Kur ritasi pasaulis? Žemės kelionė kosmose

Dabar, kai atsivertėte technologijos.lt puslapį ir šį straipsnį, greičiausiai sėdite priešais kompiuterio ekraną ir niekur nejudate. Bet ar tikrai? Žemės paviršiaus atžvilgiu gal ir nejudate, bet juk Žemė – tik akmenėlis Visatoje. Ir tas akmenėlis lekia kosmoso platybėmis pašėlusiu greičiu. Ir tai nėra tik gerai žinomas Žemės sukimasis aplink savo ašį bei skriejimas orbita aplink Saulę.

O, ne – šie judėjimai tėra tik ledkalnio viršūnė, o likę šimtai kilometrų per sekundę slepiasi gerokai toliau kosmose. Būtent apie tai, kur ir kaip greitai juda Žemė, šįkart jums ir papasakosiu.

Galilėjaus šūksnis, sudaužęs dangiškas sferas

Jei negyvenate šiaurės arba pietų ašigalyje, tai judate net ir Žemės centro atžvilgiu. Mūsų planetos sukimasis aplink savo ašį yra toks įprastas ir gerai žinomas dalykas, kad retai apie jį susimąstome. Na taip, būtent dėl jo dienas keičia naktys, o dangaus skliautas atrodo besisukąs aplink ašį, beveik sutampančią su Šiaurine žvaigžde. Bet taip pat Žemės sukimasis visą planetą suploja per ašigalius ir išpučia ties pusiauju; skirtumas tarp ašigalinio ir pusiaujinio Žemės spindulių siekia apie 20 kilometrų.

O dar sukimasis nulemia didelę Žemės klimato dalį – sukuria milžiniškus oro ir vandens sūkurius vandenynuose, kurie Europos link neša šiltą vandenį, o šaltą Arkties orą prilaiko arti ašigalio. Ir visa tai dėl to, kad Žemė sukasi aplink savo ašį, o vieną ratą apsuka per 23 valandas, 56 minutes ir keturias sekundes; dar beveik 4 minučių prireikia, kad tas pats paviršiaus taškas atsigręžtų į Saulę. Ties pusiauju Žemės paviršius centro atžvilgiu lekia beveik pusės kilometro per sekundę greičiu. Tai yra pusantro karto daugiau, nei garso greitis ore! Gerai, kad visa atmosfera taip pat sukasi, nes kitaip nuolatinė vėtra padarytų didelę Žemės dalį netinkamą gyvenimui. Net ir Lietuva lekia pustrečio šimto metrų per sekundę greičiu.

Suvokimas, kad Žemė sukasi aplink savo ašį, o ne Saulė kasdien apskrieja ratą dangumi aplink Žemę, atėjo dar senovės graikams, tačiau visuotinai priimtas buvo tik Renesanso laikais. Istorinė figūra, dažniausiai siejama su nepajudinamos, Visatos centre esančios Žemės pasaulėvaizdžio sunaikinimu, yra Galilėjo Galilėjus (Galileo Galilei). Šis italas pirmasis ėmė naudoti teleskopą astronominiams stebėjimams ir taip patvirtino anksčiau lenko Nikolajaus Koperniko (Nicolaus Copernicus) iškeltą idėją apie tai, kad Saulė, o ne Žemė yra mūsų planetinės sistemos centras. Pasakojama, jog inkvizicijos priverstas atsisakyti šių teiginių, jis tą padarė, bet sušuko „Ir vis tik ji juda!“ („Eppur si muove!“), turėdamas omeny besisukančią Žemę. Neaišku, kiek šioje istorijoje yra tiesos, bet toks šūkis įkūnija visą XVII amžiaus astronomijos mokslo revoliuciją.

