Wirtualne miasto

Ren

Rennie przyszła na pierwsze zajęcia. Nauczyciel przedstawił się jako John Felixx.
- Czarne dziury są z pewnością jednym z najbardziej fascynujących obiektów we wszechświecie. Są one najbardziej "dziwaczne" z fizycznego punktu widzenia, oprócz tego, do końca nie wiadomo czy tak naprawdę istnieją... Problem polega na tym, że nie można opisać,ani nie ma teorii na to co znajduje się w jej wnętrzu. - zaczął swój wykład profesor.
Rennie zaczęła szybko notować:

Pierwsza wzmianka o czarnej dziurze w historii fizyki pojawiła się w pracy Johna Michaela. Rozpatrywał on swobodny spadek ciała w oparciu o klasyczną mechanikę Newtona na obiekty masywne. W hipotetycznym doświadczeniu sprawdzał jaką prędkość osiąga ciało próbne np. kamień, zwiększając coraz bardziej masę planety. W pewnym momencie, otrzymał wartość prędkości spadającego ciała równą prędkości światła. W ten sposób, patrząc na to z "drugiej" strony, stworzył czarną dziurę. W 1796 roku Pierre Laplace zwrócił uwagę na możliwość występowania takich obiektów we Wszechświecie. W 1916 roku Albert Einstein ogłosił teorię względności, która w rzeczywistości nie przewidywała istnienia czarnych dziur, tylko dopuszczała ich istnienie, jako załamanie czasoprzestrzeni pod wpływem masywnego ciała.
Galaktyka Centaurus A jest podejrzana o posiadanie w swoim centrum supermasywnej czarnej dziury. Efektem jej istnienia jest bardzo wysoka aktywność radiowa i rentgenowska galaktyki. Zdjęcie powyżej przedstawia powiększenie samego centrum galaktyki. Jasny obiekt po prawej stronie to prawdopodobnie dysk akrecyjny złożony z gazu otaczającego czarną dziurę. Zdjęcie przedstawia w górnym rogu galaktykę Centaurus A, po prawej obraz wykonany przez teleskop Hubble'a.
Dla przykładu, gdyby gwiazda o masie 10 mas Słońca miała być czarną dziurą, to miałaby promień 15 km (średnicę 30 km). Natomiast czarna dziura o masie Słońca miałaby promień równy 1,5 km (średnicę 3 km). A z naszej Ziemii byłaby czarna dziura o średnicy 3 cm.
Jak czarne dziury mogą powstawać? Wiadomo, że jest to bardzo masywny obiekt, który generuje takie pole grawitacyjne, że aby z niego uciec trzeba poruszać się z prędkością światła. Jeśli czarna dziura ma jeszcze większą masę to nic nie jest w stanie się z niej wydostać, nawet pojedynczy foton światła. Jak odkrył Hubble, Wszechświat ciągle rozszerza się z dużymi prędkościami. Jest to następstwem oddalania się od siebie niezliczonej ilości galaktyk. Gdyby było tak do końca, w miarę wzrostu odległości między nimi, kosmos stawałby się coraz zimniejszy i pusty, doprowadziło by to do jego śmierci... Jaka siła może zwolnić a nawet powstrzymać tę ekspansję? Odpowiedź brzmi: siła grawitacji. To za jej sprawą rodzą się nowe gwiazdy i planety. A gwiazdy są "iskrami", które uratowały Wszechświat od przekształcenia się w coraz zimniejszy, stale powiększający się bezmiar. Nawet po śmierci gwiazdy, jej oddziaływanie za sprawą siły ciężkości trwa nadal. Astronomowie zaczynają podejrzewać, że te martwe obiekty (czarne dziury) mogą kształtować przyszłość Wszechświata. W cyklu śmierci gwiazdy, wyróżnić można następujące jej postacie:
- biały karzeł - jest to pozostałość po "zmarłej" gwieździe. To jądro gwiazdy wielkości Słońca, które zapadło się pod wpływem działania siły ciężkości, gdy wypaliło się jej "paliwo". Ma ono tak wielką gęstość, że jego materia wielkości kostki cukru, ważyłaby na Ziemi tonę. Biały karzeł stygnie coraz bardziej, bo nie ma źródła energii. Może on jedynie wypromieniować swoje ciepło w przestrzeń kosmiczną. Z upływem lat stygnie, aż wreszcie staje się bryłą zimnego żużlu.
- niektóre gwiazdy, dużo większe od Słońca, kiedy osiągają kres swojego życia, wybuchają w dużej eksplozji nazywanej supernową. Jądro gwiazdy pod wpływem siły wybuchu, zaczyna się kurczyć, tworząc jakby olbrzymie jądro atomu. Wytwarza ona pole magnetyczne miliony razy większe od ziemskiego. Gwiazda ta wiruje... Podczas tego procesu wytwarza skupioną wiązkę promieniowania, która niczym latarnia morska omiata przestrzeń. Z powodu pulsujących sygnałów, gwiazdy te otrzymały nazwę pulsarów.
- po wybuchu jeszcze cięższych gwiazd (masy około 20 razy większej od Słońca), pozostaje czarna dziura, obiekt którego siła ciężkości jest tak wielka, że nic nie może z niego uciec.
Dosyć trudno jest uwolnić się z więzów ziemskiego przyciągania. Do tego jest potrzebna siła ogromnej rakiety, która rozpędza ją do prędkości 11,2 km/s, umożliwiającej pokonanie przyciągania Ziemi. Gdybyśmy wylądowali na Słońcu i chcieli stamtąd uciec, musielibyśmy porządnie się rozpędzić (ponad 650 km/s). Powiedzmy, że mamy zamiar opuścić czarną dziurę, wtedy musielibyśmy pomknąć z prędkością równą prędkości światła lub większą (co fizycznie nie jest oczywiście możliwe).
Zdarza się, że materia gwiazdy towarzyszącej czarnej dziurze może być przez nią wessana, niczym woda ginąca w odpływie wanny. Materia ta jest tak niesamowicie gorąca (10 mln stopni), że wysyła promieniowanie Roentgena, które mogą wykryć satelity krążące po orbicie okołoziemskiej. Astronomom udało się znaleźć takie podwójne układy rentgenowskie. Takim układem, w którym najprawdopodobniej znajduje się czarna dziura jest Cygnus X-1.
Końcowe produkty ewolucji gwiazd:
- biały karzeł - masa: od 0,2 do 1,5 mas Słońca, promień gwiazdy: od 5000 do 10000 km (około rozmiaru Ziemi), gęstość: 1 t/cm3. (nie jest to czarna dziura)
- gwiazda neutronowa (pulsująca) - powstaje w wyniku wybuchu supernowej, masa: do 3 mas Słońca, promień gwiazdy około 10 km, średnia gęstość: 1 mld t/cm3.
- czarna dziura - powstaje w wyniku zapadnięcia się w sobie gwiazdy neutronowej, masa: powyżej 3 mas Słońca, promień gwiazdy: kilka km, średnia gęstość: nieokreślona do nieskończoności.
Istnieją również tzw. supermasywne czarne dziury, występujące w jądrach galaktyk, mające masę milionów mas Słońca, są one bardzo masywne i bardzo mocno oddziaływają na gwiazdy i gaz otaczający jądro. Za pomocą Teleskopu Hubble'a obserwowano podejrzane galaktyki między innymi M87, MGC6251 czy MGC4261. Obrazy otrzymane z tych obserwacji pokazują jasne obiekty otoczone dyskiem akrecyjnym (wirującym gazem), podobnie jak w przypadku układów podwójnych. Analiza prędkości tego gazu wykazała bardzo dużą masę znajdującą się w centrum tego tworu - prawdopodobnie supermasywną czarną dziurę.

