japońska polityka bezpieczeństwa i obrony wobec wyzwań doby ...
MIESIĘCZNIK TOWARZYSTWA MIŁOŚNIKÓW ASTRONOMII … filenomiczne aspekty wyginięcia di ......
Transcript of MIESIĘCZNIK TOWARZYSTWA MIŁOŚNIKÓW ASTRONOMII … filenomiczne aspekty wyginięcia di ......
Utrtfo
MIESIĘCZNIK
P O L S K IE G O TOWARZYSTWA M IŁOŚNIKÓW ASTRONOMII
S I E R P I E Ń 1980Z A K Ł A D N A R O D O W Y I M I E N I A O S S O L I Ń S K I C H
W Y D A W N I C T W O P O L S K I E J A K A D E M I I N A U K
URANIAMICCICP7MII/ P O L S K I E G O - T O W A R Z Y S T W A I V l I t o l L U £ H 1 M l i O Ś N I K Ó W . A S T R O N O M I I
ROK LI SIERPIEŃ 1080 F ŚWYDANO Z POMOCĄ FINANSOWĄ POLSKIEJ AKADEMII NAUK. CZASOPISMO ZATWIERDZONE PRZEZ MINISTERSTWO OŚWIATY DO UŻYTKU SZKÓŁ OGÓLNOKSZTAŁCĄCYCH, ZAKŁADÓW KSZTAŁCENIA NAUCZYCIELI I TECHNIKÓW (DZ. URZ. MIN. OSW. NR 14 Z 1966 R. W-WA 5. 11. 66).
SPIS TREŚCI
M ichał H eller — E w o lu c ja K osm osu i kosm ologii.Tom asz K w ast — G w iazdy M e- dyce jsk ie (2).
K azim ierz M. B orkow ski — A stro nom iczne a sp e k ty w y g in ięc ia d inozau rów .
T. Z bigniew D worak — 60 la t k r a kow sk ich o b se rw ac ji gw iazd zm iennych .
Kronika: P lu to n — b y ły ‘księżyc N ep tu n a? — D ługość doby m a rs - ja ń s k ie j — W sp ra w ie spornego k r a te ru m e teo ry to w eg o W ip fe ls- f u r t lw D olin ie D u n a ju . Albiireo — u k ła d podw ó jny .
O bserwacje: R ap o rt III 1980 o r a d iow ym p ro m ien io w an iu S łońca — .K o m u n ik a t C e n tra ln e j S ekc ji O b se rw a to ró w S łońca n r 3/80 — C O SPA R w o ła o zachow an ie
ISSN — 0042 - 07 - 94
O lb rzym ie gady by ły k iedyś d o m in u jącą fo rm ą życia na Z iem i. D inozau ry , k tó ry ch d ługość o siąga ła 27 m a m a sa 60 to n , b y ły n a jw ięk szy m i z ląd o w y ch z w ie rzą t n a n a szej p lanec ie . W yginęły na p rze łom ie m ezozoiku i k en o zo iku ok. 67 m in la t te m u na sk u tek zagadkow ego do dziś z jaw isk a . W śród czynników o dpow iedz ia lnych za w y m a rcie ja szczu ró w rozw aża się tak że a s tronom iczne .
Z o k az ji 60-lecia o b se rw a cji gw iazd zm iennych w P o lsce p rzed s taw iam y za ry s h is to r ii ak c ji rozpoczęte j w 1920 r. p rzez p ro f. T. B an a- ch iew icza i k o n ty n u o w an e j po dz ień dzisiejszy . D odać n a le ży, że w a k c ji te j b io rą u d z ia ł ró w n ież am ato rzy , z- rzeszen i w P.T.M .A.
M iłośn ikom as tro n o m ii p rz y p o m in am y tak że , że w d n iu 26 s ie rp n ia w e w czesnych godz inach ra n n y c h n a s tą p i p ó łcien iow e zaćm ien ie K siężyca, rozpoczyna jące się w ejśc iem K siężyca w p ó łc ień o 2 h4 2 m i ob se rw o w aln e w P o lsce do chw ili zachodu ok. 4h38m cza-,- su ś r .-eu r.
ciągłości o b se rw ac ji p la m słonecznych .
K alendarzyk astronom iczny.
Pierw sza strona okładki: Zdjęcie G anim edesa w ykonane 8 lipca 1979 r. z odległości 138 tys. km przez V oyagera 2. Jasne w ygięte sm ugi m ogą być zakrzepłym i fa lam i g ru n tu poruszonego przez spadek wielkiego m eteory tu w środku ich krzywizny.Druga strona okładki: F ragm ent pow ierzchni Ganim edesa sfofografow any 9 lip ca 1979 r. z odległości około 100 tys. km . Średnica najw iększego k ra te ru wynosi około 150 km .Trzecia strona okładki. Zdjęcie k ra te ru na pow ierzchni Ganim edesa w ykonane 5 m arca 1979 r. z odległości około 270 tys. km przez Voyagera 1. R adialnie rozłożone jasne smugi, sięgające na odległość 960 km od k ra te ru , są praw dopodobnie w ynikiem uderzenia w pow ierzchnię sa te lity dużego m eteory tu .Czwarta strona okładki: Zdjęcie G anim edesa w ykonane 5 m arca 1979 r. z odległości około 240 tys. km . Nigdzie dotąd nie obserw ow ane pasm a rów nolegle biegnących row ów (najlepiej widoczne u dołu zdjęcia) są praw dopodobnie w ynik iem deform acji g rubej w arstw y lodu pokryw ającej pow ierzchnię satelity . Widać też liczne k ra te ry uderzeniow e.
M I C H A Ł H E L L E R — T a r n ó w
EWOLUCJA KOSMOSU I KOSMOLOGII
XIX. Istnienie osobliwości
1. MiejsceZnana jest anegdota o tym , jak am erykański m ilioner py tał angielskiego lorda, co trzeba robić, by traw a rosła tak jak w Anglii.
— Trzeba ją często ścinać — odpowiedział lord.— Ścinam ją często — stw ierdził m ilioner — i nic z tego
nie wychodzi.— Bo też trzeba to robić przez czterysta la t — odrzekł lord.Często zastanaw iałem się, co trzeba robić, aby osiągnąć
tak i poziom uniw ersytetów , jakim szczycą się Cam bridge i O xford w W ielkiej Brytanii. I m yślę, że nie w ystarczy angażować tylko przynajm niej dobrych pracow ników naukowych, ale trzeba to czynić przez k ilkaset lat. Koniecznym w arunkiem naukow ych rew olucji jest ciągłość tradycji. To jeden z paradoksów rozw oju nauki.
