Pátrání po rozměrech kosmu: Jak velký je vesmír?

„Na počátku stvořil Bůh nebe a zemi. Země pak byla nesličná a pustá a tma byla nad propastí a Duch Boží vznášel se nad vodami.“ Takto zní první slova biblické knihy Genesis, popisující stvoření světa. Podobné konstrukce najdeme i v jiných náboženských textech napříč civilizacemi. Celý vesmír se v nich dělí na dvě části: zemi – neboli domov lidí, zvířat a rostlin – a nebe, sídlo bohů. Krása noční oblohy je přitom pouze drobným odleskem slávy, který bohové ukazují pozemšťanům, aby pochopili, že jejich místo je tam dole. 

Velikost celého vesmíru byla dřív „dána“ tím, jak velká byla podle tehdejších představ známá Země a nebesa. Slunce, Měsíc a hvězdy představovaly jen božské ozdoby či přímo samotné bohy. Střídání dne a noci, pohyb těles, jež dnes označujeme jako planety, tvary souhvězdí – o tom všem rozhodovala božstva. Vesmír sestával z naší Země a z nebes obývaných bohy.

První miliony kilometrů

Takový pohled však pochopitelně nepřetrval dlouho. Mnohé vyspělé civilizace postupně rozvíjely astronomii, ačkoliv velká část pozorování měla za cíl poskytnout údaje potřebné pro astrologii. Lidé tak ovšem objevili zákonitosti v pohybech nebeských těles a v původním zdánlivém chaosu začali rozeznávat pravidelnost. V této oblasti výrazně pokročili zejména starořečtí učenci. Eratosthenes dokázal poměrně přelomovým – byť v té době technicky náročným – postupem změřit se značnou přesností velikost Země. Ukázalo se také, že Měsíc, Slunce a planety představují namísto nebeských světel samostatné objekty, které od nás musejí dělit konkrétní vzdálenosti. 

Aristarchos pak provedl první měření, jež měla určit vzdálenost našich vesmírných sousedů. Nejdřív se věnoval blízkému Měsíci, jehož vzdálenost tak vypočítal poměrně přesně – jako necelých 400 000 km. V případě Slunce pak řecký učenec postupoval věcně správně, ale drobná nepřesnost měření znamenala ve výsledku velkou chybu: Aristarchovi vyšlo, že Zemi dělí od naší hvězdy přibližně 19× větší vzdálenost než od Měsíce, zatímco ve skutečnosti jde asi o 390násobek. Vzdálenosti planet prozatím lidé neznali, bylo však jasné, že vesmír měří miliony kilometrů. 

Rozlehlá prázdnota

Poté se vlivem dějinného vývoje pokrok na nějakou dobu zastavil. Zkoumání na daném poli se znovu rozběhlo až v 16. a 17. století – a vesmír se opět „zvětšoval“. Lidé zjistili, že Zemi a Slunce nedělí „jen několik málo“ milionů kilometrů, ale přibližně sto. Dnes víme, že jde zhruba o 150 milionů, což ovšem na řádové představě mnoho nemění. 

Na základě Keplerových zákonů pak astronomové odvodili vzdálenosti tehdy známých planet (poslední byl Saturn), a i tentokrát se ukázalo, že zmíněné objekty leží mnohem dál než miliony kilometrů – přibližně tisíckrát. Velikost vesmíru tedy „vzrostla“ na miliardy kilometrů a zároveň se jednoznačně ukázala jeho neuvěřitelná prázdnota. Vzdálenost hvězd, vnímaných už jako samostatná tělesa, ještě lidé určit nedokázali, což mohlo znamenat jediné – nacházely se nejspíš velmi daleko. 

