Kometi

Ljudi cijeloga svijeta od pradavnih vremena vjeruju da kometi donose nesreću. Dok astrolozi na osnovi položaja planeta u vrijeme rođenja nekog čovjeka tumače njegove osobine i proriču čak i sudbinu, p-java kometa obavezno se dovodi u vezu sa strašnim katastrofama. Uzmimo kao primjer Halleyev komet. Pojavu tog kometa 66. god. n. e. Rimljani su smatrali glasnikom Neronove smrti, a židovi su vjerovali da predstoji propast Jeruzalema. 1066. god. je ovaj komet predstavljao loš znak za Engleze u bici kod Hastinga. Godine 1453. ga dovode u vezu s turskim osvajanjem Konstantinopola. I rimski zapisi također govore o zvijezdama repaticama. Tako je, primjerice, komet koji se pojavio nakon martovskih ida 44. god. predskazao ubojstvo Julija Cezara.

Cijeli srednji vijek je prožet strahom od Halleyevog kometa, kao zlokobnog predznaka prijeteće epidemije, poplave ili rata, pa čak i Sudnjeg dana. Kometi su zasigurno najnepredvidIjivija nebeska tijela Sunčevog sustava. Sastoje se od tankog sloja leda i prašine, promjera nekoliko kilometara, a čim dođu u blizinu Sunca, vuku za sobom dugi rep, koji se sastoji od svijetleće prašine i plinova. Neki uranjaju u središte Sunčevog sustava, presijecaju putanje planeta, kruže oko Sunca, a zatim zauvijek nestaju u beskrajnim daljinama svemira. Drugi pak, poput Halleyevog kometa i onih koje vidimo sa Zemlje, redovito dospijevaju u gravitacijsko polje Sunca i planeta. Rep kometa nastaje kada se to tijelo, koje astronomi često nazivaju »prljavom grudom snijega«, jer se sastoji od leda i prašine, toliko približi Suncu da se led počinje otapati. Komet tada gubi cijeli roj čestica prašine, vidljiv u obliku usijanog repa koji može doseći duljinu i od više milijuna kilometara. Materija u repu je samo dio jedva prepoznatIjive »glave kometa«. Ali čak i mali komet može imati prelijepi rep, dugačak ponekad jednu astronomsku jedinicu. Na Sunčevom vjetru takav rep je igra najrazličitijih boja i oblika nezamislive ljepote: rep može izgledati poput vila, zavijenog roga, mača, ostvi ili srpa. Boje su od tamnoplave do tamnocrvene.

Zvijezde repatice svojom ljepotom oduzimaju dah i zadivljuju. Objektivno gledano, ta tijela su sve drugo samo ne zastrašujuća. Osim toga ne postoje nikakvi povijesno opravdani dokazi da su one izazivale katastrofe. Zašto su ih se ljudi, dakle, toliko plašili ? Već je Shakespeare pisao o tim sudbonosnim »kometima, koji mijenjaju vrijeme i postojanje«. Godine 1858. su se očevici kometa Donati uspaničili vjerujući da je došao kraj svijeta. Taj pretjerani strah najlakše je objasniti kao praznovjerje nastalo iz neznanja. A možda taj strah potječe još iz vremena kad kometi i nisu bili tako bezazleni kao danas.

Crna rupa

Postojanje crne rupe bi moglo opovrći sve što znamo o realnom svijetu: ona svojom velikom gustoćom izobličava vrijeme i prostor, a možda je i karika koja bi nas mogla povezati s nekim drugim univerzumom.
Crna rupa je otvor u svemiru koji je zbog kolapsa gravitacije nastao u univerzumu; zona koja guta materiju i iz koje ništa ne može izići, pa čak ni svjetlo. U crnoj rupi ne postoje prostorne dimenzije gore ili dolje, desno ili lijevo. Vrijeme i prostor se pretaču jedno u drugo. Vrijeme na Zemlji nezadrživo teče. Kad bi neki astronaut pao u crnu rupu, beskonačnost bi ga usisala i on bi bio istrgnut iz realnog postojanja. Oko crne rupe postoji žlijeb promjera nekoliko kilometara u kojem nema prostorne dimenzije. Ovdje je gravitacija jača nego bilo gdje u svemiru. Ništa ne može umaknuti njezinoj velikoj sili. Za teoriju o crnim rupama kao i za dokaz njihova postojanja možemo zahvaliti istraživanjima dvadesetog stoljeća.

