NASA je otkrila 5 novih nevjerovatnih fotografija sa svemirskog teleskopa James Webb, uključujući zvijezde koje nikada nismo vidjeli i “strukture za koje, iskreno, ne znamo ni šta su”.
NASA je u utorak otkrila pet zapanjujućih slika sa svemirskog teleskopa James Webb—najmoćnijeg teleskopa ikada lansiranog u svemir, trenutno udaljen milion kilometara.
JWST je najnoviji i najbolji način čovječanstva da se pogleda duboko u kosmos, sve do perioda neposredno nakon Velikog praska. Teleskop je 100 puta moćniji od Hubblea i sposoban je uhvatiti veće infracrvene valne dužine, što će mu omogućiti da vidi galaksije koje su udaljenije ili sa velikim crvenim pomakom. Svemir je radoznao jer gledanje dalje u daljinu znači i da gledamo u prošlost, pa tako u potrazi za najstarijim zvijezdama i galaksijama, JWST efektivno gleda na početak vremena i prostora.
“Ovo je naša vremenska mašina,” rekao je dr. John Mather, viši naučnik projekta za Webb, tokom NASA-inog emitovanja u utorak. Naravno, Web će se koristiti i za stvaranje više uvida o objektima koji su nam bliži, a ta sposobnost je bila pun prikaz tokom prve velike slike teleskopa.
Prva slika: Duboko polje
Svjetlost zvijezda i galaksija na ovoj slici dolazi prije više od 13 milijardi godina – Veliki prasak se dogodio prije 13,8 milijardi godina, što znači da ova slika prikazuje trenutak nedugo nakon svitanja vremena. Gravitacija klastera iskrivljuje ono što je iza njih, efekat koji se zove “socivanje”, tako da neki objekti izgledaju zamrljano, jer se uvećavaju. Uvećajte ga da otkrijete divlje detalje.
Druga slika: Egzoplaneta
Ovo je “indirektna” slika; vizuelne slike iz svemira se često rekonstruišu iz svetlosnih podataka, tako da je ovo nekako sirovi set. Iako nije tako vizuelno privlačan kao duboko polje, sadrži gomilu informacija za naučnike. Ovo je spektar egzoplanete WASP-96 b, gasnog giganta koji se nalazi 1.120 svjetlosnih godina od Zemlje. Neravnine i pokreti ukazuju na vodenu paru u atmosferi. U budućnosti će biti mnogo više ovakvih podataka sa drugih planeta i asteroida.
Treća slika: Smrt zvijezde
Ovo je izgled, i dva-fer za podizanje. To je vrlo detaljna bliska infracrvena slika magline zvane Južni prsten, koju je izazvala umiruća zvijezda, udaljena 2.500 svjetlosnih godina. “Pjenasti” prsten oko magline uzrokovan je molekularnim vodonikom koji nastaje masivnom eksplozijom. “Zraci” su zapravo rupe u unutrašnjoj maglini koje omogućavaju svjetlosti zvijezde da sija. U središtu magline su dvije zvijezde – naučnici su znali da je Južni prsten binarni zvjezdani sistem, ali sada ih možemo jasno vidjeti.
Četvrta slika: Galaksije
Ovo je slika Stephanovog kvinteta, koji je bliska grupa galaksija koju je prvi otkrio Edouard Stephan 1877. godine. Na fotografiji ih je pet, ali to je malo vizuelni trik. Jedna od galaksija je udaljena oko 40 miliona svjetlosnih godina od Zemlje, ali ostale četiri su istinska kompaktna grupa, a sve one postoje između 210 miliona i 340 miliona svjetlosnih godina od nas. U određenom smislu, to je fotografija koja nas vodi iz obližnjeg, modernog univerzuma, pa sve do drevnog svemira.
Peta slika: Rađanje zvijezde
Ovo je slika “zvjezdanog rasadnika”, regije u kojoj se rađaju nove zvijezde, i prikazuje zvijezde bebe koje su ranije bile skrivene od našeg pogleda. Fokus je na maglini Carina, koja je područje za formiranje zvijezda upravo ovdje u Mliječnom putu. Uprkos tome, Webbova slika otkriva stotine novih zvijezda i kosmičke “strukture za koje, iskreno, ne znamo ni šta su”, kaže Amber Straughn, zamjenica projektnog naučnika za JWST, koja je predstavila fotografiju.
Najjednostavniji oblik astrofotografije bez teleskopa je pejzažna astrofotografija. Osnovno što morate imati je moderan digitalni fotoaparat, te čvrsti fotostativ. Ta oprema će vam ionako trebati za bilo kakvu kvalitetniju astrofotografiju. U ovom slučaju vam treba širokokutni objektiv, žarišne duljine 24 mm ili manje. Kraće žarišne duljine omogućiti će snimanje duljih ekspozicija, a da zvijezde ne postanu crtice zbog rotacije Zemlje oko svoje osi. Širokokutnim objektivom treba uhvatiti što veći dio noćnog neba u kombinaciji sa zanimljivim pejzažem. To mogu biti neke atraktivne građevine, ruševine, otoci u daljini ili planinski vrhovi – naravno, što dalje od umjetne rasvjete i svjetlosnog onečišćenja gradova. Sve postavke moraju biti podešene ručno, a najvažnije je pažljivo ručno izoštravanje na neku sjajnu zvijezdu koristeći “live view” na ekranu. Automatika u mrklom mraku jednostavno – ne funkcionira!
Dobre početne postavke su:
maksimalan otvor objektiva (najmanji f-broj)
vrijeme ekspozicije 15-30 sekundi (ekspozicije mogu biti dulje što je objektiv širokokutniji)
ISO 1600
obavezno spremanje fotografija u RAW formatu
Kod fotografija noćnog neba je izražen digitalni šum zbog kojeg je slika zrnata, što otežava daljnju obradu i gube se detalji. Zato se uvijek radi nekoliko uzastopnih fotografija koje se kasnije u obradi moraju registrirati (preklopiti) jedna preko druge, te uprosječiti kako bi se šum smanjio. Registracija je vrlo važna jer se položaji zvijezda na svim fotografijama moraju točno podudarati. Šum je na pojedinačnim fotografijama uvijek malo drukčiji, pa kad se uprosječi nekoliko fotografija (u slučaju pejzažne astrofotografije dovoljno ih je 10-20) dobijemo znatno “čišću” fotografiju.
Za takvu obradu pejzažnih astrofotografija najčešće se koristi besplatni program Sequator. Na gornjem primjeru (izrez fotografije na 100% veličine) možete primjetiti kako se s 30 sekundi ekspozicije i 20 mm širokokutnim objektivom već vide tragovi zbog rotacije Zemlje. To se definitivno neće vidjeti na slikama pripremljenim za internet i društvene mreže, pa čak niti fotografije izrađene na papiru većih formata se neće gledati iz tolike blizine da bi tragovi smetali ukupnom dojmu. Alternativno, ekspozicija bi se mogla smanjiti na 20 sekundi.
Kako možemo dobiti detaljnije fotke?
OK, pejzažna astrofotografija je cool, ali na njima se vide “samo” sjajnija zviježđa i Mliječni put, a vi zapravo želite detaljnije fotke maglica i galaksija? Vjerovali ili ne, za tu namjenu se i dalje mogu koristiti fotografski objektivi (ili čak mali teleskopi specijalizirani za tu namjenu!) koji će nam omogućiti detaljniji pogled u svemirska prostranstva – bez komplikacija s velikim teleskopima i teškim astronomskim montažama. Ovdje se već govori o “pravoj” astrofotografiji gdje je potrebno koristiti motoriziranu montažu koja će kompenzirati rotaciju noćnog neba, tako da na fotografiji zvijezde ne budu izdužene crtice. Takve male motorizirane montaže se nazivaju “trackeri” – kompaktne su da mogu stati u ruksak ili foto torbu i mogu se postaviti na standardne fotostative. Na trackerima se najčešće koriste objektivi žarišnih duljina od 50 do 200 mm žarišne duljine. Žarišne duljine teleskopa su najčešće od 500 mm na više.
Zvijezde se prividno gibaju kružno oko sjevernog nebeskog pola koji se nalazi u blizini Sjevernjače. Da bi trackeri mogli precizno pratiti gibanje zvijezda, mora ih se precizno i usjeveriti. U tome im pomaže polarni tražilac. Što je preciznije usjeveravanje, biti će moguće snimati dulje ekspozicije i koristiti objektive većih žarišnih duljina. Pojedinačne ekspozicije su najčešće trajanja 2-3 minute.
Naučnici su možda odgovorili na dugotrajno pitanje o tome odakle je tačno Zemljina velika zaliha vode.
Nova studija objavljena u Nature Astronomy postulira da je možda postojao dodatni korak ka uobičajenoj teoriji da zemaljska voda dolazi od ugljičnih asteroida – a uključuje i Sunce.
Korijen početnog pitanja o Zemljinoj vodi, koja pokriva oko 70 posto planete, leži u hemijskom sastavu ugljičnih – također poznatih kao “C-tip” – asteroida. Iako sadrže vodu, ona je bogatija deuterijumom, težom verzijom vode bogate vodonikom koju imamo na Zemlji.
Gledajući dalje od Zemlje, istraživači su primijetili da je Sunce veoma bogato vodonikom. A sada je grupa naučnika pretpostavila da su vjetrovi nastali iz sunčevih baklji možda stupili u interakciju s asteroidima tipa C koji su pogodili ranu Zemlju, što je rezultiralo našim dobrim starim H2O.
„Sitnozrnasta prašina, koju je udario solarni vetar i uvučena u Zemlju koja se formirala pre milijardi godina, mogla bi biti izvor nestalog rezervoara vode na planeti“, rekao je Luke Daly, geolog sa Univerziteta u Glazgovu i glavni autor lista. informativni odjel škole.
Zajedno sa škotskom institucijom, studija je provedena u tandemu s istraživačima iz brojnih drugih škola i organizacija uključujući Univerzitet Purdue, Oxford i NASA.
Kako su autori studije napisali u The Conversation, otkriće bi bilo nemoguće da im nije bio odobren pristup trima “ekstremno rijetka” dijela asteroida Itokawa koje je 2010. prikupila misija Hayabusa Japanske svemirske agencije (JAXA), “svaki otprilike širine ljudske dlake.”
Štaviše, nisu čak ni tražili vodu, već su umjesto toga tražili „proučavanje vanjskih površina ovih čestica prašine na potpuno nov način kako bi vidjeli da li je na njih uticalo Sunce’.”
“Ovo otkriće vode bilo je vrlo neočekivano!” pisali su koautori lista. “Po svemu što smo znali, ovi minerali sa asteroida trebali su biti suvi kao kost.”
Ovo novo otkriće bi, u teoriji, moglo pomoći astrofizičarima da proučavaju vodu na drugim planetama koje bi ljudi mogli naseliti u dalekoj budućnosti.
To bi također, kao logična krajnja tačka, mogla biti ključna informacija u nadolazećim vodenim ratovima – pa aleluja za to.
Titanija (/ tɪˈtɑːniə /), koja se takođe naziva Uran III, najveći je od Uranovih mjeseca i osmi po veličini Mjesec u Sunčevom sistemu promjera od 1.578 kilometara. Otkrio ga je William Herschel 1787. godine, Titanija je dobila ime po kraljici vila u Shakespeareovom snu Ivanjske noći. Njegova orbita leži unutar Uranove magnetosfere.
Titanija se sastoji od približno jednakih količina leda i kamena, a vjerovatno se diferencira na stjenovitu jezgru i ledeni plašt. Na granici jezgra – plašta može biti prisutan sloj tečne vode. Čini se da je površina Titanije, koja je relativno tamna i blago crvene boje, oblikovana i udarcima i endogenim procesima. Prekriven je brojnim udarnim kraterima promjera do 326 kilometara, ali je manje krateriran od Oberona, najudaljenijeg od pet velikih Uranovih mjeseci. Titanija je vjerovatno doživjela rani endogeni događaj koji je izbrisao njezinu stariju, jako krateriranu površinu. Površinu Titanije presijeca sistem ogromnih kanjona i ostataka, što je rezultat širenja njene unutrašnjosti tokom kasnijih faza njene evolucije. Kao i svi glavni mjeseci Urana, Titanija je vjerovatno nastala od akrecijskog diska koji je okruživao planetu neposredno nakon njenog formiranja.
Infracrvena spektroskopija provedena od 2001. do 2005. otkrila je prisustvo vodenog leda kao i smrznutog ugljičnog dioksida na površini Titanije, što je pak sugeriralo da mjesec može imati slabu atmosferu ugljen-dioksida s površinskim pritiskom od oko 10 nanopaskala (10− 13 bara). Mjerenja tokom okultacije zvijezde u Titaniji stavljaju gornju granicu površinskog pritiska bilo koje moguće atmosfere na 1–2 mPa (10–20 nbar).
Uranski sistem je izbliza proučavan samo jednom, svemirskom letjelicom Voyager 2 u januaru 1986. Snimljeno je nekoliko slika Titanije, što je omogućilo mapiranje oko 40% njegove površine.
Historija Titaniju je otkrio William Hershel 11. januara 1787, istog dana kada je otkrio Uranov drugi po veličini mjesec, Oberon. Kasnije je izvijestio o otkrićima još četiri satelita, iako su naknadno otkrivena kao lažna. Gotovo pedeset godina nakon njihovog otkrića, Titaniju i Oberona ne bi mogao primijetiti nijedan instrument osim Williama Herschela, iako se Mjesec sa Zemlje može vidjeti današnjim vrhunskim amaterskim teleskopom.
Poređenje veličine Zemlje, Mjeseca i Titanije. Svi Uranovi mjeseci nazvani su po likovima koje su stvorili William Shakespeare ili Alexander Pope. Ime Titanija preuzeto je od kraljice vila u “Snu ljetne noći”. Imena sva četiri satelita Urana koja su tada bila poznata predložio je Herschelov sin John 1852. godine, na zahtjev Williama Lassella, koji je godinu ranije otkrio druga dva mjeseca, Ariel i Umbriel.
Titanija je u početku nazivana “prvim satelitom Urana”, a 1848. godine William Lassell je dobio oznaku Uran I, iako je ponekad koristio numeriranje Williama Herschela (gdje su Titanija i Oberon II i IV). 1851.
Lassell je na kraju izbrojio sva četiri poznata satelita po redoslijedu udaljenosti od planete rimskim brojevima, a od tada je Titanija proglašena Uranom III.
Ime Shakespeareova lika izgovara se / tɪˈteɪnjə /, ali se mjesec često izgovara / taɪˈteɪniə /, po analogiji sa poznatim hemijskim elementom titan. Adjektivni oblik, titanijski, istoimean je sa Saturnovim mjesecom Titanom. Ime Titanija je starogrčko porijeklo, što znači “kći Titana”.
Orbita Titanija kruži oko Urana na udaljenosti od oko 436 000 kilometara, što je drugo najudaljenije od planete među njegovih pet glavnih mjeseci. OrbitaTitanije ima malu ekscentričnost i nagnuta je vrlo malo u odnosu na ekvator Urana. Orbitalni period mu je oko 8,7 dana, što se poklapa s njegovim rotacijskim periodom. Drugim riječima, Titanija je sinhroni ili plimovano zaključan satelit, s jednim licem uvijek usmjerenim prema planeti.
Orbitana Titanije leži potpuno unutar uranijske magnetosfere. To je važno, jer hemisfere satelita koji kruže unutar magnetosfere prate hemisferu magnetosferske plazme koja se rotira zajedno s planetom. Ovo bombardiranje može dovesti do zamračenja zaostalih hemisfera, što se zapravo primjećuje na svim uranskim mjesecima, osim Oberona.
Budući da Uran kruži oko Sunca gotovo na boku, a njegovi mjeseci kruže u ekvatorijalnoj ravni planete, oni (uključujući Titaniju) podliježu ekstremnom sezonskom ciklusu. I sjeverni i južni pol provode 42 godine u potpunom mraku, a još 42 godine u neprekidnoj sunčevoj svjetlosti, sa Suncem koje se uzdiže blizu zenita nad jednim od polova na svakom solsticiju. Prolet leta Voyager 2 poklopio se s ljetnim solsticijom južne hemisfere 1986. godine, kada je bila osvijetljena gotovo cijela južna hemisfera. Jednom u 42 godine, kada Uran ima ekvinocij i njegova ekvatorijalna ravan presijeca Zemlju, postaju moguće međusobne okultacije Uranovih mjeseci. U periodu 2007–2008. zabilježen je niz takvih događaja, uključujući dve okultacije Titanije od strane Umbriel 15. avgusta i 8. decembra 2007.
Sastav i unutrašnja struktura Titanija je okruglo sferno tijelo sa osvijetljenom lijevom polovinom. Površina ima šarolik izgled sa svijetlim mrljama na relativno mračnom terenu. Terminator je blago desno od sredine i ide od vrha do dna. Veliki krater sa središnjom jamom može se vidjeti na završnici u gornjoj polovici slike. Još jedan svijetli krater može se vidjeti na dnu ispresijecanim kanjonom. Drugi veliki kanjon prolazi od mraka na donjoj desnoj strani do vidljivog središta tijela. Slika Titanije s najviše rezolucije Voyagera 2 prikazuje umjereno kraterirane ravnice, ogromne pukotine i dugačke škarpe. Pri dnu je područje glatkih ravnica, uključujući krater Ursula, podijeljeno grabenom Belmont Chasma. Titanija je najveći i najmasivniji uranski mjesec i osmi najmasivniji mjesec u Sunčevom sistemu. Njegova gustina od 1,71 g / cm3, koja je mnogo veća od tipične gustine Saturnovih satelita, ukazuje na to da sastoji se od otprilike jednakih proporcija vodenog leda i gustih neledenih komponenata; potonji bi mogli biti izrađeni od kamena i ugljičnog materijala uključujući teška organska jedinjenja. Prisustvo vodenog leda potkrepljeno je infracrvenim spektroskopskim opažanjima napravljenim u periodu 2001–2005, koja su otkrila kristalni vodeni led na površini Mjeseca. Trake upijanja vodenog leda nešto su jače na vodećoj hemisferi Titanije nego na zadnjoj hemisferi. To je suprotno onome što se opaža na Oberonu, gdje zadnja hemisfera pokazuje jače vodne znakove leda. Uzrok ove asimetrije nije poznat, ali može biti povezan s bombardiranjem nabijenim česticama iz magnetosfere Urana, koja je jača na zadnjoj hemisferi (zbog ko-rotacije plazme). Energijske čestice imaju tendenciju da prskaju vodeni led, razgrađuju metan zarobljen u ledu kao klatratni hidrat i potamnjuju druge organske tvari, ostavljajući za sobom tamni ostatak bogat ugljikom.
Osim vode, jedino drugo jedinjenje identificirano na površini Titanije infracrvenom spektroskopijom je ugljični dioksid, koji je koncentriran uglavnom na pratećoj hemisferi. Porijeklo ugljen-dioksida nije potpuno jasno. Može se proizvesti lokalno iz karbonata ili organskih materijala pod uticajem sunčevog ultraljubičastog zračenja ili energetski nabijenih čestica koje dolaze iz magnetosfere Urana. Potonji postupak objasnio bi asimetriju u njenoj distribuciji, jer je zadnja hemisfera podložna intenzivnijem magnetosferskom utjecaju od vodeće hemisfere. Drugi mogući izvor je ispuštanje iskonskog CO2 zarobljenog vodenim ledom u unutrašnjosti Titanije. Bijeg CO2 iz unutrašnjosti može biti povezan s prošlim geološkim aktivnostima na ovom mjesecu.
Titanija se može diferencirati u stjenovito jezgro okruženo ledenim plaštem. Ako je to slučaj, radijus jezgra od 520 kilometara je oko 66% radijusa Mjeseca, a njegova masa je oko 58% mjesečeve mase – proporcije diktira sastav mjeseca. Pritisak u središtu Titanije je oko 0,58 GPa (5,8 kbar). Trenutno stanje ledenog plašta nije jasno. Ako led sadrži dovoljno amonijaka ili drugog antifriza, Titanija može imati podzemni okean na granici jezgra – plašta. Debljina ovog okeana je, ako postoji, do 50 kilometara, a temperatura mu je oko 190 K. Međutim, sadašnja unutrašnja struktura Titanije u velikoj mjeri ovisi o njenoj termalnoj povijesti, koja je slabo poznata.
Karakteristike površine Među Uranovim mjesecima, Titanija je srednja u sjaju između tamnih Oberona i Umbriela i svijetlih Ariel i Mirande. Njegova površina pokazuje snažan opozicioni val: njegova reflektivnost se smanjuje sa 35% pod faznim uglom od 0 ° (geometrijski albedo) na 25% pod uglom od oko 1 °. Titanija ima relativno nizak bond albedo od oko 17%. Njegova je površina uglavnom blago crvene boje, ali manje crvena od Oberonove. No, naslage svježeg udara su plavije, dok su glatke ravnice smještene na vodećoj hemisferi u blizini kratera Ursula i duž nekih grabeža nešto crvenije. Može postojati asimetrija između vodeće i prateće hemisfere; čini se da je prva crvenija od druge za 8%. Međutim, ova je razlika povezana s glatkim ravnicama i može biti slučajna. Pocrvenilo površina vjerovatno je rezultat vremenskih utjecaja u svemiru izazvanih bombardiranjem nabijenih čestica i mikrometeorita tokom starosti Sunčevog sistema. Međutim, asimetrija boja Titanije vjerojatnije je povezana s nakupinom crvenkastog materijala koji dolazi iz vanjskih dijelova uranskog sustava, vjerojatno iz nepravilnih satelita, koji bi se uglavnom taložili na vodećoj hemisferi.
Znanstvenici su prepoznali tri klase geoloških obilježja na Titaniji: krateri, chasmata (kanjoni) i rupije (škarpe). Površina Titanije manje je kraterirana od površina Oberona ili Umbriela, što znači da je površina mnogo mlađa. Prečnici kratera dosežu 326 kilometara za najveći poznati krater Gertrude (može postojati i degradirani bazen približno iste veličine). Neki krateri (na primjer, Ursula i Jessica) okruženi su jarkim udarnim izbacivanjem (zrakama) koje se sastoje od relativno svježeg leda. Svi veliki krateri na Titaniji imaju ravne podove i središnje vrhove. Jedini izuzetak je Ursula, koja u sredini ima jamu. Zapadno od Gertrude nalazi se područje s nepravilnom topografijom, takozvani “neimenovani basen”, koji bi mogao biti još jedan vrlo degradiran udarni bazen prečnika oko 330 kilometara (210 milja).
Površinu Titanije presijeca sistem ogromnih rasjeda ili škrapa. Na nekim mjestima dvije paralelne škarpe označavaju udubljenja u kori satelita, formirajući grabene, koje se ponekad nazivaju kanjoni. Najistaknutiji među kanjonima Titanije je Messina Chasma, koja traje oko 1.500 kilometara (930 mi) od ekvatora gotovo do južnog pola. Grabeži na Titaniji široki su 20–50 km i imaju reljef oko 2–5 km. Škarpe koje nisu povezane s kanjonima nazivaju se rupes, kao što su Rousillon Rupes blizu kratera Ursula. Područja uz neke škarpe i blizu Ursule izgledaju glatko u rezoluciji slike Voyagera. Ove glatke ravnice su vjerovatno ponovo isplivale kasnije u geološkoj historiji Titanije, nakon što je nastala većina kratera. Obnavljanje površine moglo je biti ili endogene prirode, uključujući erupciju fluidnog materijala iz unutrašnjosti (kriovulkanizam), ili je, alternativno, uzrokovano slijepljenjem ejektom udara iz obližnjih velikih kratera. Grabeži su vjerovatno najmlađa geološka obilježja na Titaniji – oni presijecaju sve kratere, pa čak i glatke ravnice.
Na geologiju Titanije utjecale su dvije konkurentske snage: udarni nastanak kratera i endogena obnova. Prvi je djelovao tokom cijele Mjesečeve povijesti i utjecao je na sve površine. Potonji procesi su takođe bili globalne prirode, ali aktivni uglavnom tokom perioda nakon formiranja Mjeseca. Oni su uništili izvorno jako krateriran teren, objašnjavajući relativno mali broj udarnih kratera na današnjoj površini Mjeseca. Dodatne epizode preplakivanja mogle su se dogoditi kasnije i dovesti do stvaranja glatkih ravnica. Alternativno glatke ravnice mogu biti ejektni pokrivači obližnjih udarnih kratera. Najnoviji endogeni procesi uglavnom su bili tektonske prirode i prouzrokovali su stvaranje kanjona, koji su zapravo ogromne pukotine u ledenoj kori. Pucanje kore izazvano je globalnim širenjem Titanije za oko 0,7%.
Atmosfera Prisustvo ugljičnog dioksida na površini sugerira da Titanija može imati slabu sezonsku atmosferu CO2, sličnu atmosferi jovijskog mjeseca Kalista. Drugi plinovi, poput dušika ili metana, vjerojatno neće biti prisutni, jer Slaba gravitacija Titanije nije ih mogla spriječiti da pobjegnu u svemir. Na maksimalnoj temperaturi koja se može postići tokom ljetnog solsticija u Titaniji (89 K), tlak pare ugljen-dioksida je oko 300 μPa (3 nbar).
septembra 2001. godine Titanija je okultirala sjajnu zvijezdu (HIP 106829) vidljive magnitude 7,2; ovo je bila prilika i za pročišćavanje Titanijinog prečnika i efemerida i za otkrivanje bilo kakve postojeće atmosfere. Podaci nisu otkrili atmosferu na površinskom pritisku od 1–2 mPa (10–20 nbar); ako postoji, morao bi biti daleko tanji od onoga kod Tritona ili Plutona. Ova gornja granica je i dalje nekoliko puta veća od maksimalnog mogućeg površinskog pritiska ugljen-dioksida, što znači da mjerenja u osnovi ne ograničavaju parametre atmosfere.
Neobična geometrija uranskog sistema uzrokuje da motrovi dobivaju više sunčeve energije od njihovih ekvatorijalnih područja. Budući da je tlak pare CO2 strma funkcija temperature, to može dovesti do akumulacije ugljičnog dioksida u regijama niske širine Titanije, gdje može stabilno postojati na mjestima visokog albeda i zasjenjenim dijelovima površine u oblik leda. Tokom ljeta, kada polarne temperature dosegnu čak 85–90 K, ugljen-dioksid se sublimira i migrira na suprotni pol i u ekvatorijalna područja, što dovodi do vrste ugljičnog ciklusa. Akumulirani led ugljičnog dioksida može se ukloniti iz hladnih zamki magnetosferskim česticama koje ga raspršuju s površine. Smatra se da je Titanija izgubila značajnu količinu ugljen-dioksida od svog formiranja prije 4,6 milijardi godina.
Porijeklo i evolucija Smatra se da je Titanija nastala od akrecijskog diska ili subnebule; disk plina i prašine koji je postojao oko Urana neko vrijeme nakon njegovog formiranja ili je stvoren divovskim udarom koji je Uranu najvjerojatnije dao veliku kosost. Precizan sastav podnebule nije poznat; međutim, relativno velika gustina Titanije i drugih uranskih mjeseci u odnosu na Saturnove mjesece ukazuje da je možda bio relativno siromašan vodom. Značajne količine dušika i ugljenika mogle su biti prisutne u obliku ugljenika monoksid i N2 umjesto amonijaka i metana. Mjeseci koji su nastali u takvoj podnebuli sadržavali bi manje vodenog leda (sa CO i N2 zarobljenim kao klatrat) i više kamena, objašnjavajući njihovu veću gustinu.
Prirast Titanije vjerovatno je trajao nekoliko hiljada godina. Utjecaji koji su pratili nagomilavanje uzrokovali su zagrijavanje vanjskog sloja mjeseca. Maksimalna temperatura od oko 250 K (−23 ° C) postignuta je na dubini od oko 60 kilometara. Nakon završetka formiranja, podzemni sloj se ohladio, dok se unutrašnjost Titanije zagrijavala uslijed raspadanja radioaktivnih elemenata prisutnih u njezinim stijenama. Hladni površinski sloj se smanjio, dok se unutrašnjost proširila. To je izazvalo snažna ekstenzijska naprezanja u mjesečevoj kori koja su dovela do pucanja. Neki od današnjih kanjona mogu biti rezultat toga. Proces je trajao oko 200 miliona godina, što implicira da je bilo kakva endogena aktivnost prestala milijardama godina.
Početno zagrijavanje, zajedno sa kontinuiranim raspadanjem radioaktivnih elemenata, bilo je vjerovatno dovoljno jako da otopi led ako je bilo prisutno antifriz poput amonijaka (u obliku amonijak hidrata) ili soli. Dalje otapanje moglo je dovesti do odvajanja leda od stijena i stvaranja stjenovite jezgre okružene ledenim plaštem. Sloj tečne vode (okeana) bogat otopljenim amonijakom mogao je nastati na granici jezgra i plašta. Eutektička temperatura ove smjese je 176 K (-97 ° C). Da je temperatura pala ispod ove vrijednosti, ocean bi se naknadno smrznuo. Zamrzavanje vode moglo bi prouzročiti širenje unutrašnjosti, što je možda odgovorno za nastanak većine kanjona. Međutim, sadašnje znanje o geološkoj evoluciji Titanije prilično je ograničeno.
Istraživanje Urana Do sada su jedine slike Titanije iz blizine snimljene sondom Voyager 2, koja je fotografirala mjesec tokom leta Urana u januaru 1986. Budući da je najbliža udaljenost između Voyagera 2 i Titanije bila samo 365.200 km (226.900 mi), najbolje slike ovog mjeseca imaju prostornu rezoluciju od oko 3,4 km (samo su Miranda i Ariel snimljene s boljom rezolucijom). Slike pokrivaju oko 40% površine, ali samo 24% je fotografirano s preciznošću potrebnom za geološko mapiranje. U vrijeme leta, južna hemisfera Titanije (poput one ostalih mjeseci) bila je usmjerena prema Suncu, pa sjeverna (tamna) hemisfera se nije mogla izučavati.
Nijedna druga svemirska letjelica nikada nije posjetila uranijski sistem ili Titaniju i trenutno nije planirana misija. Jedna od mogućnosti, koja je sada odbačena, bila je slanje Cassinija sa Saturna na Uran u produženu misiju. Drugi predloženi koncept misije bio je koncept Urana o orbiti i sondi, koji je evaluiran oko 2010. Uran je takođe ispitan kao dio jedne putanje za koncept međuzvjezdane sonde preteče, Inovativni Interstellar Explorer.
NASA-in orbiter naveden je kao treći prioritet za NASA-inu vodeću misiju u NASA-inom Dekadnom istraživanju planetarnih nauka, a idejni nacrti za takvu misiju trenutno se analiziraju.
KLJUČNO
Titanija je najveći Uranov mjesec i deveti po veličini Sunčev sistem. Orbita Titanije nalazi se unutar Uranove magnetosfere. Njegov sastav je mješavina čvrste stijene i leda; njegove površinske značajke uključuju kratere, kanjone i škarpe. Atmosfera se može prirodno formirati sa godišnjim dobima kada se smrznuti ugljen-dioksid na površini sublimira. Ako su prisutne velike količine amonijaka, može imati tečni okean vode između ledenog plašta i stjenovite jezgre.
Proces teraformiranja
Teraformiranje ili kolonizacija ledenog mjeseca i izgradnja kontrolnog centra na njemu mogli bi biti važni za teraformaciju transneptunskih patuljastih planeta. Proces zagrijavanja i otapanja okeana Titanije bio bi vrlo sličan onome kako bi Oberon bio teraformiran. Takođe poput Oberona, i Titaniju će možda trebati promijeniti orbitu oko Urana da bi prestao sa svojim ekstremnim sezonskim ciklusima, što bi zakompliciralo stabilizaciju temperature i atmosfere.
Newton i zakon gravitacije Newton je objavio jedno od najslavnijih naučnih djela, Principia, 1687. godine. U njemu je opisao da je sila koja vuče predmete prema zemlji ista sila koja je u osnovi kretanja planeta i zvijezda.
Da bi došao do ovog zaključka, Newton je zamislio da odnese predmet daleko od površine Zemlje i baci ga. Ako ga bacite s premalo zamaha, on će pasti prema Zemlji, zarobljen gravitacijom poput nas samih. Ako ga bacite s previše zamaha, ubrzaće se od planete, započinjući putovanje u svemirske domete. Ali sa tačno pravim zamahom, možete ga baciti tako da neprestano pada oko Zemlje, okolo i okolo u vječnom natezanju konopa. Predmet pokušava nastaviti putem kojim ste ga bacili, ali gravitacija ga neprestano uvlači. Uz pravilan balans, objekt se sada nalazi u orbiti oko Zemlje – baš poput Mjeseca ili poput Zemlje oko Sunca.
Newton je formulisao ovaj uvid u matematičku jednadžbu, danas poznatu kao zakon univerzalne gravitacije. U kombinaciji sa znanjem o geometriji i ostalim Newtonovim jednadžbama kretanja, možemo ga koristiti za predviđanje kretanja planeta ili putanja kometa ili koliko je snage potrebno da se raketa dovede do Mjeseca.
Newtona priznajemo ne samo zbog njegove ideje, već i zato što ju je formulirao u jednačinu koja je predviđala s većom preciznošću nego ikad prije. Ali nije bilo savršeno – Newtonove jednadžbe dale su neka pogrešna predviđanja i, što je još važnije, nije opisao kako gravitacija djeluje na način na koji to radi. Newton je bio dobro svjestan toga kad je rekao,
Gravitaciju mora prouzrokovati agent koji stalno djeluje u skladu s određenim zakonima; ali da li je ovaj agent materijalni ili nematerijalni, ostavio sam na razmatranje svojim čitateljima. Isaac Newton
Iskrivljenja u prostoru i vremenu Više od 200 godina nakon što je Principia objavljena, svijet je još uvijek bio bez razumijevanja mehanizma gravitacije. Nakon toga je došao Albert Einstein – čovjek koji je na toliko načina trebao promijeniti svijet. Ali prije nego što pređemo na njegov posao, morat ćemo napraviti digresiju.
Ne možete znati krećete li se (konstantnom brzinom)
godine, čak i prije nego što je Newton objavio svoje danas poznato djelo, Galileo Galilei je pisao o relativnom kretanju objekata poznatih u njegovo vrijeme: brodova.
Ako ste u zatvorenoj sobi na brodu koji plovi konstantnom brzinom, a vožnja je savršeno glatka, predmeti se ponašaju kao na kopnu. Ne postoji fizički eksperiment koji biste mogli provesti da li se krećete ili mirujete (pod pretpostavkom da ne virite iz okna). Ovo je srž ideje koja stoji iza relativnosti i isti je razlog zašto ne osjećamo kretanje naše planete oko Sunca ili kretanje našeg Sunčevog sistema kroz galaksiju.
Prostor i vrijeme su povezani Gotovo 300 godina nakon Galileja, Einstein je razmišljao o posljedicama relativnosti u kontekstu važnog faktora: brzine svjetlosti. Nije bio jedina osoba koja je razmišljala o tim temama – drugi su fizičari u to vrijeme bili svjesni da na ovom frontu ima neodgovorenih pitanja. Ali Einstein je bio taj koji je formulirao teoriju – svoju teoriju posebne relativnosti – da objasni postojeće pojave i stvori nova predviđanja. U početku se činilo da posebna relativnost nema puno veze s gravitacijom, ali je Einsteinu bila bitan kamen za razumijevanje gravitacije.
POKRETNI SATOVI OTKUCAVAJU SPORIJE Eksperimenti za vrijeme Einsteina pokazali su da se čini da je brzina svjetlosti konstantna. Bez obzira koliko brzo pokušavali da je sustignete, čini se da vam svjetlost uvijek odmiče brzinom od gotovo 300 000 000 metara u sekundi.
Zašto je ovo važno? Pa, zamislimo da sami konstruiramo sat od same svjetlosti. Dva ogledala postavljena su jedno nasuprot drugog, a „otkucaj“ sata je vrijeme potrebno da čestica svjetlosti putuje s jedne na drugu stranu i natrag.
Sada zamislimo da vaš prijatelj, koji je na svemirskom brodu koji zipa pokraj Zemlje, ima jedan od ovih satova. Čini se da za vašeg prijatelja sat radi normalno – čestice svjetlosti putuju gore-dolje, kako se očekivalo, a vrijeme teče na svoj uobičajeni način. Ali iz vaše perspektive, gledajući brod kako prolazi, svjetlost se pomiče i gore i dolje i u stranu, s brodom. Svjetlost putuje veću udaljenost sa svakim otkucajem.
Dakle, za svemirskog putnika svjetlost putuje brzinom od 300 000 000 m / s i samo gore-dolje; a posmatraču koji je vezan za Zemlju, svjetlost putuje 300 000 000 m / s, ali mora preći veću, dijagonalnu udaljenost; tada promatraču uz Zemlju sat treba duže da “otkuca”.
Taj se efekt naziva vremenska dilatacija. Što brže putujete kroz svemir, to sporije putujete kroz vrijeme.
PERSPEKTIVNA PITANJA Ali čije je vrijeme zaista usporeno? Je li to osobe na Zemlji, koja gleda svog prijatelja kako prolazi kroz njen svemirski brod? Ili astronaut, koji tvrdi da ostaje miran dok Zemlja prolazi?
Čudno je da su oba gledišta valjana, ali samo dok su oba u stalnom pokretu.
Za ilustraciju, pretpostavimo da su, kada je astronaut napustio Zemlju, on i njegov prijatelj bili istih godina. Kad on ode, svemirski brod ubrzava od Zemlje. Kad se vrati, svemirski brod usporava kako bi izbjegao pad. I prilikom odlaska i povratka svemirski brod mijenja referentni okvir i naš astronaut može osjetiti promjenu kretanja. Eksperimenti izvedeni unutar svemirskog broda za vrijeme ubrzavanja i usporavanja pokazali bi da se nešto mijenja. To ruši simetriju situacije, a kada se svemirski brod spusti natrag na Zemlju, naš astronaut zaista će biti mlađi od svog kolege vezanog za Zemlju.
Efekti su primjetni samo ako su putovali jako, jako brzo – ali još uvijek je istina reći da će današnji astronauti i piloti borbenih aviona koji se vrate iz brze misije, a ostarit će i malo i manje od ostalih tokom te misije.
ČETIRI DIMENZIJE PROSTORNOG VREMENA Slijedom ovoga, umjesto da razmišljamo o tri dimenzije prostora i jednoj zasebnoj dimenziji vremena, možemo ih smatrati četiri dimenzije „prostora-vremena“. Što brže putujete kroz svemir, to sporije putujete kroz vrijeme i obrnuto.
OBJEKTI PRI KRETANJU SE SAŽIMAJU U PROSTORU Još jedna posljedica posebne relativnosti je da se čini da se objekti koji se brzo kreću skupljaju u smjeru svog kretanja. (I opet, ovo se preokreće, ovisno iz čije perspektive gledate.)
To proizlazi iz izobličenja vremena – uostalom, možete izmjeriti dužinu nečega prema količini prostora koji nešto putuje kroz vrijeme (npr. Svjetlosne godine, svjetlosne sekunde). I dok je lukavo zamisliti mjerenje dužine predmeta u pokretu iz tuđe perspektive, kontrakcija dužine je stvarni, fizički efekt, a ne samo rezultat nepreciznih mjerenja.
Za razliku od dobnih razlika koje mogu nastati dilatacijom vremena, ne postoje rezidualni efekti zbog kontrakcije dužine nakon što se pokretni objekt i posmatrač ponovo sjedine.
Razumijevanje gravitacije Einsteinov opis gravitacije dovodi do situacija jednako bizarnih kao i posebna relativnost – uključujući putovanje kroz vrijeme!
UBRZANJE I GRAVITACIJA MOGU DA SE NE MOGU RAZLIKOVATI Zamislite da se budite u svemirskom brodu, ubrzavajući kroz svemir. Baš kao što ste gurnuti natrag u sjedište automobila koji ubrzava, svemirski brod koji vas ubrzava odgurne vas u stranu nasuprot onoj prema kojoj ubrzavate. Uz određenu brzinu ubrzanja, set vaga mogao bi vam reći da težite potpuno isto kao i kad ste kod kuće na Zemlji.
Postoji li bilo kakav fizički eksperiment koji biste mogli obaviti u granicama svog svemirskog broda da biste utvrdili jeste li zaista ubrzavali kroz svemir (pod pretpostavkom da nije bilo prozora kroz koji ste mogli gledati) ili ste se, umjesto toga, nalazili u svemirskom brodu stacionarnom na površini Zemlja? Einstein je rekao ne – baš kao što je Galileo zamišljao nerazlučivost osobe u jedrenjaku s konstantnim kretanjem (zatvorenim bez prozora) i osobe na kopnu, Einstein je shvatio da se i efekti ubrzanja i gravitacije ne mogu razlikovati. To se naziva principom ekvivalencije.
PROSTOR SE ZAKRIVLJUJE ISPOD UBRZANOG POKRETA Jednom kada je Einstein formulirao princip ekvivalencije, gravitacija je postala manje misteriozna. Svoje znanje o ubrzanju mogao je primijeniti kako bi bolje razumio gravitaciju.
Možda znate da ubrzanje ne znači uvijek promjenu brzine, kao kad ubrzavate u automobilu, gurajući vas na naslon sjedala. To također može značiti promjenu smjera, na primjer kada zaobiđete kružni tok, zbog čega ćete se nagnuti prema boku automobila.
Da to dalje proširimo, zamislimo cilindričnu karnevalsku vožnju gdje ste vi i vaši suputnici prikovani za vanjsku površinu. Cilindar se okreće sve brže i brže dok ubrzanje ne popusti i kretanje ne ostane konstantno. Ali čak i kad je brzina konstantna, i dalje osjećate ubrzano kretanje – osjećate se prikovanim za vanjski rub vožnje.
Da je ova okretaja bila dovoljno velika i kretala se dovoljno brzo, počeli biste primjećivati neke bizarne efekte u samoj vožnji, ne samo sa stajališta nekoga tko stoji izvan nje.
Svakom rotacijom oni na rubu vožnje prelaze puni opseg cilindra – dok se u samom središtu gotovo uopće ne pomiče. Dakle, ako bi netko stajao u samom središtu vožnje (možda ga drži ograda, sprečavajući ga da padnu na rub), primijetio bi sve one čudne efekte koje smo vidjeli u posebnoj relativnosti – da će se oni na rubu promijeniti u dužini, i njihovi će satovi otkucavati sporije.
GRAVITACIJA JE ZAKRIVLJENJE PROSTOR – VREMENA Princip ekvivalencije govori nam da se efekti gravitacije i ubrzanja ne mogu razlikovati. Razmišljajući o primjeru cilindrične vožnje, vidimo da ubrzano kretanje može iskriviti prostor i vrijeme. Tu je Einstein spojio tačke sugerirajući da je gravitacija iskrivljenje prostora i vremena. Gravitacija je zakrivljenost svemira uzrokovana masivnim tijelima koja određuje put kojim predmeti putuju. Ta zakrivljenost je dinamična, kreće se kako se ti objekti kreću.
Ova teorija, opća relativnost, predviđa sve, od orbita zvijezda do sudara asteroida do jabuka koje padaju s grane na zemlju – sve što smo očekivali od teorije gravitacije.
Prostor vrijeme zahvaća masu, govori joj kako da se kreće … Masa zahvaća prostor vrijeme, govori mu kako da se zakrivi. Fizičar John Wheeler
Uspjeh opšte relativnosti Baš kao što je Newtonova formulacija zakona gravitacije bila dragocjena zbog njihove prediktivne moći, isto vrijedi i za Einsteinove. Do danas su njegova predviđanja – koliko god čudno zvučala – izdržala test vremena.
Gravitacijski talasi EHO JAKO UDALJENE KATAKLIZME Zamislite dva vrlo masivna predmeta, poput crnih rupa. Ako bi se ti objekti sudarili, potencijalno bi mogli stvoriti ekstremne poremećaje u tkivu svemira, krećući se prema van poput mreškanja u jezercu. Ali koliko su se daleko mogli osjećati takvi valovi? Einstein je predvidio da gravitacijski valovi postoje, ali vjerovao je da će biti premali da bi se otkrili dok su stigli do nas ovdje na Zemlji.
Tako je s velikim uzbuđenjem 11. februara 2016. godine znanstvena zajednica bila puna objave da je otkriven gravitacijski val. Bili su nam potrebni instrumenti sposobni za otkrivanje signala promjera jednog desethiljaditog dijela promjera protona (10-19 metara). To je upravo ono što Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), kojom upravljaju Kalifornijski institut za tehnologiju i Massachusetts Institute of Technology, može.
LIGO EKSPERIMENT U LIGO eksperimentu laser se usmjerava u veliku strukturu tunela. Laserski snop je podijeljen tako da polovina putuje niz jedan od 4 kilometra dugih „krakova“, a druga polovina u isto vrijeme pada niz drugi krak od 4 kilometra. Na kraju svake ruke zrcalo reflektira svjetlost od lasera natrag odakle je došla, a dvije zrake se stapaju u jednu.
Uobičajeno, laserski zraci trebali bi se rekombinirati u isto vrijeme. Ali ako se gravitacijski talas talasa kroz svemir dok su detektori uključeni, to valjanje će ispružiti jedan krak strukture u obliku slova L prije rastezanja drugog. Gravitacijski talas narušava prolazak svjetlosti, što rezultira određenom vrstom interferencijskog svjetlosnog uzorka koji se detektira na kraju.
ASTRONOMIJA GRAVITACIONIH TALASA Uspješni LIGO eksperiment otvorio je novu eru astronomije. Prije toga, astronomi su se uglavnom fokusirali na proučavanje elektromagnetskog spektra (uključujući svjetlost i radio valove). Kroz taj smo posao uspjeli otkriti ogromnu količinu našeg svemira, ali sada imamo potpuno novi način proučavanja svemira.
Otkriće gravitacijskih valova daje astronomima novi ‘smisao’ s kojim mogu istraživati svemir, pa će tako gotovo sigurno biti iznenađenja pred nama. Ono što znamo je da će nam ova tehnika omogućiti bolje razumijevanje najmasivnijih objekata u svemiru kao što su crne rupe, neutronske zvijezde i supernove; i pružit će nam novi prozor za proučavanje kako je nastao svemir.
Da li je naše razumijevanje potpuno? Iako je Einsteinova teorija gravitacije potvrđivana eksperimentom za eksperimentom, to ne znači da je naše razumijevanje cjelovito. U stvari, znamo da nešto nije sasvim u redu.
Jedno neodgovoreno pitanje je da li gravitaciju širi graviton – predložena (ali do sada neotkrivena) čestica odgovorna za gravitacijske interakcije. Još važnije, znamo da je opća relativnost u svom sadašnjem obliku nekompatibilna s drugim stubom moderne fizike: kvantnom mehanikom. Ovo je pokazatelj da su jedna ili obje teorije nepotpune ili da nam nedostaje neka druga ključna komponenta.
Hoće li Einsteinova teorija gravitacije ostati nepromijenjena, nije poznato. Ali proizveo je mnoga neočekivana, neintuitivna predviđanja koja su se iznova potvrđivala tokom više od sto godina. To je znak velike naučne teorije – daje predviđanja koja se u to vrijeme možda neće moći dokazati, ali će se suprotstaviti rigoroznim testiranjima. Ovo je bilo jedno od najvećih putovanja u istoriji nauke, uključujući ne samo Newtona i Einsteina, već i mislioce i činioce širom svijeta koji su radili na testiranju ovih teorija.
Uprkos tome, raskol između relativnosti i kvantne mehanike ostaje. Što se tiče sljedećeg, niko sa sigurnošću ne zna. Međutim, postoji nekoliko teorija – teorija struna, teorija petlji, višedimenzionalnih teorija – nedokazanih, ali s obećanjem da će postati sljedeća prekretnica u razumijevanju našeg kosmosa.
Naučnici znaju kako će svijet završiti. Suncu će ponestati goriva i ući će u svoju fazu crvenog diva. Njegov konačni izljev slave proširit će se i progutati najbliže planete, a Zemlja će ostati ugljenisana, beživotna stijena. Našoj planeti preostalo je oko pet milijardi godina.
S ovom sumornom slikom, teoretska astrofizičarka Katie Mack započinje svoju knjigu o kraju Svemira – mnogo neizvjesnija perspektiva. Kozmolozi uglavnom gledaju unatrag, jer su svi dokazi koje mogu ispitati teleskopima daleko i odnose se na stvari koje su se davno dogodile. Korištenje pokreta udaljenih zvijezda i galaksija za predviđanje moguće budućnosti uključuje više nagađanja.
U Mackovim rukama ove spekulacije čine fascinantnu priču. Ljudi su, piše ona, „vrsta spremna između svijesti o našoj krajnjoj beznačajnosti i sposobnosti da dopremo daleko od naših svakodnevnih života, u prazninu, da bismo riješili najtemeljnije misterije kosmosa“. Ona je nadareni komunikator složene fizike i ovdje se očituju strast i znatiželja prema astronomiji zbog kojih je postala popularna govornica i prisustvo na Twitteru. (Kao i neke šaljive šale i manje uvjerljiva koda o novim istraživanjima fizike koja su dodirna sa središnjom temom.)
Mack započinje na početku, velikim praskom. Uslijedila je inflacija – period brzog širenja. Tada su se formirale strukture tamne materije i sastavili su se građevinski blokovi zvijezda, planeta, života i galaksija. Trenutno se tamna energija, za koju se misli da prožima Svemir, nekako suprotstavlja silama gravitacije da bi nastavila da širi.
Sudbina Svemira ovisi o tome hoće li se ta ekspanzija nastaviti, ubrzati ili preokrenuti.
Veliko sažimanje
Astrofizičari su dugo vjerovali da je najvjerovatniji rasplet preokret Velikog praska – Veliko sažimanje. Izvan našeg kosmičkog susjedstva, svaka galaksija se udaljava od nas; jasan znak širenja. Ako Univerzum sadrži dovoljno materije, uključujući tamnu materiju, kombinirana gravitaciona privlačnost svega postupno će zaustaviti ovo širenje i ubrzati konačni kolaps. Vremenom će se galaksije, zatim pojedinačne zvijezde, češće udarati jedna u drugu, ubijajući svaki život na obližnjim planetama. U posljednjim trenucima, kako se gustoće i temperature lete u paklu koji se skuplja, sve što preostaje ugasit će se u jednoj točki.
Ali tamna energija može značiti da čeka drugačiji kraj. Prve godine evolucije Svemira bile su određene količinom materije u kojoj se nalazio; tokom posljednjih nekoliko milijardi godina, tamna energija je počela dominirati, gurajući svemir prema van. Trenutni podaci teleskopa Planck Europske svemirske agencije i drugi izvori u skladu su s tim da se ovo proširenje nastavlja zauvijek.
Nazvana Toplotna smrt ili Veliko zaleđivanje, ova apokalipsa bit će “spora i mučna”, piše Mack. U termodinamičkom smislu, objašnjava ona, Univerzum će se približiti stanju minimalne temperature i maksimalne entropije. Kako se sve više udaljava, materijal mrtvih zvijezda raspršit će se tako da nove zvijezde ne mogu nastati, a galaksije čiji su dio postupno će prestati rasti. To je poput gušenja svih astrofizičkih aktivnosti, jer gorivo za rast i razmnožavanje postaje toliko difuzno da je neupotrebljivo. To je kraj „obilježen sve većom izolacijom, neumoljivim propadanjem i eonskim nestajanjem u mrak“.
Treća smrt o kojoj Mack raspravlja je Veliki raskid. Ovo se sprema ako tamna energija ubrza širenje čak i više nego što se trenutno očekuje. Kako svemirski baloni, na kraju, gravitacijske sile neće moći držati galaktička jata na okupu. Zvijezde će se skinuti jedna s druge, a solarni sistemi poput našeg neće imati snage da ostanu zajedno. Preostale zvijezde i planete će eksplodirati. Napokon, posljednji atomi će se rastrgati.
Najnovija mjerenja upućuju na toplotnu smrt, ali veliko krčenje ili veliko pucanje su u njihovoj neizvjesnosti.
Posljednji scenarij sudnjeg dana koji Mack opisuje krajnje je nevjerojatan: raspad vakuuma. Sićušni mjehurić ‘pravog vakuuma’ mogao bi nastati zbog nestabilnosti na polju povezanom s Higgsovim bozonom. To bi se moglo dogoditi ako, recimo, crna rupa ispari na pogrešan način. Takav će se mjehur širiti brzinom svjetlosti, uništavajući sve, sve dok ne poništi svemir. Propadanje vakuuma moglo je već započeti na nekom udaljenom mjestu. Nećemo vidjeti da dolazi.
Ipak, ne brinite. Kao što Mack savjetuje, kako god izgledao, kraj vjerojatno neće biti blizu barem u narednih 200 milijardi godina.
Kvazi zvijezda nastala bi kad bi se jezgra velike protozvijezde urušila u crnu rupu, pri čemu su vanjski slojevi protozvijezde dovoljno masivni da apsorbiraju nastali nalet energije, a da ne oduhnu ili padnu u crnu rupu, kao što se događa kod moderne supernove. Takva zvijezda trebala bi biti najmanje 1.000 solarnih masa (2.0 × 1033 kg). Kvazizvijezde su se možda stvorile i od oreola tamne materije koji gravitacijom uvlače ogromne količine plina, što može stvoriti supermasivne zvijezde sa desetinama hiljada Sunčevih masa. Stvaranje kvazi zvijezda moglo se dogoditi samo rano u razvoju Svemira, prije nego što su teži elementi kontaminirali vodonik i helij; prema tome, možda su bile vrlo masivne zvijezde populacije III. Takve zvijezde bile bi patuljaste VY Canis Majoris i Stephenson 2-18, obje među najvećim poznatim modernim zvijezdama, u veličini.
Prvo slijetanje na Mjesec priča je prepuna velikih brojeva. Trebalo je osam godina, 10 misija koje su vođene u praksi, više od 400 000 inženjera, naučnika i tehničara i današnjim novcem oko 150 milijardi funti da se naprave prvi probni koraci na drugom planetarnom tijelu.
Pomičući granice najnaprednijih tehnologija toga doba, NASA je postigla nacionalni cilj predsjednika John F Kennedyja iz 1961. godine da Amerikanca pošalje na Mjesec prije kraja decenije. Ali kako su astronauti zapravo stigli tamo?
Pet dana prije stupanja na Mjesec, ujutro 16. jula 1969. godine, zapovjednik Neil Armstrong, pilot zapovjednog modula Michael Collins i pilot lunarnog modula Edwin ‘Buzz’ Aldrin još su bili ovdje na Zemlji. Radili su završne provjere u malom zapovjednom modulu Columbia. Ništa prostranija od unutrašnjosti velikog automobila, Columbia bi tokom cijelog putovanja služila kao njihov dnevni boravak.
Ovaj modul se nalazio na samom vrhu 111 metara visoke rakete Saturn V. Najmoćnija raketa koja je ikad letjela, Saturn V imao je tri faze. Svaka faza bi gorjela svoje motore dok ne ostane bez goriva, a zatim bi se odvajala od rakete. Motori na sljedećoj etapi tada bi pucali, a raketa bi nastavila u Svemir.
U 9.32 po lokalnom vremenu, prva etapa se zapalila i raketa je lansirana s rta Kennedy. Uz izazovni zadatak podizanja teške svemirske letjelice sa Zemlje, u ovoj fazi se radilo o isporuci snage. Upotrijebio je tekuću smjesu vodika i kiseonika koja nije bila nimalo ekonomična i propuštala je 18.000 kilograma goriva u sekundi. Ali bio je efikasan, proizvodeći silu od 33 miliona njutna (3,4 miliona kilograma potiska, silu od 7,5 miliona funti) za oko 2,5 minuta i pokrećući astronaute na visinu od 68 kilometara.
Kada se odvojila prva etapa, započela je druga. To je izgaralo 6 minuta, pokrećući raketu na 175 kilometara visine i ubrzavajući je do orbitalne brzine. Posljednja faza gorjela je samo 2,5 minute, a astronaute je poslala u Zemljinu orbitu s nevjerovatnih 28 000 km / h.
Plovidba do Mjeseca
Nakon što je jedan i po put zaokružio Zemlju, treća etapa ponovo je zavladala još 6 minuta da pošalje Apolo 11 na put ka Mjesecu. Zatim se odvojio, a od komandnog modula Columbia ostao je astronaut. Ali ovaj odbačeni treći stadij sadržavao je mjesečev modul Eagle koji će kasnije sletjeti na Mjesec. To je značilo da su astronauti imali izazovni zadatak spajanja mjesečevog modula Eagle u Svemir kako bi ga izvukli iz svog odjeljka.
Do trenutka kada su povezali Eagle i Columbiju, prošlo je manje od 5 sati od lansiranja. Astronauti bi morali pričekati još 3 dana prije nego što su konačno stigli na Mjesec. U to mirno vrijeme astronauti su jeli, spavali i slikali se. Takođe su provjerili da li su na kursu koristili instrumente koji su bili poznati mornarima prije stotina godina: teleskop i sekstant.
Ono što ne bi bilo poznato bili su inercijalni sistem navođenja (koji je uključivao akcelerometre koji su prepoznavali svaku promjenu brzine ili smjera svemirske letjelice) i brodski računar u koji su astronauti unosili svoja zapažanja. Prema današnjim standardima, ovaj je računar bio osnovni. Bio je manje moćan od džepnog kalkulatora i zahtijevao je od astronauta da ga opskrbljuju kodom koristeći bušilice. Ipak, bez obzira na sva ograničenja, put do Mjeseca i sa Mjeseca bio bi nemoguć bez tačnosti navigacije i kontrole koju je pružao.
Orao je sletio
Jednom kada je Apolo 11 stigao do Mjeseca, letjelica je skliznula u orbitu. U svom trećem krugu, Collins na brodu Columbia gledao je kako se Armstrong i Aldrin otkačuju i započinju njihov spust na Mjesec na Orlu. Mesečev modul Eagle imao je raketni motor za spuštanje kako bi ga usporio, spustio u nižu orbitu i zatim lebdio iznad površine. Vođen radarom za sletanje, Armstrong je poluautomatski pilotirao Orla, koristeći četiri grozda raketa, da bi se konačno sletio u More spokoja 20. jula 1969. Četiri sata kasnije, Armstrong je činio „jedan mali korak za čovjeka, jedan ogroman skok za čovječanstvo ”.
Eagle – Armstrongov i Aldrin dom 21,5 sati na površini Mjeseca – dizajniran je da se nikad ne vrati na Zemlju. Sastojalo se iz dva dijela. ‘Faza spuštanja’ bio je zlatno-crni donji dio. Sadržao je raketni motor, gorivo, naučnu i istraživačku opremu i ljestve kako bi astronauti mogli napraviti prve korake na Mjesecu.
Srebrno-crni gornji dio, nazvan etapom uspona, bio je najvažniji za preživljavanje astronauta. U njemu se nalazio pretinac pod pritiskom i otvor za otvaranje, elektronske komponente i glavna raketa i manje raketne grupe potrebne za lansiranje s lunarne površine i ponovno pristajanje uz Kolumbiju. Ovaj se odjeljak odvojio od faze silaska kada je lansirao, ostavljajući polovinu Orao zauvijek nasukanom na Mjesecu.
Brzi povratak
Druga polovina Orla pristala je uz Kolumbiju na svojoj 27. Mjesečevoj orbiti. Ovo je ponovo spojilo Armstronga i Aldrina sa Collinsom na brodu Columbia. Astronauti su potom izbacili fazu uspona, ostavljajući je u orbiti sve dok se na kraju nije srušio u Mjesec na nepoznatom mjestu.
Samo 2,5 minuta ispaljivanja rakete Columbia bilo je dovoljno da astronaute pošalju natrag na Zemlju. I samo 44 sata kasnije, počeli su se pripremati za ponovni ulazak. Prvo su izveli opekotinu bez smetnji kako bi se Kolumbija počela spuštati natrag na Zemlju. Zatim su se odvojili od rakete, ostavivši samo 3,23 metra x 3,91 metra dio konusa u kojem su sjedili astronauti. Nakon okretanja modula okolo tako da je toplotni štit bio okrenut prema Zemlji, konačno su pogodili atmosferu. Nekoliko sekundi kasnije, toplotni štit je odletio i padobrani su se postavili. Apollo 11 pljusnuo je u Tihi ocean u 12.50 sati 24. jula 1969.
Prvo slijetanje na Mjesec priča je prepuna velikih brojeva. Trebalo je osam godina, 10 misija koje su vođene u praksi, više od 400 000 inženjera, naučnika i tehničara i današnjim novcem oko 150 milijardi funti da se naprave prvi probni koraci na drugom planetarnom tijelu.
Pomičući granice najnaprednijih tehnologija toga doba, NASA je postigla nacionalni cilj predsjednika John F Kennedyja iz 1961. godine da Amerikanca pošalje na Mjesec prije kraja decenije. Ali kako su astronauti zapravo stigli tamo?
Pet dana prije stupanja na Mjesec, ujutro 16. jula 1969. godine, zapovjednik Neil Armstrong, pilot zapovjednog modula Michael Collins i pilot lunarnog modula Edwin ‘Buzz’ Aldrin još su bili ovdje na Zemlji. Radili su završne provjere u malom zapovjednom modulu Columbia. Ništa prostranija od unutrašnjosti velikog automobila, Columbia bi tokom cijelog putovanja služila kao njihov dnevni boravak.
Ovaj modul se nalazio na samom vrhu 111 metara visoke rakete Saturn V. Najmoćnija raketa koja je ikad letjela, Saturn V imao je tri faze. Svaka faza bi gorjela svoje motore dok ne ostane bez goriva, a zatim bi se odvajala od rakete. Motori na sljedećoj etapi tada bi pucali, a raketa bi nastavila u Svemir.
U 9.32 po lokalnom vremenu, prva etapa se zapalila i raketa je lansirana s rta Kennedy. Uz izazovni zadatak podizanja teške svemirske letjelice sa Zemlje, u ovoj fazi se radilo o isporuci snage. Upotrijebio je tekuću smjesu vodika i kiseonika koja nije bila nimalo ekonomična i propuštala je 18.000 kilograma goriva u sekundi. Ali bio je efikasan, proizvodeći silu od 33 miliona njutna (3,4 miliona kilograma potiska, silu od 7,5 miliona funti) za oko 2,5 minuta i pokrećući astronaute na visinu od 68 kilometara.
Kada se odvojila prva etapa, započela je druga. To je izgaralo 6 minuta, pokrećući raketu na 175 kilometara visine i ubrzavajući je do orbitalne brzine. Posljednja faza gorjela je samo 2,5 minute, a astronaute je poslala u Zemljinu orbitu s nevjerovatnih 28 000 km / h.
Plovidba do Mjeseca
Nakon što je jedan i po put zaokružio Zemlju, treća etapa ponovo je zavladala još 6 minuta da pošalje Apolo 11 na put ka Mjesecu. Zatim se odvojio, a od komandnog modula Columbia ostao je astronaut. Ali ovaj odbačeni treći stadij sadržavao je mjesečev modul Eagle koji će kasnije sletjeti na Mjesec. To je značilo da su astronauti imali izazovni zadatak spajanja mjesečevog modula Eagle u Svemir kako bi ga izvukli iz svog odjeljka.
Do trenutka kada su povezali Eagle i Columbiju, prošlo je manje od 5 sati od lansiranja. Astronauti bi morali pričekati još 3 dana prije nego što su konačno stigli na Mjesec. U to mirno vrijeme astronauti su jeli, spavali i slikali se. Takođe su provjerili da li su na kursu koristili instrumente koji su bili poznati mornarima prije stotina godina: teleskop i sekstant.
Ono što ne bi bilo poznato bili su inercijalni sistem navođenja (koji je uključivao akcelerometre koji su prepoznavali svaku promjenu brzine ili smjera svemirske letjelice) i brodski računar u koji su astronauti unosili svoja zapažanja. Prema današnjim standardima, ovaj je računar bio osnovni. Bio je manje moćan od džepnog kalkulatora i zahtijevao je od astronauta da ga opskrbljuju kodom koristeći bušilice. Ipak, bez obzira na sva ograničenja, put do Mjeseca i sa Mjeseca bio bi nemoguć bez tačnosti navigacije i kontrole koju je pružao.
Orao je sletio
Jednom kada je Apolo 11 stigao do Mjeseca, letjelica je skliznula u orbitu. U svom trećem krugu, Collins na brodu Columbia gledao je kako se Armstrong i Aldrin otkačuju i započinju njihov spust na Mjesec na Orlu. Mesečev modul Eagle imao je raketni motor za spuštanje kako bi ga usporio, spustio u nižu orbitu i zatim lebdio iznad površine. Vođen radarom za sletanje, Armstrong je poluautomatski pilotirao Orla, koristeći četiri grozda raketa, da bi se konačno sletio u More spokoja 20. jula 1969. Četiri sata kasnije, Armstrong je činio „jedan mali korak za čovjeka, jedan ogroman skok za čovječanstvo ”.
Eagle – Armstrongov i Aldrin dom 21,5 sati na površini Mjeseca – dizajniran je da se nikad ne vrati na Zemlju. Sastojalo se iz dva dijela. ‘Faza spuštanja’ bio je zlatno-crni donji dio. Sadržao je raketni motor, gorivo, naučnu i istraživačku opremu i ljestve kako bi astronauti mogli napraviti prve korake na Mjesecu.
Srebrno-crni gornji dio, nazvan etapom uspona, bio je najvažniji za preživljavanje astronauta. U njemu se nalazio pretinac pod pritiskom i otvor za otvaranje, elektronske komponente i glavna raketa i manje raketne grupe potrebne za lansiranje s lunarne površine i ponovno pristajanje uz Kolumbiju. Ovaj se odjeljak odvojio od faze silaska kada je lansirao, ostavljajući polovinu Orao zauvijek nasukanom na Mjesecu.
Brzi povratak
Druga polovina Orla pristala je uz Kolumbiju na svojoj 27. Mjesečevoj orbiti. Ovo je ponovo spojilo Armstronga i Aldrina sa Collinsom na brodu Columbia. Astronauti su potom izbacili fazu uspona, ostavljajući je u orbiti sve dok se na kraju nije srušio u Mjesec na nepoznatom mjestu.
Samo 2,5 minuta ispaljivanja rakete Columbia bilo je dovoljno da astronaute pošalju natrag na Zemlju. I samo 44 sata kasnije, počeli su se pripremati za ponovni ulazak. Prvo su izveli opekotinu bez smetnji kako bi se Kolumbija počela spuštati natrag na Zemlju. Zatim su se odvojili od rakete, ostavivši samo 3,23 metra x 3,91 metra dio konusa u kojem su sjedili astronauti. Nakon okretanja modula okolo tako da je toplotni štit bio okrenut prema Zemlji, konačno su pogodili atmosferu. Nekoliko sekundi kasnije, toplotni štit je odletio i padobrani su se postavili. Apollo 11 pljusnuo je u Tihi ocean u 12.50 sati 24. jula 1969.
Atomi su stvoreni nakon Velikog praska prije 13,7 milijardi godina. Kako se vrući, gusti novi svemir hladio, uslovi su postajali pogodni za stvaranje kvarkova i elektrona. Kvarkovi su se okupili kako bi stvorili protone i neutrone, a te čestice su se spojile u jezgre. Sve se to dogodilo u prvih nekoliko minuta postojanja svemira, prema CERN-u.
Bilo je potrebno 380.000 godina da se svemir dovoljno ohladi da uspori elektrone kako bi ih jezgre mogle zahvatiti da bi stvorile prve atome. Najraniji atomi bili su prvenstveno vodonik i helij, koji su i dalje najrasprostranjeniji elementi u svemiru, prema Jefferson Labu. Gravitacija je na kraju dovela do spajanja oblaka plina i formiranja zvijezda, a i teži atomi su stvoreni (i još uvijek se stvaraju) unutar zvijezda i poslani po cijelom svemiru kada je zvijezda eksplodirala (supernova).