Istnieje powiedzenie, że kto raz był w Cam bridge, chciałby w tym mieście mieszkać zawsze. Weź ulicę św. A nny w K rakow ie z jej Collegium Maius, dodaj nieco drożdży tak, by się to rozrosło do wielkości m iasta, zaczyń wszystko czystą (!!) wodą rzeki z licznymi odnogami, ponad którym i poprze- rzucaj malownicze mostki, jak ci podpowie fantazja; odrobinę przyciężki, krakow ski gotyk w yostrz nieco i poprzyozdabiaj koronkam i z m uru, ale bez przesady, pozostawiając wiele w esołej, czerwonej cegły i nade wszystko nie żałuj przestrzeni na ogrody, parki i traw niki, pozwól im się wcisnąć wszędzie: pomiędzy odnogi rzeki, koledże i naw et tu i ówdzie pomiędzy m iejskie kamieniczki... i będziesz m iał Cambridge. Trzeba je oczywiście zaludnić: rzeszą studentów , autentycznym i m ieszczanami, których rodziny gnieżdżą się tu od pokoleń, przem ysłem na peryferiach...
O xford jest bardziej m onum entalne i uroczyste. Kolegia i wydziały uniw ersy tetu , jakby nie chcąc się pospolitować, w ydzieliły się' od m iasta niem al absolutną harm onią zw artej a rch itek tu ry i nieskazitelną bielą swoich m urów. I naw et dziesiątki, setki studenckich row erów , poopieranych byle jak w najbardziej nieprawdopodobnych m iejscach, nie odbierają
226 U R A N I A 8/1980
8/1980 U R A N I A 227
temu obrazowi charakteru powagi i namaszczenia. I tu jest rzeka z licznymi odnogami, po których pływają charakterystyczne łódki odpychane żerdziami od dna (rodzaj studenckiego sportu) i właśnie te łódki zamieniają zwykłą, choć niewątpliwie malowniczą, rzekę w element wyrafinowanej tra dycji i składową część oksfordzkiego klimatu.
To tylko zewnętrzne wrażenia, ale trzeba wziąć udział na przykład w jakimś naukowym seminarium, by zrozumieć, co nadaje sens zewnętrznej atmosferze. Można sobie pozwolić — z przymrużeniem oka — na odrobinę snobizmu, jeśli pokrywa on tak rzetelny stosunek do poznawania świata.
Obydwa uniwersytety, w Cambridge i w Oxford, zajmują poczesne miejsce w dziejach kosmologii. Mieliśmy to już możność zauważyć w poprzednich rozdziałach. Obecnie pragnę opowiedzieć historię sukcesu, który był dziełem — w dużej mierze — ludzi związanych z uniwersytetem w Cambridge i Oxford. Głównymi bohaterami dram atu są Stephen Hawking z Cambridge i Roger Penrose z Oxfordu.
2. Ludzie
Pierwszy raz Stephena Hawkinga zobaczyłem na naukowym seminarium Wydziału Matematyki Stosowanej i Fizyki Teoretycznej (Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics) w Cambridge. Hawking wjechał na wózku inwalidzkim popychanym przez kogoś spośród jego studentów lub współpracowników. Referat na. seminarium był na temat kinematycznego modelu kosmologicznego i pamiętam, że prelegentka pomyliła się w którym ś miejscu długich rachunków. Z sali zaczęły padać rady i wskazówki, co trzeba zrobić, żeby otrzymać poprawny wynik. To do reszty skonfudowało prelegentkę, dla której w dodatku angielski nie był rodzimym językiem. Wtedy odezwał się Hawking. Zapanowała cisza jak makiem siał. Hawking mówił niewyraźnie, głosem zniekształconym przez chorobę. Potem ktoś wyjaśnił: „Profesor Hawking mówi, że na drugiej tablicy w trzecim rzędzie należy minus przy jedynce zmienić na plus i wszystko wyjdzie”. I tak było. Dalej referat potoczył się gładko.
Rzadka choroba, atakująca nerwowe ośrodki ruchowe, po raz pierwszy dała znać o sobie, gdy Hawking miał 21 lat. Od tego czasu jego cicha walka z chorobą stała się przedmiotem podziwu całego otoczenia. Ciało, powoli ale systematycznie, przegrywa w tym zmaganiu, ale wielki duch zapanował i nad
ciałem, i nad chorobą. Człowiek dużej dobroci, pogodnego usposobienia i niezmordowanej pracy. Hawking stał się nie tylko jednym z najtęższych mózgów współczesnej kosmologii ale w ogóle współczesnej fizyki teoretycznej.
Roger Penrose rozpoczynał swoją karierę od czystej matematyki. Ogólną teorią względności zainteresował się podczas swojego pobytu w Cambridge, pod wpływem Hermana Bon- diego i Denisa Sciamy. Swoją głęboką wiedzę matematyczną przeniósł do fizyki relatywistycznej. Spojrzenie zupełnie świeżym okiem na nową dla siebie dziedzinę (w której wkrótce stał się wybitnym specjalistą) pozwoliło mu stworzyć bardzo skuteczne metody, zupełnie odmienne od stosowanych zwyczajowo w teorii względności. Penrose został profesorem w Instytucie Matematyki w Oxfordzie, gdzie wokół niego skupia się grupa ludzi, interesujących się matematycznymi metodami współczesnej fizyki a zwłaszcza teorii względności. Obie grupy teoretyków, z Cambridge i z Oxfordu, pracują w ści- siym kontakcie ze sobą.
. Również z Cambridge do Oxfordu przeniósł się Denis Sciama, autor licznych prac i książek z zakresu kosmologii i teorii względności. Nie stworzył on żadnej rewolucyjnej koncepcji fizycznej, ale należy mu się wzmianka w tym miejscu z innego powodu. Sciama posiada cenny dar wychwytywania najbardziej aktualnych problemów; zawsze trafia w dziesiątkę: jeśli poradzi zająć się jakimś zagadnieniem, na pewno zaowocuje ono w niedalekiej przyszłości. Ponadto Sciama posiada wielki talent dydaktyczny, chętnie otacza się najzdolniejszymi uczniami i wyławia spośród nich największe talenty. Powstanie kosmologicznej grupy Cambridge — Oxford jest w dużej mierze jego zasługą.
3. O sobliwości — w ielki problem kosm ologii
Widzieliśmy, że prawie od początku istnienia kosmologii relatywistycznej zagadnienie osobliwości było przedmiotem wielu sporów i gorących polemik. Z jednej strony równania Einsteina, poparte danymi obserwacyjnymi, uparcie wskazywały na istnienie „stanu osobliwego” u początku obecnej fazy kosmicznej ewolucji; z drugiej strony fizyka broni się przed przyjęciem takich sytuacji, w których sama przestałaby obowiązywać. W początkach lat sześćdziesiątych problem jeszcze się zaostrzył, stało się bowiem jasne, że widmo osobliwości grozi nie tylko na początku ewolucji Wszechświata, ale także
228 U R A N I A 8/1980
na końcu ewolucji masywnych gwiazd. Z chwilą gdy gwiazda o masie dwukrotnie przewyższającej masę Słońca wyczerpie swoje paliwo jądrowe, zaczyna zapadać się ku środkowi pod wpływem własnej graw itacji. Je s t to zjawisko tzw. kolapsu grawitacyjnego. Gdy zapadanie się gwiazdy przekroczy pewną granicę, zwaną sferą Schwarzschilda, wszelki odwrót zostaje odcięty, nawet promienie świetlne wysłane przez gwiazdę zostaną zawrócone z powrotem ku je j powierzchni przez nadzwyczaj silne — i ciągle w miarę zapadania się wzrastające — pole grawitacyjne. Dla obserwatora znajdującego się na zewnątrz wszystko to, co jest pod sferą Schwarzschilda, pozostaje niewidzialne; stąd obrazowa nazwa skolapsowanej gwiazdy — czarna dziura. Ale — jak pokazują równania — obserwator zapadający się razem z gwiazdą w skończonym czasie własnym osiągnie osobliwość, tzn. stan, w którym cała masa gwiazdy (wraz z obserwatorem!) zostanie ściągnięta do punktu.
Zagadnienie kolapsu grawitacyjnego stało się jednym z n a jmodniejszych zagadnień fizyki teoretycznej i astrofizyki lat sześćdziesiątych, a tym samym problem osobliwości przestał być wewnętrzną sprawą kosmologii, stał się ważną trudnością astrofizyki odpowiednio masywnych obiektów.
Wśród fizyków coraz szerzej przyjmowało się przekonanie, że za pojawienie się osobliwości, zarówno w ewolucji świata jak i w kolapsie gwiazdy, odpowiedzialne są założenia sym etrii, jakie przyjm uje się przy rozwiązywaniu tych zagadnień dla uproszczenia rachunków. Istotnie, jak pamiętamy, prawie wszystkie rozważane wcześniej modele kosmologiczne zakładają przestrzenną jednorodność i izotropowość świata, czyli jego przestrzenną symetrię sferyczną. Podobne założenia czyniono w niemal wszystkich pierwszych pracach dotyczących kolapsu. Sfera ściąga się do punktu, ale gdyby potraktować ewolucję świata, czy ewolucję masywnej gwiazdy, nie przyjm ując żadnych symetrii, to prawdopodobnie osobliwość zniknie i np. kurczenie się gwiazdy czy Wszechświata gładko przejdzie w rozszerzanie. Poglądy takie wyrażali m. in.: R. W. Lindquist i J . A. W heeler, E. M. Lifszic i I. M. Chałatnikow.
4. Twierdzenia o osobliwościach
Penrose od dłuższego czasu interesował się tzw. globalnymi metodami w teorii względności, tzn. metodami, przy pomocy których można badać nie tylko „małe obszary” czasoprzestrzeni, ale strukturę czasoprzestrzeni jako całość (einsteinowskie
8/1980 U R A N I A 229
230 U R A N I A 8/1980
równania pola są w zasadzie narzędziem lokalnym). Ale jak można badać całą czasoprzestrzeń, jeśli rozciąga się ona w nieskończoność? Penrose zauważył, że matematyczne przekształcenia zwane przekształceniami konforemnymi, mają ciekawą własność: mogą one „przenosić” punkty z nieskończoności do skończonych odległości (w wybranym układzie współrzędnych). Co więcej, bardzo często da się wtedy, po takim konforemnym przeskalowaniu, c a ł ą czasoprzestrzeń przedstawić w postaci niewielkiego rysunku. Przy pomocy jeszcze jednego zabiegu matematycznego (zwanego uzwarcaniem czasoprzestrzeni) można sprawić, że graficzny obraz czasoprzestrzeni będzie miał wyraźnie określone granice; nazywa się je brzegiem konforemnym czasoprzestrzeni. Część tego brzegu przedstawia osobliwości (jeśli takie w czasoprzestrzeni istnieją), a pozostała część brzegu obrazuje te części czasoprzestrzeni, które zwyczajnie (przed dokonaniem konforemnego przekształcenia) znajdują się ,,w nieskończoności”.
Niewątpliwie prace nad przekształceniami konforemnymi nasunęły Penrose’owi myśl, że metody te można rozwinąć i wyostrzyć tak, by były one w stanie jednoznacznie pokazać, czy w danej czasoprzestrzeni istnieje osobliwość, czy nie. Okazało się przy tym, iż nowe metody mogą być skuteczne tylko pod warunkiem, że się dokładnie określi, co należy rozumieć przez osobliwość. I tu pojawiły się bardzo istotne trudności. Udało się je nie tyle przezwyciężyć, co obejść. W osobliwości urywają się (zaczynają lub kończą) historie obserwatorów i cząstek, poza osobliwość nie można ich przedłużać. Jeśli mamy do czynienia z c a ł ą czasoprzestrzenią (z której sztucznie nic nie wycięto, oczywiście nie nożyczkami lecz przy pomocy matematycznego zabiegu), i jeżeli choć jedna historia obserwatora lub cząstki urywa się gdziekolwiek, to znaczy, że czasoprzestrzeń posiada osobliwość. Tę cechę osobliwości przyjęto za jej definicję.
W roku 1965 Penrose opublikował artykuł pt. „Kolaps grawitacyjny i osobliwości czasoprzestrzeni” [1], w którym udowodnił twierdzenie, że jeśli kolapsująca materia spełnia pewne „rozsądne fizyczne w arunki” i osiąga „punkt, od którego nie ma odwrotu”, to historie cząstek kolapsujących muszą się urwać, czyli cały proces prowadzi do osobliwości. Rzecz bardzo ważna: w twierdzeniu Penrose’a nie ma mowy o żadnych symetriach.
Wkrótce metodę Penrose’a podchwycił Hawking i młody, amerykański relatywista R. P. Geroch, który zagadnienie wy-
stępowania osobliwości wybrał sobie jako tem at rozprawy doktorskiej. Następnych kilka la t przyniosło kilka dalszych twierdzeń o istnieniu osobliwości, których autorami byli Penrose, Hawking i Geroch. Twierdzenia te rozciągały poprzedni wynik Penrose’a na przypadek ewolucji Wszechświata i w różny sposób modyfikowały „rozsądne fizyczne w arunki”, które pociągają za sobą istnienie osobliwości. Problem polegał na tym, żeby z jednej strony te „rozsądne w arunki” były jak najogólniejsze, by nie wykluczały sytuacji, jakie mogą się zdarzyć w rzeczywistym świecie, a z drugiej strony, by były na tyle mocne, iżby wystarczyły do udowodnienia, że osobliwość musi się pojawić.
Ten okres historii zagadnienia zakończył się w roku 1970, kiedy to Hawking i Penrose opublikowali razem artykuł p.t. „Osobliwości w kolapsie grawitacyjnym i kosmologii” [2], Artykuł zawierał twierdzenie najmocniejsze z dotychczasowych. Stwierdzało ono, że występowanie osobliwości w teorii względności nie jest wynikiem żadnych upraszczających zabiegów, a w szczególności nie jest następstwem założeń symetrii, lecz wynika z samej matematycznej struk tury einstei- nowskiej teorii grawitacji.