Netrukus po Galilėjaus mūsų supratimą apie Saulės sistemą praplėtė vokietis Johanesas Kepleris (Johannes Kepler). Jo atrasti trys planetų judėjimo dėsniai labai paprastai paaiškino įvairiausias regimąsias planetų trajektorijas danguje ir vėliau padėjo Niutonui suformuluoti visuotinį gravitacijos dėsnį. Naudodami šiuos pastebėjimus ir pasitelkę šiandieninę matematiką, galime nesunkiai apskaičiuoti ir greitį, kuriuo įvairios planetos skrieja erdve aplink Saulę. Žemė savo orbita skuba net 30-ies kilometrų per sekundę greičiu, kone trigubai greičiau, nei reikėtų įsibėgėti, norint pabėgti nuo tos pačios Žemės traukos ir dvigubai greičiau, nei Saulės sistemos pakraštyje tolyn į kosminę erdvę braunasi zondai „Voyager“.

Tačiau Žemės sukimosi aplink Saulę greitis yra toli gražu ne didžiausias Saulės sistemoje, o palyginus su orbitiniais kai kurių egzoplanetų greičiais yra išvis menkutis. Kuo arčiau kūnas prie Saulės, tuo greičiau turi skristi, kad išsilaikytų orbitoje ir nenukristų tiesiai į žvaigždę. Merkurijaus vidutinis orbitinis greitis siekia 50 km/s. Kitų žvaigždžių sistemose aptikta planetų, nuo savo žvaigždžių nutolusių kur kas mažiau, nei Merkurijus nuo Saulės.

Greičiausiai savo žvaigždę apskrieja planeta CoRoT-7b, kurios metai trunka vos kiek daugiau nei 20 žemietiškų valandų. Ji savo orbita zuja net 215 km/s greičiu, septyniskart sparčiau, nei Žemė. Jei mūsų planetai kas suteiktų tokį greitį, tai nuo Saulės imtume tolti kone tiesia linija, o per keletą metų žvaigždė maitintoja taptų tik blausiu taškeliu amžinai tamsiame dangaus skliaute.

Ratai Galaktikos vandenyne

Užteks kalbėti apie judėjimą aplink Saulę, einame prie greitesnio. Visa Saulės sistema, kaip ir kitos žvaigždės, esančios Paukščių Tako diske, juda beveik ratu aplink Galaktikos centrą. Panašiai kaip planetos, jei nesisuktų, nukristų į Saulę, taip ir žvaigždės, jei nustotų suktis, imtų kristi Galaktikos centro link. Tačiau analogijos tarp galaktikos ir Saulės sistemos per daug išplėsti nedera, mat egzistuoja esminis skirtumas tarp šių sistemų dinamikos. Saulės (ir bet kokios kitos žvaigždės) sistemos masės didžioji dalis yra sutelkta žvaigždėje; planetos juda beveik nepriklausomai viena nuo kitos, valdomos kone vien tik Saulės traukos. Galaktikos masė, priešingai, susideda iš žvaigždžių, dujų ir tamsiosios materijos.

Centre esanti juodoji skylė, nors ir supermasyvi, yra tik mažytė visos galaktikos dalelė; mūsų Paukščių take jos tiesioginė gravitacinė įtaka baigiasi vos už poros parsekų, o toliau esančių objektų judėjimą nulemia plačiai pasklidusios medžiagos pasiskirstymas. Įvairus pasiskirstymas leidžia atsirasti ir labai keistoms žvaigždžių orbitoms; pavyzdžiui, nemažai galaktikų turi skerses – pailgas struktūras, kuriose žvaigždės juda trajektorijomis, primenančiomis bananus ar stilizuotas žuvytes.

Tačiau Saulei toks keistas judėjimas negresia. Toli nuo centrinės Galaktikos dalies, žvaigždžių ir dujų diske, beveik visos orbitos yra labai artimos apskritimams. Išmatavę daugelio artimų žvaigždžių greičius Saulės atžvilgiu ir palyginę juos su regimuoju Galaktikos centro judėjimu, randame, jog vidutinis disko sukimosi greitis Saulės aplinkoje yra 220 kilometrų per sekundę. Šis greitis vadinamas vietiniu rimties standartu (angl. Local standard of rest). Jo vektorius nukreiptas Galaktikos plokštumos kryptimi statmenai linijai, jungiančiai mus ir Galaktikos centrą; vos vienu laipsniu nuo šios krypties nutolusi žvaigždė Denebas, Gulbės žvaigždyno ryškiausias šviesulys, žymintis gulbės uodegą.

