Visatos erdvės ir laiko mastai
Nagrinėdami Visãtos objèktų įvairovę mes susiduriame su nepaprastai dideliais erdvės ir laiko mastais, kuriuos sunku suvokti remiantis kasdiene patirtimi. Kasdieniame gyvenime didžiausi atstumai, kuriuos skaičiuojame ir galime suvokti, siekia tūkstančius kilometrų, o didžiausi laiko tarpsniai – dešimtis ar šimtus metų. Astronomijoje atstumai ir laiko tarpsniai milijardais kartų didesni. Iš tiesų mūsų gyvenimo erdvė ir trukmė yra mikroskopiškai maža visoje nagrinėjamoje Visatos erdvės ir laiko skalėje.
Visãtos erdvės, kurią galime stebėti, mastas ir joje esančių objektų matmenų įvairovė išties stulbina. Tai iliustruoja 1.2.1 pav., jame palyginti įvairių objektų matmenys ir atstumai nuo mūsų kasdienės aplinkos subjektų iki pat tolimiausių Visatos objektų, kuriuos dar galime stebėti su galingiausiais teleskopais. Šiame paveiksle atstumai nurodyti kilometrais, o atstumų liniuotės skalė logaritminė. Mūsų Žemė yra viena iš aštuonių didžiųjų Saulės sistemos planetų. Žemė kartu su savo vieninteliu natūraliu palydovu Mėnuliu skrieja aplink Saulę trečioje orbitoje nuo jos (žr. 1.2.1 pav.). Be to, apie Saulę dar skrieja daugybė mažųjų planetų, asteroidų ir kometoidų. Centrinis Saulės sistemos kūnas – Saulė – yra viena iš keleto šimtų milijardų žvaigždžių, sudarančių žvaigždžių sistemą, vadinamą Paũkščių Tãko galãktika arba tiesiog mūsų Galãktika. Tokių galaktikų, kaip mūsų, ar dar didesnių ir kitokių formų stebimojoje Visatos erdvėje yra nepaprastai daug. Galaktikos paprastai telkiasi į galaktikų spiečius, o šie – į galaktikų spiečių spiečius, vadinamus superspiẽčiais. Mūsų Galaktika kartu su aplinkinėmis galaktikomis sudaro galaktikų spiečių, vadinamą Viẽtine grupè, priklausantį Mergelės galaktikų superspiečiui. Šis superspiečius yra dar didesnio Laniakėjos galaktikų superspiečiaus dalis.
Vertinant žemiškaisiais mastais, planetų atstumai nuo Saulės jau yra dideli. Žemės atstùmas nuo Sáulės yra 149,6 milijono kilometrų, o tolimiausios Neptūno planetos – apie 4500 milijonų kilometrų. Todėl Saulės sistemos ribose patogiau vartoti didesnį atstumo matą – astronòminį vienetą (au)1.
1 Astronòminis vi̇́enetas [angl. astronomical unit – au]. Senesnėje literatūroje lietuvių kalba astronominis vienetas žymėtas simboliu av. Šis žymėjimas pakeis tas simboliu au, nes Tarptautinė astronomų sąjunga patvirtino au simbolį kaip tarptautinį.
Vienas astronòminis vienetas (1 au) yra atstumas, lygus 149 597 870 700 m.
Apytiksliai tai lygu vidutiniam atstumui tarp Žemės ir Saulės.
