MALÁ KOSMOLOGICKÁ HLÍDKA -- ZAJÍMAVÉ SKUTEČNOSTI O VESMÍRU - Výběr 1 (1. část)

Zajímavé skutečnosti o vesmíru
Výběr 1 (1. část)

Náš vesmír - to je neopakovatelný svět, který se člověk snaží poznat a pochopit po dobu celé své historie. I když lidstvo již prošlo dlouhou cestu výzkumu vesmíru a podařilo se o něm shromáždit nepřeberné množství nejrůznějších poznatků a faktů, denně se uskutečňují nové a nové “vesmírné” objevy. A není důležité o co právě jde, jestli o alkoholový mrak ve “středu” vesmíru, nebo o nový poznatek k Einsteinově teorii relativity. Každý takový nález otvírá nové rozsáhlé pole pro práci astrofyziků. Všechno je však také zajímavé i pro lidi jejichž profese není přímo spojena s astronomií. Zejména pro ně je sestaven tento výběr mnohdy až nečekaných zajímavostí o vesmíru.

Černé díry (1)

Černá díra je oblast zcela zakřiveného prostoročasu s tak velkou gravitací, že se z ní nemohou vymanit žádné objekty, dokonce ani takové, které se pohybují rychlostí světla, včetně kvant samotného světla. Hranice takové oblasti má název horizont událostí a jejím charakteristickým rozměrem je gravitační poloměr. V nejjednodušším případě sféricky symetrické (kulové) černé díry je tento rádius roven tzv. Schwarzschildovu poloměru.

Horizont událostí je myšlenou sférickou hranicí, na které se dosahuje rovnováha mezi silou gravitačního pole a snahou světla, které se pokouší opustit černou díru. Překročí-li se horizont událostí, vytrhnout se “ven” již není možné. Tato myšlená hranice srší energií. Působením kvantových jevů na ní vznikají toky horkých částic vyzařovaných do vesmíru. říká se tomu Hawkingovo záření (na počest Stephena Hawkinga, který to popsal, viz níže).

Představíme-li si postup do hloubky černé díry, pak se prostoročas stále více zakřivuje a v jejím středu je zakřiven nekonečně (pro naši představu obtížné až nemožné). V tom bodě je gravitační singularita (prostor a čas v něm ztrácí jakýkoli význam a všechny známé zákony fyziky již neplatí a nefungují).

Kdysi byly oblasti mezigalaktického vakua ultra-masivními hvězdami. Když taková hvězda umírá, její vnější plynové vrstvy se “odfouknou” a jádro se promění na extrémně malou a hustou kouli. Představme si, například, pokus o zvednutí tenisového míče jehož hmotnost odpovídá hmotnosti našeho Slunce. Pro takovou astronomicky vysokou hustotu je potřebné supersilné gravitační pole. K tomu, abychom se mohli vymanit z jakéhokoli gravitačního pole je nutné, abychom se pohybovali rychleji než kosmickou rychlostí. Kosmické lodi se daří dosáhnout rychlosti něco přes 11 km/s. Aby mohla kosmická loď překonat některé černé díry, musela by se pohybovat rychlostí větší než 300 000 km/s, což by překročilo její kosmickou mez. To znamená, že černou dírou nemůže vůbec nic do okolního prostoru proniknout, dokonce ani světlo.

A co je to za prostředí, černá díra? Co se děje “uvnitř” ní? Spolehlivě to nikdo neví, většinou jsou jen předpoklady a dohady, s nimi i fascinující teorie. Tedy pokud černé díry opravdu existují  (jsou o tom ve vědeckých kruzích stále pochybnosti). Někdy se černé díry považují za “berličku”, která je nutná k vysvětlení dalších jevů a skutečností. Ale vraťme se k záhadě “vnitřku” černé díry.

Jakmile se jakýkoli objekt dostane do bezprostřední blízkosti horizontu událostí, je téměř jisté, že bude následkem obrovské přitažlivosti vtažen do černé díry a ta jej při postupu hlouběji dovnitř spálí, ohromným tlakem rozdrtí (či roztrhá) na kusy. V dřívější formě se již nikdy nemůže vrátit.

A. Einstein předpokládal, že v centru prostoročasu černé díry jsou tzv. singularity (v kosmologii  počáteční singularita představuje počátek našeho vesmíru při velkém třesku, na který nelze aplikovat běžné fyzikální zákony). Singularita je jedním z nejzáhadnějších témat, které trápí fyziky. Je tak malá, že si to lze těžko představit, ale hustota její hmoty (energie) je tak velká, že si to nelze už vůbec představit. Má se za to, že právě singularita byla základem současného, lidstvu známého vesmíru.

Známý vynikající, i když silně hendikepovaný, britský teoretický fyzik Stephen Hawking představil roku 1974 teorii, podle níž z černých děr uniká radiace. To má způsobovat, že se černé díry pomalu zmenšují a nakonec se mají vypařit. Existuje také rozpor mezi kvantovou mechanikou a A. Einsteinem. Podle kvantové fyziky by měly vnější objekty při styku s horizontem událostí shořet, podle Einsteinovy teorie gravitace se musejí roztrhat. Mladý polský teoretický fyzik Nikodem Popławski soudí, že rozpor je zdánlivý a časem jej bude možné vysvětlit. Podle něho není vyloučeno to, že v centru černé díry může být tzv. červí díra (někdy nazývaná krtčí díra) tvořící průchod do jiného vesmíru. Hmota a energie, která dala vznik našemu vesmíru při velkém třesku mohla, podle jeho názoru, červí dírou projít. Podle jiného názoru my sami, s celým naším vesmírem, existujeme uvnitř nepředstvitelně obrovské černé díry.

V období, v kterém žijeme, se údajně k supermasivní černé díře v centru naší galaxie přibližuje obrovský plynový mrak a astronomové se nemohou dočkat až uvidí co se bude dít když mrak dosáhne horizontu událostí. Z takové blízkosti totiž nebyla černá díra ještě nikdy pozorována v akci a při pozorování vzdálených oblastí vesmíru je velmi obtížné říci jak se černé díry chovají. Uvidíme, zda je reálné, aby nastal nějaký průlom v chápání černých děr…

Černé díry se stávají jakýmisi virtuálními teoretickými laboratořemi nekonečně se rozvíjejícího lidského myšlení...

Paradox dvojčat (2)

Takzvaný “paradox dvojčat” (ve skutečnosti žádným paradoxem není) je svého druhu myšlenkovým experimentem, jehož pomocí je snaha “dokázat” rozporuplnost Einsteinovy speciální teorie relativity. Podle ní se z pohledu “nepohybujících se” pozorovatelů všechny procesy v pohybujících se objektech zpomalují. Z druhé strany princip relativity deklaruje rovnost inerciálních systémů odečtu. Na tomto základě stojí úvaha, která vede k zdánlivému rozporu.

Uvažujme jednovaječná dvojčata, navenek k nerozeznání. Paradox je založen na v úvaze, že se jedno dvojče posadí do kosmické lodi a druhé zůstane na Zemi. Pohybuje-li se kosmická loď rychlostí blízkou rychlosti světla, pak se podle teorie relativity dvojče, které stárlo v kosmické lodi pomaleji (pomalejší činnost tělesného organizmu - tlukot srdce, odumírání cév, atd.) než to druhé, vrátí na Zemi mnohem mladší, než jeho “pozemský” bratr.

Přidejte k životu nanosekundu (3)

Vzpomeňme si na hodiny fyziky. Přitažlivá síla blízko u povrchu Země vzrůstá a zrychlení vede k zpomalování času. To je pro současnou společnost velmi podstatné.

V různých výškách nad povrchem Země tikají hodiny různou rychlostí. Člověk žijící ve vysokých horách stárne rychleji, než ten, který žije v nížině. Efekt různé rychlosti běhu času v různých výškách se dosud dařilo experimentálně prokázat pouze pomocí atomových hodin umístěných na oběžné dráze Země nebo v proudovém stíhacím letounu. Jen tak byly rozdíly dostatečně velké, aby je existující technologie měření se svou omezenou přesností byla schopna zaznamenat.

Nyní existuje nový extrémně přesný typ atomových hodin založených na “tikání” jediného iontu hliníku vibrujícího mezi dvěma energetickými hladinami rychlostí biliardy (milionu miliard) kmitů za sekundu. To odpovídá přesnosti jedné sekundy na 3,7 miliardy let (pro názornost celá sluneční soustava, včetně naší Země, je stará asi 4,6 miliardy let). To umožňuje spolehlivě zaznamenat rozdíl v rychlosti plynutí času u dvou hodin lišících se výškou pouze 33 cm. Člověk by to absolutně nebyl schopen zaregistrovat (během 80 let dlouhého života by se takové hodiny rozešly zhruba o 90 miliardtin sekundy).

Znamená to také, že vlivem otáčení zeměkoule je pohyb člověka, který stojí u rovníku rychlejší, než někoho, kdo je na Severním pólu. A jeho hodinky jdou pomaleji.

Pohyb hodin (4)

To, o čem se hovoří v předchozích odstavcích má značný význam pro současné moderní technologie. Při posuzování různých problémů speciální teorie relativity (STR) bylo nejvíc sporů kolem paradoxu dvojčat (viz 2), který lze správněji označit za “paradox s hodinami”. Těžko se objasňoval při traktování STR ve formě, jakou použil Albert Einstein. Dnes se má za to, že on našel své řešení v obecné teorii relativity (OTR). OTR však k tomu nemá žádný vztah. Problém se snadno řeší v rámci STR má-li správný výklad a chápe-li se správně princip relativity inerciálního pohybu.

Je také nutné vzít v úvahu otázku absolutní soustavy odečtu, pevně propojenou s reálným fyzickým prostorem. V podstatě je to táž myšlená klidová inerciální soustava odečtu času nizozemského fyzika Hendrika A. Lorentze, kterou on svého času považoval za nepohyblivě spojenou se světovým éterem. Jelikož se, v souladu se správným výkladem STR, hodiny pohybující se v absolutní soustavě odečtu zpomalují, ve srovnání se stejnými hodinami, které jsou v absolutní soustavě odečtu v klidu, při uzavřeném cyklu pohybu se budou oproti jiným hodinám vždy zpožďovat ty hodiny, které uskuteční uzavřený cyklus pohybu.

Současní odborníci, kteří vyvíjejí hodiny pro palubní počítače a navigační přístroje, musejí brát v úvahu teorii relativity. Mohli-li byste např. s vysokou přesností pohlédnout na hodinky pilota nadzvukového stíhacího letounu, zjistili byste, že se oproti našim hodinkám o několik nanosekund zpožďují.

Einsteinova teorie relativity (5)

Albert Einstein vypracoval revoluční teorii, která se vztahuje nejen na pohyb, ale i na čas. Tyto pojmy jsou totiž navzájem silně provázané. Čím rychleji se budete pohybovat, tím více bude váš čas vnímán okolními lidmi jako pomalejší. Proč tomu tak je?

Představte si takovou situaci: sedíte v autobuse a svítíte baterkou na protilehlou stěnu. Řekněme, že v jedné sekundě urazí paprsek než dosáhne druhou stranu autobusu dva metry. A nyní se na to podívejme z pohledu člověka, který stojí venku. Pro něho se autobus pohybuje stejně, avšak paprsek světla urazí v téže sekundě 15 m. Proč je to divné? Zamysleme se nad tím. Máme objekt, který právě prošel za stejný čas o 12 m více. Přitom se pohyboval obdobnou  rychlostí. Jediné logické vysvětlení toho, co vidí člověk venku je to, že paprsek světla se mu zdá delší. To znamená, že pokud se pro nás ta či ona událost odehraje za jednu sekundu, pro něho proběhne za dvě sekundy. Pro ně tikají hodiny pomaleji. V době, kdy to vědci považovali za nesmyslné a chtěli se vyhnout posuzování tohoto tématu, vypracoval A. Einstein svoji teorii. Stále tomu nevěříte? Pokročme tedy dál.

Kosmická mez rychlosti (6)

Výše bylo zmíněno, že rychlost světla (míněno ve vakuu) nemůže překročit zhruba 300 000 km/s (přesněji 299 792 458 m/s). Následkem toho vznikl pojem “kosmická mez rychlosti”. To má některé zajímavé důsledky. Tou rychlostí se může pohybovat pouze světelný paprsek. Je nemožné zrychlit jakýkoli hmotný objekt tak, aby dosáhl rychlosti světla, protože by se při tom muselo spotřebovat nekonečné množství energie (což není myslitelné).

Například v ženevském CERNu se uskutečnil pokus rozpohybovat dvě částice do maximální rychlosti. Dva protony letící proti sobě rychlostí o 11 m/s menší než je rychlost světla se srazily, vytvořily částice s mimořádně vysokou energií, které omezovala energie dostupná podle známého Einsteinova vzorce E = mc2. Nyní, po ukončení modernizace velkého hadronového urychlovače v CERNu, se rychlost části zvětší ještě o 9 m/s.

Velký hadronový urychlovač částic v ženevském CERNu

Vesmírný prostor je zaplněn zkolabovanými hvězdami, supernovami a ultramasivními černými dírami, včetně těch, které jsou uprostřed aktivních galaxií, kde se magnetické pole svou intenzitou mnoho miliard krát liší od toho, které je na Zemi. Ze všech směrů vesmírného prostoru přicházejí kosmické paprsky tvořené vysoce energetickými částicemi, převážně protony. Prolétají vesmírem s tak vysokými energiemi, že se všechno, čeho člověk dosahuje na Zemi zdá nicotné.

S přechodem k stále vyšším a vyšším energiím se částice stávají stále drobnějšími, avšak vysoké energie se již neměří v řádu gigaelektronvoltů (1 GeV = 109 eV), teraelektronvoltů (1 TeV =1012 eV), dokonce ani petaelektronvoltů (1 PeV = 1015 eV). Tyto energie mohou dosahovat hodnot v pásmu 1019 eV. A takové hodnoty již jsou opravdu velmi zajímavé. V oblasti hodnot 4 až 51019 eV nám vesmír už umožňuje setrvávat na této energii. Je to téměř neuvěřitelné, ale problém je v tom, že nezávisle na tom jak je energie částice vysoká, musí, aby se k nám dostala projít tzv. “radiační vanou” (ta je pozůstatkem “velkého třesku”).

Rychlost světla (7)

Vraťme se k příkladu s autobusem (5). Vystřelíte-li z okna střelu do terče, který je na dráze před vámi, jakou rychlostí se bude pohybovat? V podstatě bude rychlost přibližně stejná jako rychlost autobusu (kolem 60 km/h) plus rychlost střely, která jí byla udělena při výstřelu. A co když se na terč posvítí? Jelikož světlo se šíří rychlostí 300 000 km/h, stačí připočíst jednoduše 60 km/h? Nikoli. Vědci dokázali, že rychlost světla je stejná vždy, nezávisle na jakýchkoli podmínkách.

Rychlost světla je fundamentální konstanta (c ≈ 300 000 km/h), která je neotřesitelnou a nepřekonatelnou bariérou pro jakoukoli formu hmoty a energie. Univerzální konstanta “c” tvoří kosmickou mez rychlosti (6), kterou není možné porušit. Má se za to, že v celém vesmíru není nic, co by se mohlo pohybovat rychlostí vyšší než je rychlost světla. Aspoň dosud.

Poznámka: Mezinárodní skupina vědců z italského Národního ústavu fyziky částic v Gran Sasso, společně s ženevským CERNem před několika lety (2011) oznámila, že se jim podařilo objevit částici - neutrino, které se pohybovalo vyšší rychlostí, než je rychlost světla. Sub-atomová částice - neutrino s nicotnou hmotností mělo, podle zprávy, předběhnout světlo o devět nanosekund (9 ns). Očekávalo se, zda se událost potvrdí, neboť by měla kolosální důsledky. Zbourala by základy Einsteinovy teorie relativity a vynutila by si revizi celého standardního modelu fyziky. Vědci z toho byli v šoku. Poté co se událost stala, se i při několikanásobných kontrolách nenašlo nic, co by zpochybnilo naměřené výsledky. Až další dlouhodobý výzkum ukázal, že závěry byly předčasné. Neutrino se pohybovalo rychlostí blízkou rychlosti světla.

Galileova speciální teorie relativity (8)

Jak zjišťujete, že autobus, kterým jedete do zaměstnání, se opravdu pohybuje? Co když sedíte v jediném statickém objektu ve vesmíru a všechno ostatní, včetně silnice pod koly autobusu se pohybuje? Pravda se skrývá v tom, že není možné dokázat co se pohybuje a co nikoli. Vše spočívá v hranicích vašeho chápání. Pro vás je člověk, který stojí v průchodu mezi sedadly statický, jelikož vaše chápání je běžně omezeno na prostor autobusu. Pro člověka venku na chodníku se oba pohybujete rychlostí 60 km/h v pouličním provozu jelikož mezí jeho chápání je běžně celá Země.

Důležitou roli v poznávání přírody a následně i vesmíru sehrál princip relativity zformulovaný poprvé Galileo Galileem pro mechanický pohyb. Mechanický pohyb je vždy relativní a jeho charakter závisí na systému odečtu. Ten systém, ke kterému se vztahuje první Newtonův zákon se nazývá inerciální systém odečtu. Je to takový systém, který je buď v klidu, nebo se pohybuje přímočaře a rovnoměrně stálou rychlostí. První Newtonův zákon uznává existenci inerciálních systémů odečtu.

Ze zkušenosti bylo zjištěno, že s velkou mírou přesnosti je možné za inerciální pokládat heliocentrický (hvězdný) systém odečtu, jehož počátek souřadnic je ve středu Slunce a osy vedou ve směru určitých hvězd. Systém odečtu vztahující se k Zemi z přísného pohledu inerciální není i když efekty vyplývající z jeho neinerciálnosti (spojené s otáčením Země kolem vlastní osy a kolem Slunce) jsou při řešení mnoha úloh zanedbatelně malé. Pro řadu případů je jej tedy možné považovat za inerciální.

Podle Galileova mechanického principu relativity nelze žádným mechanickým pokusem zjistit, zda se objekt pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem, nebo je v klidu. Nebo je to také možné vyjádřit tak, že ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné zákony klasické Newtonovy mechaniky.

Stálý pohyb (9)

Žijeme na planetě, která se otáčí kolem své osy a současně se otáčí kolem své hvězdy - Slunce. To se otáčí kolem středu galaxie, která se také pohybuje ve vesmírném prostoru. Vypadá to na velmi složitou soustavu, kde jsou všechny objekty, včetně nás, ve stálém pohybu a vzájemné interakci.

Vesmír - to je pohyb, v němž jsou prostor a čas dvěma vzájemně podmíněnými a jeden bez druhého neexistujícími aspekty pohybu a snad ani nemají žádný jiný význam. Americký vědec Dewey B. Larson určil vlastnosti, kterými se musí vyznačovat prostor a čas ve vesmíru, plně založeném na pohybu a vyjádřil je formou řady postulátů. Poté ukázal, že logické a matematické důsledky těch postulátů (aniž by bylo nutné doplňovat je dalšími předpoklady nebo výsledky experimentů) určují s dostatečnou podrobností teoretický model, který je ve všech ohledech v souladu s poznatky o vesmíru dostupném pro naše pozorování.

Podle názoru vycházejícího z toho, že vše je odvozeno z pohybu je pohled na vesmír jednoznačný. Vesmír, ve kterém žijeme není vesmírem hmoty, ale vesmírem pohybu, vesmír, v němž základní realitou je pohyb a všechny ostatní reality a jevy včetně hmoty (a tedy i energie), jsou jednoduše projevem pohybu. Když to přijmeme jako východisko, pak např. atom je prostě kombinací pohybů. Záření je pohyb, gravitace je pohyb, elektrický náboj je pohyb, atd.

Idea o koncepci vesmíru, jako vesmíru pohybu, není vůbec nová. Jako základní předpoklad, má mnoho předností, které byly přitažlivé pro myslitele a vědce od samotného počátku systematické vědy. Nejznámějším pojetím tohoto druhu ve vědeckých kruzích je snad idea francouzského filosofa, matematika a fyzika Reného Descarta (1596-1650) vyjádřená tak, že hmota snad může být jen řadou vichrů v éteru.

Podle názoru o prioritě pohybu je i prostor pouhým aspektem pohybu. Čas není vyjádřením řádu posloupnosti dějů nebo nástrojem míry kvaziprostoru, nemá ani fyzikální podstatu. Čas je také pouhým aspektem pohybu, jakýmsi protějškem prostoru. Prostor ani čas neexistují zvlášť, samy o sobě, existují pouze v souvislosti s pohybem.

K tomu závěrem několik údajů o pohybu naší planety Země. Nepřetržitě se pohybuje rychlostí 30,55 km/s, za 365 dní musí proletět celou oběžnou dráhu kolem Slunce, jejíž poloměr je 152 milionů km a po obvodu měří 964 milionů km. Takovou dráhu uráží každým rokem (za den musí urazit 2640 milionů km). A přitom nezapomínejme, že spolu s dopředným pohybem dělá Země ještě otáčivý pohyb kolem  vlastní osy a při něm dosahuje až 464 m/s.

Velká medvědice (10)

Významné souhvězdí na severní obloze, jehož větší část je v České republice cirkumpolární (nezapadá pod obzor). Souhvězdí bývá chybně nazýváno Velký vůz, u něj jde však pouze o jeho část - asterismus tvořený sedmi nejjasnějšími hvězdami souhvězdí Velké medvědice.

K Velké medvědici se pojí celá řada mýtů pocházejících ze starověku. Většina jasně svítících hvězd daného souhvězdí je součástí rozptýleného nakupení, kterému se říká pohyblivá skupina Velké medvědice. Tato skupina je blízko Země, ve vzdálenosti pouhých 70 světelných let. Její hvězdy jsou po obloze rozesety opticky na velké ploše. V souhvězdí Velké medvědice je několik astronomicky zajímavých galaxií.

Slunečním paprskům dopadajícím na vaši pokožku je 30 tisíc let (11)

Už víc než 4 miliardy let na obloze září Slunce a po celou tu dobu část vyzařované energie dopadá na povrch naší Země. Sluneční energie je příčinou koloběhu vody a vzniku větrů, je jí podmíněna existence všech klasických pozemských zdrojů energie, je prostě nezbytnou podmínkou pro vznik a zachování života na Zemi.

Většině z nás je známo, že sluneční energie ve formě světla dosahuje naši Zemi za osm minut a při tom překonává 149,7 milionů kilometrů mezi povrchem našeho těla a povrchem Slunce. Víme však, že energie těchto paprsků se zrodila více než před 30 000 lety hluboko ve slunečním jádru?

Slunce je hvězda, kolem které obíhá kromě Země a ještě sedm dalších planet, planetky, komety a jiné menší objekty. Samotné Slunce je obrovská žhavá koule, tvořená ze tří čtvrtin vodíkem. Právě vodík je palivem a zdrojem energie, kterou Slunce nepřetržitě vyzařuje do okolního vesmírného prostoru. To, co se děje uvnitř sluneční koule se vymyká lidským představám.

Teplota v jádru hvězdy je kolem 14 milionů °C a tlak přibližně 201010 MPa (pro představu - na Zemi je atmosférický tlak jen 0,1 MPa). V takových těžko představitelných podmínkách jsou všechny atomy plynu zcela ionizovány a vodíková jádra se slučují na jádra hélia. V nitru Slunce neustále probíhá extrémně silná termonukleární reakce, při které se každou sekundu přemění 560 milionů tun vodíku na hélium, uvolní se 3,81026 J energie, většinou ve formě elektromagnetického záření v oblasti velmi malých vlnových délek, a hmotnost Slunce se zmenší (podle Einsteinova vzorce E = mc2) o čtyři miliony tun. Z nitra Slunce, kde uvedené procesy probíhají, se pak převážná část času spotřebuje na to, aby se vzniklá energie dostala k jeho povrchu a do okolního prostoru pronikl výsledný produkt - elektromagnetické záření. Proto ta hodnota stáří slunečních paprsků dopadajících na povrch našeho těla - 30 tisíc let.

Pohyb Měsíce (12)

Mnohé starověké kultury považovaly Měsíc     za důležitější nebeské těleso, než Slunce. Slunce bylo dobře pozorovatelné jen při svém východu a západu. Ve dne oslňovalo svým jasem, nebo bylo skryto mraky. Pohled na Měsíc byl v noci úchvatný a nikdo jeho stříbrně svítící kotouč či tajuplný srpek nemohl přehlédnout. Měsíc mohl být, na rozdíl od Slunce, někdy pozorován během obou částí kalendářního dne, nejen v noci, ale i ve dne. Je známo, že ne všechny pradávné kultury spojovaly Slunce s hlavním zdrojem světla. S měsícem to bylo jiné, jeho svit při úplňku umožňoval dostatečně dobře vidět i v noci a to bylo pro mnohé činnosti, které se vykonávaly právě v noci velmi důležité.

Málo se ví o tom, že Měsíc se každý rok posune ve směru od Země o 3,8 cm. Následkem toho, se během minulého století otáčení Země zpomalilo každý den o dvě milisekundy (0,002 s).

Pohyb Měsíce po obloze je ve srovnání s pohybem Slunce složitější. Například určení polohy Měsíce pro daný okamžik není vůbec jednoduchá věc. Měsíc se pohybuje kolem Země průměrnou rychlostí 1,02 km/s po přibližně eliptické oběžné dráze, ve stejném směru jako velká většina jiných těles sluneční soustavy, tj. proti ručičkám hodinovým (díváme-li se na oběžnou dráhu Měsíce ze strany světového severního pólu). Velká poloosa oběžné dráhy Měsíce je rovna průměrné vzdálenosti mezi středy Země a Měsíce (384 400 km, což je asi 60 poloměrů Země). Následkem eliptičnosti oběžné dráhy a nepravidelností se vzdálenost k Měsíci pohybuje od 356 400 do 406 800 km. Perioda oběhu Měsíce kolem Země (tzv. siderická oběžná doba, nebo hvězdný měsíc) je 27,32166 dnů (s malými odchylkami a malým zmenšováním věkem).

Pohyb Měsíce kolem Země je velmi složitý. Jeho zkoumání je jednou z obtížných úloh nebeské mechaniky. Eliptický pohyb je jen hrubým přiblížením, komplikují jej mnohé nepravidelnosti dané přitažlivostí Slunce, planet, a také zploštělostí Země. Hlavní nepravidelnosti byly objeveny pozorováním dlouho předtím, než byly teoreticky odvozeny ze zákona o světové přitažlivosti.

Přitažlivá síla Slunce působící na Měsíc je 2,2 krát silnější než zemská přitažlivost. Přísně vzato by se tedy mělo hovořit o pohybu Měsíce kolem Slunce a nepravidelnostech v tomto pohybu způsobovaných Zemí. Jenže vědce zajímá pohyb Měsíce tak, jak jej vidí ze Země. Teorie gravitace, kterou vypracovávali největší vědci, počínaje Isaacem Newtonem, zkoumá pohyb Měsíce právě kolem Země. Ve 20. století se používala teorie amerického matematika George W. Hilla, na jejímž základě pak americký astronom Ernest W. Brown vypočítal matematické řady a sestavil tabulky obsahující šířku, délku a paralaxu pro pohyb Měsíce kolem Země. Jako argument je použit čas.

Kosmické smetí (13)

Obvyklé zprávy hromadných sdělovacích prostředků o činnosti posádky na mezinárodní kosmické stanici (ISS) vytvářejí dojem, že na ISS a v jejím blízkém kosmickém okolí  je vše v pohodě a situace je pod kontrolou. Ve skutečnosti je prostor, ve kterém se pohybuje a pracuje ISS, skrz naskrz prosycen množstvím objektů a předmětů, které mají ne zrovna romantický název - kosmické smetí.

Ve výšce oběžné dráhy ISS (400 km) je toho kosmického smetí obrovské množství. Řídící centra na Zemi stále přijímají zprávy o přiblížení velkých úlomků kosmických objektů ke stanici. Nejméně jedna až dvě varovné zprávy za měsíc znamenají zvláště nebezpečné přiblížení. V posledních letech byly přijaty stovky zpráv radarů o možných srážkách stanice s nebezpečnými kovovými úlomky. Např. jen v roce 2013 nastalo 67 potenciálně nebezpečných situací. V době činnosti stanice musela být ISS 16 krát odvedena od místa možné srážky. Problém je natolik vážný, že jeho řešení zaměstnává celé početné kolektivy vědců a odborníků.

Kosmické smetí tvoří všechny kosmické objekty, včetně jejich úlomků a prvků, které již neplní funkce, pro které byly určeny a jsou na oběžných dráhách kolem Země, nebo byly nasměrovány do hustých vrstev zemské atmosféry. Všechny tyto objekty vytvářejí kolem naší planety prstenec, podobný přirozeným prstencům Saturnu. V oblasti nízkých oběžných drah kolem Země s výškou do 2000 km je kolem 6000 objektů kosmického smetí. Průměrná relativní rychlost jejich vzájemného průletu je asi 10 km/s (desetkrát vyšší než je rychlost střely vystřelené z vojenské pušky). V kosmickém “smetišti” nejsou však jen předměty velikosti střely o hmotnosti 9 gramů, ale i kusy s hmotností o řád větší. Takže srážka jakéhokoli takového předmětu s funkčním kosmickým prostředkem jej může poškodit, nebo zcela zničit. Příkladem může být první případ srážky dvou funkčních umělých družic - ruské vojenské družice ”Kosmos-2251” a americké komunikační družice “Iridium 33” z roku 2009. Obě družice byly zcela zničené a místo nich vzniklo na oběžné dráze asi 2000 úlomků s velikostí nejméně 10 cm.

V kosmickém prostoru kolem Země jsou dvě chráněné oblasti. První (oblast “A”) je oblastí nízkých oběžných drah, prostorově s kulovitým tvarem a výškou nad povrchem Země do 2000 km. Druhá (oblast “B”) v okolí geostacionární oběžné dráhy s výškami od 35 586 do 35 986 km nad povrchem Země. Jinak řečeno, je to neviditelná prstencová zóna kolem Země o ”tloušťce” 400 km a “šířce” 30 stupňů.

V současné době existuje celá řada názorů a projektů navrhujících jak zbavovat kosmický prostor kolem Země kosmického smetí. Jsou to návrhy od zcela reálných až po ty, které jsou na hranici fantazie. Zde se jimi nebudeme zabývat.

Znečištění kosmu se bohužel každým rokem skokově zvětšuje a s ním vzrůstá riziko srážek pro funkční a lidstvu potřebné kosmické objekty. Jelikož i s pomocí současných pokročilých technologií je řešení problému zlepšení stavu kosmického prostředí nesnadné a značně nákladné, je v této oblasti rozumným a reálným krokem každé praktické opatření k dodržování “kosmické čistoty” zajištěné vývojci a výrobci kosmické techniky.

(Další zajímavosti - viz dokončení ve 2. části)

.