Vprašanje, ali smo v vesolju sami, je eno najstarejših in najbolj vznemirljivih, kar jih je človeštvo kdaj zastavilo. Medtem ko se znanstveniki, kot je astrofizičarka dr. Andreja Gomboc, poglabljajo v skrivnosti vesolja, se zdi, da vsak dan odkrivamo nove in nove čudeže, ki burijo domišljijo. Od neverjetnih eksplozij gama žarkov do trkov nevtronskih zvezd, ki ustvarjajo valove v prostoru in času, do iskanja eksoplanetov, ki bi lahko nekoč postali naš novi dom, je potovanje skozi vesolje polno presenečenj. A kaj, ko bi se v to popotovanje vmešala še sreča?
Vsakdanje življenje astrofizika: Daleč od stereotipov
Mnogi si pod besedo astronom ali astrofizik predstavljajo, da podnevi počivamo, zvečer pa vzamemo teleskop in cele noči gledamo, če se kaj dogaja med zvezdami. V resnici je delo bolj vsakdanje. Večino dela opravimo čez dan - sem ter tja se delo seveda zavleče tudi globoko v noč - preko računalnikov. Opazovanja se sicer izvajajo ponoči in daleč stran od mestnih luči. Večina astronomskih observatorijev je odmaknjenih od naseljenih območij, da jih ne moti svetlobno onesnaženje. Najbolj primerni so vrhovi vulkanskih otokov, ki so nad inverzno plastjo oblakov, ali pa suhe kamnite puščave, kot jih najdemo v Čilu. Velik del opazovanj izvedemo tudi s sateliti. Osebno delujem v skupini, v kateri imamo dostop do treh največjih robotskih teleskopov - eden je na Kanarskih otokih, drugi na Havajih, tretji v Avstraliji. Tako pokrivamo vse časovne pasove.
Fizična prisotnost pri teleskopu pogosto ni več potrebna. Tudi če si na observatoriju, ne gledaš več skozi teleskop. Pred dvesto leti so astronomi opazovali in z roko risali, kar so videli, potem se je z odkritjem fotografske emulzije zgodila revolucija, zajemanje podatkov je postalo veliko bolj objektivno, s CCD detektorji pa so zdaj podatki izjemno natančno zajeti v digitalni obliki in tako jih nemudoma dobimo in obdelujemo na računalnikih.
Podatki se razlikujejo glede na valovno dolžino opazovanja. Vidna svetloba je le en del elektromagnetnega valovanja. Radijske, rentgenske, gama svetlobe naše oči ne zaznajo. Za svetlobo teh valovnih dolžin nimamo detektorjev, ki bi dali "klasično" sliko. Opazovanja v taki svetlobi nam dajo neko datoteko s številkami. Vidno svetlobo zajemamo s prej omenjenimi CCD detektorji, ki morajo biti za astronomska opazovanja zelo občutljivi, a žal niso občutljivi na barvni spekter, zato so slike črno-bele. Če želimo vedeti več o barvi objekta, potem lahko pred CCD kamero namestimo barvni filter, ki prepušča denimo rdečo barvo, a znova dobimo črno-belo sliko, potem uporabimo modri filter in tako naprej. Že iz tega razberemo veliko podatkov, a da si lažje predstavljamo, pa tudi zato, da so slike bolj privlačne za laično javnost, jih obarvamo in sestavimo v barvno celoto. Če to delamo z vidno svetlobo, je to povsem realistična slika. Pri drugih vrstah svetlobe so to seveda umetno obarvane slike. To je način, da prikažemo svetlobo, ki je naše oči ne vidijo. Včasih tudi povečamo kontrast slike. Tako nam slike povedo veliko več, saj lahko lažje razberemo, kje so določene vrste zvezd, kje vroč plin …
Bolj se mi zdi, da je treba pri astrofiziki imeti domišljijo, zato da si sploh predstavljamo, da razvozlamo iz podatkov, kaj se je tam nekje v resnici sploh zgodilo. Tu ni kot pri drugih vedah, ko lahko v laboratoriju kontrolirate pogoje svojega eksperimenta, kdaj se na primer sproži reakcija, ali pa ga pogledate z drugega zornega kota. Mi ne moremo obrniti smeri pogleda. Pri tako kratkotrajnih dogodkih, s katerimi se jaz ukvarjam (izbruhi sevanja gama op. a.), ne moremo niti izbirati, kdaj jih bomo opazovali, saj gre za kratke, nenapovedljive dogodke v naključnih smereh neba, pri katerih je izrednega pomena reakcijski čas, da čim več opazovalnih naprav usmerimo v pravi del vesolja, da še pravočasno zberemo čim več podatkov.
