Podstawowe wiadomości o Wszechświecie

Wszechświat to bardzo ogólna nazwa, określająca wszystkie obiekty znajdujące się w przestrzeni kosmicznej. Ponieważ nie ma innych obiektów, a przynajmniej nic na to nie wskazuje, aby były, Wszechświat jest tak naprawdę wszystkim, co istnieje. Zbudowany jest z gwiazd, planet, mgławic, a także z organizmów żywych zamieszkujących Ziemię.

Ludzie są przyzwyczajeni do odległości występujących na Ziemi: metrów, kilometrów, tysięcy kilometrów. Trudno jest sobie dokładnie wyobrazić, jak daleko znajduje się Księżyc od Ziemi, nie mówiąc już o tym, jak daleko jest Słońce. Zupełnie nie do wyobrażenia, a nawet trudne do zapisywania, są odległości dzielące ciała we Wszechświecie. Do określania tych odległości stosuje się specjalną jednostkę - lata świetlne. Jeden rok świetlny to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w ciągu ziemskiego roku.

Całkowite rozmiary Wszechświata są bardzo trudne do określenia. Nie jest wykluczone, że jest tak olbrzymi, że można go uznać za nieskończony. We Wszechświecie można dostrzec miliardy ciał niebieskich, pogrupowanych w układy planetarne, galaktyki, gromady galaktyk. Obecnie człowiek jest w stanie dosięgnąć teleskopem na kilkanaście miliardów lat świetlnych.

Znacznie mniejsze, choć nadal niewyobrażalne, są rozmiary naszej galaktyki. Jest ona nazywana Drogą Mleczną. Jest to płaska galaktyka spiralna, jej średnica wynosi około 100 000 lat świetlnych. Jest to stosunkowo duża galaktyka. Nasz Układ Słoneczny jest w odległości 25 000 ly (light years = lat świetlnych) od centrum galaktyki, w jednym z jej spiralnych ramion. Cała galaktyka, jako galaktyka spiralna, wiruje wokół swojego centrum, którym jest prawdopodobnie olbrzymia czarna dziura. Wewnętrzne obiekty wirują znacznie szybciej niż zewnętrzne. Czasami z centrum galaktyki są wyrzucane ciała niebieskie z olbrzymią prędkością.

Poszczególne galaktyki, nawet jeśli są zgrupowane w gromady, oddzielają jeszcze większe odległości.

Przez długi czas obserwacje teleskopowe były jedyną możliwością poznawania Wszechświata. Jednak około połowy XX wieku udało się ludziom wysłać w przestrzeń kosmiczną rakiety. Mogą one wynosić na orbitę teleskopy, wysyłać do odległych planet sondy, a także wynosić w przestrzeń kosmiczną ludzi. Dzięki erze lotów kosmicznych udało się dokonać wielu ciekawych odkryć na temat Wszechświata. Pierwszy raz udało się wysłać człowieka w kosmos w 1961 roku. Dokonali tego Rosjanie, a pierwszym człowiekiem, który obejrzał świat z kosmosu, był Jurij Gagarin. Poleciał on w kosmos statkiem Wostok. Jego lot trwał 108 minut, w tym czasie okrążył Ziemię jeden raz. W najwyższym punkcie był na wysokości ponad 320 000 km.

Najbardziej intensywne badania prowadzono w latach 1969 - 1972. W tym czasie dokonano na przykład załogowych lotów na Księżyc. Pierwszy z nich miał miejsce w 1969 roku, a pierwszym człowiekiem, który postawił nogę na Księżycu, był Neil Armstrong.

Aby umożliwić przebywanie astronautom w przestrzeni kosmicznej bez konieczności ciągłego ich wynoszenia na orbitę z Ziemi, zaczęto konstruować stacje kosmiczne. Pierwszą z nich był rosyjski MIR, obecnie zastąpiony przez stację Alfa. Na stacji kosmicznej możliwe jest przeprowadzanie wielu naukowych eksperymentów w warunkach braku ciążenia. Umożliwia to poznanie wpływu siły ciężkości na wiele procesów. Dodatkowo, możliwe jest poznanie wpływu długiego przebywania w stanie nieważkości na organizm ludzki.

Loty załogowe w przestrzeń kosmiczną stały się bardzo powszechne i nie budzą już takiego entuzjazmu jak dawniej, zwłaszcza, że wiążą się z bardzo dużymi kosztami. Dlatego też trzymanie ludzi na stacji kosmicznej jest ograniczeniem lotów załogowych do minimum.

Budowa Wszechświata.

Najliczniejszą grupą obiektów we Wszechświecie są gwiazdy. Są to olbrzymie ciała, świecące w wyniku zachodzenia w ich wnętrzu reakcji syntezy jądrowej. Gwiazdy nie są obiektami statycznymi, każda z nich miała swój początek i prędzej czy później zakończy swoje życie. Gwiazdy powstają w wyniku kondensowania się, pod wpływem siły grawitacji, obłoków gazowych i pyłowych. Obłoki takie można obserwować w naszej galaktyce, nazywają się one mgławicami. Mgławice gazowe są świecące i bardzo łatwo je zaobserwować. Mgławice pyłowe nie przepuszczają światła i dlatego są bardzo trudne do zaobserwowania. Wyglądają jak ciemniejsza plama na tle nieba. Proces powstawania gwiazdy z mgławicy jest związany z jej wirowaniem. W jego wyniku mgławica dzieli się na mniejsze fragmenty, które zwiększają swoje rozmiary i zaczynają się nawzajem przyciągać z coraz większą siłą.

