15 převratných vesmírných objevů posledních dvou století (1.)

1783: Saturnem to nekončí

Ještě v polovině 18. století končila Sluneční soustava dráhou Saturnu. Další planetu – Uran – objevil německý astronom William Herschel, který byl nejen vynikajícím konstruktérem dalekohledů, ale i velmi dobrým pozorovatelem. Těleso přitom odhalil náhodou: 13. března 1781 si při přehlídce oblohy všiml poměrně jasného objektu v souhvězdí Blíženců. Pokládal jej za mlhovinu či kometu bez vyvinutého chvostu, ve skutečnosti se však jednalo o novou planetu. O zpřesnění její dráhy se zasloužil francouzský astronom Pierre-Simon de Laplace, jenž v roce 1783 vypočítal, že těleso obíhá kolem Slunce ve vzdálenosti 19,2 AU (astronomická jednotka, 1 AU odpovídá střední vzdálenosti Země–Slunce), a to jednou za 84 let. Z několika návrhů na název nového člena naší soustavy nakonec zvítězilo jméno Uran.

Astronomové pozorující zmíněnou planetu si ovšem brzy všimli, že se nenachází přesně tam, kde by měla podle výpočtů být. V roce 1834 tak anglický reverend Thomas Hussey tvrdil, že za její dráhou musí kroužit další planeta: A podle výpočtů Urbaina Le Verriera ji pak 23. září 1846 nedaleko předpovězeného místa objevil německý astronom Johann Gottfried Galle. „Nováček“ dostal jméno Neptun, ani tehdy však rozšiřování řad Sluneční soustavy nekončilo. Na základě pozorovaných rušivých vlivů na vzdálené planety objevil Clyde Tombaugh 18. února 1930 další nové těleso – planetu Pluto.

20. léta 20. století: Mléčná dráha není jediná

Byly doby, kdy se astronomové domnívali, že Mléčná dráha představuje celý vesmír. Ve 20. letech minulého století však Edwin Hubble dokázal, že naše Galaxie je pouze jednou z mnoha. Podle Hubblea představovaly pozorované spirální mlhoviny velmi vzdálené galaxie – jeho myšlenka byla správná a navždy změnila náš pohled na vesmír.

Spolupracující astronom Harlow Shapley vypočítal, že Mléčná dráha měří v průměru 300 tisíc světelných let (dnes se udává něco přes 100 tisíc). Hubble strávil několik měsíců pozorováním pomocí Hookerova teleskopu s objektivem o průměru 2,5 m na kalifornské observatoři Mount Wilson. Zaměřil se mimo jiné na mlhovinu v Andromedě, která byla v té době největší známou spirální mlhovinou. Jeho pozornost upoutaly hvězdy, jejichž jasnost střídavě rostla a zase klesala. Následující výpočty nakonec vedly k přehodnocení vzdálenosti proměnných hvězd – na 2,4 milionu světelných let. Znamenalo to, že Mléčná dráha zcela jistě není osamělá a že se sledované stálice nacházejí v nějakém podobném uskupení. Hubble pak objevil mnoho jiných galaxií a obrovský vesmírný prostor zaplnila spousta „nových“ hvězdných ostrovů.

1929: Vesmír se rozpíná!

V roce 1929 Edwin Hubble také objevil, že se od nás vzdálené galaxie nadále vzdalují, a to tím rychleji, čím větší vzdálenost je od nás dělí. Mírou rychlosti vzdalování je tzv. Hubbleova konstanta. 

O její výrazné zpřesnění se v posledních letech zasloužila americká družice WMAP, podle níž se vesmír rozpíná rychlostí 73 km/s na megaparsek (Mpc). Jinými slovy: Galaxie, kterou od Země dělí právě 1 Mpc (čili 3,26 milionu světelných let), bude o sekundu později o 73 km dál; a hvězdný ostrov ve dvojnásobné vzdálenosti (tj. 2 Mpc) bude za sekundu o 146 km dál. Vzdálené galaxie se však nevzdalují od nás – nejsme středem vesmíru. Kdybychom se nacházeli v některém z okolních hvězdných ostrovů, pozorovali bychom, že se všechny ostatní galaxie vzdalují právě vůči našemu novému domovu. Vzdalují se zkrátka jedna od druhé.

Na tomto místě je nutné připomenout, že galaxie se napříč vesmírem nepohybují – ve skutečnosti se zvětšuje prostor mezi nimi. Představte si, že na napnutou gumu umístíte v určité vzdálenosti dva korálky. Když gumu natáhnete, vzdálenost mezi korálky se zvětší, aniž by se kterýkoliv z nich na gumě posunul. Zvětší se totiž prostor (guma) mezi nimi. A ve vesmíru se odehrává totéž, rozdíl je pouze v trojrozměrném provedení. Známý popularizátor astronomie Jiří Grygar používal jako příklad kynoucí těsto s rozinkami, jež představují galaxie: Jak těsto kyne, zvětšuje svůj objem (jako vesmír), přičemž se jednotlivé rozinky (galaxie) od sebe vzdalují, aniž by se uvnitř těsta pohybovaly.

