Wszechświat

Wszechświat to szerokie pojęcie odnoszące się do wszystkiego co istnieje. Nasza wiedza o Wszechświecie jest niewielka i oparta jedynie na potwierdzonych teoriach i obserwacjach zaledwie jego niewielkiego fragmentu.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)

Wszechświat i Ziemia

I Wszechświat

1. Powstanie wszechświata

Mimo prowadzonych badań i obserwacji, nie udało się aktualnie ustalić, w jaki sposób powstał Wszechświat. Olbrzymie odległości i rozmiary kosmosu, uniemożliwiają przy aktualnym poziomie rozwoju technicznego, dokonanie bardziej miarodajnych badań. Nasze poglądy na temat powstawania Wszechświata mają więc jedynie charakter teorii naukowych.

Wszechświat na podstawie zdjęć teleskopu Hubble’a

Źródło: https://s8.tvp.pl/images2/8/3/2/uid_832c658fc0e7a9af5fcf722e609947071557233057386_width_907_play_0_pos_0_gs_0_height_515.jpg

Współcześnie za najbardziej popularną i prawdopodobną uchodzi Teoria Wielkiego Wybuchu. Do jej wysnucia przyczyniły się min. badania Georges Lemaître (którego uważa się za pomysłodawcę teorii) potwierdzone później przez Edwina Hubble’a. Według tej teorii, około 14 mld lat (dokładnie szacowany wiek to 13,82 mld lat) temu doszło do wielkiego wybuchu, w wyniku którego powstał Wszechświat. Następnie materia zaczęła się od siebie oddalać i czyni to nadal, zmniejszając swoją gęstość i temperaturę. Póki co nie udało się znaleźć odpowiedzi na pytanie, co poprzedziło Wielki Wybuch. Stanowi to naukową podstawę dla zwolenników stworzenia Wszechświata przez Boga. Teoria Wielkiego Wybuchu cieszy się poparciem wiodących fizyków.

Model rozszerzania Wszechświata według Teorii Wielkiego Wybuchu

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/Universe_expansion-en.svg/1024px-Universe_expansion-en.svg.png

2. Budowa Wszechświata

Uważa się, że 95% Wszechświata zbudowane jest z nieobserwowalnej dla człowieka ciemnej materii i ciemnej energii, na których istnienie mamy tylko pośrednie dowody. Pozostałe 5% to materia widzialna – tak zwana zwykła materia, zbudowana z atomów. Atomy budują z kolei bardziej złożone twory.

Wśród elementów struktury budujących Wszechświat należy wyróżnić pewną hierarchię:

1) Pojedyncze ciała niebieskie, pył, gaz, materia ciemna
2) Układy planetarne zbudowane z gwiazd, planet, pyłu, gazu i ciemnej materii (tworzą następnie sąsiedztwo międzygwiezdne złożone z wielu układów planetarnych)
3) Galaktyki zbudowane z układów planetarnych – podstawowa jednostka organizacyjna we Wszechświecie

Droga Mleczna – nasza Galaktyka (widziana z Ziemi, a więc „od środka”)

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/43/ESO-VLT-Laser-phot-33a-07.jpg/1920px-ESO-VLT-Laser-phot-33a-07.jpg

4) Lokalne Grupy Galaktyk – złożone z Galaktyk
5) Supergromada Lokalna – złożona z Lokalnych Grup Galaktyk
6) Supergromada (Laniakea) – złożona z Supergromad Lokalnych
7) Obserwowalny Wszechświat – złożony z Supergromad

* Czasami pojawia się jeszcze pojęcie Sąsiędztwa międzygwiezdnego (ang. Interstellar Neighborhood), które składa się z układów planetarnych, ale jeszcze nie jest galaktyką.

Położenie Ziemi w kolejnych jednostkach strukturalnych Wszechświata

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0f/Earth%27s_Location_in_the_Universe_SMALLER_%28JPEG%29.jpg/800px-Earth%27s_Location_in_the_Universe_SMALLER_%28JPEG%29.jpg

3. Rozmiar i kształt Wszechświata

Zarówno wielkość jak i kształt Wszechświata nie są znane, przyjmuje się jednak, że ulega on cały czas rozszerzaniu. Stąd pojęcie Widzialnego Wszechświata (zwanego również Obserwowalnym), a wiec takiego, który można obserwować z powierzchni Ziemi (co ograniczone jest prędkością światła i czasem od powstania Wszechświata). Przyjmuje się, że Wszechświat (widziany z Ziemi) może mieć średnicę 92 miliardów lat świetlnych. Wymiary całego Wszechswiata nie są znane, nie wiemy też czy jest skończony.

Nie mamy także potwierdzonej wiedzy co do kształtu Wszechświata. Najpowszechniejsze jest postrzeganie Wszechświata jako płaski. Ostateczny kształt może zostać nigdy niepoznany.

Postrzeganie możliwych kształtów Wszechświata

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/End_of_universe.jpg

Szacuje się, że cały Widzialny Wszechświat może być zbudowany z 300 tryliardów gwiazd składających się na 350 miliardów dużych galaktyk zawartych w 10 milionach supergromad galaktyk. Jest więc niewyobrażalnie wielki, a Ziemia i nasz Układ Słoneczny są w tej skali wielkości zaledwie drobiną pyłu.

Do opisu odległości we Wszechświecie stosuje się specjalne jednostki miar:

Prędkość światła – to prędkość fali elektromagnetycznej w próżni, wynosząca 299 792 458 m/s.
Jednostka astronomiczna (AU) – średnia odległość Ziemi od Słońca (149 597 870,7 km).
Rok świetlny – odległość, jaką pokona światło w ciągu jednego roku w próżni (63 239 AU).
Parsek (pc) – największa z jednostek miar stosowanych w astronomii. 1 pc = 3,26 roku świetlnego.

4. Historia badań i eksploracji kosmosu

Ludzkość już od starożytności podejmowała próby wyjaśnienia powstania i znaczenia istniejącego świata. Brak narzędzi pomiarowych ograniczał badania do obserwacji nieba i rozwoju filozofii. Do ważniejszych dokonań należą:

Około 2000 r. p.n.e. – powstaje filozofia hinduizmu na temat stworzenia świata.
Około VI w. p.n.e. – Indyjski filozof Kanada tworzy teorię Atomizmu (świat zbudowany z atomów).
Około IV w. p.n.e. – Eudoksos z Kidos tworzy Teorię Sfer Homocentrycznych (pierwsza teoria budowy Wszechświata). W tym samym czasie Arystoteles przedstawił pierwsze dowody na kulistość Ziemi.
Około II w. p.n.e. – Hipparch tworzy pierwszy katalog gwiazd.
140 r. n.e. – Klaudiusz Ptolemeusz ogłasza Teorię Geocentryczną.

Mapa Wszechświata autorstwa Ptolemeusza

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9c/Cellarius_ptolemaic_system.jpg/1024px-Cellarius_ptolemaic_system.jpg

Poglądy Ptolemeusza uformowały myśl geograficzną i astronomiczną na kolejne 1500 lat. W Średniowieczu (nie bez powodu nazywane jest „ciemnymi wiekami”) nie dokonano żadnych istotnych odkryć astronomicznych.

Rewolucja w nauce nastąpiła dopiero w okresie Nowożytnym, a więc po 1453 r. Przełomem była tak zwana „rewolucja Kopernikańska”. Mikołaj Kopernik „wstrzymał Słońce i ruszył Ziemię”, a więc obalił tezę, że Ziemia jest centrum Układu Słonecznego i wokół niej krążą inne ciała niebieskie. Poglądy Kopernika zawierały pewne błędy (uważał, że planety krążą po kolistych orbitach), ale były przełomowe dla całej historii badań kosmosu. Po ogłoszeniu nowej teorii, szybko zaczęto dokonywać kolejnych odkryć kosmicznych. Do ważniejszych dokonań Ery Nowożytnej należą:

1543 r. – Mikołaj Kopernik ogłasza Teorię Heliocentryczną.

Publikacja Kopernika – De revolutionibus orbium coelestium

Źródło: https://st.ilfattoquotidiano.it/wp-content/uploads/2017/02/ED-img9311237.jpg

1609 r. – Galileusz używa teleskopu do obserwacji kosmosu. W tym samym roku Jan Kepler ogłasza, że orbity mają kształt elipsy (prawa Keplera).
1647 – Jan Heweliusz publikuje pierwsze mapy Księżyca.
1687 – Isaac Newton ogłasza teorię grawitacji.
1718 – Edmond Halley odkrywa ruchy własne gwiazd. Wcześniej odkrył także eliptyczne orbity komet.
1755 – Immanuel Kant rozwija teorię powstania Układu Słonecznego przez kondensację wirującego obłoku pyłu i gazu.
1784 – John Michell – pierwsza koncepcja Czarnej Dziury.

Współczesność obfituje w najważniejsze dokonania w dziedzinie badań kosmosu;

1800 – William Herschel – odkrycie promieniowania podczerwonego.
1801 – Giuseppe Piazzi odkrywa pierwszą planetoidę – Ceres.
1840/1845 – pierwsza fotografia Księżyca/Słońca
1859 – Friedrich Argelander publikuje katalog 324 000 gwiazd.
1860 – Gustav Kirchhoff i Robert Bunsen – prawa analizy spektralnej.
1905 – Albert Einstein – Szczególna Teoria Względności (E=mc²).
1916 – Albert Einstein – Ogólna Teoria Względności.
1929 – Edwin Hubble – Zjawisko rozszerzania się Wszechświata.
1930 – Clyde Tombaugh – odkrycie Plutona (ostatnia planeta Układu Słonecznego – obecnie planeta karłowata)
1957 – Sputnik 1 – pierwszy satelita na orbicie okołoziemskiej.
1961 – Jurij Gagarin – pierwszy człowiek w kosmosie.
1965 – Aleksiej Leonow – pierwszy spacer w kosmosie.
1968 – pierwsze zdjęcie Ziemi wykonane z kosmosu.

Pierwsza kosmiczna fotografia Ziemi

Źródło: https://s.redefine.pl/file/o2/redefine/cp/jd/jdizggxy9e6igufbvpf5bzrma8x3fyyi.jpg

1969 – Neil Armstrong i Buzz Aldrin – pierwsze lądowanie na Księżycu.

Lądowanie na Księżycu to nasze największe dotychczasowe osiągnięcie

Źródło: https://natgeo.imgix.net/factsheets/thumbnails/HEADER_MoonLanding.jpg?auto=compress,format&w=1600&h=900&fit=crop

1978 – Mirosław Hermaszewski – pierwszy i jedyny (jak dotąd) Polak w kosmosie.
1992 – odkrycie pierwszych planet poza Układem Słonecznym
XX/XXI – Stephen Hawking – olbrzymi wkład w rozwój nauk o kosmosie i fizyki.
2011 – rozpoczęła się misja łazika Curiosity na Marsie.

Łazik Curiosity na Marsie

Źródło: https://www.jpl.nasa.gov/images/msl/20160613/pia20602-16.jpg

5. Gwiazdozbiory nieba północnego

Z terytorium Polski możliwe jest dostrzeżenie tylko fragmentu nieba, który jest dostrzegalny z półkuli północnej. Poniżej gwiazdozbiory nieba północnego autorstwa http://www.polskiastrobloger.pl

Sierpień 2019 – fragment nieba widziany w kierunku północnym

Źródło: http://www.polskiastrobloger.pl/2019/07/niebo-nad-polska-w-sierpniu-2019-trudne-perseidy-letnia-droga-mleczna-nowy-sezon-nocy-astronomicznych.html

Najważniejszą gwiazdą półkuli północnej jest Gwiazda Polarna czyli Polaris – najjaśniejsza gwiazda w gwiazdozbiorze Małej Niedźwiedzicy. Dzięki stałemu położeniu na sferze niebieskiej jest od lat wykorzystywana jako punkt orientacyjny. Jest położona niezwykle blisko północnego bieguna niebieskiego, dlatego przyjmuje się że leży dokładnie nad punktem 90°N.

6. Eksploracja kosmosu i jej znaczenie

Istnieje wiele metod prowadzenia badań kosmosu. Część z nich można prowadzić z Ziemi, inne wymagają wysłania ludzi lub obiektów w przestrzeń kosmiczną:

Obserwacja gołym okiem
Obserwacja z wykorzystaniem teleskopu na Ziemi
Rejestracja promieniowania kosmicznego i fal radiowych w obserwatoriach astronomicznych

Radioteleskop w Piwnicach koło Torunia

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ff/Torun32m_winter.jpg/1280px-Torun32m_winter.jpg

Obserwacja z wykorzystaniem teleskopu kosmicznego (np. Teleskopu Hubble’a)

Teleskop Hubble’a w kosmosie

Źródło: https://dzienniknaukowy.pl/assets/media/telsekophubblea_1.jpg

Wykorzystanie sond i satelitów kosmicznych

Sonda New Horizons – wysłana w celu zbadania Plutona

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/New_Horizons_%28from_Launch_Press_Kit%29.jpg

Loty w kosmos (w tym podróże na Księżyc)
Badania na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna

Źródło: http://www.nauklove.pl/wp-content/uploads/2015/07/iss-nad-polska.jpg

Badania obiektów, które spadły na Ziemię – meteorytów

Prowadzone badania kosmiczne pozwalają nam min.:

Rozwijać technologię GPS, prognozowanie pogody, tworzenie map z użyciem zdjęć satelitarnych
Rozwijać telewizję satelitarną
Badać historię Wszechświata i historię Ziemi
Poszukiwać życia pozaziemskiego
Prowadzić podbój kosmosu