astronomija
2003
TURINYSPratarmė…………………………………………………………. 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 apie 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, kokia 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, nes
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 toje 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 mūsų 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 paslapčių. 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 absolventų 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
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