Tvorivý učiteľ fyziky VIII, Smolenice apríl 2015

Size: px

Start display at page:

Download "Tvorivý učiteľ fyziky VIII, Smolenice apríl 2015"

Gyles Oliver
5 years ago
Views:

1 TIENE EXOPLANÉT Dalibor Krupa Fyzikálny ústav SAV, Bratislava Abstrakt: Exoplanéty, alebo extra solárne planéty sú planéty, ktoré obiehajú okolo hviezd, podobne ako planéty slnečnej sústavy obehajú okolo Slnka. Nemajú vlastný zdroj svetla, preto je ich detekcia veľmi obťažná. Prvé exoplanéty boli objavené až koncom minulého storočia vďaka novým astronomickým pozorovacím prístrojom s oveľa väčšou pozorovacou presnosťou. V súčasnosti sa ich počet už blíži k Nové presnejšie pozorovania odhalili okrem exoplanét ďalšie záhady vesmíru. Súčasný výskum vesmíru spájajúci astronomické poznatky s fyzikálnymi poznatkami z oblasti mikrosveta vedie až na pokraj záhad existencie neznámej tmavej hmoty a tmavej energie, ktoré spolu tvoria až 96% vesmíru, takže doposiaľ známa hmota a energia tvorí iba zvyšné 4% z celého vesmíru. Kľúčové slová: vesmír, exoplanéty, fyzikálne interakcie, tmavá hmota, tmavá energia Úvod Už od nepamäti ohľad na hviezdnu oblohu upútava ľudskú myseľ. V porovnaní s pozemskými rozmermi nám pohľad na nekonečné hviezdne nebo pomáha poznať našu malosť, no na druhej strane krása nočnej oblohy a samotný fakt, že z nej môžeme niečo poznať nás povznáša a poukazuje na to, že nie sme vo vesmíre iba nepatrným zrnkom prachu. Keď hovoríme o vesmíre, zväčša tým myslíme mimozemské priestory, vzdialené od Zeme, s miliardami hviezd, s pohybujúcimi sa planétami a kométami. Zabúdame pri tom, že Zem je tiež súčasťou vesmíru. Ani si snáď neuvedomujeme, že absolútnu väčšinu súčasných poznatkov o vesmíre máme zo skúmania tej časti vesmíru, ktorej hovoríme Zem. Ako je rozmanitý samotný vesmír, tak sú rozmanité aj cesty k jeho poznaniu. Možno ho poznávať rôznymi spôsobmi. Prvopočiatky poznávania vesmíru patrili poznávaniu Zeme ako jednej zo súčasti vesmíru. K vesmíru patrí všetko, čo nás obklopuje, čo sa dá skúmať, čo možno vidieť, zakúsiť a s čim sa bežne stretávame. Okrem prírody sem patria ako nekonečne veľké vzdialenosti makrokozmu, tak aj nekonečne malé rozmery mikrokozmu. Človek, ako skúmateľ, sa svojimi rozmermi nachádza niekde v strede medzi týmito dvomi nekonečnami, ktoré postupne objavuje a krok za krokom bližšie poznáva. Proces poznávania môžeme rozdeliť do niekoľkých etáp. Najjednoduchší spôsob ako sa dá niečo poznať je taký, že predmet nášho poznávania pozorujeme. Na základe pozorovaní môžeme odhaliť viaceré vlastnosti predmetu, nebudeme však schopní pochopiť dôvody prečo sú práve také aké sú. Na základe asociácie s inými doterajšími skúsenosťami sa môžeme nanajvýš domnievať prečo asi sú práve také. Ďalším krokom v poznávacom procese, po jednoduchom pozorovaní, je meranie. Predmet nášho pozorovanie môžeme nielen pozorovať, ale môžeme zmerať niektoré jeho charakteristické črty. Získavame tak množstvo nových zásadných poznatkov o skúmanom predmete. Usporiadanie poznatkov do logických súvislostí nám môže umožniť ich lepšie pochopenie a môžeme sa odvážiť vytvoriť si predstavu, hypotézu, prečo má skúmaný predmet takéto vlastnosti

2 Súčasná vedecká metóda ide ešte ďalej ako je iba pozorovanie a meranie. Tým ďalším poznávacím krokom na ceste poznania, je cielené experimentovanie a overovanie si všetkých možných hypotéz. To spravidla vyústi do teórie, ktorá hodnoverne objasňuje poznané vlastnosti skúmaného predmetu, alebo procesu. Súčasná, moderná veda, ako aj jej vznik, súvisí práve s dôrazom na experimentálne overovanie poznatkov pomocou cieleného experimentu a na kritické myslenie. Skutočná vedecká metóda sa už neopiera o názory a tvrdenia veľkých osobností ako to bolo v stredoveku, ale vždy by sa mala uberať ďalej iba cestou, na ktorú vedú dostatočne overené experimentálne fakty. Poznávanie exoplanét Z uvedenej postupnosti poznávania akejkoľvek reality vidno, že poznanie založené iba na pozorovaní je najviac náchylné k rôznym omylom a že hodnovernosť nášho poznania sa prechodom od pozorovania k meraniu a k experimentu postupne zvyšuje. Veľmi pritom záleží na presnosti používaných prístrojov, čo súvisí s celkovým rozvojom všetkých použitých technológií. Napríklad, presnosť astronomických fyzikálnych meraní sa enormne zvýšila vynesením Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu na obežnú dráhu okolo Zeme, ďaleko nad rušivé vplyvy zemskej atmosféry a umožnila merať a pozorovať galaxie a hviezdy až do vzdialenosti 13,4 miliardy svetelných rokov. [1] O možnej existencii planét obiehajúcich okolo hviezd sa uvažovalo už od čias Isaaca Newtona ( ). Prvé objavy exoplanét sa začali objavovať už v priebehu 20. storočia. Neboli ešte založené na dostatočne presných meraniach, takže neskôr boli odvolané. Až objavy exoplanét v závere storočia boli dostatočne presvedčivé a nezávisle preverené viacerými pozorovateľmi. Umožnil to hlavne rozvoj prístrojovej techniky takže v apríli 2015 bolo objavených a zaregistrovaných 1915 planét na čom má veľký podiel Keplerov vesmírny ďalekohľad vypustený v roku 2009 za týmto účelom [2, 3]. Niektoré objavy exoplanét sa zakladajú na presnom meraní veľmi malých výkyvov polohy hviezdy okolo ktorej obiehajú. Iné využívajú presné meranie zmien rýchlosti pohybu hviezdy vzhľadom k zemi na základe pozorovania posunu spektrálnych čiar svetla spôsobenú Dopplerovým javom. Ďalšia často používaná metóda sa zakladá na pozorovaní zníženia jasu hviezdy, keď popred ňu prelieta jej planéta. Sú to však iba nepriame pozorovania pohybu exoplanét. Priame pozorovania nie sú možné kvôli takmer zanedbateľnému jasu exoplanéty v porovnaní s jasom jej hviezdy. Na ilustráciu nespoľahlivosti takýchto pozorovaní môžeme zo súčasnosti uviesť príklad hľadania exoplanét okolo hviezdy s názvom Gliese 581 vzdialenej od nás 20 svetelných rokov a tvrdilo sa, že okolo nej obieha niekoľko exoplanét. Jednou takou je planéta s názvom Gliese 581g, ktorá bola objavená v roku Pozorovaním sa zistilo, že je to kamenistá planéta, podobná našej Zemi s hmotnosťou trikrát väčšou ako je hmotnosť Zeme a že obieha okolo hviezdy Gliese 581 v obývateľnej zóne tejto hviezdy, takže je na nej voda. (Obývateľná zóna hviezdy sa nachádza medzi najmenšou a najväčšou vzdialenosťou od hviezdy pri ktorej ešte na planéte, ktorá ju obieha môže existovať voda v tekutej forme.) NASA zverejnila obrázok ako vyzerá táto planéta podľa predstáv umelca čo ju namaľoval [4]

3 Obr. 1: Umelecká predstava planéty Gliese 581g Obežná doba exoplanéty bola stanovená na 130 ± 2 dni. Keďže je to planéta Zemského typu má kamenistú štruktúru a je na nej voda a sú na nej dobré podmienky pre život, stále viac a viac sa predpokladalo, že je na nej život, a hypotetické predpoklady postupom času prerastali do 100% istoty. Vyjadril to aj Steven Vogt, astronóm z kalifornskej univerzity Santa Barbara v novembri minulého roku (2013), keď povedal: Osobne by som povedal, že vzhľadom na všade prítomnosť a bujarosť života rozkvitať kdekoľvek sa dá, a je to môj osobný pocit, že na 100 % je na tejto planéte život. Nemám o tom takmer žiadne pochybnosti. Astrofyzička Sara Seager z MIT sa k objavu vyjadrila: Je to obrovský úspech, keď si uvedomíte, že to je prvá Zemi podobná planéta objavená v obývateľnej zóne. [5]. Netrvalo dlho a asi o šesť mesiacov po Vogtovom výroku to už vôbec neplatilo, lebo detekcia planéty Gliese 581g silne závisí od excentricity planéty Gliese 581d o ktorej bolo preukázané, že neexistuje a jej detekcia bola mylná. Časopis Science už 25 júla 2014 zverejnil prácu P.Robertson et al: Stelar activity measurements masquerading planets in the habitable zone of Gliese 581. [6] Podľa nej hviezdna aktivita Gliese 581 vytvára na jej povrchu tmavé škvrny, ktoré boli mylne interpretovaný ako planéta Gliese d. Takže neexistuje ani Gliese 581g. Obidve planéty Gliese 581d aj Gliese 581g boli považované za planéty v obývateľnej zóne hviezdy Gliese 581. Záver Z hľadiska dosahu síl základných fyzikálnych interakcií by sa zdalo, že pri poznávaní vzdialených hviezd a ich planét zohrajú najdôležitejšiu rolu interakcie gravitačná a elektromagnetická, ktoré majú nekonečný dosah ich pôsobenia a že krátko dosahové sily nebudú mať možnosť sa uplatniť, lebo sa uplatňujú iba na úrovni vzdialeností veľkosti atómov. Ale keďže aj vzdialené vesmírne svety sa skladajú z atómov sú to práve krátko dosahové sily, zodpovedné za kvantové javy, ktoré posunuli naše vedomosti o hviezdach z úrovne pozorovania do úrovne merania a cieleného - 157

4 experimentovania. Analýzou energetických hladín kvánt svetla vieme nielen určiť ktoré atómy svetlo vyžiarili ale aj rýchlosť ich pohybu. Práve vďaka kvantovej fyzike rozumieme, že svetlá rôznych, presne zmeraných, vlnových dĺžok letia vesmírom, lebo boli vyžiarené iba presne známymi atómami. Vďaka poznaniu atómov vieme pochopiť prečo žiaria hviezdy a čo sa deje v našom Slnku. Vďaka poznaniu elementárnych častíc vieme nielen čo je slnečný vietor a polárna žiara, ale máme aj možnú fyzikálnu predstavu o vzniku celého vesmíru a jeho formovaní. Pozorovaním a meraním pohybu galaxií a ich hviezd sa dozvedáme veľa nového o vesmíre, no tiež sa dostávame k záhadám, ktorým v súčasnosti nerozumieme. S prekvapením zisťujeme, že objem toho čomu nerozumieme je mnohonásobne väčší ako toho, čo už vieme. Za pomoci presných meraní napríklad vieme, že vesmír sa rozpína, ale nevieme prečo. Po spresnení meraní, vďaka novým citlivým prístrojom umiestneným na družiciach, sme s prekvapením zistili, že rýchlosť rozpínania vesmíru sa nespomaľuje, ako by sme očakávali na základe pôsobenia gravitačných síl, ale sa dokonca zrýchľuje. Spôsobuje to nejaká doposiaľ neznáma tmavá energia? Meraním rýchlosti rotácie hviezd v galaxiách nám merania odhaľujú, že uhlové rýchlosti hviezd, ktoré obiehajú na pokraji galaxie nie sú menšie ako uhlové rýchlosti hviezd čo sú bližšie k centru galaxie. Ako by tam neplatil zákon zachovania uhlového momentu hybnosti pre jednotlivé telesá, lebo galaxie rotujú podobne ako tuhé telesá vyplnené hmotou. Spôsobuje to nejaká neznáma, neviditeľná tmavá hmota spájajúca hviezdy do pevného disku? Experimentálne merania nás presviedčajú, nielen o tom, že vo vesmíre existuje tmavá hmota a tmavá energia, ale z astrofyzikálnych analýz vyplýva aj neočakávaný poznatok, že obyčajná hmota, ktorú poznáme ako zloženú z atómov, predstavuje Iba 4% vesmíru a že zvyšok 96% z hmoty, čo tvorí vesmír je zahalená tajomstvom neznáma. 26% pripadá na tmavú hmotu a 70% na tmavú energiu ako je to znázornené na grafe Obr. 2. Obr. 2: Percentuálne zloženie vesmíru Je to veľký kontrast s optimistickým ponímaním vnímaním sveta pred týmito objavmi, keď vedci verili, že už poznáme takmer všetko, až na malé ostrovčeky neznáma. Namiesto toho nás osvedčená vedecká metóda doviedla na pokraj poznaného a otvorila pred nami nesmierne veľké neznámo o ktorom nevieme takmer nič, iba toľko, že existuje a je obrovsky veľké. A to sme tu hovorili iba o fyzikálnom poznávaní, ktoré sa zaoberá merateľnými veličinami hmotného sveta. Popri hmotnom svete záložného z atómov je tu ešte celý neprebádaný vnútorný vesmír každého človeka s jeho - 158

5 túžbou po poznaní, po zmysle a naplnení svojho bytia. Naskytá sa tu otázka, či sa môže niečo z metodiky fyzikálneho poznávania preniesť aj do tejto oblasti. Literatúra [1] 04 hubble telescope revolutionized view space.html [2] [3] [4] NASA: Planéta Gliese 581g [5] life newfound earth size planet percentastronomer say/ [6] P.Robertson et al, Stellar activity masquerading as planets in the habitable zone of the M dwarf Gliese 581, Science 25 July 2014, Vol. 345 no pp Adresa autora RNDr. Dalibor Krupa, CSc., D.Phil. Fyzikálny ústav SAV Dúbravská cesta Bratislava - 159

Bioclimatological characteristics of soil moisture in Hurbanovo

Rožnovský, J., Litschmann, T., (eds): Mendel a bioklimatologie. Brno, 3. 5. 9. 2014, ISBN 978-80-210-6983-1 Bioclimatological characteristics of soil moisture in Hurbanovo Mária Tekušová; Viera Horecká;