Trzy rejonizacje
Cóż to za wspaniałe słowo: „rejonizacja”! Pięknie brzmiące i potrzebne. Słownik języka polskiego podaje dwie jego definicje. Pierwsza to: „podział na rejony ograniczający zasięg działalności instytucji usługowych”. Druga: „rozmieszczenie obiektów przemysłowych, gospodarstw hodowlanych itp. w rejonach najbardziej do tego odpowiednich”. Brak jednak trzeciego znaczenia tego wyrazu, o zupełnie innym źródłosłowie – rejonizacja to również powtórna jonizacja. I trzeba też dodać, że dwie pierwsze rejonizacje nie mają szans dorównać rozmachem tej trzeciej, która zachodziła w całym wszechświecie w odległej epoce zwanej erą rejonizacji.
W kosmicznej skali czasowej wygląda to mniej więcej tak: najpierw był Wielki Wybuch i wszechświat rozdął się błyskawicznie – wypełniały go gęsto fotony, kwarki, elektrony oraz inne pomniejsze cząstki; 20 mikrosekund później z kwarków utworzyły się protony. Mieliśmy więc już składniki wodoru: protony i elektrony. Nie łączyły się jednak w grzeczne atomy, ale zbijały w gęstą zjonizowaną plazmę, tak jak dzisiaj w słonecznym jądrze.
Gdy wszechświat rozszerzył się i ostygł jeszcze trochę, protony i elektrony mogły się wreszcie dobrać w pary. Wynik tych godów stanowiły kosmiczne wieki ciemne (to oficjalna nazwa). Cały wszechświat był wówczas równomiernie wypełniony niezjonizowanym, cząsteczkowym gazem: wodorem z niewielką domieszką helu.
Gaz ten zaczął się jednak zbijać w gęstsze skupiska, powstały pierwsze gwiazdy i kwazary. Emitowały one promieniowanie, które powtórnie zjonizowało, czyli zrejonizowało, kosmiczny wodór. I właśnie ten proces wyznacza ramy czasowe epoki rejonizacji. Kiedy się ta era zaczęła, a kiedy skończyła, o to naukowcy wciąż się spierają, ale możemy przyjąć w przybliżeniu, że wystartowała około 250 mln lat po Wielkim Wybuchu, a kresu dobiegła 750 mln lat później. Było to więc, mówiąc oględnie, bardzo dawno temu.
Najlepszą metodą, aby badać ten zamierzchły okres, jest obserwowanie emitowanego przez wodór promieniowania elektromagnetycznego o długości 21 cm. Ponieważ jednak leci ono ku nam przez miliardy lat, przemierzając rozszerzający się wszechświat, to kiedy wreszcie do nas dociera, ma już formę fal radiowych – o długości powyżej 10 m. Trzeba je zatem łowić za pomocą radioteleskopów.
Radioteleskopom zaś trzeba zapewnić odpowiednią rejonizację, ale już w innym znaczeniu: należy je mianowicie rozmieścić w rejonach najbardziej do tego odpowiednich. A wcale nie jest łatwo o takie miejsca. Jeżeli chcemy badać epokę rejonizacji, to kwestia dobrego rozmieszczenia jest wyjątkowo ważna, bo sygnały z młodości wszechświata są bardzo słabe. Ludzie emitują mnóstwo fal radiowych. Swoją aktywność w tym zakresie ma również Słońce. W dodatku dużą część fal radiowych z kosmosu odbija atmosfera ziemska. Wychodzi więc na to, że najspokojniejszym pod tym względem miejscem w naszej okolicy jest Księżyc, a dokładniej: druga jego strona. Fale z Ziemi tam nie docierają, a od Słońca jest spokój przez dwa tygodnie w miesiącu.
Są już pomysły na to, jak taki radioteleskop na drugiej stronie Księżyca mógłby wyglądać. Naukowcy z amerykańskiego Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA proponują, co następuje: ponieważ Księżyc obfituje w kratery, należy wykorzystać jeden z nich. W środku krateru osiadłby lądownik, z którego wyjechałyby łaziki i wspinając się po zboczach zagłębienia, rozpostarłyby drucianą siatkę o średnicy 350 m. Tak powstałoby wklęsłe zwierciadło wyłapujące fale.
Inna grupa badawcza, tym razem z Europejskiej Agencji Kosmicznej, proponuje wysłać na Księżyc radioteleskop nadmuchiwany. Rozmiaru tej konstrukcji jeszcze nie ustalono. Przewody odbierające i przekazujące sygnały miałyby zostać nadrukowane na materacach z folii kaptonowej, które zwinięte przetransportowano by na Księżyc i tam wypełniono gazem z pojemników pod ciśnieniem. Miałoby to się wydarzyć w ramach misji Argonaut około roku 2030.
Jest jeszcze pomysł chiński, czyli grupa maleńkich satelitów orbitujących wokół Księżyca. Naukowcy z Państwa Środka przetestowali już ten patent, wysyłając dwie sondy: Longjiang-1 i Longjiang-2. Pierwsza z nich uległa wprawdzie awarii, ale druga krążyła nad księżycowym równikiem jakiś czas, a przekazane przez nią dane pomiarowe dowiodły, że z drugiej strony Srebrnego Globu rzeczywiście panuje idealna cisza radiowa.
Istnieją więc trzy projekty księżycowych radioteleskopów: europejski, amerykański i chiński. Nawet jeśli tylko jeden z nich zostanie zrealizowany, międzynarodowa społeczność badaczy kosmosu będzie zadowolona, ponieważ wszyscy zyskają możliwość analizowania otrzymanych wyników pomiarowych. W astrofizyce ścisła rejonizacja na szczęście nie obowiązuje.