Nedostižné stálice

Pro měření relativně blízkých objektů lze použít jev zvaný paralaxa. Jednoduše řečeno: Natáhněte ruku, zvedněte palec a zavřete jedno oko. Svůj prst uvidíte v určitém postavení vůči pozadí. Nyní oči vystřídejte – a váš palec se na pozadí posune. Každým okem totiž daný objekt vidíme pod různým úhlem. Známe-li pak vzdálenost mezi dvěma pozorovacími místy (očima) a dokážeme-li změřit příslušný úhel, můžeme vypočítat vzdálenost objektu (palce). Ovšem zatímco například u planet jsou odpovídající úhly vzhledem ke vzdálenostem velmi malé, ale stále měřitelné, ani sebedelší základna neboli vzdálenost mezi dvěma pozorovacími místy neumožňovala změřit příslušné úhly u hvězd. 

I když se podařilo „rozumně“ určit vzdálenost mezi Sluncem a Zemí, a bylo tedy možné využívat základnu dlouhou 300 milionů kilometrů (ve dvou protilehlých polohách naší planety na oběžné dráze), příslušné úhly u stálic velmi dlouho změřit nešlo. Bylo tedy zřejmé, že se hvězdy nacházejí mnohem dál, než si lidé do té doby mysleli. 

Nadpozemské počty

Po změření prvních paralax se ukázalo, že nejbližší – a tedy nejjasnější – hvězdy s největší, a tudíž vůbec měřitelnou paralaxou leží tak neuvěřitelně daleko, že žádné stávající jednotky nejsou dostatečně názorné. Proto se v polovině 19. století začala používat pozoruhodná jednotka – světelný rok. Jeden světelný rok je vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden juliánský rok. Pokud dnes řekneme, že od nás druhou nejbližší hvězdu po Slunci, Proximu Centauri, dělí asi čtyři světelné roky, zní to, jako by šlo o blízkého souseda. Jenže jeden světelný rok odpovídá 9 460 730 472 580 800 m, tedy přibližně deseti bilionům kilometrů. 

S příchodem dalších nástrojů, jako je tzv. cefeidový metr, vyšlo najevo, že ani počítání ve světelných letech se neobejde bez velkých čísel. Stálice byly totiž vzdáleny stovky, tisíce, a dokonce desetitisíce světelných let. Když se pak podařilo novými dalekohledy rozlišit hvězdy v Mléčné dráze, považovali lidé naši galaxii za celý vesmír, s velikostí do sta tisíc světelných let.

Jeden vesmír?

Ani zde se však poznání nezastavilo. Naši předci už v dávných dobách pozorovali na obloze různé mlhavé skvrnky. A někteří myslitelé, například Immanuel Kant, začínali tušit, že jde o velmi vzdálené světy plné hvězd. Bez mohutných dalekohledů schopných detekovat jednotlivé stálice však nebylo možné získat důkaz. Až s velkými moderními teleskopy, jež se začaly stavět koncem 19. století a zejména začátkem století dvacátého, rozeznali astronomové v některých mlhovinách alespoň nejjasnější hvězdy.

Jejich vzdálenost však ještě nikdo určit neuměl. První měření dokonce ukazovala, že tyto shluky stálic tvoří součást Mléčné dráhy, a naše galaxie tedy v představách zůstávala zdánlivě celým vesmírem. Pozdější pozorování – zejména ta, jež uskutečnil Edwin Hubble – upřesnila vzdálenosti některých „obláčků“, především Velkého a Malého Magellanova mračna. A najednou neexistovaly žádné pochybnosti: Zmíněné objekty leží tak daleko, že nemohou patřit do Mléčné dráhy. Jde o samostatné galaxie, které od nás dělí stovky tisíc světelných let. 

TIP: Falešný vesmír: Žijeme v počítačové simulaci jako ve filmu Matrix?

Odborníci také zjistili, že vesmír rozhodně není statický a neměnný, jak jsme se domnívali. Naopak – rozpíná se ohromnou rychlostí, jež navíc stále roste, přičemž se tedy zvětšují i vzdálenosti. Jelikož se světlo šíří konečnou rychlostí, vidíme všechny objekty tak, jak vypadaly před mnoha lety. A díky expanzi se nyní ve skutečnosti nacházejí ještě dál – velikost známého a pozorovatelného vesmíru dnes odhadujeme asi na 94 miliard světelných let.