Velika odkritja: Gravitacijski valovi in eksoplaneti
Nenapovedljiv dogodek, ki je pred kratkim pretresel znanstveni svet, je bilo trčenje dveh nevtronskih zvezd, pri čemer so zaznali gravitacijske valove in njihov vidni dvojnik - svetlobo v različnih valovnih dolžinah. Zgodilo se je sredi poletnega popoldneva, 17. avgusta 2017 ob 14.41 po našem času. Vodje observatorijev in raziskovalnih skupin, ki imajo podpisano sodelovanje z observatorijem LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), so podatke prejeli v nekaj urah. Sledila so še druga opazovanja, pri katerih je sodelovalo okoli 70 observatorijev po vsem svetu in v orbiti Zemlje. Informacija se je nato razširila na večji krog sodelavcev, vključno z dr. Gomboc in njenimi kolegi na Univerzi v Novi Gorici.
Sledilo je nekaj tednov čisto ponorelega raziskovanja. Izkazalo se je, da je ta dogodek izredno znanstveno bogat. Ni šlo samo zato, da so zaznali gravitacijske valove in iz njihovih lastnosti izvedeli, da je šlo za dve nevtronski zvezdi, in ne za dve črni luknji, kot v prejšnjih dogodkih. Pač pa so ugotovili, da se je istočasno pojavil tudi nov vir svetlobe, med drugim gama svetloba, visokoenergijska svetloba, ki jo zaznajo sateliti, saj ne pride do površja Zemlje. Odkrili so torej elektromagnetni dvojnik gravitacijskih valov. S tem smo dobili neposreden dokaz za model, o katerem smo govorili več kot dvajset let, da kratki izbruhi sevanja gama nastanejo ob zlitju nevtronskih zvezd ali nevtronske zvezde in črne luknje.
A zgodba se je nadaljevala. Ko so se vključili teleskopi za običajno, vidno svetlobo na Zemlji, so ugotovili, da se je pojavil tudi vir vidne svetlobe, kar je izjemno pomembno za lociranje. Položaj izvora vidne svetlobe na nebu lahko namreč določimo veliko natančneje kot položaj izvora gama svetlobe. Ne le, da so določili galaksijo, v kateri se je to zgodilo, določili so lahko tudi njen del. Na sliki je bilo razločno videti pikico kot drobno zvezdico, ki se je pojavila. Tako so torej zaznali še tako imenovan optični dvojnik gravitacijskih valov. Tega smo opazovali na različne načine, kako svetel je, kako ugaša, kako se spreminja njegova barva, ali je njegova svetloba polarizirana.
Svetlobo dvojnika so tudi razcepili na različne valovne dolžine in ugotovili sestavo snovi oz. kemijske elemente, ki so nastali ob zlitju. Ker je bil dogodek relativno blizu, so bila opazovanja zelo natančna. Lahko so ugotovili, da je bila skupna masa pri tem nastale platine in zlata za okoli deset mas Zemlje. Že nekaj let se je govorilo, da so zlitja nevtronskih zvezd pomembna za nastanek težjih elementov (elementov, ki so v periodnem sistemu višje od železa), s pomočjo tega dogodka pa so lahko dokazali, da je približno polovica obstoječih atomov teh elementov nastala v takih zlitjih (ti elementi nastajajo tudi v umirajočih zvezdah in eksplozijah supernov). To je pomembno tudi za nas, ker je velik del naše Zemlje iz teh elementov, nenazadnje pa so tudi v nas.
Dr. Gomboc je poudarila, da bo ta dogodek še dolgo zaposloval njo in celotno ekipo. Zdaj, ko je dvojnik ugasnil, se podrobneje raziskujejo lastnosti galaksije, delajo se različne vrste numeričnih simulacij in analiz rezultatov. Misli, da se bo o tem dogodku govorilo še desetletja.
Neposredna detekcija gravitacijskih valov je pomembna za znanost, za fiziko, saj so ti ena od ključnih napovedi Einsteinove splošne teorije relativnosti, ki je ena od temeljnih fizikalnih teorij. Pomembni so za razumevanje mnogih procesov v vesolju.