Czy czas przyśpieszył z czasem?
Badania nad supernowymi pokazały, że ich eksplozje obserwowane w starych rejonach wszechświata są znacznie powolniejsze niż te, które miały miejsce niedawno. Ostatnio astronomowie Geraint F. Lewis i Brendon J. Brewer ogłosili wyniki swoich badań nad kwazarami i można z nich wyciągnąć podobny wniosek. Kwazary to obiekty podobne do gwiazd, choć znacznie większe (w istocie będące emitującymi energię galaktykami). Ich zmienność nie jest tak przewidywalna jak dynamika supernowych, ale istnieją sposoby, żeby ją symulować – i według tych matematycznych modeli kwazary sprzed kilkunastu miliardów lat zmieniają się pięć razy wolniej niż te młode.
Czy jednak znaczy to, że czas płynął kiedyś wolniej? To zbyt daleko idący wniosek. Raczej sygnały z pradawnych kwazarów i supernowych docierają do nas z tak wielkiej odległości i z tak olbrzymią prędkością, że rozciągają się i wydłużają kilkakrotnie – zgodnie z teorią względności.
Dziura w oceanie
W powierzchni Oceanu Indyjskiego istnieje olbrzymie wgłębienie. Nie zauważymy go, żeglując, ponieważ niecka ta jest olbrzymia, ma około 15 000 km średnicy. Jednak wyniki pomiarów są nieubłagane: najniższy punkt tej dziury znajduje się 106 m poniżej przeciętnego poziomu morza. To najgłębsza na Ziemi depresja.
Przyczyną takiego wykrzywienia powierzchni oceanu jest trochę słabsza w tym miejscu grawitacja. Może wydawać się nieco zaskakujące, że mniejsze przyciąganie tworzy doły, a nie góry, ale tak to właśnie jest, bo sąsiednie rejony – o większej grawitacji – ściągają wodę ku sobie i tam się ona spiętrza.
Od kiedy w 1948 r. odkryto tę oceaniczną dziurę i grawitacyjną anomalię, naukowcy zastanawiają się, skąd się ona wzięła. Niełatwo to zbadać, ponieważ przyczyna tkwi głęboko pod dnem oceanu i jeszcze głębiej w odmętach czasu.
Wyniki symulacji komputerowych opublikowane w maju w czasopiśmie „Geophysical Research Letters” opowiadają taką historię: około 200 mln lat temu istniały na Ziemi dwa wielkie kontynenty, Laurazja i Gondwana, jednym z dzielących je akwenów był zaś ocean Tetyda. Od Gondwany oderwała się wówczas płyta indyjska, wpadła na płytę eurazjatycką i pogrążyła w czeluściach Ziemi płytę Tetydy. Ta ostatnia, czyli niegdysiejsze dno morskie, rozpoczęła swoją wędrówkę w głąb planety. Około 20 mln lat temu, będąc już w dolnej warstwie ziemskiego płaszcza, gdzieś pod powierzchnią Afryki, natrafiła na rozgrzaną – a więc lekką – magmę, którą zaczęła wciskać pod dno Oceanu Indyjskiego. To właśnie ta lekka magma jest przyczyną osłabienia grawitacji.
Widać tu wyraźnie, że tworzenie anomalii grawitacyjnych do łatwych zadań nie należy. I chyba dobrze, bo gdyby było inaczej, każdy mógłby to robić w domu albo na działce i wtedy dopiero powstałby bałagan.
Słowa i flagi
Induska sonda Chandrayaan-3 osiadła w okolicy lunarnego południowego bieguna. To pierwsze miękkie lądowanie w tym rejonie Księżyca, bez wątpienia wydarzenie historyczne. Premier Indii Narendra Modi powiedział: „Ten sukces należy do całej ludzkości”. Machał przy tym miniaturową flagą Indii, w tle mając trzy kolejne, większe – naturalnie również Indii. Można więc zapytać: czy aby symbole nie przeczą słowom?
Warto też przypomnieć, że flagi i słowa rozmijają się nie od dziś. Podczas pierwszego załogowego lotu na Księżyc Neil Armstrong stwierdził, że to ogromny skok dla ludzkości. Co więcej, na lądowniku napisane było: „Przybyliśmy w pokoju dla całego rodzaju ludzkiego”. Mimo tak uniwersalistycznego przesłania astronauci wbili w lunarny grunt flagę USA.
A przecież, o czym mało kto dziś pamięta, Amerykanie poważnie rozważali wówczas zabranie na Księżyc flagi ONZ. Decyzję w tej sprawie NASA powierzyła powołanej przez siebie Komisji ds. Symbolicznych Działań podczas Pierwszego Lądowania na Księżycu (Committee on Symbolic Activities for the First Lunar Landing). To szacowne ciało, zgodnie zresztą z wolą amerykańskiej opinii publicznej, wybrało jednak flagę USA.
I choć decyzja ta może się wydawać triumfem narodowego egoizmu, to żadna inna nie mogła zostać podjęta. Wyścig kosmiczny od początku był napędzany ambicjami mocarstw. Piękne słowa o ludzkości miały podnosić rangę dokonań, a rolą flag było pokazanie, kto jest sprawcą tych heroicznych czynów. Nie było i nie ma tu żadnej sprzeczności.
To, że Amerykanie przez chwilę chcieli wbić w Księżyc flagę ONZ, znaczy tylko tyle, że na moment sami dali się uwieść swoim górnolotnym deklaracjom. Mimo wszystko szkoda, że tego nie zrobili. Byłby to dobry krok dla ludzkości.×
rysunek: Marek Raczkowski
Czytaj również:
