Najnowsze pytania i odpowiedzi

Najnowsze pytania i odpowiedzi

  • Jakie jest prawdopodobieństwo że życie na Ziemi powstało dzięki uderzeniu w nią jednego z meteorytów, który przybył z innej galaktyki zaraz po powstaniu Ziemi i miał w sobie jakieś formy życia, które przez miliardy lat rozwijało się do chwili obecnej? Można by było powiedzieć, że możemy pochodzić z innej galaktyki.
    Drugie pytanie to: skąd tyle wody jest na Ziemi (oceany, morza)? (
    Tomasz, luty 2015).

Nad odpowiedziami na postawione przez Ciebie pytania astronomowie wciąż pracują. Jest przedwcześnie na udzielenie pewnych odpowiedzi. Sprawa powstawania życia na Ziemi, czy w innych obszarach Kosmosu, jest trudna do rozstrzygnięcia. Dopóki nauka nie przeniknie tego problemu można dopuszczać najróżniejsze hipotezy, w tym również o przenoszeniu zarodków życia przez komety lub meteoroidy. Jednak, prawdopodobieństwo nadejścia meteoroidu z innej galaktyki i trafienie w Ziemię jest praktycznie zerowe. Meteoryty, które bombardowały młodą Ziemię, pochodziły z powstającego Układu Słonecznego. Materia nieożywiona najprawdopodobniej ma wrodzoną zdolność do spontanicznego organizowania się w formy organiczne prowadzące do powstania życia. Wystarczy tylko odpowiedni skład pierwiastkowy materii i odpowiednie warunki fizyczne.

Stwierdzamy, że na Ziemi woda jest. Jest ona również w wielu innych miejscach, tak w Układzie Słonecznym jak i w obłokach międzygwiazdowych. Wszędzie tam, gdzie jest odpowiednia ilość wodoru i tlenu (oraz warunki sprzyjające utlenianiu wodoru) woda musi się tworzyć. W zależności od parametrów fizycznych środowiska, w którym występują zasoby wodne, woda może występować w różnych stanach skupienia, w różnych obfitościach i przez różne okresy czasu. Na szczęście na Ziemi jest jeszcze dużo wody. Jednak nie zawsze tak będzie i kiedyś trzeba będzie ruszyć z Ziemi ku innym światom.

dr Bogdan Wszołek
  • Czy istnieje tyle planet w kosmosie ile ziarenek piasku na Ziemi? A może nawet więcej,skoro nie można oszacować wielkości Wszechświata. Jednak z czystej tezy można byłoby znaleźć jakaś odpowiedź (Paula, listopad 2014).
Tak, takie jakościowe stwierdzenie jest w zupełności usprawiedliwione, w szczególności w świetle wyników uzyskanych teleskopem kosmicznym Keplera. Dziś szacuje się, że w naszej Galaktyce średnio ponad jedna planeta przypada na jedną gwiazdę, czyli planet jest więcej niż gwiazd, a jest to jedynie czubek góry lodowej, bo nasze techniki detekcji egzoplanet są dalekie od doskonałości.
dr Gracjan Maciejewski


  • Ciekawi mnie jeszcze jedna kwestia i będę ogromnie wdzięczny za tak przystępną odpowiedź jak na poprzednie pytanie. Oglądałem wywiad z Neil'em deGrasse Tysonem. Wykład był na temat Wielkiego Wybuchu, gdzie w milionowych częściach sekundy utworzone zostały wszelkie siły działające w przyrodzie z grawitacją na czele. Czy w tym przypadku ekspansja wszelkiej materii i sił nie była szybsza od światła, jeśli były to całe rzędy wielkości w ułamki sekund? Jeśli tak, to jak odnosi się do tego OTW? (Jacek, październik, 2014)

Ma Pan całkowitą rację! - "prędkość" ekspansji Wszechświata w epoce inflacyjnej była "nad-świetlna". Ująłem tu pojęcie prędkości w cudzysłów, gdyż nie są to prędkości cząstek (ciał) w rozumieniu mechaniki klasycznej czy relatywistycznej. Wynikają one bowiem z rozszerzania się przestrzeni, który to efekt można zrozumieć tylko na gruncie Ogólnej Teorii Względności (OTW) i dlatego nie prowadzi on do sprzeczności z tezą o niemożliwości przyspieszenia cząstek masywnych do prędkości światła ani tym bardziej do prędkości nad-świetlnych.

Znowu sprawa wymaga nieco szerszego komentarza.