Eksoplaneti na drugi strani so bolj pomembni v smislu našega pogleda na svet, na položaj človeka v njem, na večno vprašanje, ali smo v vesolju sami. Astrofiziki ponavadi sklepamo, da to, kar vidimo, ni nekaj posebnega, ampak da se taki dogodki v vesolju velikokrat zgodijo. Naše Sonce kot zvezda ni nič posebnega in če ima okoli sebe planete, logično sledi vprašanje, zakaj bi bilo nekaj posebnega ravno v tem. Torej obstaja velika verjetnost, da imajo tudi druge zvezde planete. V 90. letih prejšnjega stoletja so začeli odkrivati prve, zdaj je znanih nekaj tisoč eksoplanetov. Naslednji cilj je odkriti Zemlji podobne planete z atmosfero, potem z atmosfero, ki kaže na obstoj življenja. To so pomembna vprašanja, ki burijo človeško domišljijo. Za celotno razumevanje vesolja, kako se razvija, kako živijo zvezde, pa eksoplaneti pravzaprav nimajo nekega vpliva. Naša Galaksija bi bila takšna, kot je, pa če Zemlja obstaja ali pa ne. Z vidika vesolja smo nepomembni.
James Webb je pravkar odkril planet, boljši od Zemlje – 99,7-odstotna možnost življenja!
Sreča v znanosti: Nenavadni sopotnik
Velikokrat je v znanosti pomembna tudi sreča. V teh primerih, ko opazujemo te kratkotrajne, nenapovedljive dogodke, pa je ta še posebej ključna. Res imamo v naši skupini tri teleskope, a če je na primer v Avstraliji ravno slabo vreme, zamudimo prve pol ure ali več, ko je najbolj zanimivo. Tudi pri prej omenjenem dogodku trčenja nevtronskih zvezd je vlogo odigrala sreča. Detektor Advanced LIGO je imel doslej dve obdobji zajemanja podatkov, prve gravitacijske valove ob zlitju črnih lukenj 14. septembra 2015 so zaznali praktično takoj, ko so observatorija vključili. En teden kasneje pa bi jih zgrešili. Podobno je bilo avgusta lani, saj se je ravno zaključevalo drugo obdobje zajemanja podatkov, ki je potekalo od novembra 2016 do konca avgusta 2017. Nekaj tednov pred tem so vključili še observatorij Virgo v Italiji. Znova lahko govorimo o kančku sreče, da so dogodek opazovali kar s tremi detektorji in so lahko natančneje določili, od kod je valovanje prišlo in so nato v pravo smer usmerili teleskope.
No, je pa na drugi strani res, da ne vemo, kaj vse smo pa zgrešili in se k sreči s tem ne obremenjujemo. Morda smo zgrešili še kaj precej bolj zanimivega.
Potovanje skozi prostor in čas: Razdalje in hitrosti
Svetloba je hitrejša od česarkoli v vesolju, a kljub temu potrebuje nek čas za potovanje po prostoru. Na primer, da svetloba pripotuje od Sonca do Zemlje, potrebuje 8 minut. Toda Sonce nam je kar blizu. Svetloba z daljnih teles v vesolju, kot so zvezde ali galaksije, potrebuje za potovanje do nas na Zemlji milijone ali celo milijarde let. Astronomi iščejo oddaljena telesa v vesolju zato, ker nam ta povedo kakšno je bilo vesolje, ko je bilo veliko mlajše. Kvazarji so posebne galaksije, ki so tako daleč proč, da ko jih opazujemo, vidimo vesolje kakršno je bilo še kot dojenček. Kvazarji so tudi neverjetno svetli - svetlejši kot okrog 100 običajnih galaksij skupaj! In le zato ker so te oddaljene galaksije-kvazarji tako svetli, jih lahko astronomi sploh vidijo v svojih teleskopih. Pred kratkim so astronomi našli kvazar, ki je bolj daleč kot katerikoli prej znani kvazar. Njegova svetloba je potovala do nas skoraj 13 milijard let!
Že, če se ozremo po našem malem vesoljskem dvorišču ali Osončju kot mu pravimo, so razdalje zelo velike. Razdalja med Zemljo in Soncem je okrog 150 milijonov kilometrov ali eno astronomsko enoto (1 AU = astronomical unit). Za lažjo predstavo si zamislimo, da je Sonce velikosti frnikule. Ena astronomska enota bi bila potem razdalja okrog 1,2 metra. Torej bi Zemlja, ki ne bi imela premera večjega od debeline lista papirja, krožila okrog modelnega sonca v razdalji 1,2 metra. Luna pa bi krožila v razdalji 6 milimetrov od modelne Zemlje.