Skirtingose Galaktikos disko vietose vidutinis žvaigždžių judėjimo greitis yra skirtingas. Saulės aplinkoje, nuo keturių iki dešimties kiloparsekų nuotoliu nuo Galaktikos centro, jis svyruoja tarp 210 ir 240 km/s, bet trijų kiloparsekų atstumu sumažėja iki mažiau nei dviejų šimtų, o dar arčiau, likusi vos kiloparsekui iki centro, šauna į viršų iki 260-ies. Tokius svyravimus nulemia jau minėtas netolygus medžiagos pasiskirstymas Galaktikos diske ir jo aplinkoje. Dar mažesniu atstumu nuo centro greitis sparčiai mažėja, kol prie pat centro žvaigždžių judėjimo jau nebegalima vadinti sukimusi. Centriniuose galaktikų telkiniuose sukimasis retai būna reikšmingas, todėl juose įvardijama greičių sklaida – statistiškai tipinė absoliuti judėjimo greičio vertė, nepriklausanti nuo trajektorijos.

Grafikas ir sąryšis, nusakantys žvaigždžių ar dujų sukimosi greičio priklausomybę nuo atstumo iki galaktikos centro, vadinami galaktikos sukimosi kreive. Sukimosi kreivė leidžia nustatyti, kiek masės sutelkta arčiau galaktikos centro, nei nagrinėjamas taškas, ir taip apskaičiuoti galaktikos tankio profilį (tankio priklausomybę nuo atstumo). Naudodamasis panašiais skaičiavimais dar ketvirtajame praeito amžiaus dešimtmetyje olandas Janas Ortas (Jan Oort) nustatė, jog Paukščių Tako dalyje, esančioje arčiau centro, nei Saulė, „trūksta“ maždaug pusės masės, t. y. ją sudaro kažkokia nematoma medžiaga. Vėliau, jau aštuntajame dešimtmetyje, kitų galaktikų sukimosi kreivių matavimai tapo vienu iš pirmųjų eksperimentinių tamsiosios materijos egzistavimo įrodymų.

Kiekvienos konkrečios žvaigždės judėjimo greitis ir kryptis nesutampa su vidutiniu aplinkos greičiu. Saulė – ne išimtis: greta vietinio rimties standarto turime dar ir savitąjį Saulės judėjimo greitį. Tai yra greitis, kuriuo Saulė juda vietinio rimties standarto atžvilgiu; jo dydis siekia apie 16 km/s, o kryptis, vadinama Saulės apeksu, yra nukreipta apytikriai į Vegą, esančią Lyros žvaigždyne. Ši kryptis, laikui bėgant, taip pat kinta; mat Saulė svyruoja aukštyn-žemyn Galaktikos plokštumos atžvilgiu; šiuo metu ji yra pora dešimčių parsekų aukščiau plokštumos ir vis dar tolsta nuo jos, bet ateityje apsisuks ir grįš atgal.

Ką judėjimas Galaktikoje reiškia Žemei? Visų pirma, bėgant laikui, keičiasi žvaigždžių padėtys danguje ir žvaigždynai. Net per šimtą tūkstančių metų kai kurie žvaigždynai gali tapti neatpažįstami, o ką kalbėti apie milijonus? Dinozaurai žiūrėjo į visiškai kitokį dangų, nei matome mes, o tolimi mūsų palikuonys, jei dar gyvens Žemėje, vėl jį matys kitokį. T

aip pat kintanti aplinka gali pakeisti sąlygas ir Žemėje: įskridus į kosminių dulkių debesį, gali pritemti Saulė ir prasidėti milžiniškas ledynmetis, o pakilus aukštai virš Galaktikos disko per Saulės sistemą gali nuvilnyti pražūtingų kosminių spindulių bangos iš tarpgalaktinės erdvės. Apie šiuos ir kitus poveikius, kuriuos Žemė patiria kosminės odisėjos metu, technologijos.lt rašė prieš kiek daugiau nei pusmetį; rekomenduoju perskaityti tą straipsnį, o pats, daug nesiplėsdamas, pereisiu prie dar didesnių, tarpgalaktinių mastelių.

