Ketvirčio milijardo metų kelionė

Antikos laikų astronomai žvaigždes laikė nejundančiomis šviesomis, pritvirtintomis prie dangaus skliauto. Toks manymas tikrai suprantamas – žvaigždžių padėtys viena kitos atžvilgiu kinta taip lėtai, kad ne tik per naktį, bet ir per vieno žmogaus gyvenimą pastebėti pokyčių neįmanoma. Bet visgi nakties dangus po truputį keičiasi. Labai lėtai – pokyčiai užtrunka dešimtis tūkstančių metų ir ilgiau. O vyksta jie todėl, kad kiekviena žvaigždė juda savita orbita Galaktikoje. Saulė – ne išimtis. Mūsų žvaigždė irgi keliauja dideliu ratu aplink Galaktikos centrą. Jos kelionė gali būti susijusi net su masiniais gyvų organizmų išmirimais Žemėje. Bet pakalbėkime apie viską nuo pradžių.

Šio straipsnio nebūtų buvę, jei ne mano Patreon rėmėjai. Ačiū jums už kasmėnesinę paramą! Prie jų prisijungti ir mane paremti galite ir jūs.

Skrendam ten? Ne, iš tikro tai ten mes neskrendam – Saulė juda aplink Galaktikos centrą, o ne jo link. Čia matomas spindulys yra „dirbtinė žvaigždė“ – lazeris, naudojamas teleskopuose kaip orientyras, leidžiantis įvertinti ir kompensuoti atmosferos sukeliamus tikrų žvaigždžių vaizdo iškraipymus. ©ESO
Skrendam ten? Ne, iš tikro tai ten mes neskrendam – Saulė juda aplink Galaktikos centrą, o ne jo link. Čia matomas spindulys yra „dirbtinė žvaigždė“ – lazeris, naudojamas teleskopuose kaip orientyras, leidžiantis įvertinti ir kompensuoti atmosferos sukeliamus tikrų žvaigždžių vaizdo iškraipymus. ©ESO

Žvaigždės dangaus skliaute tikrai juda lėtai. Absoliučiai greičiausiai juda Barnardo žvaigždė, per metus pasislenkanti kiek daugiau nei 10 kampinių sekundžių, arba 1/360-ąją laipsnio dalį. Žmogaus akis gali išskirti objektus, esančius 25 kampinių sekundžių atstumu, taigi sudėję dvi dangaus nuotraukas, darytas daugiau nei pustrečių metų skirtumu, kuriose matyti Barnardo žvaigždė, galėtume įžvelgti, kad ji pajudėjo. Bet plika akimi Barnardo žvaigždės nesimato – nors ją nuo Saulės skiria palyginus nedaug, mažiau nei du parsekai, ji yra labai blausi. Dauguma žvaigždžių juda danguje gerokai lėčiau – mažiau nei vieną kampinę sekundę per metus. Taigi kažkokį jų padėties pokytį galėtume pastebėti geriausiu atveju per kelis dešimtmečius arba šimtmečius – ir tai tik tokiu atveju, jei turėtume, kaip palyginti dangaus skliauto atvaizdus prieš kelis šimtmečius ir dabar. Šiandieninė technologija tą padaryti leidžia, bet mūsų protėviai tokių galimybių neturėjo, tad ir galvojo, kad žvaigždės yra fiksuotos ir niekur nejuda.

Kai kurių žvaigždynų kitimas nuo 50 tūkst. metų praeities iki 100 tūkst. metų ateities. ©Martin Vargic

Regimasis žvaigždės judėjimo greitis dangaus skliaute priklauso nuo dviejų dalykų – tikrojo jos judėjimo greičio Saulės atžvilgiu bei atstumo tarp žvaigždės ir mūsų. Kuo žvaigždė toliau, tuo lėčiau ji atrodo judanti dangumi. Kuo ji greičiau juda iš tikro, tuo greičiau juda ir dangaus skliautu. Dauguma plika akimi matomų žvaigždžių, žiūrint Galaktikos mastais, yra netoli Saulės – nutolusios per dešimtis ar šimtus parsekų. Jų judėjimo greičiai mums šį tą pasako ir apie pačios Saulės judėjimą. Mat kiekviena žvaigždė Galaktikoje juda sava orbita, mūsų Saulė – taip pat. Matuodami kitų žvaigždžių judėjimo greičius ir teisingai šiuos stebėjimus interpretuodami, galime apskaičiuoti ir Saulės judėjimo greitį bei trajektoriją.