Največja hitrost, ki jo je mogoče doseči v vesolju, je hitrost svetlobe. Izmerili so, da svetloba potuje s hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo. Povedano drugače, v eni sekundi svetloba prepotuje 300.000 kilometrov (natančneje 299.792 km/s). Da pride od Sonca do Zemlje potrebuje svetloba več kakor osem minut. Za razdaljo do Proxime Centauri potrebuje 4,2 svetlobni leti. Da bi prepotovala celotno našo galaksijo Mlečno cesto, bi potovala 100.000 let. V kolikor bi potovali z avtomobilom, ki doseže povprečno hitrost 90 km/h, bi potovali do nam najbližje zvezde več kot 50 milijonov let. Raketa Saturn z vesoljsko ladjo Apollo, je do Meseca potovala tri dni. Do Proxime Centauri bi rabila 900.000 let. Najhitrejše vozilo, ki ga je izdelal človek, je vesoljska sonda Voyager, ki je že zapustila Osončje, potuje s hitrostjo 60.000 km/h.
Iskanje življenja: Fermijev paradoks in poselitev Marsa
Se tudi vi sprašujete, kje so vsi? Jih bomo mi našli prvi ali oni nas? Ali pa je vesolje preprosto preveliko in razvoj inteligentnih bitij (na podlagi evolucije na Zemlji) prepočasen in tako življenje izgine prej, kot pa da bi se našli?
Po Fermijevem paradoksu bi morali biti Nezemljani že tu. Obstajajo različne razlage, zakaj inteligentna bitja, ki so se morda pojavila v naši galaksiji, niso stopila v stik z nami. Morda so visoko razvite civilizacije zelo redke, morda jih enostavno ne zanima, da bi kolonizirali vesolje. Morda menijo, da ne bi bilo dobro kar vsevprek oddajati signalov o svojem obstoju, lahko pa je težava v samem času, kako dolgo lahko sploh obstaja neka visoko razvita civilizacija. Razdalje v vesolju so ogromne, že v naši galaksiji. Predstavljamo si jo lahko kot palačinko s premerom okoli 100.000 in z debelino okoli 2000 svetlobnih let. Ključno vprašanje je, kako dolgo neka civilizacija obstaja oziroma ima energijo, da lahko kolonizira druge planete (če sodimo po človeštvu na Zemlji, kjer smo skušali zapolniti vse, kjer se je dalo).
Morda se nam ljudem zdi, da smo tu že celo večnost, a šele v zadnjih 12.000 letih lahko govorimo o civilizacijah. To je zelo malo v primerjavi s časom, ki bi ga potrebovali za potovanje po galaksiji (razen če bi lahko potovali s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti). Do najbližjih zvezd je nekaj svetlobnih let in pot do njih je z vidika današnje zemeljske tehnologije neizvedljiva. Človeška noga je doslej stopila na Luno, ki je od Zemlje oddaljena eno svetlobno sekundo. Že priti do Marsa, kamor bi potovanje trajalo nekaj mesecev, je veliko trši oreh. Pojavijo se vprašanja, kako preživeti medzvezdna potovanja na prostorsko omejenem plovilu, kako zaščititi posadko pred sevanjem iz vesolja.
Glede načrtov poselitve Marsa je dobro, da imajo zasebniki smele načrte, saj to poganja stvari naprej, a ne smemo biti preveč razočarani, če ne bo šlo vse po načrtih. Nasa ima nekoliko daljšo časovnico in bolj realistične načrte v treh stopnjah, pri čemer bi se v zadnji plovilo s človeško posadko utirilo v orbito okoli Marsa.
Srečna zvezda: Simbolika in zgodovina
Zvezda Sirius, znana tudi kot "pasja zvezda", je v zgodovini človeštva igrala pomembno vlogo. V starem Egiptu so jo častili kot najpomembnejšo zvezdo na nebu, povezano z boginjo Izis. Ob njenem pojavu na nebu so prirejali pojedine in slavljenja. Sirius je napovedoval prihod najtoplejših in najbolj suhih dnevov julija in avgusta - od tod izraz "pasji dnevi" oz. "pasja vročina".
Številni okultni raziskovalci trdijo, da je bila velika piramida v Gizi sezidana v popolni poravnavi z zvezdami, še posebej s Siriusom. Svetlobo teh zvezd so Egipčani uporabili pri obredih svoje religije. V 20. stoletju je avtor Robert Temple izdal knjigo "Skrivnosti Siriusa", v kateri je trdil, da je starodavno afriško pleme Dogonov s Malija poznalo podrobnosti Siriusa, ki jih ne bi mogli vedeti brez uporabe teleskopov. Verjel je, da so Dogoni imeli "direktno" povezavo z bitji s Siriusa.