Najważniejszą gwiazdą dla nas jest oczywiście Słońce. Jest to gazowa kula, zbudowana z wodoru i helu. Słońce składa się z gęstego jądra oraz coraz rzadszych powłok zewnętrznych. W jądrze Słońca panuje tak wysoka temperatura, że zachodzi tam reakcja syntezy jądrowej wodoru do helu. W wyniku tego procesu zostają uwolnione duże ilości energii, która uchodząc ze Słońca rozgrzewa zewnętrzne warstwy. To, co widzimy na niebie to świecąca fotosfera Słońca.

Słońce należy do małych gwiazd. Jego średnica to około 1,4 mln km, a objętość jest ponad 1 mln razy większa niż objętość Ziemi. Dzięki temu, że Słońce jest małą gwiazdą, świeci znacznie mniej intensywnie i znacznie dłużej niż duże gwiazdy. Umożliwia to nam życie w jego pobliżu.

Czasami na powierzchni Słońca obserwuje się tak zwane plamy słoneczne - ciemniejsze obszary, chłodniejsze od reszty fotosfery. Powstają one w wyniku zmian aktywności Słońca i fluktuacji materii słonecznej.

Nasz układ planetarny składa się z dziewięciu planet. Pierwszą w kolejności od Słońca jest Merkury. Jest to druga najmniejsza planeta w Układzie Słonecznym. Krąży w odległości około 60 mln km od Słońca. Sama planeta ma bardzo małą średnicę, zaledwie 4878 km, a więc jest około trzy razy mniejsza od Ziemi. Doba na Merkurym trwa 59 dni, a rok 88, a więc przez ponad pół roku trwa na planecie dzień. Ze względu na to, że Merkury jest tak blisko Słońca, panują na nim ogromne temperatury. W dzień dochodzą one do 700 K, w nocy natomiast planeta ochładza się do około 90 K. Merkury jest poorany kraterami powstałymi w zderzeniach z innymi obiektami. Niektóre z nich są tak głębokie, że nigdy nie dociera do nich promieniowanie Słońca.

Kolejną planetą jest Wenus. Planeta ta pod wieloma względami jest podobna do Ziemi. Znajduje się w odległości 108 mln km od Słońca. Ma bardzo gęstą atmosferę, zawierającą głównie dwutlenek węgla i związki siarki, nadające jej żółty kolor. Na Wenus występują bardzo silne kwaśne opady, które uniemożliwiają rozwój jakiejkolwiek formy życia. Atmosfera Wenus nie dopuszcza do jej powierzchni żadnego promieniowania, tylko całe odbija. Dlatego po Słońcu i Księżycu, Wenus jest najjaśniejszym obiektem na niebie. Czasami Wenus można bardzo dokładnie obserwować tuż przez wschodem lub tuż po zachodzie Słońca.

Po Wenus kolejną planetą w Układzie Słonecznym jest Ziemia. Nie trzeba o niej dużo pisać, gdyż jest to ciało niebieskie, które poznaliśmy najdokładniej. Ziemia krąży dookoła Słońca w odległości około 150 mln km, z prędkością 110 000 km/h. Rok Ziemski nie trwa ani 365 ani 366 dni, tylko dokładnie 365,242 dnia. Powoduje to, że co cztery lata konieczne jest wydłużenie roku o jeden dzień. Ziemia spośród innych planet wyróżnia się bogatą w tlen i ubogą w dwutlenek węgla atmosferą, a także tym, że na jej powierzchni rozwinęło się życie w postaci niezliczonych form. Na naszej planecie panują bardzo łagodne warunki, temperatury nie są ani za duże, ani za małe, nie występują bardzo duże wahania temperatur, również atmosfera ma odpowiednie ciśnienie. Dodatkowo Ziemia posiada własne pole magnetyczne, magnetosferę, która chroni je przed szkodliwym promieniowaniem jonizującym ze Słońca.

Następną w kolejności planetą jest Mars. Jest to planeta również pod wieloma względami podobna do Ziemi. Znajduje się znacznie dalej od Słońca, w odległości 228 mln km, dlatego jeden rok zajmuje mu aż 687 dni ziemskich. Mars jest dość dobrze widoczny na niebie nawet gołym okiem, przypomina pomarańczowoczerwoną, jasną gwiazdę. Za pomocą teleskopu można dostrzec szczegóły jego powierzchni. Mars posiada dwa małe księżyce, Phoebos i Deimos, które przypominają kształtem ziemniaki. Sugeruje to, że dawniej były planetoidami, które zostały przechwycone przez pole grawitacyjne Marsa. Księżyce krążą odpowiednio w odległości 6 000 oraz 20 000 od powierzchni Marsa.

