ĮVADAS. Ką tiria astronomija

Šiuolaikinė astronòmija – fundamentalusis mokslas, tiriantis dangaus kūnų sandarą, judėjimą, kilmę ir jų evoliucijos istoriją, taip pat ir visos Visatos sandarą bei evoliuciją. Iš kitų mokslų astronomija išsiskiria tiriamųjų objektų įvairove, jų matmenimis ir tokiais nepaprastai dideliais erdvės bei laiko mastais, kuriuos sunku suvokti remiantis kasdiene patirtimi. Astronomijos pavadinimas sudarytas iš dviejų graikiškų žodžių ἄστρον [gr. ástron – žvaigždė] ir νόμος [gr. nómos – dėsnis]. Astronominių tyrimų objektai yra Saulės sistemos kūnai, žvaigždės, galaktikos, tarpplanetinė, tarpžvaigždinė, tarpgalaktinė terpė, taip pat ir visa Visata, jos erdvės bei laiko struktūra. Kitaip tariant, astronomija tiria visus už Žemės ribų esančius objektus ir jų sąveiką. Astronomija glaudžiai siejasi su kitais mokslais – fizika, matematika, chemija, geografija, geofizika, geologija, biologija, astronautika.

Atsižvelgiant į tiriamus objektus, taikomus tyrimo metodus ir uždavinius, astronomiją galima skirstyti į tokias šakas: astrometriją, dangaus mechaniką, astrofiziką, kosmologiją, astrobiologiją ir astrogeologiją.

Astromètrija matuoja ir tiria dangaus kūnų padėtis (koordinatès) ir judėjimą, nustato pagrindines astronomijos konstantas, tiria Žemės sukimąsi ir astronominį laiką.

Dangaũs mechãnika nagrinėja dangaus kūnų (Saulės sistemos kūnų, daugianarių žvaigždžių sistemų, žvaigždžių spiečių) judėjimą veikiant tarpusavio gravitacijos jėgoms, kuria ir plėtoja metodus, kuriuos taikant iš astrometrijos duomenų apskaičiuojamos kūnų judėjimo trajektorijos (orbitos), arba, atvirkščiai, iš kūno trajektorijos duomenų apskaičiuojamos jo padėtys (koordinãtės) dangaus sferoje ateityje (efemeridės). Dangaus mechanikos metodai taip pat taikomi astronautikoje apskaičiuojant dirbtinių palydovų, erdvėlaivių bei kosminių zondų orbitas ir judėjimo trajektorijas.

Astrofizika tiria Saulės sistemos kūnų, žvaigždžių ir jų sistemų (daugianarių žvaigždžių, žvaigždžių spiečių, galaktikų, galaktikų spiečių), tarpžvaigždinės terpės fizines savybes ir sandarą, taip pat jų tarpusavio sąveiką, kilmę ir raidą. Astrofizikoje išsiskiria dvi kryptys: praktinė astrofizika, kurios specialistai kuria ir tobulina teleskopus bei spinduliuotės registravimo būdus, taip pat plėtoja stebėjimų bei duomenų analizės metodus, ir teorinė astrofizika, kurios specialistai, pasitelkdami fizikos ir matematikos žinias, analizuoja ir interpretuo ja stebėjimų duomenis.

Kosmològija tiria stebimosios Visatos didelio masto struktūras ir dinamiką, jos kilmę ir raidą.

Astrobiològija, dar vadinama egzobiològija, nagrinėja gyvybės išsivystymą, paplitimą ir kilmę Visatoje. Astrobiologijos tyrimais siekiama atskleisti, kaip iš paprastų organinių medžiagų išsivysto sudėtingos gyvybingos struktūros (gyvos ląstelės, genetinės sistemos ir pan.), taip pat rasti gyvybės pėdsakų Saulės sistemos kūnuose bei egzoplanètose.

Astrogeològija, dar vadinama planètų geològija, tiria uolinių Saulės sistemos kūnų (planetų, jų palydovų, asteroidų, meteoroidų) geologiją. Šios mokslo šakos pavadinimas liudija, kad šitiems tyrimams taikomi tokie patys metodai, kaip ir Žemės geologiniams tyrimams. Astrogeologijos mokslo šaka ėmė plėtotis pradėjus tirti Saulės sistemos kūnus kosminiais zondais ir robotais.

Astronòmija – seniausias gamtos mokslas, atsirado dėl praktinių senovės žmonių poreikių. Medžiotojams ir keliautojams, o vėliau ir jūrininkams, reikėjo mokėti orientuotis vietovėje (jūroje), matuoti laiko intervalus. Žemdirbiai turėjo žinoti, kaip keičiasi metų laikai, t. y. jiems buvo reikalingas kalendõrius. Kalendorius buvo reikalingas ir žmonių socialiniame gyvenime (čia svarbus vaidmuo teko ir įvairioms religinėms apeigoms, o jų datos paprastai siejosi su tam tikromis kalendorinėmis datomis ir astronominiais reiškiniais). Šiems žmonių poreikiams tenkinti senovės astronomai, remdamiesi reguliariais dangaus šviesulių stebėjimais, kūrė ir tobulino metodus, kaip orientuotis erdvėje ir laike, kaip skaičiuoti laiką. Vėlesnių kartų astronomai, remdamiesi fizikos, matematikos ir technikos pasiekimais, sukūrė tikslius metodus ir instrumentus geografinėms koordinatėms matuoti, astronominiam laikui skaičiuoti ir saugoti, jūrinei ir aviacinei navigacijai. Šiais laikais aviacinei bei jūrinei navigacijai ir vietovės geografinėms koordinatėms nustatyti naudojami navigaciniai Žemės palydovai. Astronominiai navigacijos metodai perkelti į aukštesnį lygį – jie pritaikyti astronautikoje. Šie metodai taikomi dirbtinių palydovų, kosminių zondų ir erdvėlaivių navigacijoje. Tikslaus laiko skaičiavimas ir saugojimas šiais laikais patikėtas atòminiams laikrodžiams, tačiau kasdieniame gyvenime naudojamas laikas turi būti suderinamas su Žemės ašinio sukimosi periodu. Dėl to vėl reikia pasitelkti astronominius stebėjimus.