Dogonska mitologija je zelo sorodna mitologijam drugih civilizacij, kot so Sumerska, Egipčanska in Babilonska, katere vse vsebujejo arhetipski mit o "velikem učitelju" od zgoraj. V okultnih tradicijah je prisotno prepričanje, da je Thoth / Hermes poučeval ljudi iz Atlantide, najbolj razvite civilizacije, ki je bila po legendi poplavljena z velikim potopom in izginila. V tarotu je 17. karta "velike arkane" imenovana Les Etoiles (zvezda), ki upodablja portret mladega dekleta, ki kleči z eno nogo v vodi in drugo dvignjeno v zrak, njeno telo je v obliki svastike, v rokah drži dva vrča, katerih vsebino vliva na kopno in morje. Nad njeno glavo je osem zvezd, katerih je vsaka večja in svetlejša od druge, grof de Gebelin je smatral največjo zvezdo kot Sothis ali Sirius. Iz tega konteksta so zvezdo Sirius častili stari Egipčani kot zvezdo obilja, blaginje, rodnosti in plodnosti.
Vesolje se spreminja: Od velikega poka do počasnega ugašanja
Astronomija nam omogoča vpogled v zgodovino vesolja. Študija, ki je analizirala energijo, sproščeno ob fuzijah v zvezdah v več kot 200.000 galaksijah, je pokazala, da so nivoji energije, ki se sprošča v določenem delu vesolja, le na polovici nivojev, kakršni so bili pred dvema milijardama let, in še vedno upadajo. To nakazuje, da se vesolje počasi stara in bo počasi zapadlo v starost. Raziskovalci so uporabili sedem najzmogljivejših teleskopov na svetu, da so opazovali galaksije v 21 različnih valovnih dolžinah svetlobe. Večina energije je nastala kot posledica velikega poka, dodatno energijo pa sproščajo zvezde pri fuziji vodika v helij.
Otroški pogled na vesolje: Domišljija in radovednost
Otroci pogosto pristopijo k raziskovanju vesolja z neposredno radovednostjo in neomejeno domišljijo. Njihova vprašanja in razmišljanja razkrivajo fascinanten pogled na kozmos:
- Nekateri otroci si predstavljajo, da so zvezde del Sonca ali da vesoljci obstajajo in so modre barve z enim očesom.
- Drugi razmišljajo o življenju na drugih planetih, kot so Marsovčki na Marsu, ali pa o ognjenih ljudeh na Merkurju.
- Veliko otrok se sprašuje o naravi črnih lukenj, nekateri verjamejo, da vodijo v drug svet.
- Pomembno vlogo igrajo tudi planeti Osončja, njihove značilnosti in medsebojne razdalje.
- Nekateri otroci so navdihnjeni s zgodbami o astronavtih, kot je Barbi, ki odkriva nove planete, ali pa s zgodbami o potovanjih v vesolje, kot jih doživlja Zala ali Nina.
- Zanimivo je tudi razmišljanje o izvoru vesolja, kot v zgodbi o mački, ki s svojim brcanjem premeša planete, ali pa o zgodbi o kuharju, ki postane vesoljski varuh.
- Prav tako se pojavljajo razmišljanja o imenuvanju nebesnih teles, kot je primer s planetom Andraža in Andreja, ali pa o imenu za zvezdo Jirij.
- Nekateri otroci celo razmišljajo o zgodovini vesolja in o tem, kako je Zemlja dobila svoje značilnosti.
Te zgodbe, čeprav preproste, kažejo na globoko željo po razumevanju vesolja in na moč otroške domišljije, ki lahko ustvari nešteto scenarijev o potovanjih med zvezdami.
Pionirji vesoljske tehnike: Herman Potočnik Noordung
Slovenija je dala svetu enega samega zares velikega pionirja moderne raketne in vesoljske tehnike, inženirja Hermana Potočnika (1892-1929). Njegova vizionarska knjiga prikazuje zelo dobro utemeljene zamisli potovanja in bivanja v vesolju, kar je bilo za tisti čas nepojmljivo in še danes ni povsem uresničeno. Center Noordung v Vitanju je posvečen njegovemu delu in spodbuja radovednost ter ljubezen do znanosti in vesolja že pri najmlajših otrocih. Slikanice, pobarvanke in interaktivne vsebine popeljejo obiskovalce v svet pionirjev vesoljskih tehnologij, življenja v vesolju, Lune in planetov.