Sześciu posłańców z przestrzeni kosmicznej
OD NASZEGO KORESPONDENTA W JAPONII
Z PRZESTRZENI kosmicznej stale docierają do nas pewni posłańcy. Przynoszą zdumiewające wiadomości o bezmiernym wszechświecie. Każdy z nich, a jest ich sześciu, śpieszy ku nam z prędkością światła, wynoszącą 300 000 kilometrów na sekundę. Jeden jest widzialny, a pozostali są niewidoczni dla oka ludzkiego. Co to za posłańcy?
Widmo fal elektromagnetycznych
Już od przeszło 300 lat wiadomo, że wiązka światła biegnąca przez pryzmat rozszczepia się na siedem podstawowych barw tęczy. A to oznacza, że zawiera w sobie wszystkie te kolory, które w tęczy układają się w następującym porządku: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fiolet.
Światło uważa się za strumień fotonów — cząstek o zerowej masie spoczynkowej, posiadających jednocześnie własności falowe. Odległość między dwoma „grzbietami” fali nazywa się jej długością i wyraża w jednostkach nazywanych angstremami i oznaczanych literą Å. Angstrem równa się jednej dziesięciomiliardowej metra. Światło widzialne tworzą fale o długości zawartej w przedziale od 4000 do 7000 angstremów, przy czym różnym długościom odpowiadają różne barwy (zobacz ilustrację na stronie 15).
Jednakże foton równie dobrze może mieć inną długość fali. A od jej wartości zależy nazwa, jaką nadajemy promieniowaniu elektromagnetycznemu utworzonemu przez strumień takich fotonów. Fale elektromagnetyczne o długości mniejszej niż 4000 angstremów przestają być światłem widzialnym, przechodząc po kolei w nadfiolet (ultrafiolet), promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Fale dłuższe od 7000 angstremów także nie są widzialne, lecz należą do podczerwonej lub radiowej części widma. W taki właśnie sposób dociera do nas „sześciu posłańców” z przestrzeni kosmicznej, niosących mnóstwo informacji o ciałach niebieskich. Zobaczmy teraz, jak te cenne wiadomości są odbierane.
Pierwszy posłaniec: światło widzialne
Odkąd w roku 1610 Galileusz skierował ku niebu swój teleskop, aż do roku 1950 astronomowie w swych badaniach wszechświata wykorzystywali głównie teleskopy optyczne. Zapoznawali się jedynie z widzialną częścią widma. Niektóre obiekty były bardzo słabo widoczne przez teleskopy, gdy więc astronomowie chcieli je zbadać, utrwalali ich obraz na kliszach fotograficznych. Obecnie znacznie częściej wykorzystuje się elektroniczne detektory CCD, od 10 do 70 razy czulsze niż emulsja fotograficzna. Światło widzialne dostarcza danych o gęstości, temperaturze i składzie chemicznym gwiazd, a także o odległościach, w jakich się one znajdują.
W celu zbierania docierającego do nas światła buduje się coraz większe teleskopy. Od roku 1976 największym teleskopem zwierciadlanym na świecie był sześciometrowy reflektor w Obserwatorium Astrofizycznym Zielenczukskaja w Rosji. Jednakże w kwietniu 1992 roku na hawajskim szczycie Mauna Kea ukończono budowę nowego reflektora optycznego — teleskopu Kecka.a Jego zwierciadło nie jest pojedynczym lustrem, lecz składa się z 36 sześciokątnych elementów o łącznej średnicy 10 metrów.
W sąsiedztwie budowany jest obecnie drugi teleskop Kecka, jego poprzednik otrzymał więc nazwę Keck I. Oba instrumenty prawdopodobnie będą mogły działać jako interferometr optyczny. Oznacza to, że te dwa dziesięciometrowe teleskopy zostaną za pomocą komputera połączone ze sobą w jeden układ, którego zdolność rozdzielcza będzie równa rozdzielczości pojedynczego lustra o średnicy 85 metrów. Terminy „zdolność rozdzielcza” i „rozdzielczość” odnoszą się do możliwości rozróżniania szczegółów.
Tokijskie Narodowe Obserwatorium Astronomiczne buduje na Mauna Kea teleskop Subaru (japońska nazwa Plejad) o średnicy 8,3 metra, przeznaczony do obserwacji w świetle widzialnym i w podczerwieni. Będzie on mieć cienkie zwierciadło umieszczone na 261 ruchomych wspornikach, które co sekunda mają korygować kształt powierzchni, usuwając wszelkie deformacje. Trwa również budowa innych wielkich teleskopów, na pewno więc pierwszy kosmiczny posłaniec, czyli światło widzialne, wyjawi nam jeszcze mnóstwo informacji.