Aplink Saulę yra žvaigždžių, judančių labai įvairiais greičiais mūsų atžvilgiu. Daugumos greičiai siekia kelis ar kelias dešimtis kilometrų per sekundę, bet yra ir judančių greičiau, nei 100 km/s. Stebėdami greitai judančias žvaigždes greitai pamatytume vieną įdomybę – praktiškai nėra žvaigždžių, judančių 250 km/s greičiu mūsų link iš Gulbės žvaigždyno pusės. Kitomis kryptimis ir kitais greičiais judančių žvaigždžių yra, o tokių – ne. Kodėl? Tai yra Saulės judėjimo aplink Galaktikos centrą kryptis ir greitis – žvaigždės, kurios Saulės atžvilgiu judėtų priešinga kryptimi tokiu pačiu greičiu, būtų stacionarios Galaktikos centro atžvilgiu ir tiesiog nukristų į Galaktikos centrą, taigi jų ir nematome.

Šis greitis – apie 250 km/s – susideda iš dviejų komponenčių: Vietinio rimties standarto ir savojo Saulės judėjimo. Vietinis rimties standartas yra vidutinis greitis, kuriuo aplink Galaktikos centrą sukasi Saulės aplinkoje esančios žvaigždės. Jo vertė yra apie 220-240 km/s (skirtingais metodais gaunami įvertinimai skiriasi). Likę 10 km/s yra Saulės greitis aplinkinių žvaigždžių vidurkio atžvilgiu. Šį greitį apskaičiuoti yra lengviau, tad ir žinomas jis tiksliau: aplinkinių žvaigždžių atžvilgiu Saulė juda apie 13 km/s greičiu Heraklio žvaigždyno kryptimi.

Žvaigždės, judančios panašiais dideliais greičiais aplink Galaktikos centrą (kairėje), atrodo judančios įvairiomis kryptimis, žiūrint iš Saulės (dešinėje).

Ilgalaikio Saulės ir kitų Galaktikos disko žvaigždžių judėjimo trajektorija yra elipsinė, o elipsės centras apytikriai sutampa su Galaktikos centru. Žinodami, kad žvaigždės juda aplink Galaktikos centrą, žmonės dažnai įsivaizduoja, kad Galaktika yra panaši į Saulės sistemą, kur centrinis masyvus objektas išlaiko aplink jį besisukančius mažesnius. Bet iš tiesų yra gerokai kitaip: Galaktikos centre esančios juodosios skylės gravitacija dominuoja tik kelių parsekų aplinkoje, o toliau esančios medžiagos judėjimą nulemia visos Galaktiką sudarančios medžiagos kuriama gravitacija. Taigi žvaigždės gali judėti ne tik apskritimais ir elipsėmis diske, bet ir kitokių formų orbitomis centriniame telkinyje bei hale.

Vienas iš esminių skirtumų tarp žvaigždžių judėjimo Galaktikos diske ir planetų judėjimo aplink Saulę – pastarosios juda kiekviena savo plokštumoje, o šios plokštumos laikui bėgant kinta tik labai lėtai. Tuo tarpu žvaigždžių orbitos svyruoja statmenai Galaktikos disko plokštumai, ir per vieną apsisukimą susvyruoti gali ne vieną kartą. Saulė čia ne išimtis – šiuo metu ji yra maždaug 17 parsekų atstumu virš Galaktikos disko vidurio plokštumos ir kyla aukštyn, po truputį lėtėdama. Kuo aukščiau Saulė pakyla „į viršų“, tuo stipriau diskas ją traukia žemyn, todėl galiausiai ji sustos ir ims leistis; vėliau kirs disko plokštumą ir tas pats pasikartos „apačioje“ („viršus“ ir „apačia“ yra tik patogios metaforos, prasmingos tiek pat, kiek žemėlapių orientavimas šiaurę padedant viršuje).