W półtorastronicowym dodatku do pracy autorzy argum entują, że właściwości mikrofalowego promieniowania tła świadczą o tym, iż w arunki twierdzenia są spełnione w rzeczywistym świecie, a zatem Wszechświat w którym żyjemy, miał osobliwość w swojej historii.
5. W ielkoskalowa struktura czasoprzestrzeni
Osiągnięcia Penrose’a są zawsze w oryginalnych artykułach, w przeglądowym referacie zatytułowanym „Struktura czasoprzestrzeni” [3] oraz w oddzielnie wydanej, niewielkiej książce „Techniki topologii różniczkowej w teorii względności”[4], w której — jak wskazuje ty tu ł — autor przedstawił bardziej metody niż wyniki uzyskane przy ich pomocy. Hawking natomiast, przy współudziale G. F. R. Ellisa, napisał obszerną monografię p.t. „Wiełkoskalowa struktura czasoprzestrzeni”[5], w której nie tylko zebrał dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie „metod globalnych” i zagadnienia osobliwości, ale je znacznie rozwinął i udoskonalił. Książka Hawkinga i Ellisa. na długo pozostanie ważną pozycją w bibliotece fizyka- relatywisty.
W swojej zasadniczej warstwie monografia ta rozwija teo-
8/1980 U R A N I A 231
232 U R A N I A 8/1980
rię istnienia osobliwość,i w warstwach ubocznych, będących bądź rozwinięciem, bądź uzupełnieniem głównego wątku, znajdujemy syntetyczne przedstawienie geometrii różniczkowej specjalnie dostosowane do zastosowań w teorii względności, globalną analizę najważniejszych rozwiązań einteinowskich równań pola oraz rozwinięcie tzw. zagadnienia warunków brzegowych w teorii względności (zagadnienie Cauchy’ego). To ostatnie zagadnienie jest bardzo ważnym problemem teoretycznym. Hawking i Ellis potraktowali je jakby mimochodem, a kto wie, czy nie zrobili w tej dziedzinie więcej niż wielu teoretyków — relatywistów, którzy specjalizowali się tylko w tej wąskiej dziedzinie.
„Ekspansja Wszechświata jest pod wieloma względami podobna do kolapsu gwiazdy, z wyjątkiem tego, że w obu tych procesach czas jest odwrócony” ([5], s. 348) — piszą Hawking i Ellis.'Istotnie, rozszerzenie jest jakby kolapsem w odwróconym czasie. Twierdzenia o osobliwościach wskazują, że obydwie te fizyczne sytuacje — ekspansja Wszechświata i kolaps gwiazdy — prowadzą do istnienia osobliwości. Twierdzenia o osobliwościach są typowymi twierdzeniami o istnieniu: mówią one, że w określonych warunkach osobliwość musi wystąpić, ale nie mówią niczego o naturze osobliwości. W osobliwościach historia obserwatora lub cząstki urywa się, czyli przestaje się dziać, ale tego, co się tam „naprawdę dzieje”, nie wiemy. Techniczny język, używany przez Hawkinga i Ellisa, wyraża to w stwierdzeniu, że „osobliwości nie należą do czasoprzestrzeni, lecz do jej brzegu”. Oczywiście pojęcie „brzegu” zostało przedtem precyzyjnie zdefiniowane. Chociaż punkty brzegu nie należą do samej czasoprzestrzeni, to jednak obserwator znajdujący się w czasoprzestrzeni, na podstawie wykonywanych przez siebie obserwacji, może dojść do wniosku o istnieniu brzegu. I tak właśnie powinno być: wszak Hawking, Penrose i inni teoretycy znajdują się w czasoprzestrzeni rzeczywistego Wszechświata, a potrafili sformułować i udowodnić twierdzenia, mówiące o istnieniu punktów brzegu — osobliwości.
Istnienie osobliwości w modelu kosmologicznym Friedmana—Lem aitre’a oznacza, że cała materia tego modelu zostaje ściągnięta do punktu: w zerowej objętości gęstości i ciśnienia stają się nieskończone. Co to znaczy? Ogólna teoria względności jest makroskopową teorią grawitacji. Znajomość całej dotychczasowej fizyki teoretycznej podpowiada, że przy bardzo wielkich gęstościach m aterii pole grawitacyjne, podobnie
8/1980 U R A N I A 233
jak inne pola fizyczne, powinno podlegać skwantowaniu. A więc na długo przedtem zanim w osobliwości zostanie osiągnięta nieskończona gęstość, powinny pojawić się kwantowe efekty grawitacji. Ale kwantowej teorii grawitacji do dziś nie znamy; poza kilkoma mniej lub bardziej udanymi próbami jest to biała plama na karcie fizyki teoretycznej.
Twierdzenia o osobliwościach obowiązują tylko w kontekście nie-kwantowej ogólnej teorii względności; można zatem powiedzieć, ze przepowiadają one samozałamanie się tej teorii: w miarę zbliżania się do osobliwości, gęstość rośnie tak niebzepiecznie, że w pewnym momencie teoria przestaje obowiązywać; chcąc opisywać proces w dalszym ciągu, powinniśmy dysponować kwantową teorią grawitacji, póki jej nie ma, pozostajemy bezradni.
H acking i Ellis piszą: „Wydaje się być słuszną zasadą, że gdy jakaś fizyczna teoria przepowiada osobliwość, oznacza to samozałamanie się tej teorii, tzn. nie daje już ona poprawnego opisu obserwacji. Powstaje pytanie: kiedy ogólna teoria względności załamuje się? Należałoby oczekiwać, że załamuje się ona, gdy kwantowe efekty grawitacji stają się znaczące; z wymiarowych argumentów można wnosić, że nie zachodzi to, dopóki promień krzywizny nie staje się rzędu 10-38 cm. Odpowiadałoby to gęstości 1094 g/cm3 ([5], s. 362—363). Jeśli by umownie za początek liczenia czasu przyjąć chwilę osobliwości, to w ekspandującym Wszechświecie gęstość materii spadłaby do wartości 1094 g/cm3 już po 10-44 s.Chwila scharakteryzowana wielkościami: czas = 10-44 s, gęstość = 1094 g/cm3, promień krżywizny = 10~33 cm, nazywa się erą Plancka, lub epoką progu. Od tego progu począwszy obowiązują wszystkie prawa ogólnej teorii względności, przedtem funkcjonowały nieznane prawa kwantowej grawitacji. Te nieznane prawa mogą być tak drastycznie różne od wszystkiego, co znamy dotychczas, że nawet nie wiadomo, czy po odkryciu tych praw pojęcia czasu i przestrzeni zachowają swoje dotychczasowe znaczenie. Nie wiadomo w szczególności, czy powiedzenie „umawiamy się liczyć czas od osobliwości” będzie miało w ogóle jakikolwiek sens. Jeśli mówimy, że era progu zdarzyła się w chwili 10-44 s, to należy przez to rozumieć tylko tyle, że, aby pozostawać w zgodzie z wszystkimi równaniami ogólnej teorii względności, w momencie progu „zegar kosmiczny” należy ustawić na godzinę 10~44 s; a jeszcze ściślej, że w epoce progu występującemu w równaniach parametrowi t, który nazywamy czasem kosmicznym, należy przypisać wartość 10"44 s.