Drugi: fale radiowe
Fale radiowe pochodzące z Drogi Mlecznej zarejestrowano po raz pierwszy w roku 1931, ale dopiero w latach pięćdziesiątych astronomia optyczna zaczęła korzystać z pomocy radioastronomii. Odkrycie promieniowania radiowego w przestrzeni kosmicznej umożliwiło obserwację obiektów niedostrzegalnych przez teleskopy optyczne. Można w ten sposób zobaczyć na przykład centrum naszej Galaktyki.
Fale radiowe są dłuższe od fal tworzących światło widzialne, toteż do odbioru takich sygnałów niezbędne są ogromne anteny. Zbudowano już radioteleskopy o średnicy 90 metrów i jeszcze większej. Jednakże nawet tak olbrzymie urządzenia mają niewielką zdolność rozdzielczą, wobec czego astronomowie tworzą z nich całe układy, a uzyskiwane dane łączą ze sobą w komputerze, wykorzystując technikę zwaną interferometrią radiową. Im większa jest odległość między teleskopami, nazywana bazą, tym więcej szczegółów można rozróżnić.
Jeden z takich układów tworzą: 45-metrowa antena w japońskim Obserwatorium Radioastronomicznym Nobeyama, 100-metrowy radioteleskop niedaleko Bonn w Niemczech i 37-metrowy radioteleskop w USA. Dzięki tej metodzie, nazywanej interferometrią o bardzo wielkiej bazie lub VLBI, uzyskuje się zdolność rozdzielczą jednej tysięcznej sekundy łuku. Jest to rozdzielczość, przy której można by dostrzec na Księżycu obiekt długości 180 centymetrów.b Wielkość bazy w tego typu układach VLBI jest jednak ograniczona średnicą Ziemi.
Obserwatorium Radioastronomiczne Nobeyama zamierza uzyskać jeszcze więcej informacji od tego posłańca przez umieszczenie 10-metrowej anteny w przestrzeni kosmicznej. Ma ona zostać wystrzelona z Japonii w roku 1996 i po połączeniu z radioteleskopami w Japonii, Europie, USA i Australii utworzyć interferometr o bazie długości 30 000 kilometrów. Innymi słowy, układ ten będzie działać jak gigantyczny teleskop, trzy razy większy od naszej Ziemi! Jego rozdzielczość wyniesie 0,0004 sekundy łuku — obserwując Księżyc z taką zdolnością rozdzielczą, można by zauważyć przedmiot wielkości 70 centymetrów. Tę kosmiczną sieć wykorzystującą interferometrię wielkobazową określa się skrótem VSOP. Dzięki niej można będzie dostrzec oraz zbadać jądra galaktyk i kwazary, w których wnętrzu kryją się przypuszczalnie czarne dziury o wielkich masach. Tak więc fale radiowe wyśmienicie wywiązują się ze swej roli drugiego posłańca i nadal będą nam dostarczać informacji o emitujących je źródłach.
Trzeci: promieniowanie rentgenowskie
Pierwsze obserwacje w promieniach Roentgena przeprowadzono w roku 1949. Ponieważ atmosfera ziemska ich nie przepuszcza, więc na wieści od tego posłańca astronomowie musieli poczekać, aż nastąpi rozwój rakiet i sztucznych satelitów. Promieniowanie rentgenowskie powstaje w bardzo wysokich temperaturach, dzięki czemu dostarcza informacji o gorącej atmosferze gwiazd, pozostałościach supernowych, gromadach galaktyk, kwazarach oraz hipotetycznych czarnych dziurach (zobacz angielskie wydanie Przebudźcie się! z 22 marca 1992 roku, strony 5-9).
W czerwcu 1990 roku na orbicie został umieszczony satelita rentgenowski, który sporządził mapę całego wszechświata widzianego w promieniach Roentgena. Uzyskane wyniki wskazują, że po całym niebie rozsiane są cztery miliony źródeł tego promieniowania. Oprócz nich istnieje także trudne do wytłumaczenia tło, czyli rozproszone promieniowanie rentgenowskie. Może ono pochodzić ze skupisk kwazarów, które przypuszczalnie są aktywnymi jądrami galaktyk położonych w pobliżu tego, co astronomowie nazywają „brzegiem obserwowalnego wszechświata”. W przyszłości promieniowanie rentgenowskie wyjawi nam zapewne jeszcze sporo informacji.