Pozorování pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu (HST) – pojmenovaného právě na počest významného amerického astronoma – potvrdila, že se vesmír nejen rozpíná, ale že se navíc jeho rozpínání zrychluje. Může za to zřejmě tzv. skrytá energie, o jejíž povaze zatím astronomové nevědí téměř nic.

1965: Nalezli jsme svědka počátku

Radioastronomové Arno Penzias a Robert Wilson v roce 1965 zcela náhodně objevili mikrovlnné záření kosmického pozadí (Cosmic Microwave Background – CMB), když studovali oblohu pomocí antény v americkém New Jersey. Zmíněné elektromagnetické záření se označuje též jako reliktní, prostupuje celý vesmír – a se svou teplotou pouhých 2,73 K je svědkem dávného období.

Dnes víme, že byl kosmos na počátku mimořádně hustý a horký. Postupně se rozpínal, a jak chladl, vznikaly v něm stále složitější struktury. V čase pouhých deseti mikrosekund se vytvořily neutrony a protony, které se později spojovaly v lehká atomární jádra. V čase 400 tisíc let vesmír zchladl na 4 000 °C. Tehdy skončila éra volných elektronů, jež následně zformovaly obaly kolem atomárních jader. Vznik prvních atomů provázela mimořádná změna: Světlo se oddělilo od látky a započalo svou samostatnou kosmickou pouť.

V době jeho vzniku šlo skutečně o světlo s vlnovou délkou kolem 700 nm, na hranici viditelného a infračerveného oboru. Vlnová délka světla sleduje expanzi vesmíru a prodlužuje se spolu s ní. Za uplynulých víc než 13 miliard let od okamžiku oddělení reliktního záření se jeho vlnová délka „natáhla“ na 1 mm. Proto původně červené světlo září dnes v mikrovlnné oblasti. Pohled na reliktní záření znamená pohled na samotný konec období označovaného jako Velký třesk.

70. léta: Víme, jak vznikl Měsíc

Přestože je Měsíc nejbližším kosmickým sousedem Země, astronomové dlouho neměli jasno, jak vznikl. Existovaly tři nejvýznamnější teorie: Podle jedné byl náš souputník „synem“ Země, což znamená, že se někdy v minulosti část zeměkoule odtrhla a vytvořila přirozenou planetární družici. Podle druhé teorie váže obě tělesa „sourozenecký“ vztah: Zformovala se tedy přibližně ve stejnou dobu na podobné oběžné dráze kolem Slunce a hmotnější Země si gravitačně přisvojila méně hmotný Měsíc. Třetí teorie předpokládala, že je náš souputník „manželem“ naší planety – Země si díky své gravitaci „přivlastnila“ těleso, které se dostalo do její blízkosti.

Počátkem 70. let minulého století se však objevila nová teorie, podle níž vznikl Měsíc v důsledku srážky Země s jiným tělesem. Náš souputník tak za svůj zrod zřejmě vděčí velké katastrofě, která se udála asi před 4,5 miliardy let. V té době se mladá Země srazila s objektem o velikosti Marsu, pojmenovaným Theia. Těleso se střetlo se zárodečnou planetou jen tečně, pod natolik vhodným úhlem, že byly zasaženy pouze horní vrstvy jejího povrchu. Zeměkoulí se začala šířit obrovská rázová vlna a celou jí otřásla. Povrch těles se přitom silně zahřál, až došlo k roztavení horniny. Povrchový materiál obou objektů se odpařil a byl vymrštěn do vesmíru. Tato mračna odpařených hornin spolu s vyvrženými úlomky pak na oběžné dráze naší planety zformovala prstenec materiálu, který se shlukoval, až nakonec vzniklo nové těleso – Měsíc.

Pokračování: 15 převratných objevů ve vesmíru posledních dvou století (2.) (vychází v neděli 9. února)

Podle nejnovějších upřesňujících modelů se však Země nesrazila s Theiou tečně, nýbrž mnohem razantněji. Rovněž velikost dopadajícího tělesa se nyní odhaduje téměř na rozměry Země. Nová představa vychází z poznatku, že materiál naší planety a Měsíce je velmi podobný – muselo tudíž dojít k velkému impaktu a k dokonalému promíchání vyvržené látky z obou objektů, z níž se pak utvořil náš souputník.