234 U R A N I A 8/1980
6. Perspektyw y
W naukowej karierze Penrose’a i Hawkinga prace nad tw ierdzeniami o osobliwościach stanowiły etap wyjściowy do dalszych badań. Tematyka narzucała się sama: kwantowa teoria grawitacji. Ale tu drogi Penrose’a i Hawkinga rozeszły się. Penrose — matem atyk sięgnął po nową, od samych podstaw, koncepcję czasoprzestrzeni; według jego teorii czasoprzestrzeń w najmniejszej skali ,,jest zbudowana” zupełnie z innej matematyki, ma raczej strukturę siatki, która dopiero po odpowiednim uśrednieniu daje ciągłą, makroskopową czasoprzestrzeń. Koncepcja Penrose’a nazywa się teorią twistorów i jest nadal rozwijana; matematycznie jest ona bardzo elegancka, ale w dziedzinie fizycznych przewidywań nie może się dotychczas poszczycić wielkimi sukcesami. Hawking — fizyk wybrał inną drogę: próbujmy do pola grawitacyjnego stosować, po odpowiednich przystosowaniach, metody kwantowania wypróbowane na innych polach. I tak droga, choć trudno się po niej spodziewać radykalnych środków zaradczych, zaczęła dawać rezultaty. Przy pomocy swoich półklasycznych metod Hawking wyliczył, że w pobliżu czarnej dziury czyli kolapsujące- go obiektu (i analogicznie w pobliżu kosmologicznej osobliwości) powinien występować proces kreacji cząstek. Proces ten zasadniczo zmienia obraz kolapsu. Są to pasjonujące zagadnienia, które jednak wykraczają poza ram y tego rozdziału.
Gdy byłem w Cambridge, akurat Hawking i Ellis robili korektę swojej książki. Poprosiłem jednego z tamtejszych wybitnych teoretyków, żeby mi przysłał książkę, gdy tylko ukaże się drukiem. Zapewniłem, że ktoś z moich angielskich przyjaciół wyrówna dług i dość długo wyjaśniałem, że sam nie mogę przesłać pieniędzy ani pocztą, ani przelewem bankowym, bo między naszymi krajam i nie ma wymiany walutowej. Mój teoretyk powiedział, że rozumie i że będzie pamiętał o mojej prośbie. I rzeczywiście pamiętał. Ale potem w liście do Polski podał mi numer konta, na które będzie mi najwygodniej przesłać należność za książkę. Okazuje się, że łatwiej jest zgłębić tajemnice Wszechświata niż walutowe zawiłości.
Przypisy
[1] R. Penrose, G rav ita tiona l Collapse and Space-Tim e S ingularities, Phys. Rev. Lett., 14, 1965, 57—59.
[2] S. W. H aw king, R. Penrose, The S ingularities of G ravita tional Collapse and Cosmology, Proc. Roy. Soc., A 314, 1970, 529—548.
8/1980 U R A N I A 235
[33 R. Penrose, Structure of Space-Time, w: Battelle Rencontres, pod red. C. M. de Witt i J. A. Wheeler; New York; 1968, 121^-235.
14] R. Penrose, Techniques of D ifferential Topology in Relativity, Philadelphia 1972.
[5] S. W. Hawking, G. F. R. Ellis, The Large-Scale Structure of Space-Tim e, Cambridge 1973.
T O M A S Z K W A S T — W a r s z a w a
GWIAZDY MEDYCEJSKIE
Ganimedes
Ganimedes, największy satelita' (nr 3) Jowisza, obiega swą macierzystą planetę po orbicie o promieniu 1,070 miliona kmi w okresie 7,155 dnia. Jest ciałem wprawdzie nie tak gładkim jak Europa, nie mniej jednak z obserwacji krawędzi jego ta rczy (oczywiście na zdjęciach uzyskanych z Voyagerow) wynika, że różnice poziomów nigdzie nie przekraczają 1 km. Jego ogólnie ciemnoszara powierzchnia poprzecinana jest jaśniejszymi i bardziej brązowymi pasmami, tak iż w efekcie obszary ciemniejsze przyjm ują postać nieregularnych wielokątów. Największy jednolity ciemny obszar położony jest na odwróconej od Jowisza stronie Ganimedesa i ma z grubsza kształt koła o średnicy rzędu 2000 km. Twór ten został w ykryty już na obrazach otrzymanych przez Pioneera 10, ale co więcej, zauważony był znacznie dawniej nawet przez obserwatorów naziemnych. Jest on jedyną (oprócz ciemnych czap polarnych na Io) formacją geologiczną na satelitach Jowisza zaobserwowaną z Ziemi.
Ten wielki ciemny obszar poprzecinany jest licznymi równoległymi łukami (zdjęcie na pierwszej stronie okładki), których przedłużenie znaleźć można na sąsiednich ciemnych obszarach globu. Układ tych łuków przypomina podobne formacje na innych ciałach niebieskich, np. pasma gór wokół Mare Orientale na Księżycu czy Caloris Basin na Merkurym. Nieodparcie nasuwa się wniosek, że łuki te powstały wskutek potężnego uderzenia m eteorytu jako zastygające fale poruszonego gruntu, rozchodzące się od miejsca uderzenia. Na Gani- medesie jednak samo miejsce uderzenia (środek krzywizny łuków) zostało dawno zatarte przez młodsze formacje geologiczne. Ślady drugiego takiego układu pierścieniowych wałów znalezione zostały również na półkuli Ganimedesa zwróconej ku Jowiszowi.
236 U R A N I A 8/1980
Ciemne obszary Ganimedesa i jaśniejsze pasma są dwoma zasadniczymi typami gruntu występującymi na tym satelicie. Ciemrte wielokąty są obszarami gęsto usianymi płytkimi krateram i o średnicach od kilku do ponad 50 km (zdjęcie na drugiej stronie okładki). Jaśniejsze pasma są z kolei wiązkami równoległych rowów (zdjęcia na drugiej i czwartej stronie okładki) o szerokości 5—15 km i głębokości rzędu kilkuset metrów. W jednej wiązce bywa do kilkudziesięciu rowów stanowiących razem pasmo o szerokości do 100 km. Teren pasm jest znacznie słabiej usiany krateram i, co dowodzi, że jest on młodszy od gruntu ciemnych wielokątów. Same pasma najw yraźniej powstawały nie jednocześnie, gdyż zauważa się miejsca, gdzie jedne z nich zostały wyraźnie zatarte przez inne, młodsze.