Saulės judėjimo aplink Galaktikos centrą schema. Schema teisinga tik kokybiškai – realybėje Saulės vertikalių svyravimų periodas yra tik 3-4 kartus mažesnis, nei apsisukimo aplink centrą trukmė, o ne maždaug 12, kaip parodyta čia. ©Nature, C. Carreau, ESA

Vertikalių svyravimų periodas labiausiai priklauso nuo medžiagos tankio diske ties Saule, arti jo vidurio plokštumos. Tiksliai jį apskaičiuoti yra sudėtinga. Geriausi šiandieniniai įvertinimai svyruoja nuo 60 iki 83 milijonų metų. Tai reiškia, kad Saulė disko vidurio plokštumą kerta kas 30-42 milijonus metų, du kartus per svyravimų periodą. Įdomu tai, kad šis periodas neblogai atitinka periodą, kuriuo Žemėje atsikartoja masiniai rūšių išnykimai, pastebimai keičiasi klimatas. Taip pat panašiu periodu padažnėja kometų ir asteroidų smūgiai į Žemę ir kitas vidines Saulės sistemos planetas. Taigi gali būti, kad Saulės sistemos judėjimas Galaktikoje, tiksliau sakant Galaktikos disko vidurio plokštumos kirtimas, atsiliepia ir gyvybei; tiesa, ryšys tarp šių procesų nėra visuotinai patvirtintas. Galime pasidžiaugti, kad pagal šį skaičiavimą iki sekančio kataklizmo laiko dar yra daug – kitą kartą Saulė disko plokštumą kirs po daugiau nei 20 milijonų metų.

Apsukti ratą aplink Galaktikos centrą užtrunka gerokai ilgiau – apie 250 milijonų metų. Šis skaičius nėra labai tikslus ir Saulės greičio bei padėties matavimų netikslumų, ir dėl Saulės orbitos netvarkingumo. Mat Saulė, apsukusi vieną ratą, negrįžta tiksliai į tą pačią vietą – ji gali būti toliau nuo Galaktikos centro ar arčiau jo. Kaip bebūtų, šis skaičius kartais yra vadinamas Galaktiniais metais. Tada galime sakyti, kad Žemė susiformavo prieš 18 metų, gyvybė atsirado prieš maždaug 16, Kambro periodo gyvybės diversifikacija įvyko prieš dvejus su trupučiu metų, o dinozaurų era prasidėjo prieš metus. Baigėsi ji prieš vos daugiau nei ketvirtį Galaktinių metų. Taigi tuo metu, kai Žemėje gyveno dinozaurai, nakties dangus atrodė visiškai kitaip, nes tos žvaigždės, kurios dabar yra mūsų danguje, buvo visai kitur. Kai kurios iš jų galbūt irgi buvo matomos, nes juda Galaktikoje panašiai, kaip Saulė, tačiau jų padėtys danguje labai skyrėsi nuo dabartinių.

Saulė gyvena jau daugiau nei 18 Galaktinių metų. Jai dar liko gyventi 22 ar šiek tiek daugiau, taigi mūsų palikuonys, ar kitos protingos būtybės, gyvensiančios Žemėje ir kaimyninėse planetose, dar matys daug skirtingų vaizdų nakties danguje. Tuo tarpu pati Galaktika irgi nestovi vietoje – po maždaug keturių milijardų Žemės metų (t.y. 16 Galaktinių metų) susijungs su Andromeda. Abi šios galaktikos, kaip ir aplink jas besisukančios nykštukės bei kitos Vietinės grupės galaktikos, juda Mergelės superspiečiaus, kurio pakraštyje yra, centro link. Šio judėjimo greitis yra apie 350 km/s. Tiesa, tokiais masteliais sudėtinga parinkti kokį nors vieną atskaitos tašką, kurio atžvilgiu galėtume matuoti judėjimo greitį, nes juda visi matomi objektai – tas pats Mergelės superspiečius irgi juda. Dar egzistuoja milžiniškas spiečius, vadinamas „Didžiuoju traukiku“ (The Great Attractor), kurio link juda visas Mergelės superspiečius; mūsų greitis jo atžvilgiu yra apie 650 km/s.

