Az űr, és annak kutatása

Tudomány SZTUPKAY NÓRA (7.A)

AZ ŰR, ÉS ANNAK KUTATÁSA

Űr. Biztos mindenkinek eszébe jut ennek a szónak a hallatán a csillagos égbolt, a Hold, a Nap és persze a bolygók is. Ám az űr ennél sokkal többet foglal magába. De mit is jelent ez? Bár nem tudjuk felfogni, az űr végtelen, és ezért hiába próbálkozunk, nagyon nehéz megismerni. Vajon akkor az űrkutatók, hogy csinálják, és eddig miket találtak?

Egyes égitesteknek jelentős szerepük van az emberi kultúrtörténetben. Sok égitestet tekintettek istennek az ókorban is, és az őskorban is. Rengeteg monda íródott úgy, hogy az égitestek, mint istenek szerepelnek. Ma már jóval eltér a gondolkodásunk, mivel nem kevés dolgot tudtunk meg az űrről.

Hold

A Hold a Naprendszerünk egyik legnagyobb holdja. Pontosan az ötödik. Átmérője 3476 km, amely a Földének a negyede. Mi a bolygónkról mindig ugyan azt az oldalát látjuk a kötött keringése miatt, de a Holdról nem mindig ugyan az az oldala látszik a Földnek, mely 384 402 km-re van tőle. A Holdról a bolygónk mindig pont ugyanott látszik állni az égen. Persze ugyanúgy fázisokat mutatva elfogy, majd megtelik, mint a Hold a mi szemszögünkből. (Mi teliholdat, félholdat figyelhetünk meg, a Holdról meg félföldet lehet látni.)

Mivel igen közel van, ezért a szokásos távcsöves kutatás mellett már 1946-ban rádióhullámokkal is megfigyelték az USA-ból. A politikai szempontok is nagyon fontosnak bizonyultak a tudományosok mellett. A Szovjetunió és az USA fej-fej mellett talált fel egyre több és több eszközt egymással versengve. Legalább három eltitkolt sikertelen űrszonda után a Szovjetunió 1959. januárjában elindított a Luna-1 nevű szondát, mely először érte el a Holdat. A következő szonda, a Luna-2 1959. szeptemberében becsapódott a Holdba, majd 1959. október 4-én a Luna-3 elkészítette az első felvételeket a Hold túlsó, ember által nem látott, titokzatos oldaláról. Az amerikaiak ekkor még eléggé le voltak maradva, mivel az ő szondáik sikertelenek

Az első kép a Holdról Bár Drapernek tulajdonítják az első holdfotót, de nem ő volt az első, aki a Holdról felvételeket készített. Megelőzte őt Louis Daguerre, aki 1839. januárjában már sikerrel járt, azonban laboratóriuma 1840. márciusában leégett, és ezek (több más felvétellel együtt) megsemmisültek.

Az egyik legújabb kép a Holdról

Tudomány

Aula − IV. évfolyam 8. szám voltak. Az ő első szondájuk a Ranger-7 volt, mely 1964-ben teljesítette a küldetését.

Nap

A Nap a Naprendszer központi csillaga. Körülötte kering az egész Naprendszer lényegében. A Földtől kb. 150 millió km távolságra van, ami fénysebességgel 8,3 perc. Ha összegeznénk a Naprendszer összes anyagát, akkor a Nap annak a 99,8%-át tenné ki. Átmérője 109 földátmérő. 73,5%-ban hidrogénből áll, amely a belsejében végbemenő folyamat (magfúzió) során héliummá alakul. Az ennek során felszabaduló, majd a világűrbe szétsugárzott energia (napfény) nélkülözhetetlen a legtöbb földi élőlény számára. Fénye a növények fotoszintézisét, hője pedig a kedvező hőmérsékletet biztosítja.

A Nap vizsgálatához rengeteg űrszondát készítettek, melyek már sokkal fejlettebbek voltak, mint azok, amelyek a Földről dolgoztak. Az egyik legsikeresebb ilyen szonda a SOHO, amelyet 1995 végén lőttek fel, majd juttatták a megfelelő helyre. A Földtől 1,5 millió km-re, mindig a Nap és a Föld között tartózkodva kering a Nap körül. Sokféle műszere szinte folyamatosan figyeli a központi csillagunkat.

Milyen színű a Nap?

Ne gondoljuk azt, hogy egy ez egyszerű kérdés. Persze minden képen sárgának látjuk. Így tanuljuk kiskorunk óta, ezt látjuk mindenhol. De mi az igazság? Hogy lehet, hogy ha felpillantunk az égre, mégis sárgás, esetleg naplemente idején narancsnak vagy vörösnek tűnik?

Bár a mi szemszögünkből tényleg sárgás, a Napból valójában a szivárvány összes színe árad egyszerre, összesűrítve, ami így fehér lesz. Persze ha az összes színű festéket sűrítenénk össze, az nem fehér lenne, de most fényről van szó. Szóval a

Nap az összes szivárványszínben világít, amiből a legerősebb a zöld, de ettől még fehér.

Fekete lyukak

A fekete lyuk egy ősi, kihűlt csillag maradványa, mely már nem létezik, erős gravitációja miatt semmi, még a fény se tud távozni belőle.

Fekete lyuk keletkezik akkor, ha egy véges tömeg a gravitációs összeomlásnak nevezett folyamat során egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. Ekkor az anyag összehúzódását okozó gravitációs erő minden más anyagi erőnél nagyobb lesz, s az anyag egyetlen pontba húzódik össze. Ebben a pontban

Tudomány

Aula − IV. évfolyam 8. szám az általános relativitáselmélet szerint bizonyos fizikai mennyiségek (sűrűség, téridőgörbület) végtelenné válnak.

John Michell (1724–1793) Newton gravitációs elméletét alkalmazva rámutatott 1783-ban, hogy egy elegendően nagy tömegű és kis méretű csillagnak olyan erős lenne a gravitációs tere, hogy a felszínéről semmi sem tudna elszakadni. A fény korpuszkuláris elméletét és Newton gravitációs elméletét felhasználva kiszámította, hogy a Nap sűrűségét feltételezve ennek a csillagnak a sugara 486-szorosa lenne a Napénak, a tömege pedig annak 120 milliószorosa. Ez volt az első említése egy olyan típusú csillagnak, aminek jóval később a „fekete lyuk” nevet adták.

Galaxisok

A galaxisok égitestek: csillagok, csillagközi gázok, por és a láthatatlan sötét anyag nagy kiterjedésű, gravitációsan kötött rendszerei. Egy tipikus galaxisban tízmillió és ezermilliárd (107 – 1012) közötti számú csillag található, és mind azonos középpont körül kering. A magányos csillagokon kívül egy galaxisban rengeteg, több csillagot tartalmazó rendszer, nyílthalmaz, gömbhalmaz és köd található. A legtöbb galaxis átmérője több ezertől több százezer fényévig terjed, és a galaxisok között több millió fényév távolság a jellemző. A közöttük lévő űr nagyon jó vákuumnak tekinthető, kevesebb mint köbméterenkénti egy atommal. Feltehetően több mint százmilliárd (1011) galaxis van a Világegyetem belátható részében.

Az elméletek szerint a galaxisok tömegének 90%-át sötét anyag teszi ki, azonban ennek a tömegkomponensnek a természetét még nem ismerjük. A megfigyelési adatokból arra következtetnek, hogy számos galaxis középpontjában egy nagyon nagy tömegű fekete lyuk található, bár ez nem igaz minden esetben, mert ha a galaxis középpontjában két fekete lyuk összeolvad (például egy másik galaxissal keletkező új fekete lyuk gravitációs hullámok kibocsátása után kirepülhet a galaxisból, örökre elhagyva azt. 1610-ben Galileo Galilei távcsővel tanulmányozta azt a fényes csíkot az égen, amit Tejútként ismertek és felfedezte, hogy rengeteg halvány csillagból áll. 1755-ben egy tanulmányában Immanuel Kant helyesen feltételezte, hogy a galaxis egy forgó test lehet, amelyet rengeteg csillag alkot, és ezeket a csillagokat valamiféle vonzóerő tartja össze (a Naprendszerben tapasztalthoz hasonló, csak ennél sokkal erősebb). Az ezáltal létrejött csillagokból álló lemez egy csíkként látszik, ha mi is benne vagyunk. A 18. század végén Charles Messier kiadott egy katalógust a 109 legfényesebb ködről és csillaghalmazról, amelyet később követett egy 5000 objektumból álló katalógus (William Herschel összeállításában). 1845-ben William Parsons egy olyan távcsövet épített, amely különbséget tudott tenni az elliptikus és spirális ködök között. Egy jó ideig a ködöket nem ismerték el

galaxisként, amíg Edwin Hubble az 1920-as évek elején be nem bizonyította, hogy az egyik legközelebbi galaxis, az Andromédaköd csillagokból áll, sőt, a benne lévő cefeida változócsillagok segítségével sikerült meghatároznia távolságát is. 1936-ban egy olyan osztályozási rendszert állított fel a galaxisokra, amelyet ma is használnak.

Űrkutatás napjainkban

Gravitációs hullámok detektálása

2016. február 11. az emberiség kultúrtörténetében is jegyzett nagy nap lesz: ekkor jelentették be az amerikai vezetésű, de erős nemzetközi kooperációban működő LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) kutatói a GW150914 jelzésű gravitációshullám-forrás felfedezését a tudományos közösség által valaha megépített legérzékenyebb műszerrel. A konkrét jelenség egy mondatba tömörítve: két közepes tömegű fekete lyuk 1,3 milliárd fényévre összeolvadt és ennek eredményeként a Föld felszínén található interferométer-karok hossza pár pillanatig megváltozott a proton átmérőjének egy tízezred részényivel. A mért változás döbbenetesen jól követte a fekete lyukak összeolvadásakor várható jel alakját és pontosan ebből volt megbecsülhető az égitestek tömege és távolsága.

Meg kellett építenünk a lehető legérzékenyebb lézerinterferométert, hogy nagyon távoli gravitációs hullámokat is be lehessen fogni. Ezeket nem lehet leárnyékolni, így mindenen áthaladnak és információt hordoznak az Univerzum legrejtettebb sarkaiból is. Távcsöveinkkel eddig „láttunk”, a GH-detektorainkkal immár „hallunk” is.

Ténylegesen új ablak nyílt az Univerzum titkaira, és elkezdődhet a GH-asztrofizika, a 21. század csillagászatának várhatóan számtalan izgalmas felfedezést eredményező ága. És az már csak hab a tortán, hogy a 15 ország ezer kutatója közt közel tucatnyi magyart is találunk, akik hazai egyetemeken és akadémiai intézetekben járultak hozzá a fantasztikus tudományos-technikai sikerhez.

A korábbi LIGO-mérések alapján csak becsülni lehetett a legerősebb jeleket okozó összeolvadások gyakoriságát. Pusztán a GW150914 létezése kapásból kizár egy csomó elméletet, melyek szerint még nem telt el elég idő az ősrobbanás óta, hogy akár egy GH-forrás összeolvadó kompakt kettős is létrejöjjön.