No, glavni izvor za istraživanje crnih rupa je Einsteinova teorija relativnosti. U svojoj »Općoj teoriji relativnosti« (1916) on Newtonovu teoriju gravitacije zamjenjuje sasvim novom tezom o »zakrivljenju« prostora i vremena. Mjerenja i eksperimenti koji su uslijedili potvrdili su Einsteinovu zamisao i pružili još jedan dokaz za postojanje crnih rupa. Astronomi su sada vjerovali da na osnovi Einsteinove predodžbe o svemiru mogu izračunati put u crnu rupu. Nekoliko mjeseci nakon objavljivanja teorije relativnosti njemački astronom Karl Schwarzschild je na osnovi Einsteinove jednadžbe opisao crnu rupu. Ali u to vrijeme još nitko nije mogao zamisliti tako snažnu gravitaciju o kakvoj je govorio Schwarzschild. Njegovi proračuni su pali u zaborav. No, 1939. su američki fizičari J. Robert Oppenheimer (»otac atomske bombe«) i H. Snyder zaključili da crna rupa nastaje prilikom implozije neke zvijezde. Postojanje crnih rupa se još uvijek nije shvaćalo. Kako bi bilo moguće otkriti male crne objekte na udaljenosti od nekoliko milijuna kilometara ? Teorija o crnim rupama dosegla je mrtvu točku. No, onda su 60-tih i 70-tih godina uz pomoć novih instrumenata radio-astronomije na krajnjem rubu univer-zuma otkriveni čudni objekti koji su iz temelja preokrenuli dotadašnje znanstvene spoznaje. Znanstvenici su se sada ponovno sjetili sporne crne rupe.
Rentgenskim zrakama su otkrivena tijela koja su zadržavala svjetlo i imala visoko zračenje. Sama crna rupa, doduše, ne može zračiti, ali privlači plinove koji se gibaju oko otvora prije nego što ih usiše. Plin se uslijed blizine crne rupe zagrijava i uz pomoć te energije nastaje zračenje. Neki izvori zračenja vjerojatno imaju crne rupe, koje susjednoj zvijezdi oduzimaju plin. Te kvazi zvijezde se smatraju divovskim rupama koje love plin u centru cijele zvjezdane galaksije. Schwarzschild je vjerovao da su crne rupe statična nebeska tijela. No, činjenica je da sve prave zvijezde rotiraju i da bi se nakon pretvaranja u crnu rupu morale okretati još brže.

Postojanje crnih rupa je dokazano. A zvijezde nisu vječne, nego na kraju svog postojanja kolapsiraju u crnu rupu.

Rođenje zvijezde

Da bismo mogli razumjeti taj proces, moramo se vratiti na teorije o nastanku zvijezda. Ogromni oblaci plina se oblikuju svojom vlastitom silom teže. U središtu je plin toliko gust da se raspada na komade od kojih nastaju zvijezde. Na taj način nastaje skupina različito velikih nebeskih tijela koja mogu imati masu od deset tisućinki mase Sunca, ali i do 100 puta veću od našeg planeta. Nova zvijezda ponajprije će obasjati okolni oblak plina (nebula) kao npr. Orionova maglica. S vremenom se taj oblak plina razvuče i skupina se raspada u pojedine zvijezde. Tako je npr. Zemlja nastala prije otprilike 4,6 milijardi godina. U središtu zvijezde se odvijaju nuklearni procesi, u kojima se vodik pretvara u helij, baš kao kod hidrogenske bombe.

