Skąd wiemy o atomach

Znowu z badań izotopów, a dokładniej ze stosunku magnezu do glinu. Atom magnezu ma zazwyczaj 12 protonów i 12 neutronów. Znacznie rzadszy jest izotop 26Mg z 14 neutronami. W niektórych meteorytach znajdowało się więcej 26Mg, niż oczekiwano. Mógł on powstać wskutek promieniotwórczego rozpadu izotopu glinu 26A1. Okres jego rozpadu wynosi około 750 000 lat, a ponieważ 26Mg znajdujący się w meteorytach wchodził w skład minerałów, w których zazwyczaj występują atomy glinu, powstaje następujący obraz sytuacji: mniej niż milion lat przez powstaniem Układu Słonecznego wybuchła w jego pobliżu supernowa, a cząstki pyłu, zawierające 26Al, znalazły się w utworzonym wskutek wybuchu gazowo-pyłowym obłoku, z którego później wyłonił się Układ Słoneczny. Glin znajdował się w minerałach, które się połączyły, tworząc małe planetoidy. Podczas powolnego procesu powstawania planet zachodził promieniotwórczy rozpad glinu, przekształcającego się tym samym w magnez. W jakimś momencie planetoida zderzyła się z drugą i ich odłamki spadły na nasz glob. W 1969 roku znaleziono te fragmenty, dzięki czemu naukowcy zyskali szansę rozwikłania owej pasjonującej tajemnicy.

Wróćmy do pierwiastków

Każdy z nich zawiera ściśle określoną, stałą liczbę elektronów i protonów. Tak więc jądro tlenu ma osiem protonów, a wokół niego krąży osiem elektronów. Zwykle w jądrze tlenu znajduje się także osiem neutronów, które wprawdzie zwiększają jego masę, ale nie wpływają na ładunek elektryczny. Ale od czasu do czasu jądro atomu tlenu może również zawierać dziewięć lub dziesięć neutronów. Te odmiany chemicznie całkiem normalnie skądinąd reagującego tlenu noszą nazwę izotopów. Poszczególne izotopy pierwiastków różnią się tylko masą atomową, a nie własnościami chemicznymi. Zwykły tlen oznacza się symbolem 160, natomiast jego cięższe izotopy symbolami 170 i lsO. Normalnie na 2600 atomów 160 przypada jeden atom 170 i pięć atomów lsO. Natomiast podczas badań meteorytów, od czego rozpoczęliśmy omawianie narodzin Układu Słonecznego, okazało się, że znajdujące się w nich drobne wtręty metaliczne zawierają czysty 160, bez żadnych rzadszych izotopów tego pierwiastka. Ponieważ jednak w naszej Drodze Mlecznej mniej więcej co 30 lat wybucha jedna supernowa, nie ma w tym nic zaskakującego: jakakolwiek duża gwiazda, która kiedykolwiek eksplodowała, zawsze stanowiła źródło meteorytów. Nie znamy wprawdzie gwiazdy bezpośrednio odpowiedzialnej za ich powstanie, ponieważ pozostała po niej – jeśli w ogóle cokolwiek pozostało – jedynie maleńka, mająca około 10 km średnicy resztka, dostrzegalna jeszcze tylko przez kilka milionów lat, tak zwana gwiazda neutronowa. Poruszymy ten temat obszerniej w innym miejscu. Wiemy jednak, że gwiazda ta musiała wybuchnąć zaledwie kilkaset tysięcy lat przed powstaniem Układu Słonecznego!