- A teraz temat waszego pierwszego referatu... Co by się stało, gdybyśmy mogli odwiedzić czarnę dziurę. - powiedział profesor, gdy skończył swój wywód. Rennie wyszła.

Ren

Rennie weszła do sali. Zanotowała temat lekcji (Gwiazdozbiory dawniej i dziś) i cały wywód profesora:

Początkowo gwiazdozbiór, jak sama nazwa wskazuje, oznaczał grupę jasnych gwiazd na sferze niebieskiej tworzącą najczęściej łatwo rozpoznawalny zarys postaci, zwierzęcia lub przedmiotu. W większości przypadków obiekty te miały (i mają nadal) charakter religijny lub mitologiczny. Nie powinno nas to dziwić, ponieważ początki gwiazdozbiorów sięgają mroków narodzin pierwszych starożytnych cywilizacji (IV tys. p.Ch.), a może nawet jeszcze wcześniejszych czasów (neolit lub nawet paleolit). Wygląd nocnego nieba oraz zachodzące na nim zjawiska zawsze przyciągały uwagę człowieka, który widział w tym przejaw działalności sił wyższych, nadprzyrodzonych. W historii ludzkości trudno o społeczność, która nie utożsamiałaby pewnych pojęć ze swego światopoglądu oraz systemu mitologicznego z ciałami niebieskimi: w pierwszej kolejności z najjaśniejszymi a więc Słońcem, Księżycem, planetami oraz gwiazdami i/lub ich grupami.
Pojawianie się o określonych porach nocy kolejnych gwiazdozbiorów lub jasnych gwiazd ustalało także rachubę czasu. Wschód określonego gwiazdozbioru bezpośrednio po zachodzie Słońca (bądź też jego górowanie) mógł dla człowieka pierwotnego oznaczać początek kolejnego miesiąca lub początek określonej pory roku. Niektórzy historycy astronomii przypuszczają, że pewne starożytne mity związane z gwiazdozbiorami zostały stworzone właśnie w celu ułatwienia rolnikom ich rozpoznawania na nocnym niebie. Dzięki temu rolnicy wiedzieli, że pojawienie się określonego gwiazdozbioru oznaczało nadejście pory na zasiew lub żniwa.
Gwiazdozbiory północnej półkuli nieba (o których głównie jest tu mowa) znane nam dzisiaj różnią się dość znacznie od znanych starożytnym Egipcjanom, Medom czy też Chińczykom. Używane przez nas obecnie nazwy gwiazdozbiorów i w przybliżeniu ich rozmieszczenie na niebie pochodzą od Rzymian, którzy z kolei przejęli je po Grekach. Jeśli chodzi o jedne z najstarszych gwiazdozbiorów, gwiazdozbiory zodiakalne, to zostały one przejęte przez Greków od Babilończyków krótko przed końcem starej ery.
Prehistoria. Chcąc mówić o najstarszych pokładach naszej 'wiedzy' astronomicznej nie możemy pominąć jej związku z mitologią, rozumianą tutaj jako specyficzny światopogląd naszych przodków. W mitach znajdują swój wyraz zapatrywania ludzi danego okresu historii i miejsca na zjawiska zachodzące w otaczającym ich świecie, zarówno te 'ziemskie', jak i rozgrywające się na sferze niebieskiej. W sposób nierozerwalny związane są one oczywiście z wyobrażeniami religijnymi.
Z dość dużą pewnością możemy przypuszczać, że najwcześniejszą koncepcją widzenia świata był animizm (łac. anima 'dusza'). Termin ten oznacza wyobrażenie, że wszystko co otacza człowieka -- zwierzęta, rośliny, przedmioty nieożywione, a nawet zjawiska przyrody -- obdarzone są duszą. Niebo, jako najbardziej tajemnicze i niedostępne, z którego padały śnieg i ulewne deszcze, w którym rodziły się grzmoty i pioruny, z którego spływała światłość słoneczna i ciepło, wreszcie, na którego tle odgrywały się niezwykłe rzeczy (fazy Księżyca, zaćmienia itp.) od początku stanowiło dla człowieka pierwotnego siedzibę najpotężniejszych duchów, a potem bogów.