Energija koja se u tom procesu oslobađa obasjava nebesko tijelo. S vremenom na mjesto vodika dolazi istrošeni helij. Jezgro gasne dok vanjski omotač poprima i do sto puta veći opseg od prvobitnog. Zvijezda samo kratko vrijeme zadržava takve dimenzije. Kasnije se višak plina osl-bađa u obliku prekrasne »planetarne« maglice, koja je svoj naziv dobila zato što promatrana teleskopom nalikuje disku planeta, dok se jezgra pretvara u manju zvijezdu velike gustoće, »bijeli patuljak«. Bijeli patuljci su vrlo male zvijezde, otprilike kao Zemlja, a sastoje se od plina koji je nekoliko milijuna puta gušći od vode. Veće zvijezde imaju kraći životni vijek, budući da brže troše svoj vodik. A i njihova sudbina je burnija od one »crvenih divova«. U središtu teške zvijezde helij se može vezati i u neke druge elemente, npr. u ugljik,
silicij i željezo. Ali ni ti elementi ne postoje vječno. Oni sudjeluju u eksploziji supernove, koja doseže milijardu puta veći sjaj od Sunca. Dok vanjski slojevi eksplodiraju u svemir, u jezgri dolazi do »gravitacijskog kolapsa«. Subatomske čestice (elektroni i protoni) se u jezgri spajaju u neutrone. Budući da su oni mnogo manji od atoma, novonastale neutronske zvijezde nemaju veličinu »bijelih patuljaka«. Promjer takve zvijezde je manji od 25 kilometara, ali njezina gustoća je toliko velika da je svaka njezina čestica teška i do nekoliko milijuna tona. Mnoge neutronske zvijezde se okreću vrlo brzo i odašilju radio-valove. Kada radio-teleskopi uhvate te valove, zvijezde se pojavljuju u obliku »bljeskova« ili »impulsa«. Te svjetlucajuće neutronske zvijezde ili pulsare astronomi su otkrili 1967. godine u Cambridgeu.

Pojednostavljena teorija relativnosti

Pretpostavimo da letite u avionu koji se giba brzinom od 800 km/h, a ususret vam dolazi drugi avion koji se giba istom brzi-nom. Koliko vremena će vam trebati da se približite jedan drugome? Drugim riječima : kolika je vaša relativna brzina ? Dovoljno je da zbrojimo brzine i dobit ćemo rezultat od 1.600 km/h. A sad pretpostavimo da se nalazite u svemirskom brodu koji se s 0,75 brzine svjetlosti približava nekoj zvijezdi. Kojom brzinom stiže do vas svjetlost zvijezde? Na prvi pogled bi se navela brzina dobivena zbrajanjem brzine svjetlosti i brzine broda, a to je 1,75 brzine svjetlosti. U stvarnosti je pak ta brzina opet samo brzina svjetlosti, to jest 300.000 km/s.

Taj naizgled paradoksalni rezultat objašnjava Einsteinova specijalna teorija relativnosti iz 1905. god. Ona kazuje da je brzina svjetlosti konstantna, neovisno o brzini izvora svjetlosti, odnosno brzini kojom mu se približavamo. Kazaljke na satovima se sporije pomiču. No, s povećanjem brzine se ne usporavaju samo satovi, već i vrijeme stvarno sporije prolazi. Kad bi se svemirski brod gibao dovoljno velikom brzinom, moglo bi se dogoditi da na Zemlji prođe nekoliko godina, dok bi put u svemirskom brodu trajao tek nekoliko mjeseci. Tako bi teoretski bilo moguće da roditelji postanu mlađi od vlastite djece. U specijalnoj teoriji relativnosti Einstein govori o svom poimanju prostora i vremena te uz tri poznate prostorne dimenzije uvodi novu vremensku dimenziju pa sve zajedno naziva »prostor-vrijeme«. Ta nova četverodimenzionalnost igra važnu ulogu u njegovoj teoriji gravitacije.

