Astronomija, kaip modernus mokslas, egzistuoja geriausiu atveju keturis šimtmečius – nuo teleskopo išradimo. Kalbant kiek griežčiau, jos amžius nesiekia dviejų šimtmečių, nes tik XIX a., išradus spektroskopiją bei fotografiją, astronominiai stebėjimai tapo atsieti nuo žmogaus akies netobulumų. Daugelis šiandien labai reikšmingų astronomijos sričių apskritai atsirado prieš šimtą metų (užgalaktinė astronomija ir kosmologija, mat tik tada mokslininkai įsitikino, kad Visata didesnė už Paukščių Taką ir kad jos erdvė plečiasi) ar dar mažiau (egzoplanetų atradimai prasidėjo prieš tris dešimtmečius). Turint šitai omeny, atrodo nuostabu, kiek daug pasiekėme: daugmaž suprantame, iš ko susideda Visata, kaip ji atsirado ir tapo tokia, kaip šiandien, kaip turėtų vystytis toliau, kaip atsiranda žvaigždės ir planetos, kaip jos gyvena ir miršta… Iš kitos pusės, klausimų išlieka daugybė, o kai kurie jų pastaraisiais metais netgi aštrėja, nes nauji vis detalesni stebėjimai ima prieštarauti teorinėms prognozėms (geriausias to pavyzdys – Hablo įtampa, apie kurią rašiau prieš pusantrų metų).

Jei per kelis dešimtmečius ar porą šimtmečių pasiekėme tiek daug, ką galėtume išsiaiškinti per antra tiek laiko? O per dešimt kartų daugiau? O šimtą? Dešimt tūkstančių metų yra laikotarpis, palyginamas su žmonių civilizacijos amžiumi. Daugybė astronominių reiškinių, kuriuos šiuo metu galime matyti tik kaip momentines nekintančias nuotraukas, per tūkstančius metų atsiskleistų pakankamai, kad realiai galėtume stebėti jų raidą. Tai leistų patikrinti kai kurias teorines prognozes apie Visatos evoliuciją ir daug daug geriau išsiaiškinti jos sandarą. Be to, įvairūs retai pasikartojantys reiškiniai, kurių kol kas gal apskritai neturėjome galimybės pamatyti realybėje, per dešimt tūkstantmečių gali nutikti ne vieną kartą ir atskleisti įvairiausių ekstremalių procesų paslaptis. Apie tokias galimybes kviečiu skaityti žemiau.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito euro per mėnesį, prisidėti prie jų galite ir jūs.

Prieš pradėdami aiškintis, ką galime tikėtis atrasti, nusistatykime keletą apribojimų. Čia nekalbėsime apie fantastinių technologijų reikalaujančius atradimus. Taip, gali būti, kad per dešimtį tūkstantmečių, o gal ir daug anksčiau, išrasime būdą keliauti greičiau už šviesą, kurti juodąsias skyles, naršyti paralelinius pasaulius ar bendrauti mintimis. Bet tokie išradimai arba prieštarauja šiandien žinomiems fizikos dėsniams, arba bent jau kelia neįveikiamų inžinerinių iššūkių. Tad nagrinėti galimas jų pasekmes nebūtų labai prasminga. Apsiribosime tuo, ką galime pasiekti su šių dienų ar artimiausios ateities technologijomis, tik praplėtę laiko intervalą.

Pirmasis atradimas, kurį leis padaryti labai ilgalaikiai stebėjimai, yra geresnio trimačio Visatos vaizdo sudarymas. Žemė juda ratu aplink Saulę, todėl kasmet truputį kinta žvaigždžių padėtys dangaus skliaute – tai vadinama paralaksu. Kuo objektas toliau, tuo paralaksas mažesnis, taigi išmatavę paralaksą galime nustatyti atstumą iki norimo dangaus kūno. Deja, net ir artimiausioms žvaigždėms paralakso vertė nesiekia vienos lanko sekundės, o daugumai matuojama milisekundėmis ar mažesniais dydžiais. Taigi išmatuoti paralaksą galima tik labai jautriais prietaisais. Yra ir kitas paralaksas, atsirandantis dėl Saulės sistemos judėjimo Galaktikoje; jį galima palyginti su vaizdo kitimu, kurį matome pro važiuojančio automobilio langą. Arti esantys objektai pro mūsų akis juda greičiau, nei tolimi, ir jų sudaroma panorama vis kinta. Taip pat kinta ir žvaigždžių „panorama“; tiesa, ji keičiasi ir dėl pačių žvaigždžių judėjimo Galaktikoje. Per metus objekto, nutolusio nuo mūsų kiloparseką, padėtis danguje dėl Saulės judėjimo pakinta iki 80 milisekundžių. Iš principo tokį pokytį galima išmatuoti ir James Webb kosminiu teleskopu, o naudojant interferometrus pasiekiama dešimtis kartų geresnė raiška. Bet norėdami atskirti Saulės ir kitų žvaigždžių judėjimo keliamus efektus, turėtume stebėti daugybę skirtingais atstumais esančių objektų, geriausia – visoje Galaktikoje. Tam jau reikėtų bent dešimtmečių duomenų. Per tūkstančius metų gaunami duomenys leistų išmatuoti net ir aplinkinių galaktikų paralaksus, o šie leistų labai tiksliai apskaičiuoti atstumus iki jų. Atstumai tarp galaktikų per dešimtį tūkstančių metų pakinta nežymiai, tad toks matavimas padėtų daug geriau sukalibruoti kosminių atstumų matavimo skalę, vadinamąsias „kopėčias“. Kuo tolimesnė galaktika, tuo mažiau patikimas bus jos atstumo bei judėjimo greičio įvertinimas, bet ir mažo patikimumo duomenys geresni už nulinius. Juos turėdami, galėsime įvertinti, ar Visata tikrai plečiasi izotropiškai – vienodai visomis kryptimis. Vien iš aplinkinių galaktikų stebėjimų to padaryti negalime, nes žinome, kad jos juda kryptingai viename sraute; praplėtus stebėjimų lauką nuo keleto iki kelių dešimčių ar šimtų megaparsekų, judėjimo koherentiškumas turėtų pranykti.

Kalbant apie Visatos plėtimąsi, per ilgą laiką galima išmatuoti netgi raudonojo poslinkio pokyčius. Raudonasis poslinkis nurodo, kaip greitai kūnas tolsta nuo mūsų. Kuo objektas yra toliau, tuo greičiau ir tolsta – tokia yra visuotinio erdvės plėtimosi esmė. Laikui bėgant, atstumas iki objekto vis didėja, taigi turėtų augti ir jo greitis, o kartu ir raudonasis poslinkis. Grubiai skaičiuojant, raudonojo poslinkio pokytis lygus stebėjimų laikotarpio ir Visatos amžiaus santykiui. Taigi per metus pokytis siekia vieną dešimtmilijardąją dalį; tai atitinka keleto centimetrų per sekundę greičio pokytį. Išmatuoti tokius smulkius pokyčius su šiandieniniais prietaisais dar neįmanoma, nors vykdant stebėjimus keletą dešimtmečių, galbūt ir pavyktų. Tiesa, net ir gavus rezultatą, būtų sudėtinga jį atskirti nuo „triukšmo“ – savojo galaktikų ar žvaigždžių jose judėjimo, kurio vertės dažnai siekia šimtus kilometrų per sekundę. Iš kitos pusės, per dešimt tūkstantmečių raudonojo poslinkio pokytis išauga iki milijonosios dalies, o greičio – iki beveik kilometro per sekundę. Tokio lygio, ir net gerokai mažesnių greičio pokyčių, matavimai nuolat atliekami ieškant egzoplanetų, taigi jau dabar turime technologijas, kurios leistų pokyčius išmatuoti labai dideliu tikslumu. Nors tokie greičiai vis dar mažesni už savąjį galaktikų judėjimą, koherentiškus pokyčius, turėdami daugelio galaktikų informaciją, galėtume išskirti daug lengviau. Žinodami, kaip kinta objektų raudonasis poslinkis, galėtume daug labiau tiesiogiai, nei dabar, patikrinti kosmologinių modelių prognozes ir įvertinti pagrindinius kosmologinius parametrus, tokius kaip materijos ar tamsiosios energijos tankis.

Kitas būdas patikrinti kosmologinius modelius – išmatuoti foninės spinduliuotės pokyčius. Foninė spinduliuotė yra Visatą užpildantis mikrobangų fotonų srautas, sklindantis visomis kryptimis nuo tada, kai Visatos medžiaga pirmą kartą tapo neutrali. Iš pradžių fotonai buvo infraraudonieji, bet laikui bėgant plėtėsi ir iki dabar pailgėjo jau daugiau nei tūkstantį kartų. Per dešimt tūkstančių metų jie pailgės nedaug – apie milijonąja dalimi. Sutapimas su aukščiau minėtais raudonojo poslinkio pokyčiais – ne atsitiktinis, mat foninės spinduliuotės fotonai plečiasi dėl to paties Visatos erdvės didėjimo. Išmatuoti milijonosios dalies pokyčius šiandieniniais prietaisais tikrai įmanoma. Nors šie sistematiški pokyčiai irgi gali pasimesti triukšme – šiuo atveju jis kyla daugiausiai dėl dulkių judėjimo Paukščių Take – išsamūs viso dangaus stebėjimai padėtų triukšmą sumažinti iki minimumo. Tai yra bene pagrindinis foninės spinduliuotės, kaip tyrimų objekto, privalumas – ji yra visur, tad nereikia apsiriboti mažų blausių objektų stebėjimais.

Daugybė astronominių reiškinių nutinka gana retai – taip retai, kad juos patikimai fiksuoti galime tik nuolat stebėdami praktiškai visą dangų. Du pavyzdžiai yra supernovos ir gama spindulių žybsniai. Tiek vienų, tiek kitų kasmet užfiksuojama šimtai, bet padalinus šį skaičių iš milijardų galaktikų, matome, kad iš tiesų jų ne tiek ir daug. Žinoma, užfiksuojame toli gražu ne visus įvykius, nes tolimose galaktikose net ir tokie ryškūs žybsniai pernelyg blausūs, be to, gama spindulių žybsniai daugiausiai šviečia siaurais pluoštais, tad matome juos tik tada, kai jie nukreipti beveik į mus. Paukščių Take supernovų sprogimai turėtų vykti vidutiniškai kas kelis dešimtmečius, bet paskutinė plika akimi matoma supernova nutiko dar 1604 metais (tiesa, 1987 metų supernova irgi buvo teoriškai matoma plika akimi, bet įvyko kaimyninėje Didžiojo Magelano debesies galaktikoje). Tikrai žinome, kad Galaktikos centre bent viena supernova įvyko ir vėliau, tiesiog storas dulkių sluoksnis ją uždengė nuo tuometinių teleskopų. Visgi tikslų supernovų dažnumą Paukščių Take nustatyti kol kas galime tik labai apytikriai: 1-2 supernovos per šimtmetį. Per dešimt tūkstančių metų galima tikėtis 100-200 supernovų, o tikslus jų skaičius leis daug patikimiau nustatyti ir dažnumą. Panašiai ir su gama spindulių žybsniais: per daug ilgesnį laikotarpį, nei praėjo nuo pirmojo žybsnio atradimo 1968-aisiais, galime tikėtis sulaukti žybsnio ir Paukščių Take ar bent vienoje iš aplinkinių galaktikų. Tai radikaliai praplėstų žinias apie šių reiškinių kilmę ir vystymąsi.

Aptikti gravitacinių bangų signalą, sklindanti iš įvykio Paukščių Take, greičiausiai neverta tikėtis. Šiandieniniai vertinimai rodo, kad aplinkinėje Visatoje viename kubiniame gigaparseke juodųjų skylių susijungimų įvyksta apie 20 per metus, tad vienai galaktikai, kuri užima mažiau nei kubinį megaparseką, tenka vienas signalas per 50 milijonų metų. Tikimybė, kad laukiant 10 tūkstantmečių, toks signalas kils kažkur Paukščių Take, tėra vienas iš 5000. Iš kitos pusės, ilgi daugybės pulsarų stebėjimai leis išmatuoti bendrą gravitacinių bangų foną – nuolatinį erdvės vibravimą, kylantį dėl daugybės sukrėtimų, kurie per silpni mūsų detektoriams užfiksuoti. Tiesa, patį foną greičiausiai užfiksuosime gerokai anksčiau, gal net per keletą dešimtmečių, bet ilgesni stebėjimai suteiks matavimams daug didesnį tikslumą.

Dar viena sritis, kurioje ilgalaikiai stebėjimai gali duoti labai reikšmingą rezultatą, yra nežemiškos gyvybės paieškos. Įsivaizduokime dvi civilizacijas: pirmoji šiuo metu tik atranda žemdirbystę, antroji yra panašaus technologinio lygio į mus. Jei laikysime, kad jos į mus panašios ir biochemiškai, t.y. jų gyvybiniai procesai vyksta panašiu greičiu, kaip mūsų, galime tikėtis, kad per 10 tūkstančių metų pirmoji civilizacija pasieks mūsų šiandieninį lygį. Kiek išsivystys antroji civilizacija, galime tik paspėlioti, bet bent jau viena galima vystymosi trajektorija apima aplinkinių planetų, o gal net ir žvaigždžių sistemų, kolonizavimą bei ten esančių medžiagų perdirbimą savo reikmėms. Jei pamatytume tokią kolonizuojamą irba perdirbamą sistemą dabar, per keletą metų greičiausiai nepavyktų vienareikšmiškai įsitikinti ten egzistuojant protingai gyvybei: visgi esama daugybės natūralių procesų, kuriais galėtume paaiškinti kone bet kokius signalus, išskyrus nebent aiškiai prasmingą radijo komunikaciją. Tas pat galioja ir planetai, kurioje mezgasi pirmieji civilizacijų daigai ar netgi egzistuoja šiandieninei mūsiškei analogiška civilizacija: tvirtai teigti, kad atradome protingą gyvybę, būtų sunku. Bet kuo ilgiau stebėtume sistemas, tuo daugiau aiškių pokyčių jose pamatytume. Besikeičianti planetos atmosfera dėl pramonės perversmo, kintantis apšvietimas dėl miestų plėtros, gausėjanti dirbtinių palydovų planetos artimiausia aplinka, kasinėjami asteroidai, nuolatiniai tarpplanetiniai skrydžiai, kolonijiniai laivai į gretimas sistemas… visa tai sudarytų pėdsakų rinkinį, kurių galiausiai nebūtų įmanoma paaiškinti niekaip kitaip, išskyrus protingų padarų veikla. O jei tie padarai Galaktikos mastais netoli mūsų – nutolę iki kokio kiloparseko – per dešimt tūkstančių metų netgi galėtume su jais apsikeisti keliomis žinutėmis. Tiesa, didesniam komunikacijų tinklui sukurti reikėtų kiek daugiau – šimtų tūkstančių metų.

Kalbant apie nežemiškų civilizacijų aptikimą pastebėjus aplinkinių sistemų kolonizavimą, nederėtų pamiršti, jog ir mūsų palikuonys gali nueiti panašiu keliu. Nors šiandien Saulės sistemą jau palikę ar paliekantys zondai – Voyager, Pioneer, New Horizons – net iki artimiausios Saulei žvaigždės keliautų dešimtis tūkstančių metų, ateityje situacija gali gerokai keistis. Po truputį vystomas Breakthrough Starshot projektas turi tikslą iki amžiaus vidurio išsiųsti Kentauro Proksimos link spiečių mažyčių zondų, įgreitinus juos iki penktadalio šviesos greičio. Tam reikės galingo lazerio, kuris pastumtų milžiniškas zondų bures, o patys zondai bus mažesni už delną. Taigi apie kolonijinių laivų išsiuntimą į aplinkines planetines sistemas tikrai nekalbame, bent kol kas. Visgi šis projektas parodo, kad technologija vystosi sparčiai; per tūkstančius metų sulaukti žmonių kelionės už Saulės sistemos ribų tikrai atrodo įmanoma. 

Bet kad pasiektume didžiulį proveržį astrofizikoje, žmonėms keliauti niekur nebūtina: užtenka toli nuo Žemės išsiųsti teleskopų. Jau dabar plačiai naudojama technologija – interferometrija – leidžia apjungti nutolusius teleskopus į vieną tinklą ir taip pasiekti erdvinę skyrą, tarsi turėtume vieną teleskopą, dydžiu prilygstantį atstumui tarp observatorijų. Būtent tokia technologija paremtas Įvykių horizonto teleskopo projektas: sujungtos observatorijos sudarė Žemės dydžio virtualų teleskopą, kuriuo pavyko išskirti šešėlius aplink juodąsias skyles Paukščių Tako ir M87 galaktikų centruose. Sekantis žingsnis, gerinant teleskopo galimybes, būtų prijungti vieną ar daugiau kosminių teleskopų. Taip virtualaus teleskopo dydis išaugtų nuo Žemės iki orbitos skersmens. Per artimiausius dešimtmečius ta orbita bus aplink Žemę, galbūt dešimčių tūkstančių kilometrų aukštyje. Bet ateityje niekas netrukdo sukurti teleskopų flotilės, kuri driektųsi aplink Mėnulį, Marsą, Jupiterį, Plutoną, o galiausiai – net ir Kentauro Proksimą, Banginio Tau ir kitas artimas žvaigždes. Apjungę tokių teleskopų galimybes pasiektume raišką, apie kurią galima tik pasvajoti: tolimų egzoplanetų žemėlapiai ir žvaigždžių paviršių stebėjimai, erdviškai išskiriamos net mažiausios ir tolimiausios galaktikos – visa tai atsivertų mūsų palikuonims. Aišku, duomenų iš observatorijų kitose planetinėse sistemose reikėtų laukti keletą ar keliolika metų, bet tai atrodo maža kaina už tokį milžinišką galimybių proveržį.

Čia aprašytos perspektyvos – tikrai ne viskas, ko pasieksime astronomijoje per tūkstančių metų ateitį. Daugybės pasiekimų negalime net įsivaizduoti, kaip prieš keturis šimtmečius astronomai negalėjo įsivaizduoti radijo ar rentgeno stebėjimų duodamų žinių apie kosmosą. Tiek technologiniai, tiek fundamentalūs mokslo pasiekimai stebins mus ir mūsų palikuonis ne vieną dešimtį kartų. Aišku, visa tai remiasi prielaida, kad civilizacija per šį laikotarpį nesusinaikins ir nereikės teleskopo išradinėti iš naujo. Bet leiskime sau pabūti optimistais.

Laiqualasse