Otóż czasoprzestrzeń to arena zdarzeń w fizyce - punkt wyjścia. Wszystko dzieje się w czasie i przestrzeni. W fizyce klasycznej, nierelatywistycznej czas i przestrzeń stanowiły odrębne byty. Nieco upraszczając, trójwymiarowa przestrzeń (jak i ciała tam się znajdujące w danej chwili) była podobna do zdjęcia - klatki filmu, ożywianego przez upływ czasu. Od powstania Szczególnej Teorii Względności (STW) wiemy, że czasoprzestrzeń jest w istocie geometrycznym tworem czterowymiarowym, tzn. czas nie jest "obiektem zewnętrznym" w stosunku do przestrzeni, lecz wymiarem na równych prawach z wymiarami przestrzennymi. Jest jednak zasadnicza różnica między czasem i przestrzenią: gdy chcemy policzyć odległość (czterowymiarową) między dwoma zdarzeniami (punktami w czasoprzestrzeni) o współrzędnych (t,x,y,z), musimy skorzystać nie z prawa Pitagorasa (matematycznie określamy to jako "metrykę euklidesową"), lecz z jego modyfikacji, w której współrzędne czasowe (ściślej - ich kwadraty) wchodzą z przeciwnym znakiem do współrzędnych przestrzennych. Mówimy, że metryka czasoprzestrzeni jest nie-euklidesowa. Jest tzw. metryka Minkowskiego. Z tego jednego matematycznego postulatu wynika cała masa konsekwencji fizycznych, np. transformacje Lorentza. Jeśli pozna się nieco algebrę liniową i geometrię analityczną - transformacje Lorentza pojawią się w sposób porażająco piękny i elegancki matematycznie - jako izometrie czasoprzestrzeni Minkowskiego (analogiczne do obrotów w trzech wymiarach) w kontraście do skomplikowanych i niezrozumiałych przy pierwszym kontakcie wzorów znanych z podręczników szkolnych.

Geometria Minkowskiego wyróżnia prędkość światła jako graniczną - rozdzielającą prędkości pod-świetlne od nad-świetlnych tak, że nie można przejść w sposób ciągły od jednej klasy do drugiej. Innymi słowy: cząstek materialnych nie można przyspieszyć do prędkości światła i większych - nad-świetlnych, zaś hipotetycznych obiektów, które poruszałyby się z prędkościami nad-świetlnymi nie można byłoby spowolnić do prędkości światła lub mniejszych - pod-świetlnych. Konsekwencją geometrii Minkowskiego jest też tzw. struktura przyczynowa czasoprzestrzeni - jej podział (stożkami światła) na obszary przyszłości, przeszłości - związane ze sobą przyczynowo oraz obszar niezwiązany przyczynowo z danym zdarzeniem "tu i teraz".

Reasumując: cząstek masywnych (żyjących na arenie zdarzeń) nie da się przyspieszyć do prędkości nad-świetlnych. Przyspieszenie cząstek do dużych prędkości musiałoby się odbyć poprzez oddziaływanie z jakimiś polami fizycznymi - też egzystującymi na arenie zdarzeń, a zatem respektującymi jej strukturę geometryczną. Czasoprzestrzeń STW jest statyczna i płaska (tj. geometrycznie mówiąc ma zerową krzywiznę). OTW przyniosła zmianę: czasoprzestrzeń - arena zdarzeń - może się zakrzywiać (obecnością dużych mas) oraz może być dynamiczna (w skalach kosmologicznych jest to np. rozszerzanie się Wszechświata).

Lokalnie zakrzywiona czasoprzestrzeń (w OTW) jest podobna do płaskiej (w STW) - analogicznie jak płaskie kartki atlasu samochodowego Europy wiernie oddają relacje przestrzenne mimo zakrzywienia powierzchni kuli ziemskiej. Tak więc wszystko co powiedzieliśmy wyżej w ramach STW - lokalnie jest słuszne w OTW. Natomiast teraz arena zdarzeń jest dynamiczna. Obiekty istniejące na niej (cząstki, galaktyki) oddalają się od siebie nie na skutek przyspieszenia przez siły oddziaływań fizycznych, lecz na skutek rozszerzania się przestrzeni. Dlatego efekt ten - "prędkość" oddalania się nie może być rozpatrywany tak jak prędkości występujące w transformacjach Lorentza.

Chciałbym jeszcze zaznaczyć, że zauważona przez Pana "nad-świetlna" prędkość ekspansji w epoce inflacji jest jednym z ważniejszych elementów scenariusza inflacyjnego współczesnej kosmologii. To na jej skutek kwantowe fluktuacje pola skalarnego tzw. inflatonu powiększyły się do rozmiarów klasycznych, ich własności statystyczne (korelacje przewidywane przez kwantową teorię pola) w okresie "nad-świetlnej" ekspansji zostały zamrożone (brak możliwości przyczynowo-skutkowego oddziaływania), aby po zakończeniu inflacji "wdrukować" się w klasyczne już zaburzenia gęstości materii. Obecnie przewidywania te są bardzo dokładnie potwierdzone przez analizę własności statystycznych zaburzeń temperatury kosmicznego promieniowania mikrofalowego tła. 