Cała powierzchnia Ganimedesa bez względu na rodzaj gruntu usiana jest krateram i uderzeniowymi, wyglądającymi jak niemal białe cętki często z białymi promienistymi smugami (zdjęcie na trzeciej stronie okładki). K ratery te są zatem najmłodszymi tworami na powierzchni Ganimedesa. Białym m ateriałem widocznym w kraterach i tworzącym smugi jest najprawdopodobniej lód.
Również lodowe są zatem czapy polarne Ganimedesa. Widać je na zdjęciach jako biegunowe pojaśnienia powierzchni globu sięgające od biegunów do 45° szerokości północnej i południowej, oczywiście w przybliżeniu, gdyż ich granice są mocno rozmyte. Prawdopodobnie powstają one wskutek osadzania się cząsteczek lodu (wody) sublimującego z obszarów równikowych. W arstwa lodu w czapach polarnych jest wyraźnie cienka, gdyż nie zaciera ona w widocznym stopniu rzeźby terenu.
Poprzez wnikliwą analizę zdjęć powierzchni Ganimedesa można przekonać się, żę wielkie kratery są, średnio biorąc, gorzej zachowane niż mniejsze. Świadczy to o tym, że duże kratery są starsze, a to z kolei jest w zgodzie z hipotezą, że młody Układ Słoneczny był stosunkowo gęściej wypełniony masywniejszymi ciałami meteorowymi. Z biegiem czasu stare k ratery ulegały erozji i wygładzaniu przez wewnętrzne ruchy globu Ganimedesa, zaś w przestrzeni pozostały tylko małe bryłki, dające przy spadku na ochładzający się, a więc coraz twardszy grunt, kratery małe i coraz lepiej się zachowujące.
Porównanie rozległości jasnych promienistych smug wokół kraterów na Ganimedesie z analogicznymi tworami na innych ciałach świadczy o tym, że budulcem Ganimedesa, a dokład-
niej — jego powierzchni, musi być m ateria lżejsza niż np. krzemiany z powierzchni Księżyca. Jak już wspominaliśmy, najprawdopodobniej jest to lód. Otóż z rozmiarów (promień równy 2640 km) i masy (1.49X1023 kg) Ganimedesa wynika, że jego średnia gęstość wynosi 1.93 g/cm3. Sugeruje to, że zbudowany jest on pół na pół z krzemianów i wody. Przypuszcza się, że pod dość cienką (o grubości nie przekraczającej 100 km) skorupą lodu pokrytego „nalotem” krzemianowym rozciąga się na ok. 1/4 promienia w głąb globu warstwa płynnej wody, a pod nią leży już krzemianowe jądro satelity. Wielkoskalowe ruchy wodnego płaszcza mogłyby powodować pękanie lodowej skorupy i przesuwanie się poszczególnych fragmentów na kształt ziemskich płyt kontynentalnych. Obszary graniczne płyt (ciemnych wielokątów) ujawniałyby się wtedy jako owe jaśniejsze pasma. Plastyczność lodu pływającego w dodatku po wodzie usprawiedliwiałaby zarazem brak wielkoskalowej rzeźby powierzchni satelity.
8/1980 U R A N I A 237
K A Z I M I E R Z M. B O R K O W S K I — T o r u ń
ASTRONOMICZNE ASPEKTY WYGINIĘCIA DINOZAUROW
Astronomia przeżyła w ostatnich latach to, co niektórzy nazywali rewolucją wysokich energii. Rozwinęły się nowe dyscypliny (radioastronomia i astronomia promieni X) a wraz z nimi przekonanie, że w naszym Wszechświecie gwałt jest zjawiskiem powszechnym a nie wyjątkowym. Wiemy, że gwiazdy, a nawet galaktyki są „dewastowane” przez eksplozje, którym towarzyszy emisja wysokoenergetycznych cząstek i promieniowania elektromagnetycznego w ilościach znacznie przewyższających przypadek normalnych gwiazd i galaktyk. Wspomniana rewolucja doprowadziła do powszechnej akceptacji tak niezwykłych koncepcji fizycznych jakimi są np. gwiazdy neutronowe i czarne dziury. Czy wywoła to jakieś zmiany w sposobie myślenia w innych dziedzinach nauki? Czy katastrofy kosmiczne, takie jak wybuch supernowej, mogą wpływać na przebieg ewolucji życia na Ziemi?
Coraz lepiej zdajemy sobie sprawę, jak mało wiemy o najbliższej nam gwieździe. Dość spekulatywne jeszcze rozważania zdają się przekonywać, że niewątpliwie życiodajne Słońce mogło w dalekiej przeszłości czynić ogrom zniszczeń w biosferze Ziemi. Inne przesłanki sugerują, że podobny skutek niosły
238 U R A N I A 8/1980
tak niewinnie wyglądające na codzień meteory i spektakularne komety.
Wśród ponurych zdarzeń w dziejach Ziemi, osnutych ciągle mgłą tajemnicy, znajdują się wymarcia o szerokim zasięgu, które wyeliminowały z ówczesnej fauny m. in. dinozaury w przeciągu stosunkowo krótkiego czasu pomiędzy okresami kreda i trzeciorzęd. O ogromie tam tej katastrofy świadczy fakt, że nie przetrw ał jej żaden naziemny kręgowiec o wadze przewyższającej około 25 kg. Paleontologia dowodzi, że olbrzymie gady były niegdyś dominującymi formami życia na naszej planecie (np. Franciszek Bieda „Paleozoologia”, t. 2, Wydaw. Geologiczne, Warszawa 1969). W ostatnich dwóch stuleciach w osadach mezozoicznych znaleziono około 5000 fragmentów szkieletów tych stworzeń. Zdobią one światowe mu?ea budząc powszechny podziw i refleksję nad zagadką ich zniknięcia.
Z badań stratygraficznych wynika, że znacznie ponad połowę gatunków organizmów zamieszkujących Ziemię wyginęło w generalnym kryzysie w końcu ery mezozoicznej. Chociaż wtórne efekty związane z odżywianiem się organizmów są trudne do odizolowania, to wydaje się jednak, że wielkie k ręgowce — jak dinozaury, pterozaury i olbrzymie krokodyle — oraz plankton morski, zostały wyniszczone w wyniku pierwotnych przyczyn. Rozciągłość kryzysu w czasie ocenia się na kilkadziesiąt do pół miliona lat. Mógł się on pojawić w postaci dwóch prawie jednoczesnych impulsów, z których jeden wpływałby bardziej na rośliny, a drugi — na naziemne kręgowce. Trzeba też wiedzieć, że w historii Ziemi tego typu zagłady organizmów żywych były zjawiskiem rzadkim.
Stało się jasne, że dinozaury wyginęły wskutek globalnego kryzysu biologicznego, ale nie są znane czynniki, które były za to odpowiedzialne. Z odrobiną niepokoju zastanawiamy się więc, czy przypadkiem wyniszczające zmiany w środowisku nie są zjawiskiem powtarzalnym. Może owe wielkie zmiany w biosferze Ziemi powrócą jutro?
W ostatnich latach więcej uwagi skupiono na modelach teoretycznych tłumaczących wpływ czynników o zasięgu globalnym. Koincydencje zjawisk takich jak ruchy mórz, globalne zmiany tem peratur (Savin 1977) czy wzrost aktywności wulkanicznej, były rozpatrywane jako źródła wyginięcia jaszczurów. Nie wydają się one jednak realne, ponieważ ich skala czasowa jest znacznie większa niż rozpatrywanego zjawiska. W ostatnich dwóch milionach lat biosfera była wystawiona na
8/1980 U R A N I A 239
względnie nagłe zmiany klimatów lodowcowych i międzylo- dowcowych. Okres ten charakteryzowały też zmiany linii brzegowych i temperatury, jak i poziomu aktywności wulkanicznej, które były przynajmniej tak duże, jak te które wystąpiły w końcu kredy i na początku paleocenu. Nie wywołały one jednak porównywalnych zniszczeń we florze i faunie Ziemi. W dalszym ciągu zajmiemy się zatem czynnikami pozaziemskimi.
Z licznej literatury dotyczącej zdarzenia w końcu kredy zwracają uwagę dwie pozycje przeglądowe, na których opiera się również niniejsze opracowanie: D. A. Russel (Ann Rev. Earth Planet. Sci, 1979, t. 7, 163) i praca zbiorowa tzw. grupy K-TEC opublikowana w 1977 r. (Syllogeus, nr 12, 1977). Autorzy ci oraz inni (których nazwiska cytujemy niżej w nawiasach), wskazują na różne możliwe przyczyny.
Komety i wielkie meteory
Następstwa dla biosfery wynikające z upadku komety do oceanów ziemskich rozważał H. C. Urey. Wśród nich znajdujemy nagłe i prawdopodobnie śmiercionośne rozgrzewanie atmosfery i powierzchniowych wód oceanów. Autor zauważa jednak, że deszcz tektytowy, który wystąpił na obszarze australoazjaty- ckim ok. 700 000 lat temu i mógł nieść energię bliską przyjętej w jego obliczeniach, wywołał tylko niewielkie zmiany stratygraficzne.
Dyskutowano także upadki wielkich meteorytów jako możliwe czynniki masowej zagłady organizmów żywych. Rozkład prehistorycznych kraterów podpowiada, że asteroidy o średnicy ok. 4 km mogły wpadać do oceanów średnio co 10— 100 milionów lat, wywołując fale uderzeniowe z łatwością osiągające 5 km wysokości. Zdaniem D. J . McLarena turbulentność fali i towarzyszący wicher, po których nastąpiłby gigantyczny spływ wód z lądu, wywołałby burzliwe otoczenie na czas znacznie dłuższy, niż mogłoby to znieść wiele organizmów. Hipoteza upadku bolidu tłumaczy też fakt przetrwania wielu gatunków, ale nie bardzo pasuje do struktury flory i fauny pozostałych po kryzysie kredowo-paleoceńskim. Analizy biologicznych skutków kolizji Ziemi z obiektami kosmicznymi są warte zachodu, gdyż kilka takich zjawisk prawdopodobnie wydarzyło się w czasie liczonym od początku ery paleozoicznej.
240 U R A N I A 8/1980
Słońce
Podejrzenie, że Słońce może być źródłem katastroficznych zniszczeń w biosferze Ziemi w końcu kredy uzasadnia się dwojako. W odróżnieniu od stanu sprzed kilku lat, obecnie lepiej zdajemy sobie sprawę z tego, jak ograniczona jest nasza wiedza o strukturze Słońca i o procesach podtrzymujących jego świecenie oraz jak nieprzewidywalny charakter ma jego aktywność (np. Eddy 1978, Jan M ergentaler „Słońce — Ziemia”, WT, Warszawa 1978). Ponadto, w przeciwieństwie do hipotezy wymagającej przypadkowego pojawienia się pobliskiej supernowej, o czym będzie mowa w następnym punkcie, Słońce znajdowało się cały czas „na posterunku” — wystarczająco blisko Ziemi, by stać się nie tylko źródłem życia, ale być może czasem źródłem śmiercionośnym.
Dobrze wiadomo, że warstwa ozonu w atmosferze Ziemi chroni biosferę przed potencjalnie śmiertelnym nadfioletowym promieniowaniem Słońca. W arstwa ta jest narażona na częściowe lub całkowite zniszczenie w wyniku zbieżności w czasie kolosalnego rozbłysku słonecznego (104 razy intensywniejszego niż obserwowane współcześnie) ze zjawiskiem biegunowości magnetosfery Ziemi albo na skutek promieniowania z pobliskiej supernowej. W każdym przypadku biosfera wystawiona byłaby na praktycznie nietłumione promieniowanie nadfioletowe Słońca, krótkookresowe niestabilności atmosfery, zredukowane promieniowanie widzialne w wyniku pochłaniania przez dwutlenek azotu oraz na globalne ochłodzenie klimatu o ok. 0,5°C. Sądzi się, że takie ochłodzenie nie powinno prowadzić do kontynentalnego zlodowacenia w okresie końca kredy i początku paleocenu, ponieważ ówczesne tem peratury na dużych szerokościach geograficznych przewyższały 0°C znacznie bardziej niż obecnie.
Pole magnetyczne Ziemi, podobnie jak pole Słońca, co ja kiś czas zmienia biegunowość. Z prac paleomagnetycznych wynika, że w okresie zmiany najpierw przez około 10 000 lat zmniejsza się natężenie pola dipolowego, następnie odbywa się nagła zmiana polarności biegunów i ponowny powolny wzrost natężenia (Carrigan i Gubbins 1979). Jedno z wielu takich zjawisk nastąpiło 66,5 min roku temu (Harrison i inni, 1979) — na granicy kredy i trzeciorzędu — poprzedzone wyjątkowo długim (ok. 20 min lat) okresem pola jednokierunkowgeo.
Pozostaje do rozstrzygnięcia problem: czy jest możliwe,
8/1980 U R A N I A 241
ażeby w dalekiej przeszłości Słońce generowało tak olbrzymie wybuchy, jak tego wymaga hipoteza zagłady dinozaurów? Wiedzę o Słońcu opieramy na bezpośrednich, teleskopowych obserwacjach (głównie plam) w okresie zaledwie kilkuset lat. Dzięki pracom Eddy’ego (1977) w wynikach tych obserwacji znaleziono świadectwa o dużej dynamice zmian aktywności Słońca w niedalekiej przecież przeszłości. Godzi się wspomnieć, że niebagatelne znaczenie w takich studiach mają prace Heweliusza (patrz J. E. Weiss i N. O. Weiss, Q. J. Astr. Soc., 1979, 20, 115). Dalsze analizy historycznych zapisów przedte- leskopowych obserwacji wielkich plam (widzialnych gołym okiem), szczególnie pochodzących ze starożytynch Chin, obserwacji zórz i zawartości węgla aktywego w drzewach — sięgające wstecz do około 5300 lat p.n.e. — prowadzą do wniosku, że przez ostatnie 7 tys. lat Słońce wykazywało zmiany aktywności (w tym też cykl 11-letni), z których te długookresowe wydają się zbiegać z poważnymi zmianami klimatycznymi na Ziemi (ochładzanie w minimach aktywności). Skoro w tym krótkim okresie występują tak silne fluktuacje aktywności, to niebezpodstawne jest przypuszczenie, że w czasie 10 000 razy dłuższym występowały zmiany znacznie drastyczniejsze.