Narodziny Ziemi

Jak powstała Ziemia? Uformowała się wraz z całym Układem Słonecznym. Co możemy o tym „opowiedzieć”? Zgodnie z obecnym stanem wiedzy dzieje Ziemi rozpoczęły się w momencie potężnego wybuchu masywnej gwiazdy – supernowej. Skąd o tym wiadomo? Świadczą o tym wyniki badań meteorytów, które pozostały jako zbędne resztki po powstaniu Układu Słonecznego. Duże znaczenie mają tu również dane uzyskane dzięki badaniom izotopów. Czego? Izotopów. No tak, to przecież fizyka jądrowa. Aby właściwie zrozumieć, co udało się odczytać z kosmicznych kamieni, należy wiedzieć, jak zbudowane jest jądro atomu i jak się ono rozpada. Każdy atom składa się z dodatnio naładowanego jądra atomowego krążących wokół niego ujemnie naładowanych elektronów. Każdy pierwiastek chemiczny – na przykład tlen, węgiel, azot czy żelazo – ma ściśle określoną liczbę elektronów. Ponieważ atomy są elektrycznie obojętne, samo jądro atomowe ma dodatni ładunek elektryczny, odpowiadający wartością sumie ujemnych ładunków wszystkich znajdujących się w danym atomie elektronów. Maleńkie jądro atomowe składa się z kolei z dodatnio naładowanych protonów i pozbawionych ładunku elektrycznego neutronów. Gdyby atom był wielkości stadionu olimpijskiego w Monachium, elektrony krążyłyby wokół jego korony, a znajdujące się pośrodku boiska jądro atomowe miałoby zaledwie rozmiary ziarnka ryżu. Atom jest więc niemal zupełnie pusty.

Bryła materii, krążąca wokół Słońca

Tej bryle materii, krążącej wokół Słońca z prędkością ponad 100 000 km/h, zawdzięczamy wszystko. Jesteśmy Ziemią. Nasze kości zbudowane są z takich samych minerałów, jak wiele jej skał, oddychamy jej powietrzem i w dużej mierze składamy się z jej wody. Cóż to za niezwykła planeta, że wydała na świat niesłychane mnóstwo tak różnorodnych istot! Dla nas, Ziemian, ta różnorodność życia jest czymś normalnym. Niektórzy z nas docierają od czasu do czasu nawet w bardzo nieprzyjazne zakątki naszej planety – w góry wysokości ponad 8000 m, na pustynie, na których temperatura przekracza chwilami 70°C lub w regiony polarne, obszary wiecznych śniegów i lodów, gdzie panują mrozy dochodzące do -50°C i nawet tam spotykają pewne formy życia. Wszelkie rekordy biją jednak organizmy żyjące w morskich głębinach, w bezpośrednim sąsiedztwie gorących źródeł, tzw. kominów ryftowych, z których wydobywa się woda o temperaturze kilkuset stopni Celsjusza. Podstawę istniejącego tam łańcucha pokarmowego tworzą chemoautotroficzne bakterie, wykorzystujące zawarte w niej związki siarki jako źródło energii przy syntezie substancji odżywczych. Zycie istnieje więc wszędzie na naszej planecie. Być może nawet niektóre bakterie przedostały się w najwyższe warstwy atmosfery, a z nich w przestrzeń kosmiczną – któż wie?
Cóż zatem wiemy o ziemi, po której stąpamy, o wodzie, którą pijemy, o powietrzu, którym oddychamy? Skąd wzięły się poszczególne części składowe naszej planety? Jakie były jej początki? Czy zawsze wyglądała tak jak teraz? Otóż, nie! Była raczej – a więc, właściwie była… No cóż, zanim zaplączemy się do reszty, lepiej może opowiemy całą historię spokojnie i po kolei.

Hołd Ziemi

Czas, jaki upłynął od chwili, gdy 2500 lat temu grecki poeta Homer złożył w swym wierszu hołd Ziemi jako bogini, to w dziejach naszej planety mniej niż mrugnięcie. Gaja – Ziemia była wszechmocną matką, która wszystkich chroniła i żywiła. Ale ludzie na podstawie własnych doświadczeń uważali także (i nadal uważają) Ziemię za planetę bezlitosną i skłonną do aktów przemocy, na której zdarzały i ciągle jeszcze zdarzają się katastrofy naturalne, takie jak trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, huragany i powodzie. Gdy ziemia, ta podstawa wszechrzeczy, rozstępuje się i drży pod naszymi stopami lub niebo nad nami otwiera swe upusty, nawet współcześni ludzie uzbrojeni we wszelkie cuda techniki stają się bezradni wobec mocy Natury. Przedstawiciele niemal wszystkich kultur szanowali więc Ziemię, podziwiali ją i obawiali się jej. Ale winni jesteśmy naszej pramatce także wdzięczność, którą wyrażamy, obchodząc do dziś corocznie święto plonów. Imię Gaja przewija się także nadal w naukach o Ziemi – geologii, geografii i geofizyce.