Czwarty: promieniowanie podczerwone
Pierwszych obserwacji w podczerwieni dokonano w latach dwudziestych naszego stulecia. Ponieważ promieniowanie to jest pochłaniane przez parę wodną, więc w celu uzyskania większej liczby danych od tego posłańca wykorzystuje się sztuczne satelity. W roku 1983 satelita astronomiczny do badań w podczerwieni IRAS sporządził mapę nieba widocznego w tych promieniach i odkrył 245 389 źródeł takiego promieniowania. Około 9 procent (22 000) spośród nich stanowią najprawdopodobniej odległe galaktyki.
Przez teleskopy optyczne nie można dostrzec rejonów wszechświata przesłoniętych skupiskami gazu i pyłu. Natomiast czwarty posłaniec daje możliwość wejrzenia w głąb takich obszarów i jest szczególnie przydatny w obserwacji centrum naszej Galaktyki. Naukowcy planują umieszczenie na orbicie satelitarnej teleskopu kosmicznego do obserwacji w podczerwieni SIRTF, który będzie tysiąc razy czulszy niż IRAS.
Piąty: promieniowanie nadfioletowe
Pierwsze obserwacje astronomiczne w nadfiolecie przeprowadzono w roku 1968. Warstwa ozonu sprawia bowiem, że większość tego promieniowania nie dociera do powierzchni Ziemi. Kosmiczny Teleskop Hubble’a, wprowadzony na orbitę w kwietniu 1990 roku, jest przeznaczony do obserwacji nie tylko światła widzialnego, ale też promieniowania nadfioletowego. Zostanie on skierowany w stronę 30 kwazarów, odległych nawet o 10 miliardów lat świetlnych.c Dzięki promieniowaniu nadfioletowemu możemy więc zobaczyć, jak wyglądał wszechświat około 10 miliardów lat temu. Przypuszcza się, że ten posłaniec ujawni jeszcze wiele jego tajemnic.
Szósty: promieniowanie gamma
Promieniowanie gamma charakteryzuje się niezwykle krótkimi długościami fal i ogromną energią. Na szczęście nasza atmosfera prawie w całości pochłania to niebezpieczne promieniowanie, chroniąc przed nim powierzchnię Ziemi. Posłaniec ten informuje o niezwykle gwałtownych zjawiskach we wszechświecie. Dnia 5 kwietnia 1991 roku NASA (Państwowy Urząd Lotnictwa i Astronautyki) wystrzelił w przestrzeń kosmiczną Obserwatorium Promieniowania Gamma, które śledzi zdarzenia mające związek z kwazarami, supernowymi, pulsarami, hipotetycznymi czarnymi dziurami i innymi odległymi obiektami.
Odkąd nastała epoka lotów kosmicznych, astronomowie mogą obserwować całe widmo fal elektromagnetycznych, od fal radiowych po promieniowanie gamma. Dla tych badaczy rzeczywiście nastał złoty wiek. A gdy my dzisiaj ‛podnosimy ku górze swe oczy’, możemy dzięki sześciu posłańcom, biegnącym od ciał niebieskich, ‛oglądać’ zadziwiającą mądrość ich Stwórcy (Izajasza 40:26; Psalm 8:4, 5). Informacje uzyskiwane przez astronomów od tych posłańców budzą w nas takie same odczucia, jakim ponad 3000 lat temu dał wyraz Job, mówiąc: „Oto zaledwie zarys jego dróg, a tylko jak cichy szept jego słowa słyszymy!” (Joba 26:14).
[Przypisy]
a Nazwa pochodzi od nazwiska głównego sponsora, W. M. Kecka.
b Oko ludzkie potrafi rozróżnić szczegóły odległe od siebie o kąt jednej minuty. Zdolność rozdzielcza równa jednej tysięcznej sekundy łuku jest więc 60 000 razy większa od zdolności rozdzielczej oka.
c Rok świetlny to 9 460 000 000 000 kilometrów.
[Ilustracja na stronie 15]
[Patrz publikacja]
0,1 Å Promieniowanie gamma
1 Å Promieniowanie rentgenowskie
10 Å
100 Å Nadfiolet
1000 Å
Światło widzialne: 4000-7000 Å
10 000 Å Podczerwień
10 μ
100 μ Fale radiowe
1 mm
1 cm
10 cm
1 m
[Ilustracja na stronie 15]
Kosmiczny radioteleskop VSOP będzie mieć rozdzielczość, dzięki której można by dostrzec na Księżycu obiekt wielkości 70 centymetrów
[Prawa własności]
VSOP: dzięki uprzejmości Nobeyama Radio Observatory, Japonia
[Ilustracja na stronie 15]
Tak będzie wyglądać budowany obecnie teleskop Subaru do obserwacji w świetle widzialnym i w podczerwieni
[Prawa własności]
Subaru: dzięki uprzejmości National Astronomical Observatory, Japonia