Tačiau atstumai tarp žvaigždžių ir galaktikų yra nepalyginamai didesni nei atstumai tarp Saulės sistemos objektų. Pavyzdžiui, vienos iš artimiausių Saulės sistemai žvaigždžių Kentauro alfos atstumas lygus 4,1 ∙ 1013 km = 2,7 ∙ 105 au, o Andromedos galaktikos atstumas lygus 2,4 · 1019 km = 1,6 ∙ 1011 au. Todėl šie vienetai nėra patogūs atstumui iki žvaigždžių ar galaktikų skaičiuoti. Daug didesnis atstumo vienetas siejasi su baigtiniù elektromagnètinių bangų (vadinasi, ir šviesõs) sklidimo greičiù, kuris lygus 299 792 458 m/s. Vadinasi, iš Saulės pasklidę šviesõs spinduliai pasiekia Žemę po 8,3 min., o Neptūno planetą – po 4 val. 10 min. Tačiau šviesos spinduliai, sklindantys iš tolimųjų žvaigždžių ir galaktikų, keliauja metų metus, kol pasiekia mūsų akis. Pavyzdžiui, iš Kentauro alfa žvaigždės iki mūsų šviesos spindulys sklinda apie 4,3 metų, o iš Andromedos galaktikos – 2,5 milijono metų. Todėl dideliems atstumams skaičiuoti vartojamas kitas atstumo vienetas – šviesmetis (ly)2.
Vienas šviẽsmetis (1 ly) yra atstumas, kurį šviesos spindulys vãkuume nulekia per vienus Jùlijaus metùs, t. y. per 365,25 dienos (paros).
2 Šviẽsmetis [angl. light year – ly]. Senesnėje literatūroje lietuvių kalba šviesmetis žymėtas simboliu šm. Šis žy mėjimas pakeistas simboliu ly, nes Tarptautinė astro nomų sąjunga pripažino ly simbolį kaip tarptautinį.
Paros (dienos) trukmė yra 86 400 SI sekundžių. Vadinasi, 1 ly = 299 792 458 m/s ∙ 86 400 s ∙ 365,25 = 9,4607 ∙ 1015 m. Taigi, Kentauro alfos atstumas 4,3 šviesmečio, Andromedos galaktikos – 2,5 milijono šviesmečių. Laniakėjos galaktikų superspiečiaus skersmuo – apie 520 milijonų šviesmečių.
Kelionė laiku
Šviesa sklinda baigtiniu greičiu, todėl kyla įdomi išvada: kuo tolimesnį objektą stebime, tuo giliau žvelgiame į objekto ir Visatos praeitį. Kai stebime Kentauro alfą, matome, kaip ji švietė prieš 4,3 metų, o kai stebime Vegą, matome, kaip ji švietė prieš 25 metus. Šie žvilgsniai į praeitį dar nėra tokie reikšmingi. Tačiau Andromedos galaktikos atstumas yra 2,5 milijono šviesmečių, vadinasi, mes ją stebime tokią, kokia ji atrodė prieš 2,5 milijono metų. Tuo metu Žemėje vaikščiojo tik pirmykščių žmonių protėviai. Tarkime, jei šiuo metu Andromedos galaktikoje sprogtų supernovà, tai ją pamatytų ir galėtų stebėti tik mūsų palikuonys po 2,5 milijono metų. Šiuolaikiniais teleskopais tyrinėjama daugybė galaktikų, nutolusių nuo mūsų per milijardus šviesmečių. Tokie tyrimai atskleidžia ne tik tolimų galaktikų savybes ir ypatumus praeityje, prieš milijardus metų, bet ir stebimosios Visatos raidos istoriją. Kadangi šviesos greitis ribotas, o Visatos amžius siekia 13,8 milijardo metų, tai reikštų, kad tolimiausi objektai, kuriuos galėtume stebėti, tikėtina, nutolę ne daugiau kaip 13,8 milijardo šviesmečių. Tačiau dėl Visatos plėtimosi tolimiausi objektai šiuo metu yra nutolę nuo mūsų net už 45,7 milijardo šviesmečių. Tai yra stebimõsios Visãtos ribà. Bet tai nereiškia, kad ties šiuo nuotoliu baigiasi Visata. Iš tiesų Visata yra begalinė. Tiesiog iki mūsų dar neatsklido šviesa iš tolimesnių objektų ir mes jų nematome.