Andromedos ir Paukščių Tako šokis

Visas Paukščių Takas, su jame besisukančia Saule ir kitomis žvaigždėmis, taip pat nestovi vietoje. Jis artėja prie kitos didelės galaktikos, Andromedos, maždaug pusantro šimto kilometrų per sekundę greičiu (tikslų greitį nustatyti labai sudėtinga, todėl jo įverčių galima rasti skirtingų – nuo šimto iki trijų šimtų ar net daugiau kilometrų per sekundę).

Arba, iš kitos pusės pažiūrėjus, Andromeda artėja prie mūsų. Šios dvi galaktikos yra didžiausios narės Vietinėje galaktikų grupėje. Dar viena galaktika, vadinama Trikampiu pagal žvaigždyną, kuriame yra matoma, taip pat laikoma kone lygiaverte Vietinės grupės nare. Kitos narės – šių galaktikų palydovai; ir Paukščių Takas, ir Andromeda jų turi maždaug po 20. Paukščių Tako palydovai sukasi aplink mūsų Galaktiką, tačiau sąveikaudami su retų dujų halu po truputį artėja prie jos centro; analogiškai juda ir Andromedos palydovai.

Tolimoje ateityje, po keleto milijardų metų, Paukščių Takas ir Andromeda susilies į vieną galaktiką. Beveik neabejojama, kad po susiliejimo užgimusi galaktika bus elipsinė, kaip ir kiti žinomi didelių susiliejimų rezultatai. Palydovinės galaktikos taip pat po truputį nukris į vieną iš dabartinių arba jau naująją galaktiką, kol galiausiai Vietinė grupė taps vienu žvaigždžių telkiniu, dar didesniu, nei jos narės yra dabar.

Kalbėdamas apie Paukščių Tako ir Andromedos judėjimą, specialiai paminėjau, jog jį galima vertinti kaip bet kurios vienos galaktikos judėjimą kitos link. Nors reliatyvumo teorija mums sako, jog absoliutus judėjimas neegzistuoja, visgi kalbant apie Žemės ir Saulės judėjimą viena kitos atžvilgiu, nesunku nuspręsti, jog logiškesnė atskaitos sistema būtų tokia, kurioje nejuda Saulė, nei tokia, kurioje Žemė stovi vietoje, o Saulė sukasi aplink ją. Taip pat ir Saulės judėjimas aplink Galaktikos centrą atrodo logiškiau, nei atvirkščias procesas. Tačiau išėję už Galaktikos ribų, tokių akivaizdžių orientyrų nebetenkame. Tad kaip nustatyti, kas juda, o kas nejuda?
Galima ieškoti struktūrų, žymiai masyvesnių už Paukščių Taką. Tokių objektų gravitacija turėtų dominuoti labai didelėje erdvės dalyje bei galbūt paveikti ir Galaktikos judėjimą. Visa Vietinė grupė yra Mergelės galaktikų superspiečiaus dalis, tačiau nepriklauso jokiam spiečiui. Superspiečius yra daugybės galaktikų spiečių ir grupių telkinys; jame spiečiai juda keleto šimtų kilometrų per sekundę greičiu įvairiomis trajektorijomis bendrame gravitaciniame lauke, panašiai kaip žvaigždės galaktikos centriniame telkinyje. Bet stebėjimai rodo, kad didžiausią Paukščių Tako greičio komponentę nulemia ne Mergelės superspiečius.

Tamsusis srautas mikrobangų jūroje

Dar aštuntajame praeito amžiaus dešimtmetyje nustatyta, jog kitos galaktikos, gravitaciškai nesusietos su Paukščių Taku, nuo mūsų tolsta ne visomis kryptimis vienodai. Viena galima tokio judėjimo interpretacija – netolygus Visatos plėtimasis. Tačiau jei paaiškėtų, kad taip ir yra, tai būtų didelis smūgis visam supratimui apie kosmologiją. Kodėl? Todėl, kad jis remiasi vadinamuoju kosmologiniu, arba Koperniko, principu: dideliais masteliais Visata yra vienoda visose vietose (homogeniška) ir visomis kryptimis (izotropiška). Jei nelieka nors vienos iš šių dviejų savybių, tampa nebeįmanoma apskaičiuoti Visatos plėtimosi be labai sudėtingų skaitmeninių modelių.