Największą planetą Układu Słonecznego jest Jowisz. Jest to pierwsza planeta z grupy gazowych olbrzymów. Charakteryzuje się także występowaniem dookoła równika układu pierścieni, złożonych z okruchów skalnych oraz lodu. Średnia odległość Jowisza od Słońca wynosi około 778 mln km. Ma średnicę tak dużą, że jego objętość jest ponad 1000 razy większa niż Ziemi. Jowisz ma bardzo dużo księżyców, co najmniej 16. Możliwe jednak, że jest ich jeszcze więcej. Jowisz, ze względu na bardzo dużą masę, wytwarza silne pole grawitacyjne. Przyciąga bardzo dużo meteoroidów oraz asteroidów, a także planetoidy. W połowie lat 90. Nastąpiło bardzo spektakularne zderzenie Jowisza z kometą. Jowisz odbija bardzo dużo promieniowania Słonecznego, i pomimo że jest tak daleko, jest po Wenus najjaśniejszym obiektem na niebie. Jego powierzchnia składa się z pasów gazu o różnej prędkości oraz licznych cyklonów, z których największy jest Wielka Czerwona Plama.

Kolejną planetą z grupy gazowych olbrzymów jest Saturn. Jest to druga pod względem wielkości planeta, która charakteryzuje się przede wszystkim najbardziej efektownym układem pierścieni. Saturn jest oddalony od Słońca o około 1 430 mln km, jeden obieg zajmuje mu aż 29 lat ziemskich, natomiast jeden obrót dookoła własnej osi trwa na Saturnie zaledwie 11 godzin. Planeta wiruje więc w zawrotnym tempie. Jak duża prędkość wirowania powoduje, że planeta ulega zniekształceniu i staje się spłaszczona. Średnica Saturna jest ponad 9 razy większa niż Ziemi. Jest to gigantyczna planeta, z bardzo gęstą gazową atmosferą złożoną głównie z wodoru i helu. Saturn, pomimo olbrzymich rozmiarów, ma gęstość mniejszą od wody. Inną ciekawostką jest fakt, że Saturn ma co najmniej 18 księżyców, z których kilka jest bardzo dużych.

Kolejnym gazowym olbrzymem w naszym Układzie Słonecznym jest Uran. Planeta ta jest oddalona od Słońca o ponad 2 900 mln km, a obiegnięcie Słońca zajmuje jej aż 84 lata. Mimo, że jest tak daleko, możliwe jest zaobserwowanie go nawet gołym okiem w warunkach jego dobrej widoczności. Przypomina on bardzo słabą gwiazdę, jednak charakteryzującą się brakiem migotania. Uran jest bardzo dziwną planetą, ponieważ jego oś obrotu jest prawie prostopadła do orbity. Wygląda to tak, jakby Uran toczył się po swojej orbicie. Takie niezwykła zjawisko sugeruje, że Uran doznał kiedyś zderzenia z bardzo dużym obiektem, który wybił go z jego pierwotnego układu. Uran, tak jak i inne gazowe olbrzymy, ma układ pierścieni lodowo - skalnych. Są one niezwykle ciemne, uważa się je za najciemniejszą materię w Układzie Słonecznym. Pierścienie te zostały dokładnie zbadane przez sondę Voyager.

Ostatnią z planet gazowych olbrzymów jest Neptun. Planeta ta bardzo szybko wiruje wokół własnej osi, jeden obrót zajmuje jej około 16 godzin. Ciekawe jest, że Neptun czasami jest ostatnią planetą w Układzie Słonecznym, gdyż Pluton w swoim peryhelium jest bliżej Słońca. Obydwie planety są tak daleko od Słońca, że jeden obieg zajmuje Neptunowi aż 165 lat ziemskich. Nie da się zobaczyć Neptuna gołym okiem, jednak przy użyciu lornetki można go zaobserwować w postaci słabej gwiazdy. Najsilniejsze teleskopy ziemskie obserwują Neptuna w postaci niewielkiej, niebieskiej plamki. Dokładne zbadanie Neptuna umożliwiło wysłanie sondy Voyager II. Okazało się, że Neptun pod wieloma względami przypomina inne gazowe olbrzymy. W jego gęstej atmosferze można dostrzec okresowe cyklony, z których największy, o średnicy Ziemi, nosi nazwę Wielkiej Ciemnej Plamy.

Ostatnia planeta w naszym Układzie Słonecznym to Pluton. Jest to jednocześnie najmniejsza planeta, jego średnica to zaledwie 2300 km. Dzięki temu, że ma bardzo wydłużoną orbitę, przez pewien okres czasu (dokładnie 20 lat 250 - letniego roku) jest bliżej Słońca niż Neptun. W swoim Peryhelium Plutona dzieli od Słońca 4425 mln km, a w aphelium aż 7375 mln km. Planetę trudno jest dostrzec z Ziemi nawet przy użyciu teleskopów. Dokładniejsze obrazy planety udało się uzyskać dzięki teleskopowi Hubble'a. Okazało się, że Pluton może być bardzo podobny do jednego z księżyców Neptuna, Trytona.