Najdawniej zapewne zaczęto oddawać cześć boską Słońcu i Księżycowi jako najjaśniejszym ciałom niebieskim. Niepewnym jest natomiast stwierdzenie, kiedy po raz pierwszy człowiek utożsamił grupę gwiazd na niebie ze swoimi wyobrażeniami mitologicznymi. Niemniej, wraz z pojawieniem się pierwszych cywilizacji starożytnych niebo stanowiło już swoistą kronikę, w której zapisywano losy bogów, herosów i królów.
Z całą pewnością już w tak odległych czasach w wyniku obserwacji wschodów i zachodów Słońca oraz Księżyca człowiek wydzielił na horyzoncie skrajne punkty tych zjawisk. Widoczne to jest dla wielu obiektów archeologicznych, które są ułożone w kierunku punktu przesilenia letniego lub zimowego.
Paleolit. Już w paleolicie (ponad 30-40 tys. lat temu) ludzie interesowali się ciałami niebieskimi. Archeolodzy twierdzą, że pochodzące z tego okresu rysunki na kamieniu -- krzyże, sierpy, kręgi, grupy wgłębień -- to elementy wyobrażeń o sferze niebieskiej, Słońcu, Księżycu oraz czterech kierunkach świata. Rekonstrukcję tak starych wyobrażeń można prowadzić jedynie za pomocą metod etnologii oraz językoznawstwa. W najstarszych warstwach ustnego dziedzictwa narodowego można odnaleźć opowieści o takich zjawiskach, jak upadki dużych meteorytów, wywołujących powstanie kraterów.
W folklorze znalazło odbicie także niebo gwiaździste epoki paleolitu. W celu wydzielenia wiadomości z tak dawnej epoki, etnolodzy poszukują podobnych motywów w mitach, opowieściach i legendach u ludów i narodów, które pierwotnie stanowiły jedną grupę, która uleglą podziałowi na plemiona, które po pewnym czasie rozeszły się i wystarczająco dawno temu przestały kontaktować się jedno z drugim. Tak na przykład gromada Plejad wiązana jest z obrazem siedmiu sióstr wśród ludów Syberii, obszaru śródziemnomorskiego, Ameryki Północnej oraz Australii.
Ludy Eurazji oraz Ameryki Północnej mają bardzo podobne mity, związane z gwiazdozbiorami Wielkiej Niedźwiedzicy oraz Wolarza. Powtarza się tu motyw polowania Myśliwego na Niedźwiedzia. Starożytni Grecy uważali Wolarza za myśliwego lub strażnika Wielkiej Niedźwiedzicy. Indiańskie plemiona Irokezów oraz Mikmaków z Ameryki Północnej także nazywały część gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy Niedźwiedziem, oraz uważały, że kilka gwiazd gwiazdozbioru Wolarza 'poluje' na tego zwierza. Także rdzennym plemionom syberyjskim znany jest gwiazdozbiów Wielkiej Niedźwiedzicy.
Istotny jest fakt, że we wszyskich podanych wyżej przykładach, za główną część gwiazdozbioru uważano te same siedem wyróżniających się gwiazd, tworzących grupę znaną nam dzisiaj pod nazwą Wielkiego Wozu. Podobieństwo mitów wskazuje na wspólne ich pochodzenie, a więc naturalnym wydaje się twierdzenie, że pierwotny mit a z nim wyobrażenia niebieskie zostały przeniesione do Ameryki z Azji. Mogło to się odbyć tylko w czasach kiedy istniało jeszcze lądowe połączenie między obydwoma kontynentami, a więc przed końcem ostatniej epoki lodowcowej (15 tys. lat temu). Najprawdopodobniej, wydzielenie na niebie gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy związane jest z kultem niedźwiedzia jaskiniowego. Wszystko to wskazuje na to, że jest to najstarszy gwiazdozbiór, wydzielony przez człowieka na sferze niebieskiej.
Neolit. Bardzo upraszczając, gdzieś koło VII tys. p.Ch. człowiek przeszedł z wędrowniczego na osiadły tryb życia. A więc stopniowo myśliwstwo zamieniono na hodowlę, a zbieractwo na uprawę. Zmiana ta odbiła się także bardzo na potrzebie obserwacji ciał niebieskich. O ile przedtem obserwacje nieba miały w zasadzie tylko znaczenie obrzedowe i kultowe teraz prowadzenie ich stało się konieczne ze względu na prowadzenie rachuby czasu, tak bardzo ważnej dla społeczeństw rolniczych.