Daugiau Visatos plėtimosi netolygumo įrodymų rasta nebuvo, taigi ši keistenybė didelės krizės kosmologijoje nesukėlė. Be to, maždaug po dešimtmečio pavyko nustatyti, kad labai tolimos galaktikos visgi tolsta visomis kryptimis tolygiai, taigi anomalija yra tik vietinė. Apskaičiuota, jog stebimą efektą galėtų sukelti dešimt tūkstančių kartų už Paukščių Taką masyvesnis galaktikų spiečius, esantis apie 50 megaparsekų nuotoliu Kentauro žvaigždyno kryptimi. Visos galaktikos ir jų spiečiai, nutolę nuo šio „Didžiojo traukiko“ (angl. Great Attractor) per 50 ir mažiau megaparsekų, būtų traukiami jo link; taip Paukščių Takas įgytų 600 kilometrų per sekundę greitį, dėl kurio ir matomas netolygus galaktikų judėjimas aplinkinėje Visatoje.

Tuo metu apskaičiuotoje vietoje jokio panašaus spiečiaus nebuvo žinoma, nes jei jis ir egzistuotų, tai būtų pasislėpęs už Paukščių Tako galaktikos plokštumos, pro kurios dujas ir dulkes įžvelgti tolimas galaktikas yra ypatingai sunku. Visgi net ir nekreipiant dėmesio į stebėjimų trūkumą, hipotetinis superspiečius kėlė problemų kosmologams – jo santykinai didelė masė (dešimt kartų didesnė už Mergelės superspiečiaus ir kitų žinomų galaktikų superspiečių) ir santykinis artumas reikštų, kad Visatoje turėtų būti daug panašių ypatingai masyvių struktūrų. Jei jų tikrai yra tiek daug, tai kodėl mes jų nematome? Ar tai galėtų būti tik tamsiosios materijos telkiniai, kuriuose dėl kokių nors priežasčių švytinčios galaktikos nesusiformavo?

Paslaptis išsklaidyta 2005-aisiais metais, kai rentgeno spindulių teleskopais pavyko nustatyti galaktikų spiečių, uždengtų Galaktikos disko plokštumos, padėtis, dydžius ir mases. Paaiškėjo, kad Didžiojo traukiko vietoje esantis Kampainio spiečius yra tikrai didžiulis, tačiau toli gražu nesiekia masės, reikalingos anomalijai paaiškinti. Kampainio spiečiaus masė yra maždaug lygi viso Mergelės superspiečiaus masei, bet tokia masė paaiškina tik mažiau nei pusę Paukščių Tako judėjimo ta kryptimi greičio. Tačiau nustatyta, jog šešis kartus toliau esantis Šaplio superspiečius (Shapley Supercluster), atrastas dar 1930-aisiais metais, yra masyviausias superspiečius regimojoje Visatoje; jo masė bent du, o greičiausiai net 10 kartų viršija Mergelės superspiečiaus masę.

Tokiu atstumu esantis ypatingai masyvus galaktikų telkinys jau nebekelia tokio didelio galvos skausmo astronomams, kaip Didysis traukikas, tačiau jis vis dar negali paaiškinti Paukščių Tako judėjimo. Mat nors ir būdamas dešimt kartų masyvesnis už kitus, Šaplio superspiečius yra pernelyg toli; jo trauka mus veikia netgi mažiau, nei Kampainio spiečiaus. Taigi ta pačia kryptimi, kuria matome Kampainio ir Šaplio (super)spiečius, turi būti ir dar kažkas panašiai masyvus arba net masyvesnis, bet nematomas. Atrodo, jog vėl grįžtame prie pradinės problemos, jog Visatos plėtimasis net ir didžiausiais masteliais tampa netolygus.