prof. Marek Biesiada

  • Czarna dziura ma tak silną grawitację, że nawet fotony poruszające się z prędkością światła nie mogą od niej uciec, czyli siła musi być większa. Czy w takim razie foton wpadający do czarnej dziury z prędkością światła jest przyciągany dodatkowo tą większą siłą a co za tym idzie porusza się szybciej od światła? (Jacek, wrzesień, 2014)

    Krótka odpowiedź jest następująca: foton wpadający do czarnej dziury nie zostanie przyspieszony do prędkości nadświetlnej dlatego, że nie działa na niego przyspieszająca siła (foton ma zerową masę, więc w ogóle nie można go przyspieszyć) lecz jego los jest wynikiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez czarną dziurę.

    Chciałbym to rozwinąć. Właściwe zrozumienie grawitacji, a w szczególności czarnych dziur wymaga zapoznania się z Ogólną Teorią Względności (OTW), która jest obecnie właściwą teorią grawitacji. Zastąpiła ona teorię Newtona w tym sensie, że jest pełniejsza i uzasadnia teorię grawitacji Newtona jako szczególny przypadek. W skrócie OTW mówi, że istotą grawitacji nie jest siła przyciągania, lecz zakrzywienie czasoprzestrzeni przez ciała masywne. Na przykład Słońce tak na prawdę nie przyciąga planet, lecz w swym otoczeniu zakrzywiło czasoprzestrzeń tak, że swobodny ruch innych ciał nie odbywa się po liniach prostych, lecz po torach zakrzywionych (dla planet po elipsach, dla niektórych komet po hiperbolach). Dotyczy to również światła (fotonów), które przechodząc w pobliżu Słońca są uginane (zmieniają tor lotu).

    Warto wspomnieć, że teoria grawitacji Newtona mówi, iż każde dwa ciała masywne przyciągają się wzajemnie ... i tu jest znana formułka i wzór. Ale foton nie ma masy! Więc dlaczego miałby być w ogóle przyciągany ! Właściwe zrozumienie ugięcia światła w pobliżu ciał masywnych wymaga Ogólnej Teorii Względności, dlatego obserwacyjne potwierdzenie tego zjawiska w 1919 roku przez Eddigntona w ciągu jednego dnia uczyniło z Einsteina celebrytę. To, że dla opisu ruchu planet oraz dynamiki układów gwiazdowych (np. galaktyk) nadal stosujemy prawo grawitacji Newtona, wynika stąd że jest ono w takich przypadkach świetnym przybliżeniem Ogólnej Teorii Względności (która jest matematycznie bardzo skomplikowana) i prowadzi do znacznie prostszych obliczeń. To prawda, że grawitacja czarnej dziury jest tak silna (tzn. zakrzywienie czasoprzestrzeni przez czarną dziurę jest tak silne), że nawet foton nie może się z niej wydostać - mówiąc precyzyjnie: spod powierzchni o tzw. promieniu Schwarzschilda (zwanej czasem horyzontem). Prędkość ucieczki z powierzchni Schwarzschilda (horyzontu) jest równa prędkości światła, a z powierzchni o mniejszych promieniach - jeszcze większa. Dlatego mówimy, że nic nie może się wydostać, gdyż znane nam cząstki (oraz fotony) nie mogą się poruszać szybciej niż światło. Istnieje rozpowszechnione przekonanie, że czarna dziura działa jak "odkurzacz" i aktywnie "wciąga" wszystko do siebie (pod horyzont). To niezupełnie tak: ciała masywne po prostu lądują na orbitach wokół czarnej dziury. Jeśli będą mogły jakoś tracić energię, to ich orbity zaczną się zacieśniać, aż faktycznie znajdą się blisko horyzontu i czeka je nieuchronny los (spadku pod horyzont). Fotony zaś przelatujące w pewnych odległościach od niej po prostu ją miną (ich tor będzie jednak zakrzywiony, tym bardziej im bliżej środka czarnej dziury przelatują). Fotony chcące minąć czarną dziurę w odległości kilku promieni Schwarzschilda albo zrobią kilka obrotów wokół i wrócą spowrotem, albo będą krążyć na orbicie kołowej wokół czarnej dziury. Jedynie te, które "wycelują" w środek czarnej dziury z dokładnością promienia Schwarzschilda (tzn. trafią w promień Schwarzschilda lub bliżej) nieuchronnie wpadną pod horyzont i nie będą się mogły wydostać.

    prof. Marek Biesiada

  • Dzisiaj około godz. 7:00 w Krakowie od strony południowo-wschodniej, tuż nad dachami (Krowoderskich Zuchów) widoczne było dziwne (dla mnie) zjawisko. Bardzo jasne, świetliste - kształt komety, ale z "warkoczem" ku górze, po 2-3 min. zaczęło stopniowo blednąć. Czy to Słońce wschodzące zza smogu wywołało taki magiczny efekt czy to coś innego?  Będę wdzięczna za pomoc w wyjaśnieniu tego zjawiska (Agnieszka).