Początkowo największą uwagę ludzi przyciągał Księżyc, z racji dziwnych zmian jakim podlega jego tarcza (chodzi mi oczywiście o zjawisko faz), zachodzących w miarę krótkim okresie czasu (miesiąc). Podczas tych obserwacji zauważono, że Księżyc nie tkwi nieruchomo wśród gwiazd stałych. Doprowadziło to do nadania nazw gwiazdom położonym w pobliżu pozornej drogi Księżyca po niebie. Znamy pewną liczbę używanych przez nich nazw, nie zawsze jednak możemy być pewni, czy odnoszą się one do pojedynczych gwiazd, czy też grup gwiazd. Wiemy na przykład, że starożytni Babilończycy nazwą Mulmul określali Plejady.
Jednym z wyników dokładnych obserwacji Księżyca był podział jego trasy niebieskiej na 28 (lub 27) 'stacji księżycowych', rozmieszczonych mniej więcej co 13 stopni, co odpowiada odległości przebywanej przez Księżyc w ciągu jednej doby. Owe stacje lunarne znane były zarówno Babilończykom, jak i Chińczykom oraz mieszkańcom Indii, a w późniejszych czasach także Arabom. Przyjmuje się, że Arabowie zapożyczyli ów podział od mezopotamskich kapłanów-astronomów. Niemało natomiast dyskutowano nad tym, czy Daleki Wschód również przejął go z Mezopotamii, czy też doszedł do niego niezależnie. Pomimo dużych podobieństw podziału pasa zodiakalnego obecnie większość badaczy skłania się ku poglądowi, że jest to rodzimy wytwór kultury wschodniej.
Słońce jest o wiele jaśniejszym ciałem niebieskim niż Księżyc i dlatego nie można go obserwować bezpośrednio na tle gwiazd. Dlatego też ruch Słońca względem gwiazd został zauważony przez człowieka trochę później niż ruch Księżyca. Starożytni śledzili drogę Słońca obserwując tzw. heliakalne (czyli krótko przed wschodem Słońca) wschody oraz zachody jasnych gwiazd a później także gwiazozbiorów. Z obserwacji tych, już w czasach późniejszych zrodził się pomysł podziału widocznej drogi Słońca na 12 części. Obserwacje pozycji Słońca względem gwiazd początkowo służyły tylko potrzebom normowanym zmianami pór roku. Ponadto pierwotnie człowiek wydzielił tylko cztery główne punkty na ekliptyce (równonocy i przesileń) i z nimi wiązał określone gwiazdy lub gwiazdozbiory.
Gwiazdozbiory zodiakalne. Wyniki badań językoznawców, etnologów oraz historyków astronomii sugerują, że powstawanie gwiazdozbiorów zodiakalnych był procesem ciągłym, zachodzącym w przeciągu kilku tysiącleci p.Ch. Z pewnością kilka starożytnych gwiazdozbiorów tworzących grupy najjaśniejszych gwiazd zostało utworzonych dość wcześnie, jako zasługujące na uwagę ale bezimienne. Jednakże stwierdzenie takie nie może dotyczyć gwiazdozbiorów, zawierających jedynie słabsze gwiazdy (Ryby, Rak, Wodnik). Wszystko to świadczy o tym, że dawni obserwatorzy nieba pragnęli nie tylko połączyć gwiazdy w grupy, ale także oznaczyć pewne ważne obszary na sferze niebieskiej. Dla przykładu Waga mogła symbolizować równowagę pomiędzy dniem i nocą podczas równonocy jesiennej. Tak więc gwiazdozbiory zodiakalne nie były, jak w przypadku innych, obrazowym przedstawieniem bohaterów czy zwierząt na niebie. Stanowiły one znaczniki ruchu Słońca względem gwiazd.
Obserwacje ruchu Słońca wzdłuż ekliptyki (czyli jego pozornej drogi po sferze względem gwiazd stałych) mogły doprowadzić w czasach starożytnych do zidentyfikowania 4 wyróżnionych grup gwiazd, odpowiadjących punktom kardynalnym (równonocy i przesileń). Precesja powoduje jednak przesuwania się tych punktów wzdłuż ekliptyki o 30 stopni w ciągu 2140 lat.