Paukščių Tako ir aplinkinių galaktikų judėjimo schema. Didysis traukikas yra raudonas didžiulis galaktikų sutankėjimas kairėje pusėje. © Hélène Courtois, Daniel Pomarède, R. Brent Tully, Yehuda Hoffman, and Denis Courtois

Artimiausias „absoliučiai“ atskaitos sistemai reiškinys Visatoje yra kosminis mikrobangų spinduliuotės fonas, sklindantis nuo tada, kai Visata po Didžiojo sprogimo atvėso pakankamai, kad elektronai ir protonai sukibtų į vandenilio atomus. Po šio įvykio, 380 tūkstančių metų po Didžiojo sprogimo, Visata tapo permatoma ir fotonai po ją visą laksto iki šiol. Jų energija iki dabar dėl Visatos plėtimosi sumažėjo apie tūkstantį kartų, bet visomis kryptimis yra beveik vienoda. Visgi egzistuoja ir netolygumų, o didžiausias iš jų yra aukštesnė temperatūra vienoje pusėje ir žemesnė priešingoje, atsirandanti dėl Doplerio efekto, kadangi mes judame foninės spinduliuotės atžvilgiu. Šis judėjimo greitis yra apie 370 km/s – į jį įeina ir judėjimas Mergelės superspiečiaus centro, ir Didžiojo traukiko link, ir Saulės judėjimas aplink Galaktikos centrą.

Taigi Saulės kelionė Galaktikoje yra kupina pakilimų ir nusileidimų – čia būtų galima padaryti kokį palyginimą su žmonių gyvenimais, bet paliksiu tai rašytojams ir poetams.

Laiqualasse

5 comments

  1. O kodėl negalima atskaitos tašku naudoti "Didžiojo traukiko", nes jei teisingai supratau link jo viskas juda? Ir aplamai, kodėl tiek mažai žinoma apie "Didijį traukiką" (pvz., aš girdžiu pirmą kartą), nes mano supratimu tai turėtų būti pati įdomiausia visatos vieta... Kokios yra teorijos dėl to traukiko?

    1. nes šis Didysis traukikas nėra vienintelis toks super-superspiečius. Ir jis nėra galaktikos centras, nors jam parinktas toks pavadinimas ir galėtų kelt tokią mintį. Bet jis irgi juda kažkokiu greičiu, link kito draugiško super-superspiečiaus.

    2. Iš dalies Giedrius teisingai atsakė - Didysis traukikas yra "vietinės" Visatos anomalija. Tai yra kažkoks superspiečius, o žinome apie jį labai mažai todėl, kad jis yra kaip tik toje dangaus dalyje, kur ir Galaktikos centras, todėl stebėti ten esančius dalykus yra labai sudėtinga.

  2. o, radau atsakymą į dominusį klausimą. Kaip skiriasi žvaigždžių ir planetų orbitos aplink centrą. Pasirodo tik žvaigždės svyruoja vertikaliai.

    Bet tuomet iškilo kitas klausimas, ar žvaigždės sukimosi plokštuma koreliuoja su galaktikos sukimosi plokštuma?. Ar žvaigždės sukimosi ašis nukrypus į bet kurią pusę lyginant su galaktika

    1. Truputį tiksliau šnekant, kiekvieno objekto judėjimą galima suskirstyti į svyravimus kiekvienoje koordinatėje (pvz. x, y ir z, arba r ir du kampai). Planetų orbitų atveju šių svyravimų dažniai yra griežtai susieti, todėl orbitos gražios, uždaros ir vienoje plokštumoje (na, beveik - tiksliai taip būtų, jei neatsižvelgtume į kitų planetų poveikį ir nežymų Saulės nesferiškumą). Tuo tarpu žvaigždžių orbitoms tokie griežti sąryšiai negalioja, taigi svyravimų periodai gali būti labai skirtingi.

      Žvaigždės sukimosi, ir jos planetų sistemos sukimosi, plokštuma nekoreliuoja su Galaktikos plokštuma. Pavyzdžiui, Saulės sistemos planetų orbitų plokštuma į Saulės orbitą Galaktikoje palinkusi maždaug 60 laipsnių kampu.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *