Astronomie

Astronomie - hvězdářství - je věda, která se zabývá jevy ve vesmíru - zvláště tedy výzkumem vesmírných těles, různých dějů i vesmírem jako celkem.

Vznik vesmíru

Pohled do vesmíru

Podle výsledků vědeckých výzkumů vznikl vesmír tzv. „Velkým třeskem“. Původně byla všechna hmota stěsnána v jednom bodu s hustotou a teplotou, kterou kdybychom chtěli vyjádřit ve °C, museli bychom napsat číslo s 33 nulami. Takovou teplotu ovšem předpokládáme v době nejbližší vlastnímu vzniku vesmíru. Co bylo na samém počátku, v době, kdy byl vesmír mladší než 0,0000000000000000000000000000000000000000001 sekundy, to nelze pomocí současné fyziky zjistit.

Vesmír tedy vznikl před 15 miliardami let právě z tohoto nepředstavitelně hmotného bodu mohutnou explozí, které se říká Velký třesk. Od té doby se neustále rozpíná a zároveň chladne. Jednotlivé galaxie se od sebe neustále vzdalují, což dokážeme měřit - průměrná hodnota rychlosti tohoto pohybu je 15 km/s na každý milion světelných roků vzdálenosti mezi galaxiemi (Hubbleova konstanta).

Až půl milionu let po Velkém třesku vznikly první hmotné částice, které po dalších milionech let vytvořily hvězdy a celý známý vesmír.

Jak velký je vesmír

Grafické znázornění galaxie Mléčná dráha

Jak bylo řečeno, vesmír se neustále rozpíná. Čím dále se od nás určitá galaxie nachází, tím rychleji se pohybuje.

Pokud se budeme dívat na hvězdu, která je od nás vzdálena miliardu světelných let, díváme se vlastně do minulosti - vidíme ji totiž tak, jak před miliardou let hvězda vypadala, tak dlouho trvalo světlu, které pozorujeme, než k nám dolétlo.

To znamená, že pokud je vesmír starý 13-15 miliard let, je hranice pozorovatelného vesmíru koule o poloměru 13-15 miliard let. (Střed koule je Země.)

Záření kosmického pozadí

V roce 1948 astronomové předpověděli, že záření z doby těsně po Velkém třesku by mělo ještě někde ve vesmíru být.

Radioastronomové A.Penzias a R.Wilson z Bellových laboratoří u Holmdelu v New Jersey měli problém s nepříjemným šumem v anténě, kterou postavili pro účely rádiového spojení s družicemi Země. Nejdříve si mysleli, že jde o holubí trus v ústí trychtýřové antény, ale když sdělili kolegům v Princetonu, že teplota toho, co onen šum způsobovalo, je asi 3 kelviny - něco málo nad absolutní nulou (-273°C), astronomové z Princetonu pochopili, že se konečně podařilo objevit zbytkové záření z Velkého třesku. Penzias a Wilson tak získali Nobelovu cenu za fyziku.

Budoucnost vesmíru

Existují dvě hlavní teorie, jak se bude vesmír dále vyvíjet, přičemž mezi nimi je rozhodující určení množství hmoty, jíž vesmír obsahuje.

Pokud je jí méně, než určitá hranice, je vesmír „otevřený“ a bude se stále rozpínat, což znamená, že ho čeká další ochlazování a pomalá a mrazivá „smrt“.

Pokud ale množství hmoty ve vesmíru onu hranici přesahuje, jde o „uzavřený“ vesmír. ten po dosažení určité maximální velikosti zastaví zvětšování svého objemu a začne se smršťovat. Vlivem gravitace jednotlivých těles se všechna hmota vrátí zpět do jednoho bodu - superžhavého a neuvěřitelně malého objemu, tedy do stádia před velkým třeskem. Podle této teorie je i možné, že potom nastane Velký třesk znovu.

Život ve vesmíru

Ve té části vesmíru, kterou můžeme pozorovat, je několik miliard galaxií a každá z nich je tvořena více než sto miliardami hvězd. Je pravděpodobné, že mnohé z těchto hvězd mají kolem sebe planetární systémy jako je ten náš.

Nelze vyloučit (a nemůžeme to bohužel zatím zjistit), že mnoho planet ve vesmíru má na svém povrchu podmínky podobné těm na Zemi. Nelze tedy vyloučit ani existenci života takového, jaký známe. Mohlo by jít o základní formy života, ale opět nelze vyloučit, že se někde vyvinul ve formu inteligentní, možná pro nás v nepředstavitelné formě.

Když se to stalo u nás, lze předpokládat, že se tak stalo i jinde.

Jak ale existenci mimozemského života můžeme zjistit? Kosmická loď, která by se pohybovala rychlostí 1000 km/s by doletěla k od Slunce nejbližší hvězdě za tisíc let. Přímý výzkum planet mimo naši Sluneční soustavu je tedy zatím nemožný.

Ale snažíme se o to jinak. První sonda, která opustila naši soustavu (jmenuje se Pioneer) nese plaketu se zprávou a pozdravem mimozemšťanům.

Největší radioteleskop na světě v Arebicu na Portoriku má průměr 305 m a byl mimo jiné využíván k hledání inteligentního života ve vesmíru. Vědci vyslali do okolního prostoru signál o naší existenci. Snažíme se ale také signály z jiné technicky vyspělé civilizace zachytit.

Z tohoto teleskopu byla také roku 1974 vyslána zpráva ve dvojkové soustavě (složená z jedniček a nul) směrem k hvězdokupě M13 v souhvězdí Herkula, v níž se nachází přes 100 000 hvězd. Signál letí rychlostí světla a k hvězdokupě dorazí za 24 000 let. Za dalších 24 000 let by k nám došla odpověď.

Jedna zajímavá teorie říká, že život by se za dobu existence naší Země nedokázal vyvinout na současnou složitou úroveň. Pravděpodobnost vývoje molekul typu DNA z jednoduchých uhlíkových molekul je příliš nízká a tedy že k tomu muselo dojít mnohem dříve, než Země vznikla. Vesmír je podle teorie Velkého třesku starý asi 15 miliard let a taková doba by podle některých astronomů na vývoj DNA stačila. Molekuly života by se poté dostaly na Zemi pomocí blízko se pohybujících se komet. Toto tvrzení se nazývá panspermií.

Z čeho je vesmír

Základním kamenem hmoty je atom. Atomy jsou mikro částečky skládající se dále z protonů, neutronů a elektronů. Různé druhy atomů dávají dohromady zhruba 90 základních chemických prvků, které se na Zemi nacházejí. Při velkém třesku se vytvořil vodík a helium. Obrovský žár uvnitř hvězd pak z těchto prvků vytváří další, složitější, přičemž nejtěžší prvky se objevily až na samém konci života mimořádně hmotných hvězd.

Hvězda nejprve spálí své palivové zásoby a její jádro se přitom stále ohřívá, až nakonec vybuchne jako oslepující supernova. Prvky jako železo, měď a křemík se pak rozlétnou do prostoru a během ubíhajících staletí se spojují dohromady do balvanů, planet, i nás lidí.

Kosmické lodě a cesty do vesmíru

Při startu kosmické lodě / raketoplánu do vesmíru, musí motory tohoto stroje překonat zemskou gravitaci. Je tedy potřeba vyvinout rychlost asi 40 000 km za hodinu.

To zvládnou jedině raketové motory, které jsou schopny pracovat i v kosmu, protože si nesou i zásobu kyslíku pro spalování paliva sebou, někdy i v kapalné podobě.

Princip je jednoduchý. Spalováním paliva v motoru se vytvářejí horké plyny, které vyrážejí ven z trysky a tak pohánějí raketu vpřed. Většinu rakety zabírají právě palivové nádrže.

Raketoplán

Aby se snížily náklady na kosmické lety, byl postaven raketoplán. Ten lze opakovaně použít, protože startuje pomocí dvou přídavných raket, které po startu padnou do moře, odkud jsou vyloveny a mohou být znovu použity.

Samotný stroj čerpá palivo z obrovské nádrže, která se dostane do vesmíru s raketoplánem a po oddělení padá zpět, přičemž v atmosféře shoří.

Když se raketoplán vrací zpět, při průletu atmosférou je proti velké teplotě chráněn speciálním štítem, přesto horký vzduch přeruší radiové spojení zhruba na deset minut.

Poté přistane jako normální letadlo.

Družice

Družicí nazýváme v kosmickém prostoru vše, co kolem něčeho obíhá. Např. Měsíc je družicí Země.

Kolem naší planety však máme v dnešní době i družice umělé (více než 200) - první byla Sputnik 1 vypuštěna v roce 1957.

Používáme je na šíření signálu, např televizního nebo telefonního, dále na mapování, navigaci, předpověď počasí, jako dalekohledy neomezené atmosférou atd.

Energii získávájí díky slunečním článkům, které mohou být i 5 metrů dlouhé. Vzhledem k tomu, že ve vesmíru není vzduch, nezáleží na tom, jaký má družice tvar, protože jí nic neklade odpor.

Život v kosmickém prostoru

Jediným opravdu skutečným rozdílem je stav beztíže. Znamená to, že tomu musí být přizpůsobeno všechno ostatní, tedy jídlo a voda, která by poletovala prostorem v kuličkách musí být ve speciálních obalech.

Změny nastanou i na samotném kosmonautovi, protože do hlavy se mu nahrne víc krve, což způsobí otok obličeje, tělo povyroste, jelikož kosti nejsou tlačeny k zemi a svaly ochabnou, protože již nejsou zapotřebí k vyrovnávání účinků gravitace.

Skafandr

Tento speciální oblek není určen jen pro zásobování vzduchem tam, kde žádný není, ale slouží i k vyrovnání teploty a tlaku vzduchu, který na nás běžně působí na Zemi. Bez tohoto tlaku by plyny v naší krvi způsobily její zpěnění a smrt by byla neodvratná.

Naše sluneční soustava

Každé těleso v naší Sluneční soustavě je vázáno ke Slunci.

Sluneční soustava

Například Země obíhá kolem Slunce a jeden její oběh trvá jeden rok.

Kromě toho se Země otáčí kolem své osy a jedno takové otočení jí trvá jeden den - díky tomu se střídá den a noc.

Země se otáčí od západu na východ, takže Slunce po naší obloze putuje od východu k západu. Tak se z našeho pohledu pohybují i hvězdy.

SlunceMěsícPlanety naší sluneční soustavy

Pojmy v Astronomii

Hvězda

Shluk hvězd nacházející se asi 20000 světelných let od Země. Snímek pochází z Hubblova kosmického dalekohledu.

Hvězda je horký a jasný shluk žhnoucích plynů, převážně vodíku a helia, přičemž délka jejího života závisí na tom, jak rychle se vodík na helium spaluje.

Uvnitř hvězdy je vysoký tlak, při kterém dochází k reakci, kdy do sebe prudce narážejí jádra vodíkových atomů. Při tom vzniká množství volné energie.

Naše Slunce je také hvězda - lehce nadprůměrná, navíc vybočující svou osamělostí. U ostatních hvězd je běžné, že se vyskytují ve skupinkách, nebo minimálně dvojicích. Nejbližším sousedem našeho Slunce je Proxima Centauri, trpasličí hvězda vzdálená 4,3 světelného roku.

Naše Slunce bude svítit dalších 6 miliard let, pak jádru dojde vodík. Okrajové vrstvy se rozepnou a ochladí, poté se oddělí a jádro se zhroutí na velmi malého a hustého, bílého trpaslíka. Nějakou dobu bude dost horký na to, aby mohl vydávat záření, nakonec se však ochladí a stane se mrtvou hvězdou zvanou černý trpaslík.

Světelný rok

Světlo letí rychlostí přibližně 300 000 km/s. Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok - je to pro představu asi 10 bilionů kilometrů.

Gravitace

Gravitace působí na všechna tělesa ve vesmíru, drží pohromadě galaxie a drží nás také na Zemi.

Jako první popsal gravitaci anglický vědec Isaac Newton. Při zkoumání oběžných drah jednotlivých těles sluneční soustavy si uvědomil, že každá hmota ve vesmíru se navzájem přitahuje a tato síla závisí jednak na hmotnosti a jednak na vzdálenosti obou těles. Nepodložený příběh vypráví, že Newton objevil gravitaci při padání jablka ze stromu.

Albert Einstein roku 1915 posunul tuto teorii dál, když napsal, že prostor a čas jsou ze stejného „těsta“. Velmi hmotné objekty deformují časoprostor kolem sebe a jeho zakřivení je právě ona gravitace.

Černá díra

Když velká hvězda spotřebuje všechno své palivo a přestane uvolňovat energii, zhroutí se do sebe. Jak se plyn stále stlačuje, zvětšuje se její gravitace a nakonec je je všechna hmota nahuštěna do jednoho bodu nazvaného singularita. Gravitační působení tohoto bodu je tak velké, že nic, dokonce ani světlo nemůže uniknout.

Galaxie

Zformovaly se krátce po vzniku vesmíru a pohromadě drží díky gravitaci. Některé obsahují miliony hvězd, jiné miliardy. (Naše galaxie se jmenuje Mléčná dráha.)

Liší se tvarem: kulaté, oválné, spirální i galaxie napravidelných tvarů.

Kvasary

Byly objeveny v roce 1963, vzdalující se od nás rychlostí asi jedné třetiny rychlosti světla. Podle Hubbleova zákona objekt, který se vzdaluje takovou rychlostí, musí být od nás vzdálený 5 miliard světelných roků, tedy dál, než všechny galaxie, které dnes známe.

Jsou to mladé galaxie, které se vytvořily krátce po vzniku vesmíru a mají mnohem jasnější jádro než běžné galaxie.

Asteroidy

Asteroidy jsou malé planetky. Jde o kusy skal kroužících po svých vlastních drahách kolem Slunce.

Tyto planetky do sebe občas narážejí, tříští se na kusy a zase se spojují. Vědci se domnívají, že jsou jich miliony, ale jsou většinou tak malé, že je ze Země nemůžeme pozorovat. Úlomky po srážkách se mohou dostat do naší atmosféry a pak jim říkáme meteority.

Prvním objeveným a zároveň největším asteroidem je Ceres, pojmenovaný po římské bohyni úrody. Objevil ho italský astronom Giuseppe Piazzi.

Jelikož se od sebe tyto planetky dost často liší, astronomové je rozdělili na tucet různých typů.

Tři hlavní typy:

  • Typ C - jsou tmavé díky velkému obsahu uhlíku. Nacházejí se většinou ve vzdálené části hlavního pásu planetek.
  • Typ M - skládají se z niklu a železa, barvu mají stříbřitě šedou. Nacházejí se uprostřed pásu planetek.
  • Typ S - mají červenou barvu a obsahují hlavně křemík. Nacházejí se ve vnitřním pásu planetek.

Mnoho planetek je pojmenováno po slavných osobnostech, např. i po hokejovém brankáři Dominiku Haškovi. Jedna se dokonce jmenuje Mr. Spock po slavném Vulkánovi z původního seriálu Star Trek.

Také francouzský spisovatel Antoine de Saint-Exupéry má svou planetku, protože ve své knize Malý princ vymyslel jednu z nejznámějších planetek asteroid B-612. Právě na ní Malý princ žije.

Než může astronom objevenou planetku pojmenovat, musí znát její přesnou oběžnou dráhu.

Komety

Pokud se na kometu díváme z dálky, je nádherná. Dlouhá jasná čára jejich ohonu se táhne po obloze.

Zblízka je ovšem kometa jen špinavý sníh a prach kroužící kolem Slunce a jak se k němu blíží, ohřívají se, odpařují se z nich prachoplynné částečky a tvoří charakteristický ohon, který je dlouhý až miliony kilometrů, zatímco samotné její jádro nemusí být větší než několik kilometrů.

Běžná kometa stráví většinu života lenošením na okraji Sluneční soustavy. Když se vydá na cestu a dosáhne dráhy Jupiteru, led se začne ohřívat.

Ohon komety míří vždy od Slunce.

Kometa má dva ohony, jeden iontový a druhý prachový. Iontový ohon je usměrňován slunečním větrem a táhne sebou prachový ohon. Když se kometa otočí kolem Slunce a vrací se, ohon ji předbíhá a letí před ní.

Vždy, když se kometa přiblíží ke Slunci, ztratí část své hmoty, takže postupně ubývá, dokud se z ní nestane jen temný balvan.

Halleyova kometa

Je nejznámější. Britský astronom Edmond Halley si roku 1695 uvědomil, že tři komety pozorované v letech 1531, 1607 a 1682 jsou ve skutečnosti jedna a předpověděl, že se znovu objeví roku 1758. Nikdo mu příliš nevěřil a Halley bohužel zemřel roku 1742, takže se své velké slávy nedožil.

Halleyova kometa naposled minula Zemi roku 1986 a vrátí se znovu roku 2062.

Meteority

Každý den procházejí naší atmosférou miliony částeček kosmického smetí. Něco je prach z komet, něco úlomky asteroidů. Mohou mít mikroskopickou velikost, ale také mohou vážit několik kilogramů. Během jednoho roku jich spadne na Zemi až 160 000 tun.

Většinou v atmosféře shoří a jako meteory tam krátce zazáří, některé ale (asi desetina) dopadnou na Zemi jako meteority.

Za jasné bezměsíčné noci lze spatřit tak 10 meteorů za hodinu. Někdy se objevuje úkaz zvaný meteorický roj. Při meteorické bouři padají tisíce meteorů za hodinu.

Asi každých 10 000 let se Země srazí s velkým meteoritem, který může být větší než dům. Při průchodu atmosférou (rychlost až 15 km/s) se rozžhaví a na povrchu Země pak vytvoří kráter.

Někdy se Země srazí s opravdu velkým kusem skály, který pak dokáže způsobit katastrofu, jako bylo (dle teorie) třeba vyhynutí dinosaurů před 65 miliony lety. (Kámen dopadl takovou silou, že se do atmosféry vzedmulo obrovské množství prachu a na mnoho měsíců zakrylo Slunce. Země se tím pádem ochladila a 80 % zemské fauny i flóry vymřelo.)

V současné době známe více než 2000 velkých asteroidů a komet, jejichž dráhy se kříží s oběžnou dráhou Země a mohly by naši planetu ohrozit. Vědci již pracují na obraně - jednou z možností je je vyslat proti nebezpečí jadernou hlavici, která by je výbuchem odklonila ze jejich dráhy.


Zdroje:

  • Okna do vesmíru - nakl. Artia Pegas Press
  • Vesmír - nakl. Slovart
  • Planety naší sluneční soustavy - nakl. Albatros
  • Astronomie - nakl. Computer Press, a.s.
  • Vesmír - nakl. Osveta
  • Země ve vesmíru - nakl. Albatros
  • NASA (National Aeronautics and Space Administration)