ZIEMIA
Gaja! Tyś opiewana przeze mnie matka wszechrzeczy, tyś pradawna niezawodna żywicielka wszystkich ziemskich istot.
To, co boską. Ziemię przemierza i co w morzach, co w powietrzu się porusza, cieszy się twą obfitością i łaskawością.
Tyś władna śmiertelnego człeka stworzyć i unicestwić.

Homer

Wszechświata opisany na naszym blogu

Objętość naszej strony nie pozwalała na uwzględnienie wszystkich dyscyplin wchodzących w skład astronomii, dlatego spośród tematów poruszanych podczas audycji telewizyjnych wybraliśmy kilka, które powinny naszym zdaniem zaciekawić większość czytelników. Uważaliśmy, że zainteresowaniem cieszyć się będą nasza Ziemia, jej najbliższy sąsiad, czyli Księżyc, a także oczywiście Słońce i Układ Słoneczny, do którego należą wszystkie te ciała niebieskie. Ale nie zostały pominięte ani potraktowane po macoszemu również gwiazdy oraz tak egzotyczne obiekty i zjawiska, jak czarne dziury, Wielki Wybuch czy nadal niewyjaśniona przestrzenna struktura Wszechświata. W jednym rozdziale postanowiliśmy ukazać, jak krok po kroku rosła wiedza astronomiczna o niemal nieskończonych z naszego punktu widzenia rozmiarach Wszechświata i jego ekspansji. Podobnie jak w audycjach z cyklu alpha-Centauri staraliśmy się, by każdy temat stanowił w książce odrębną całość. Dzięki temu można czytać poszczególne rozdziały w dowolnej kolejności, zgodnie ze swymi zainteresowaniami. Czyni to strona odpowiednią lekturą dla osób rozpoczynających przygodę z astronomią, źródłem zwięzłych informacji z tej dziedziny wiedzy i wreszcie „lekturą do poduszki”, dobrą na ostatni kwadrans dnia.

Omówienie wszechświata w piętnaście minut?

Oczywiście w ciągu kwadransa nie zawsze da się omówić wszystkie kwestie związane z danym tematem. Często się zdarzało, że czas się kończył, a wielu problemów nie udało się poruszyć. O niektórych niejeden z widzów chciałby być może dowiedzieć czegoś więcej, o innych zaś chętnie posłuchałby jeszcze raz, gdyż zdążyły już umknąć mu z pamięci. By wyjść naprzeciw oczekiwaniom telewidzów, postanowiliśmy równolegle z nadawaniem programu alpha-Centauri wydać książkę, która podejmowałaby pewne poruszane w nim tematy, oraz przedstawić je nieco szerzej
i dokładniej. Nie było naszym celem omówienie wszystkich problemów Wszechświata w całej ich nieogarnionej złożoności ani szerzenie akademickiej wiedzy astronomicznej za pomocą fachowego języka. Chodziło nam raczej o to, by osobom zainteresowanym astronomią nieco przybliżyć zagadnienia związane z Kosmosem i niektórymi składającymi się nań obiektami oraz skonkretyzować i uściślić mgliste niekiedy wyobrażenia o zachodzących w nim zjawiskach i procesach. Staraliśmy się również nie używać specjalistycznych terminów i wzorów, a tam gdzie nie dało się tego uniknąć, natychmiast wyjaśnialiśmy ich znaczenie.

Tematyka astronomiczna w telewizji

Każdy, kto obejrzał już cykl audycji nadawanych w ramach programu edukacyjnego telewizji bawarskiej alpha-Centauri lub w jej kanale edukacyjnym Alpha, wie, że nie zawsze miały one wspaniałą oprawę. Przed zieloną tablicą, w klasie, jaką pamiętają już tylko nasi dziadkowie, stał całkiem samotnie najprawdziwszy profesor z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Monachijskiego, uzbrojony jedynie w kawałek kredy. Na wstępie pisał na tablicy najwyżej pięć słów, wypełniając resztę potoczystą wypowiedzią i sugestywną gestykulacją, bez uciekania się do ryzykownych dowcipów i kalamburów. W ten sposób w ciągu kwadransa omawiany był zawsze tylko jeden wybrany temat z astronomii. Okazało się, że nie trzeba używać niezrozumiałego dla laików fachowego języka, by przystępnie i zrozumiale objaśnić każdemu najważniejsze elementy bardzo nawet skomplikowanych astrofizycznych zależności. O tym, że był to strzał w dziesiątkę, świadczyły pełne zachwytów listy coraz liczniejszych fanów programu alpha-Centauri.

Katastrofalny niedobór studentów astronomii

Ta swoista kampania reklamowa miała także prozaiczne przyczyny, a mianowicie katastrofalny niedobór studentów astronomii – do ich zwerbowania konieczna jest znacznie intensywniejsza popularyzacja tego kierunku nauki. I wreszcie – realizacja projektów badawczych pochłania coraz więcej pieniędzy, a dobrze poinformowany podatnik jest bardziej  skłonny do wyrażenia zgody, by przeznaczyć je na ten cel, niż ktoś, kto myli astronomię z astrologią. Właśnie dlatego wielu niemieckich astronomów brało udział w publicznych wystąpieniach, zamieszczało przystępnie napisane artykuły w prasie, w instytutach zaś kultywowano praktykę otwartych drzwi. Do tej nowej „astronomicznej ofensywy oświatowej” chętnie, by nie powiedzieć łapczywie, przyłączyła się również telewizja. Przypomnijmy tu cykle audycji poświęconych astronomii lub wyczerpujące wystąpienia na temat zaćmienia Słońca. Nierzadko telewidz był przytłoczony nadmiarem astronomicznych informacji, z towarzyszącymi im barwnymi obrazkami i teatralnymi wręcz efektami animowanymi. Nic więc dziwnego, że choć często wykorzystano do tego celu niemal wszystkie dostępne metody przekazu informacji, na ogół nie trafiały one do widza.

Zainteresowanie astronomią

Kto w ostatnich latach w miarę regularnie czytał gazety, ten wie, że zainteresowanie astronomią, nauką opisującą znajdujące się we Wszechświecie obiekty oraz zachodzące w nim zjawiska i procesy, stale rośnie. Dlaczego tak się dzieje? Przyczyn tego można zapewne doszukiwać się w spektakularnych zjawiskach astronomicznych, do których doszło nie tak dawno: w 1999 roku nastąpiło w Europie całkowite zaćmienie Słońca, w 2001 zaćmienie Księżyca, a w latach 1994,1996 i 1997 pojawiły się komety Shoemaker-Levy, Hyakutake i Hale-Bopp. Niewątpliwie dla większości ludzi zaćmienie Słońca było dużym przeżyciem, a dla niejednego także powodem, by bardziej zainteresować się astronomią. Mogło o tym zdecydować także to, że niemieccy astronomowie otwarli szerzej drzwi swej wieży z kości słoniowej i zaczęli dzielić się ze społeczeństwem głęboką wiedzą i fascynującymi częstokroć wynikami badań. Podejście takie nie jest wprawdzie niczym nadzwyczajnym, ale daje możliwość częstszych kontaktów astronomów z coraz bardziej wykształconą publicznością, która zrozumiała, że człowiek nie jest we Wszechświecie niezależnym bytem, lecz stanowi, jakkolwiek maleńką, ale jednak cząstkę olbrzymiej całości. A poza tym – któż nie byłby dumny z możliwości podzielenia się z innymi swymi sukcesami?