Pabandykime suvokti Visãtos laiko mãstą. Žinome, kad dabartinės Visatos amžius – apie 13,8 milijardo metų, o Saulės sistemos objektų (tarp jų ir Žemės) – apie 4,6 milijardo metų. Tarkime, visa Visatos raidos istorija nuo jos atsiradimo iki šių dienų sutraukiama į vienerius metus. Visatos pradžia – sausio 1-osios dienos vidurnaktį (0 val. 0 min. 0 sek.), o dabartinės Visatos laiko momentas – gruodžio 31 d. 24 val. 0 min. 0 sek. Šioje laiko skalėje mūsų Paukščių Tako galaktika pradėjo formuotis sausio 22 d., o Saulė ir jos sistemos planetos (tarp jų ir Žemė) – rugsėjo 1 d. Pirmieji gyvybės požymiai Žemėje pasirodė rugsėjo 17 d., o gruodžio 17 d. įvyko Kámbro sprogimas (staigus ir gausus gyvūnų įvairovės atsiradimas). Nuo gruodžio 25 d. dinozaurai tapo dominuojančiais stuburiniais gyvūnais Žemėje, tačiau gruodžio 29 d. juos išnaikino katastrofiškas klimato pokytis, kai didžiulis asteroidas ar kometa trenkėsi į Žemę Jukatano pusiasalyje (Čiksulubo krateris). Žmonijos evoliucijos istorija prasidėjo tik gruodžio 31 d. Ankstyvieji hominidai (žmonių proprotėviai) atsirado 20 val., o šiuolaikiniai žmonės išsivystė 23 val. 55 min. Prie sėslaus gyvenimo būdo ir žemdirbystės daugelis žmonijos kultūrų perėjo maždaug prieš 34 sekundes. Į Lietuvõs teritoriją pirmieji gyventojai atsikraustė prieš 27 sekundes, o Lietuvõs vardas istoriniuose šaltiniuose pirmą kartą paminėtas vos prieš 2,5 sekundės. Prieš 11 sekundžių buvo pastatytas Stounhendžas Ánglijoje ir Gizos piramidės Egiptè. Mažiau nei prieš 1 sekundę prasidėjo šiuolaikinės astronòmijos plėtõtės etapas (M. Kopernikas, J. Kepleris, G. Galilėjus), o reliatyvumo teorija buvo sukurta tik prieš ketvirtį sekundės. Taigi, žmogaus gyvenimas astronominėje laiko skalėje trunka tik akimirksnį.
Klausimai ir užduotys
- Kodėl astronominių objektų atstumus nepatogu matuoti kilometrais?
- Kas tai yra astronominis vienetas? Šviesmetis?
- Apskaičiuokite, kiek laiko šviesos spindulys iš Mėnulio sklis iki Žemės, jei vidutinis atstumas tarp Žemės ir Mėnulio 384 400 km.
- Sudarykite iliustruotąjį kosminį kalendorių panaudodami skiltyje „Kelionės laiku“ duomenis. Kaip nurodyta šioje skiltyje, Visatos amžius 13,8 milijardo metų. Šis amžius sutraukiamas į vienerius metus, t. y. 365 dienas. Metai turi būti padalyti į mėnesius ir savaites, kaip ir mūsų įprastiniai kalendoriai. Turėdami omeny, kad kosminio kalendoriaus laiko skalė tolygi, kalendoriuje pažymėkite šioje skiltyje nurodytus svarbius kosminius, geologinius ir istorinius įvykius. Galite kalendorių papildyti ir savo nuožiūra parinktais svarbiais kosminiais ar istoriniais įvykiais. Kiekvienam įvykiui (interneto šaltiniuose) parinkite jį atitinkančią iliustraciją (nuotrauką ar piešinį).
- Galite remtis pateiktais šaltiniais (anglų kalba):
Kosminis kalendorius (The Cosmic Calendar)
Visatos istorija per 365 dienas (History Of The Universe In Just 365 Days)
Visatos laiko juosta (Universe Timeline)
- Galite remtis pateiktais šaltiniais (anglų kalba):
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"