiastków na naszej planecie, której złoa powoli si wyczerpuj. Ukształtowanie Marsa na
podobiestwo Ziemi (terraforming), bardzo powanie obecnie rozwaane i planowane, adaptacja
Tytana, Europy i innych ciał niebieskich z naszego Układu Słonecznego jest kwesti czasu. Takie
rozwizania zapewniłyby ludzko ci przynajmniej tymczasowe schronienie przez wielkim krokiem
w Kosmos. W wieku, który niedawno si rozpoczł, kosmiczne miasta przestan nalee jedynie
do sfery science-fiction i stan si rzeczywisto ci. Kosmiczne kolonie stan si domem dla wielu
kolejnych pokole ludzi, dajc moliwo czerpania taniej energii i zasobów bez niszczenia
rodowiska i wojen. Co jeszcze moe oferowa nieznany wiat, wykracza obecnie poza
wyobrani wikszo ci z nas.
Zdaniem innych specjalistów, najwikszym zagroeniem dla ycia na Ziemi jest działalno
nas samych – ludzi, zwłaszcza tych „cywilizowanych”. Nawet jeeli załoymy wielkie szcz cie i
wykluczymy katastrofy z kosmosu, które w przeszło ci wymazywały całe niemal dotychczasowe
ycie i powodowały ogromne zmiany, to los naszej planety i tak jest przesdzony, i to w do
krótkim czasie. Konflikty zbrojne, w tym ataki termonuklearne czy bro chemiczna i biologiczna
stanowi najblisze, najbardziej realne i przez to najwiksze zagroenie dla ycia na Ziemi, a
przynajmniej dla jego wyszych form. Niezmiernie wane jest, by ludzie nauczyli si na dług
met utrzymywa delikatn równowag polityczn midzy poszczególnymi narodami,
szczególnie za pomoc edukacji i nauki. Jeeli uda si nam zwikszy nasz podstawow wiedz i
zrozumienie, zwalcza ignorancj, despotyzm i wszelkie przejawy nietolerancji – a przy tym
osignicia te dotyczy bd całej ziemskiej populacji – by moe poprzedni, optymistyczny
scenariusz podboju kosmosu bdzie miał szans na ziszczenie.
Jeszcze inni eksperci zwracaj uwag, e obecnie Ziemia znajduje si w niezwykle krytycznej
fazie, a my razem z ni.
Po raz pierwszy w historii Ziemi biosfera – czyli przede wszystkim my sami – potrafi
wywiera tak duy wpływ na otoczenie, szczególnie na najbardziej podatn hydrosfer i
atmosfer. Jeeli nie nauczymy si hamowania rónych szkodliwych procesów, takich jak
wycinanie lasów deszczowych i przyspieszanie wycieku gazów chronicych nas w
atmosferycznej „szklarni”, to w niedalekiej przyszło ci staniemy w obliczu globalnej katastrofy.
Dopóki nie zrozumiemy, e nasza planeta ma ograniczone moliwo ci utrzymania rozrastajcej
si populacji i wytrzymywania jej działalno ci, spotka nas smutny koniec.
Jednak ludzko
pod przewodnictwem inteligentnych, mdrych i wraliwych osób –
polityków, naukowców czy działaczy społecznych – moe dokona niezwykłego aktu globalnego
porozumienia, zrozumiawszy w kocu powag sytuacji zanim stanie si ona nieodwracalna.
Moralnym obowizkiem naukowców jest zwracanie uwagi na wyjtkowo i rozmiar tego
problemu i tłumienie beztroskiego podej cia współczesnych ludzi.