Ar galima dar kažką pasakyti apie šią Žemės judėjimo Visatoje dalį? Pasirodo, galima. Galime nustatyti Paukščių Tako ir Vietinės galaktikų grupės judėjimo greitį kosminės foninės mikrobangų spinduliuotės atžvilgiu. Ši spinduliuotė yra Visatos jaunystės atspindys, o jos temperatūra visomis kryptimis beveik tiksliai vienoda. Taigi bet koks aiškus nukrypimas nuo vidurkio – aukštesnė temperatūra vienoje pusėje ir žemesnė priešingoje (panašūs reiškiniai, „pamauti“ ant vienos ašies, vadinami dipoliais) – reiškia ir Žemės judėjimą aukštesnės temperatūros kryptimi. Mat jei Žemė juda foninės spinduliuotės fotonų link, dėl Doplerio poslinkio mus pasiekiančių fotonų energija, taigi ir temperatūra, padidėja. Šitaip dar tame pačiame aštuntajame dešimtmetyje nustatyta, jog Vietinė galaktikų grupė foninės spinduliuotės atžvilgiu juda; turbūt nekeista, kad juda ta pačia Didžiojo traukiko kryptimi.

Tačiau judėjimo greitį nustatyti sunkiau; pirmieji įvertinimai rodė, kad tas judėjimas siekia 300 km/s, t. y. yra panašus į Paukščių Tako ir Andromedos tarpusavio judėjimo greitį bei Vietinės grupės judėjimą Mergelės superspiečiuje.

Visgi vėliau buvo atrasta, kad šis greitis, berods, yra didesnis, siekiantis net 600 km/s. Ir dar nustatyta, kad tokiu greičiu foninės spinduliuotės atžvilgiu ta pačia kryptimi juda ne tik Vietinė galaktikų grupė, bet didžioji dalis spiečių visoje regimojoje Visatoje. Judėjimas pavadintas „Tamsiąja tėkme“ (angl. Dark Flow), o jį sukeliantis šaltinis, jei toks yra, turėtų būti kažkur už regimosios Visatos ribų. Iškelta hipotezė, kad toks judėjimas galėtų būti labai ankstyvos Visatos laikų reliktas, kai du medžiagos telkiniai ėmė artėti vienas prie kito, bet vėliau juos atskyrė Visatos plėtimasis. Iš kitos pusės, nemažai astronomų abejoja netgi pačios tėkmės egzistavimu – teigiama, kad rezultatas nėra statistiškai reikšmingas, arba kad jis aptiktas tik padarius metodinių klaidų analizuojant duomenis. Galutinis taškas šiame ginče dar nepadėtas.

Į pakraštį Visatos nukeliavus

Iš visų šių dedamųjų – planetos sukimosi, skriejimo aplink Saulę, Saulės judėjimo Galaktikoje, Paukščių Tako ir Andromedos artėjimo susidūrimo link, visos galaktikų grupės slinkimo foninės spinduliuotės atžvilgiu – susideda keleto šimtų, o gal net ir tūkstančio kilometrų per sekundę greitis. Per tą pusvalandį, kurį užtrukote skaitydami straipsnį, nulėkėme daugiau nei milijoną kilometrų, trigubai toliau, nei atstumas nuo Žemės iki Mėnulio. Savaime suprantama, galaktikų judėjimas mums praktikoje nieko nereiškia, net ir Saulės judėjimas Galaktikoje pastebimas tik geologiniuose kloduose. Tačiau sužinoti, kur link ir kaip ritasi mūsų Žemelė juk smagu, ar ne?


Šiame straipsnyje: žemėpasaulisvisataįdomu

NAUJAUSI KOMENTARAI

super

super  portretas
realu, bet vistiek fantastika
VISI KOMENTARAI 1
  • Skelbimai
  • Pranešk
    naujieną
  • Portalo
    svečias
  • Klausk
    specialisto
  • Diskusijos
  • Orai
  • TV
    programa
  • Pažintys
  • Žaidimai
  • Horoskopai
  • Naujienlaiskis
  • RSS
  • Facebook
  • Twitter

Galerijos

Daugiau straipsnių