Observable Universe

Wielki jak kosmos, czyli jaki?

Lucas jest specjalistą od rzeczy małych, a mnie przypadł obowiązek przedstawienia ogromu wszechświata, bo będzie nam ta wiedza potrzebna do dalszej eksploracji. Wiemy już, jakie jednostki stosować, pora zatem zastosować je w praktyce.

Chyba każdy próbował wyobrazić sobie czasem, jak mały lub jak wielki może być otaczający nas świat: od cząstek mniejszych od atomu po masywne czarne dziury, galaktyki czy wreszcie wszechświat, nie tylko ten obserwowalny. Możemy obecnie korzystać ze wspaniałych animacji, takich jak The Scale of the Universe (polecam!), ale czy potrafimy objąć umysłem te rozmiary, odległości, prędkości czy masy?

Żeby móc chociaż trochę oswoić rozmiar kosmosu, stosujemy między innymi jednostkę au (jednostkę astronomiczną), która pozwala nam mniej więcej wyobrazić sobie odległości międzyplanetarne i rozmiary różnych układów słonecznych: 1 au to w naszym układzie słonecznym średnia odległość Ziemi od Słońca, 150 milionów kilometrów. Jest to odległość, którą w miarę potrafimy objąć umysłem, znając mniej więcej skalę naszego układu słonecznego (a jeśli zastosujemy ją do innych układów planetarnych, łatwiej nam nią operować, by zwizualizować ich rozmiary).

Zaraz, ale tak naprawdę ile to jest 150 milionów kilometrów? Gdybyśmy wsiedli w samolot rejsowy, to z prędkością powiedzmy około 645 km/h lecielibyśmy na Słońce… około 20 lat. (Sonda Parker Solar Probe okrąża naszą gwiazdę z prędkością niemal 1000x większą). Z kolei światło słoneczne potrzebuje na dotarcie na Ziemię mniej więcej 8 minut – dlatego gdyby nagle ktoś nam zabrał Słońce, nie zorientowalibyśmy się od razu!

Jeśli jednak chcemy zajrzeć do sąsiedniej galaktyki lub wybrać się jeszcze dalej, na przykład na krańce znanego nam kosmosu, musimy zastosować inne jednostki, bo au stanie się niepraktyczna. W tym celu naukowcy opracowali tzw. drabinę odległości kosmicznych, która nie służy niestety do wspinania się na odległe gwiazdy, ale jest swego rodzaju metodą określania odległości do obiektów, których nie da się obserwować bezpośrednio, ponieważ są od nas dalej niż 1000 parseków, czyli ponad ok. 206 264 806 au (na tym przykładzie widać, że au staje się mało przydatna).

Wymyślono więc szereg różnych metod służących do pomiaru i podawania odległości, a wiele z nich oparto na świecy standardowej, czyli standard candle. Nie chodzi oczywiście o świeczkę, którą zapala się wieczorem, by poprawić nastrój, ale o obiekt o znanej absolutnej wielkości gwiazdowej: w przypadku gwiazd, które świecą światłem własnym, a nie odbitym, wartość tę (oznaczaną jako M) definiujemy jako obserwowaną wielkość gwiazdową, jaką miałyby znajdując się od nas w odległości 10 parseków (ok. 32,6 ly). Dzięki temu możemy odróżniać gwiazdy dalekie, lecz o dużej jasności, od bliższych, ale „ciemniejszych”.

Widzimy więc, że kosmiczne odległości są tak ogromne, że do ich wyznaczania i opisywania trzeba wielu różnych metod i jednostek, pozwalających nam nieco bardziej orientować się w rozmiarach kosmosu. A rozmiary te są naprawdę niepojęte. Dołóżmy do tego masy czy prędkości oraz liczbę obiektów, a szybko się pogubimy.

Nie bez powodu w astronomii stosuje się podawanie liczb na skali krótkiej (lub długiej), w zapisie matematycznym albo w notacji inżynierskiej; zresztą same nazwy „zwyczajowe”, tworzone na bazie rdzeni łacińskich liczebników, niewiele nam mówią. Do miliona (106) jesteśmy mniej więcej w stanie wyobrazić sobie pieniądze i jest to też dla nas swego rodzaju granica poznawcza, sześć zer; nawet milion kilometrów jeszcze jakoś udaje nam się „ogarnąć”: na Księżyc mamy 384 400 km, więc te niecałe 3x tyle mieści nam się mniej więcej w głowie. A tu klops, obecnie uważa się, że kosmos ma średnicę 23 bilionów lat świetlnych, a rok świetlny to 9 460 730 472 581 kilometrów… Oczywiście wymyśliliśmy zabawne nazwy takich wielkich liczb, co nie zmienia faktu, że nadal nie jesteśmy w stanie pojąć ich skali.

Chętnym proponuję wykład Khan Academy, który może choć trochę przybliży to, z czym mamy do czynienia, kiedy mówimy, że coś jest „kosmicznie wielkie”.

Cały problem opiera się po prostu na kwestii poznawczej: na Ziemi operujemy w metrach czy kilometrach, ale zrozumienie kosmosu to tak, jakby mrówce kazać sobie wyobrazić odległość z Kalifornii do Nowego Jorku. Na koniec więc spójrzmy na kosmos z naszego punktu widzenia: Ziemi.

Ziemia to planeta o średnicy około 13 000 kilometrów: to sporo, ale wiemy już, jak wygląda z kosmosu, bo udało nam się osobiście dotrzeć na tyle daleko, by zobaczyć ją w całości ludzkim okiem:

Widok Ziemi, misja Apollo 11, 20 lipca 1969 r. Źródło: NASA, domena publiczna.

Wysłaliśmy też wiele sond kosmicznych, za każdym razem pamiętając o tym, by sonda cyknęła nam fotkę. Do albumu możemy więc dodać Ziemię z Marsa:

Ziemia widziana z Marsa przez Curiosity. Źródło: NASA/JPL. Domena publiczna.

Ziemia (jasny obiekt) widziana przez sondę Parker Solar Probe z okolicy Wenus, plus minus:

Widok Ziemi z sondy Parker w okolicy Wenus. Źródło: NASA/NRL. Domena publiczna.

W 2013 roku sonda Cassini pozwoliła nam spojrzeć na Ziemię z 1,44 mld kilometrów, przy okazji uzmysławiając nam, jak ogromny jest Saturn wraz z jego pierścieniami.

Widok Ziemi z Saturna. Źródło: NASA/JPL/SSI. Domena publiczna.

Mało kto jednak zna ten obraz: tak wyglądamy z Merkurego (ok. 183 mln kilometrów), z przyklejonym do Ziemi naszym księżycem:

Widok Ziemi z sondy MESSENGER, 2010 r. Źródło: NASA. Domena publiczna.

A na koniec widok z odległości 6 mld kilometrów od Słońca i 4 mld km od Ziemi: Pale Blue Dot, niebieska kropka w bezmiarze wszechświata.

Ziemia w obiektywie sondy Voyager 2. Źródło: NASA. Domena publiczna.