- Ty... Rennie McDonald, tak? - zawołał nauczyciel. - Twój referat był ostatnio najlepszy, więc w nagrodę nie musisz pisać nowego. Możesz już wyjść, a ja wytłumaczę temat kolejnego referatu.
Rennie już nie słuchała, o czym mówił profesor innym studentom. Była z siebie dumna. Wyszła z uczelni uczcić to w parku.

Ren

Rennie przyszła na wykład.

W świetle widzialnym Słońce przedstawia się jako żółta kula. Temperatura powierzchni wynosi około 5500 oC. Przy dpowiednim powiększeniu powierzchnia Słońca przypomina gotujący się krupnik. Jest to efekt przenoszenia ciepła z wnętrza gwiazdy na jego powierzchnię.
Na tej powierzchni od czasu do czasu pojawiają się ciemne plamy, chłodniejsze od otoczenia o około 500 stopni . Przy niektórych plamach można też dostrzec jaśniejsze obszary zwane pochodniami, które są gorętsze o około 200 stopni.
Cała energia wyświecana przez naszą gwiazdę tworzona jest w jej jądrze dzięki reakcjom termojądrowym. Energia ta powoli przenosi się ku zewnętrznym warstwom Słońca. Typowy foton potrzebuje aż pół miliona lat aby dotrzeć do powierzchni Słońca!

Rennie zanotowała temat następnego referatu i poszła do domu.