Einstein je 1915. god. objavio opću teoriju relativnosti, u kojoj se gravitacija ne definira kao privlačna sila između dvaju tijela, već kao sastavni dio prostora i vremena. Zamislimo elastičnu gumenu površinu razapetu preko drvenog okvira. Na njoj leže lopte različite veličine i težine. Svaka će utonuti u strunjaču ovisno o svojoj veličini i težini. Ako strunjačom zakotrljamo manju loptu, nju će privući jedna od težih lopti, u čije će se udubljenje ukotrljati. To je princip teorije relativnosti: Materija zakrivljuje prostor-vrijeme, koje sa svoje strane isto tako utječe na ponašanje materije. Prostor-vrijeme je u principu ravno, no u blizini većih masa se zakrivljuje i ne utječe tako samo na gibanje manjih masa, već i na vrijeme.

Opća teorija relativnosti kazuje da povećanjem gravitacije i vrijeme sporije prolazi. Znanstvenici su 1960. god. izradili jedan vrlo točan sat koji je potvrdio Einsteinovu teoriju. Ako uzmemo dva identična sata, uskladimo njihove kazaljke i jedan stavimo u prizemlje, a drugi na najviši kat nebodera, opazit ćemo da se kazaljke sata na najvišem katu sporije pomiču, jer je njegovo prostorno-vremensko područje jače zakrivljeno zbog gravitacije. Zamislimo da smo na onu gumenu plohu stavili malenu, ali vrlo tešku kuglicu, tako da se guma može uleknuti do krajnjih granica, ali da se pritom ne razdere. To je sva tajna crne rupe.

“Faeton” – nestali planet

Između Marsa i Jupitera se nalazi pojas asteroida koji se sastoji od tisuća i tisuća komada stijenja i metala. Najveći asteroid je Ceres promjera 1.000 km, što je oko 1/12 promjera i 1/2000 težine Zemlje. Ostali asteroidi su mnogo manji, neki nisu veći od krupnijeg zrna pijeska. Od dana kada su otkriveni asteroidi, nameće se jedno pitanje: jesu li to ostaci planeta koji je nestao u eksploziji?

Povijest asteroida je počela još mnogo godina prije njihova otkrića. Njemački mate-matičar Johann Titius je 1766. god. opazio određenu matematičku pravilnost u udaljenosti planeta od Sunca. Ta otkrića je nakon kratkog vremena objavio Johann Bode, a ona su postala poznata pod nazivom Titius-Bodeov zakon. Zakon kazuje sljedeće: redoslijedu brojeva 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96 svaki je broj, osim prva dva, dvostruko veći od prethodnoga. Ako svakom broju dodamo 4, dobivamo re-doslijed brojeva 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100. Ako pretpostavimo da je udaljenost Zemlje od Sunca označena brojem 10, onda ostali brojevi u nizu označavaju udaljenost ostalih planeta od Sunca. Udaljenost Merkura i V-nere je označena brojem 4, odnosno 7, Marsa brojem 15 (po Titius-Bodeovom zakonu blizu broja 16), Jupitera brojem 52, a Saturna 95 (blizu 100). No, ni jednomu planetu ne pripada broj 28 između Marsa i Jupitera, koji predvida Titius-Bodeov zakon.

U njemačkom gradu Lilienthalu se 1800. god. sastala grupa astronoma s namjerom da otpočnu potragu za izgubljenim planetom. Svaki astronom je trebao istražiti određeno područje, ali i prije negd što se ta sarnozvana »nebeska policija« dala na posao, sicilijanski astronom Giuseppe Piazzi je objavio đa je 1. siječnja 1801. god. slučajno otkrio traženi planet. Novom planetu je dao ime »Ceres«: Ceres je bio mnogo manji od ostalih planeta i nije bio vidIjiv prostim okom. Od zvijezde se razlikovao jedino po tome što se gibao, a njegova putanja je odgovarala putanji planeta za kojim se tragalo.