    Obiektem tym była Wenus. Nisko nad południowo-wschodnim horyzontem. Nad Krakowem smog powodował to zjawisko, a o 7.09 wzeszło Słońce i Wenus bladła.
     
    Dr Adam Michalec

  • Dlaczego księżyce planet (Saturna, Jowisza) ustawiają się w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu własnego. 
    Czym dla księżyców różni się pole grawitacyjne planety wirującej od statycznej? Czy jest możliwe by ciało orbitowało wokół innego - statycznego? A może chodzi o pole magnetyczne? Planety bez magnetosfery nie mają księżyców? (Dariusz, październik 2012).


Wymienione w Pańskim pytaniu standardowe ustawienie płaszczyzn orbitalnych i osi obrotu w układzie wielu ciał jest tłumaczone mechanizmem zachowania momentu pędu (MP), przejętego od dysku utworzonego niegdyś przez pierwotne tworzywo (pył i gaz) tego układu. Późniejsza fragmentacja dysku "porcjuje" także odpowiednio MP poszczególnym kondensacjom materii. Następnie trwa permanentna wymiana MP pomiędzy zaistniałymi już składnikami układu. Przykładami mogą być: rezonansowa synchronizacja okresów obrotu i obiegu Księżyca, przypływowe hamowanie obrotu Ziemi i tzw. wiekowe przyspieszenie ruchu orbitalnego Księżyca.

W przypadku satelitów pochodzących z "łapanki" (wychwyt grawitacyjny) wstępne warunki geometryczne bywają oczywiście bardziej urozmaicone, ale mechanizm wymiany MP również funkcjonuje. Planeta o zerowej prędkości obrotu jest przypadkiem teoretycznie możliwym, ale jedynie chwilowo (stała wymiana MP!). Obrót planety wpływa na ciężar ciał spoczywających na jej powierzchni, lecz w przypadku obiektów obiegających ją ma miejsce tylko ww. wymiana MP.

Pole magnetyczne planety wpływa wyraźnie na ruchy cząstek elementarnych i jonów, natomiast w przypadku krążących wokół niej obiektów makroskopowych może wywoływać jedynie drobne zakłócenia, zależne od ich własnych pól magnetycznych czy zawartości ferromagnetyków. Dominują jednak z reguły efekty grawitacyjne. Natomiast obecność magnetosfery (lub jej brak) nie wpływa istotnie na ew. powstanie księżyców danej planety.

dr Jan Mietelski

  • Jaka jest poprawna polska nazwa ksiezyca Saturna: Hiperion czy Hyperion?
    Natalia, czerwiec 2012

    Hiperion to po łacinie, a Hyperion po grecku; w Polsce używane są nazwy greckie. Wielka Encyklopedia PWN podaje Hyperion, więc myślę, że tak powinniśmy to pisać.

    dr Krzysztof Ziołkowski

  • Dlaczego prosta łącząca Słońce i Księżyc (poza pełnią) nie jest osią symetrii obiektu złożonego z tych 2 ciał? Widoczna częsć Księżyca jest "skręcona" od osi.
    Dlaczego widoczna częsć Księżyca nie jest symetryczna względem prostej Słońce-Księżyc ? (Zbigniew, listopad 2011)

Prosta - a ściślej mówiąc - łuk koła wielkiego na sferze, łączący środki tarcz Słońca i Księżyca, oczywiście dzieli terminator na symetryczne połowy. Minimalne, praktycznie zaniedbywalne odchyłki, mogą być wprowadzone przez refrakcję atmosferyczną i drobne nierówności terminatora, wywołane rzeźbą powierzchni Księżyca. Wszelkie dostrzegalne objawy asymetrii terminatora świadczą tylko o wadliwym przeprowadzeniu linii łączącej środki tarcz obydwu ciał.

dr Jan Mietelski
  • Po zachodzie Słońca nisko nad horyzontem jest bardzo jasny obiekt. Co to jest?
Przez całą noc tak w październiku jak  w listopadzie pieknie świeci Jowisz w gwiazdozbiorze Barana. Jego jasność wynosi -2.9mag. Natomiast z końcem listopada świecić będzie Wenus, jako Gwiazda Wieczorna (-3.7mag) bardzo nisko nad południowo-zachodnim horyzontem. Po więcej informacji o tym co na niebie zapraszamy do działu Spójrz w niebo.

dr Adam Michalec, październik/listopad 2011