Be to, ką aptarėme, yra ir daugiau praktinės veiklos sričių, kur astronominiai stebėjimai ir tyrimai yra svarbūs.

Mes nesame visiškai izoliuoti nuo Žemę supančios kosminės erdvės. Mūsų artimiausia žvaigždė Sáulė teikia Žemei šilumą ir šviesą. Tačiau kartu iš Saulės sklindantys elektringųjų dalelių ir rentgeno spindulių srautai pasiekia Žemę ir veikia jos magnetinį lauką bei išorinius atmosferos sluoksnius. Šių srautų staigus sustiprėjimas daro reikšmingą įtaką astronautikai ir daugeliui Žemėje vykstančių procesų. Dėl to reikia nuolat stebėti Saulę ir prognozuoti Saulėje įvyksiančius reiškinius.

Kitas poveikis Žemei – meteoritų krỹpčiai. Šimtai tonų įvairaus dydžio meteoritų kasdien nukrinta į Žemę. Dauguma iš jų yra maži ir nekelia pavojaus Žemei. Tačiau, kaip rodo Žemės geologinė praeitis, retkarčiais į ją nukrisdavo ir didelių uolinių meteoritų. Dėl jų kildavo pasaulinio masto katastrofų. Manoma, kad per ilgą mūsų planetos istoriją ne kartą pasikartoję staigūs globalūs klimato, gyvūnijos ir augalijos pokyčiai gali būti susiję su didelių kosminių uolienų kryčiais. Tokios katastrofos pavojus su tam tikra, gal ir maža, tikimybe gresia ir šių laikų civilizacijai. Astronomai vis daugiau skiria dėmesio šiai grėsmei – jie atidžiai stebi dangų siekdami nustatyti arti Žemės skriejančių uolienų trajektorijas ir įvertinti, ar jos nekelia pavojaus Žemei. Tikimasi, kad, laiku pastebėjus pavojų, bus galima sukurti ir panaudoti priemones, galinčias pakeisti kosminės uolienos trajektoriją, ir išvengti katastrofos Žemėje.

Tačiau svarbiausi šiuolaikinės astronomijos tikslai – ištirti ir suprasti fizinę astronominių objektų prigimtį, kilmę bei evoliuciją, taip pat ir visos Visatos sandarą bei raidą. Kitaip tariant, sukurti mokslinį pasaulio vaizdą – Visãtos mòdelį, pagrįstą stebėjimais ir kruopščiai patikrintomis teorijomis.

Iš kitų eksperimentinių mokslų astronomija išsiskiria tuo, kad paprastai astronomai yra pasyvūs stebėtojai ir neturi galimybės atlikti kontroliuojamą fizikinį eksperimentą kaip chemijoje, branduolinėje ar kietojo kūno fizikoje. Tiesa, nedidelių galimybių eksperimentams atsiranda tiriant Saulės sistemos kūnus, pavyzdžiui, į Žemę atgabentų Mėnulio uolienų tyrimai Žemės laboratorijose ar Marso atmosferos ir grunto tyrimai Marso robotų nuotolinėse laboratorijose. Tačiau žinios apie daugumą tiriamųjų objektų pagrįstos pasyviais nuotoliniais stebėjimais ir jų analize. Pagrindinis informacijos šaltinis apie tiriamąjį objektą yra jo skléidžiamos (atspindėtos) elektromagnètinės bañgos. Šiais laikais astronomai turi priemonių tyrinėti astronominius objektus ne tik regimojoje šviesoje, bet ir visuose kituose spektro ruožuose nuo trumpiausių gama ir rentgeno spindulių iki ilgiausių radijo bangų. Kita problema ta, kad laiko intervalas, per kurį buvo kaupiami stebėjimų duomenys, yra nepaprastai mažas, palyginti su astronominiais laiko mastais. Sáulės sistèmos ámžius siekia apie 4,6 milijardo metų, o Visãtos ámžius – apie 13,8 milijardo metų. Tačiau sistemingi vizualieji dangaus šviesulių stebėjimai atliekami gal 3–4 tūkstančius metų, teleskopai dangaus šviesuliams stebėti naudojami kiek daugiau nei 400 metų, o astrofizikinių dangaus šviesulių tyrimų laikotarpis nesiekia ir 200 metų. Todėl astronomų sukaupti stebėjimų duomenys prilygsta mus supančių Visatos objektų momentinei nuotraukai, kurioje tikimasi pamatyti visą Visatos raidos istoriją ir jos ateitį. Vis dėlto XX a. antrojoje pusėje, pasitelkus ištobulintus stebėjimo metodus ir priemones, buvo padaryti stulbinantys atradimai astronomijos srityje. Apie tai ir bus kalbama tolesniuose šios knygos skyriuose.