Godinu dana kasnije je jedan astronom iz grupe ponovno opazio Ceres, no pritom je otkrio još jedan minijaturni planet u obliku svijetle točke, koji je između Marsa i Jupitera kružio oko Sunca. Otkrivač Heinrich Olbers je novom nebeskom tijelu dao ime »Pallas«. Po njegovu mišljenju je postojao samo jedan razlog da su se ta dva planeta nalazila na mjestu gdje su Titius i Bode predvidjeli postojanje planeta: na tome mjestu je nekad postojao planet koji je nestao u eksploziji. Uvođenjem fotografije u istraživanje zvijezda u kratkom vremenu je otkriveno mnogo novih asteroida. Pri snimanju se biralo dugo vrijeme osvjetljenja, zbog čega su asteroidi u pokretu izgledali poput svijetlih mrlja, za razliku od nepokretnih zvijezda, koje su se vidjele kao svijetle točke. Danas je poznato oko 2.000 asteroida, ali njihov broj se procjenjuje na najmanje 100.000 samo u pojasu između Jupitera i Marsa.

Jesu li asteroidi ostaci planeta koji je nestao u eksploziji ? O tome se mnogo raspravljalo i jedna teorija kaže da su asteroidi gradivni elementi iz kojih bi tek trebao nastati planet, a druga da su to ostaci planeta koji je nestao u katastrofi. Postoji i mišljenje da se planet sudario s Jupiterom ili da ga je pogodio neki komet.

Sergej Orlov je nestalom planetu dao ime »Faeton«, po mitskom biću, sinu grčkog boga Sunca, koji je kako kaže priča, tako neobuzdano upravljao kolima svojega oca da se Zemlja usijala. Neke teorije tvrde da je Faeton prije ekplozije bio planet sličan zemlji na kojem su vladali idealni uvjeti za život. Čak se ide i dalje i tvrdi da je taj planet bio dom napredne civilizacije koja nas je posjećivala u antičko doba, te je nekoliko generacija Faetonaca ostalo živjet na Zemlji.

Temperatura sunca

Astronomi smatraju da temperatura u središtu Sunca iznosi 15 milijuna stupnjeva Kelvina. Njihovi suparnici, atomski fizičari, misle da je to preniska temperatura da bi mogla prouzročiti takvu reakciju. S vremenom su se atomski fizičari uvjerili u nepotpunost svojih teorija. Po nepotvrđenim pretpostavkama bi u unutrašnjosti Sunca fuzija bila moguća i pri nižim temperaturama. U jeku tih nedokazanih pretpostavki napravljena je hidrogenska bomba i sagrađene Sunčeve peći.

Danas se nuklearna fizika intenzivno bavi tajanstvenim stanjima i reakcijama u Suncu. One iste jednadžbe kojima se dalo dokazati na koji način Sunce zadržava toplinu, isto tako pokazuju da Sunce emitira male čestice, neutrine koji putuju prema Zemlji i dalje. No, baš tih neutrina nema dovoljno, kažu mjerenja.

Kako je nastalo sunce? Sunce je u početku bilo velik hladan oblak plina i sastojalo se prije svega od helija i vodika. No, sadržavalo je i neke elemente s težim atomima, ostatke ranijih generacija zvijezda. Taj oblak se zgusnuo, a njegova jezgra se pritom užarila. Toplina je najprije nastala oslobađanjem gravitacijske energije, a kasnije atomskim izgorijevanjem vodika. Pretpostavka je da se Sunce prvobitno sastojalo od otprilike 25 % helija i 75 % vodika. No, ti podaci nisu pouzdani jer ima još i manjih količina elemenata s težim atomima.

Već oko 5 milijardi godina Sunce pretvara vodik u helij pa se odnos zbog toga promijenio na 65 % helija i 35 % vodika. Te tvrdnje se uglavnom temelje na modelima i teorijama o evoluciji zvijezda. Ako uzmemo u obzir prvobitnu masu zvijezda, odnos vodik-helij i fizikalne zakone, onda model pokazuje kako će se zvijezda razvijati nakon što potroši svoje gorivo. Podaci se izračunavanju kompjutorski. Unutrašnjost Sunca je vjerovatno uzburkana masa. Gotovo polovica spomenute mase leži u blizini jezgre, dakle, unutar četvrtine ukupnog radijusa Sunca, odnosno u 1,5 % ukupnog obujma Sunca.

Vulkan – mit o izgubljenom planetu

Svi se sjećaju Mr. Spock i Tuvoka iz zvjezdanih staza i njihovog planeta Vulkan. Jeste li se ikad pitali odakel taj naziv?

Prije nekih 150 godina, radi napravilne putanja Merkura smatralo se da između Merkura i Sunca mora postojati još jedan planet koji utječe na njegovu putanju. Kako bi po toj teoriji taj planet bio najbliži Suncu, nazvan je Vulkan, po rimskom bogu vatre.

Čak su postojali slučajevi da je Vulkan i viđen i opisan, što će se kasnije pokazati kao zabluda. S obzirom na njegovu pretpostavljenu putanju, planet se sa Zemlje ne bi mogao vidjet noću, a danju bi također bilo nemoguće uočiti malu točkicu na velikom suncu. Jedino kad bi planet sigurno trebao bit vidjiv je za pomrčine sunca i to kao crna mrlja koja prolazi preko Sunca.

Zašto se nije smatralo je planet postoji ako je već nekoliko puta bio viđen? Svi koji su vidjeli Vulkan bili su amateri ili neastronomi koji su se služili s lošom opremom i vjerovatno su vidjeli neki komet ili jednostavno izobličenje radi nesavršenosti opreme. Profesionalni astronomi koji su istovremeno promatrali nisu vidjeli ništa.

Nakon dvadesetak godina od prvih “viđenja” sve se manje vjerovalo u postojanje tog novog planeta. Jer kako je već spomenuto morao bi biti viđen za vrijeme pomrčine Sunca, koja se svake godine može vidjet s nekog dijela zemlje.
Završni udarac Vulkanu zadao je Einstein. Do njegove teorije relativiteta, gibanja planeta izračunavala su se po Newtonovom zakonu. Rezultati obiju teorija jednaki su ako se radi o malim gravitacijama, no što je veća gravitacija to su i veće razlike. “Nepravilna” putanja Merkura uopće nije nepravilna ako se primijeni einsteinov zakon, nego se po njemu savršeno podudara.

Vulkan tako ostaje mit iz prošlosti i neiscrpan izvor za SF priče u budućnosti.

Sunčeve pjege

Čovjek već 2.000 godina promatra pjege na površini Sunca. No, detaljna proučavanja ovih pojava uslijedila su tek s pronalaskom teleskopa u 17. stoljeću. Danas je poznato da se “Sunčeve pjege” pojavljuju i ponovno nestaju svakih jedanaest godina i da su praćene pojavom Sunčevih baklji, tj. pojačanim zračenjem na površini Sunca. Ali zašto, kada i gdje nastaju Sunčeve pjege, kako se oblikuju i u kojoj mjeri utječu na život na Zemlji, sve su to još pitanja bez odgovora.
Sunčeve pjege se isprva pojavljuju kao “udubljenja” na poroznoj površini Sunca. Ona tvore grupe velikih promjera, koje su često puta i deseterostruko veće od površine Zemlje. Te se skupine nadalje spajaju u tvorevine površine 18 milijardi kvadratnih kilometara.
Sunčeve pjege se pojavljuju u prosjeku svakih 11,1 godina, a pojedini ciklusi traju od 7 do 17 godina. Osim toga postoji i ciklus od 179 godina, koji se određuje prema kruženju Sunca oko središta Sunčevog sustava. Na osnovi količine neutrina emitiranih iz unutrašnjosti Sunca određuje se još jedan ciklus koji traje 25 mjeseci.
Sunčeve pjege bez sumnje utječu na Zemlju. Pritom važnu ulogu igraju i Sunčeve baklje i električki nabijene čestice izbačene za vrijeme bljeskova, koje mogu uzrokovati znatna kolebanja u geomagnetskom polju. Veće baklje mogu čak do izvjesne mjere utjecati na rotaciju Zemlje.
Veza koja postoji između Sunčevog ciklusa i promjena geomagnetskog polja jasan je dokaz o utjecaju Sunca na život na Zemlji. Danas postoje uvjerljivi dokazi o utjecaju geomagnetskog polja na mnoge procese u živim organizmima, od jednostaničnih bića do čovjeka.