Najbardziej energetycznymi zjawiskami towarzyszącymi aktywności Słońca są rozbłyski. Energia wyzwolona w takim zjawisku osiąga maksimum w ciągu kilku minut po czym powoli spada w przeciągu dni. Z całej gamy różnorakich emisji rozbłysku największe znaczenie dla Ziemi mają promienie X i nadfioletowe, jak również strumienie protonów. Te ostatnie mogą zniszczyć warstwę ozonową, zakłócić równowagę te rmiczną atmosfery i wywołać zmiany klimatyczne poprzez wpływ na nieprzezroczystość i albedo atmosfery. Z obserwacji astrofizycznych wiadomo, że istnieją gwiazdy o wiele rzędów wielkości słabsze od Słońca, generujące rozbłyski znacznie energetyczniejsze niż Słońce. Z ich zachowania można wnosić, że również od Słońca można oczekiwać rozbłysków o energii więcej niż trzy rzędy wielkości większej od obserwowanych współcześnie.
Te dwa argum enty pozwalają uznać za prawdopodobną hipotezę, że bezpośrednią przyczyną wyginięcia dinozaurów był gigantyczny rozbłysk na Słońcu stowarzyszony z zanikiem pola magnetycznego Ziemi. Istnieje pewna nadzieja doświadczalnego potwierdzenia tak olbrzymich wybuchów w śladach pozostawionych w skałach księżycowych (Roy, 1977).
242 U R A N I A 8/1980
Supernow e
Przyczyny wybuchów gwiazd supernowych są ciągle przedmiotem intensywnych studiów. Eksplozje następują u gwiazd o masach większych niż 1,5 mas Słońca, w końcu fazy spalania helu. Na skutek grawitacyjnego zapadania się gwiazdy zostają przekroczone krytyczne wartości gęstości i temperatury jądra, co prowadzi do niestabilności wybuchowej. Wybuchająca gwiazda — supernowa — przez prawie dwa tygodnie wypromieniowuje tyle energii co miliard słońc, a towarzyszy temu wyrzut jnaterii z prędkością bliskiej świetlnej. Materia ta rozproszona w przestrzeni międzygwiezdnej stanowi później materiał, z którego rodzą się nowe gwiazdy i planety. Jest wielce prawdopodobne, że większość materii, z której jesteśmy zbudowani, ma pierwotne źródło w pozostałościach po supernowych.
Ekspandująca otoczka resztek po supernowej tworzy mgławicę, która promieniuje intensywnie w zakresach X i radiowym przez tysiące lat. W wyniku kataklizmu w miejscu wybuchu może pozostać małe, ale o olbrzymiej gęstości jądro (gwiazda neutronowa) — pulsar.
Mniej więcej co setna gwiazda staje się supernową. Ocenia się, że w Galaktyce supernowe pojawiają się średnio co 50 lat. Są również optymistyczne przypuszczenia, sięgające nawet odstępu 10 lat. Z tych umiarkowanych ocen wynika, że można dopuścić, iż w sąsiedztwie Słońca — w odległości 15 pc — pojawiła się supernowa w ostatnich 70 min lat (1 parsek — 3,26 roku świetlnego).
W przypadku eksplozji supernowej w odległości 15 pc chmura promieni kosmicznych osiągnęłaby Ziemię po 100 do 1000 lat, powodując wzrost dotychczasowego strumienia o czynnik do 1000. Na powierzchni Ziemi oznaczałoby to dozę do 30 R (rentgenów) na rok, która utrzymywałaby się przez tysiące lat. Śmiertelna dawka promieniowania dla zwierząt laboratoryjnych wynosi 200—700 R i w tych warunkach mogłaby być nagromadzona po 10—20 latach, a zatem w czasie życia osobniczego wielu gatunków. Poza tym ów zwiększony strumień promieni kosmicznych spowodowałby destrukcję warstwy ozonu nawet w 90%>, co pociągnęłoby drastyczny wzrost strumienia szkodliwego promieniowania nadfioletowego.
Inne, bardziej spekulatywne modele teoretyczne przewidują relatywistycznie rozszerzającą się otoczkę supernowej o'gru-
8/1980 U R A N I A 243
bości 1 pc, która po osiągnięciu Ziemi wywołałaby wzrost intensywności promieni kosmicznych o cztery rzędy wielkości i wzrost dozy do 300 R na rok na przeciąg około 10 lat. Stanowiłoby to oczywiście poważny problem dla życia na Ziemi.
Bezskuteczne byłyby poszukiwania oznak domniemanej supernowej wśród znanych pulsarów znajdujących się wewnątrz tzw. pierścienia Lindblada — wolno (6 km/s) ekspandującego pierścienia neutralnego wodoru międzygwiazdowego. Sądzi się, że nawet gdyby udało się wykryć owego pulsara-winowajcę, to i tak będzie niemożliwe stwierdzenie, iż to ten poszukiwany. Pozostałości po supernowych znalezione w sąsiedztwie Słońca są o rzędy wielkości za młode jak na kandydatów na świadectwo zagłady dinozaurów. W rzeczywistości po żadnej normalnej supernowej nie można oczekiwać pozostawienia wykrywalnych śladów na dłużej niż około 100 tys. lat. Po tym okresie zlewają się one ze środowiskiem międzygwiazdowym i stają się nierozróżnialne.
Podsumowując trzeba stwierdzić, że statystycznie rzecz ujmując jest możliwe, iż pobliska supernowa wyzwoliła mechanizm biologicznego wyniszczenia w końcu kredy. Brak jest natomiast jakichkolwiek dowodów rzeczowych na poparcie tej hipotezy. Russel (1979) tę właśnie hipotezę uważa za najbardziej godną wiaty.
Opracowano na podstawie materiałów źródłowych opublikowanych w latach 1977—1979 w American Scientist, Ann. Rev. Astron. Astro- phys., Earth Planet, Sci. Letters, Q. J. Royal Astr. Society, Science, Syl- logeus, The New Solar Physics.
T. Z B I G N I E W D W O R A K — K r a k ó w
60 LATKRAKOWSKICH OBSERWACJI GWIAZD ZMIENNYCH
W bieżącym roku mija 60 lat od podjęcia — z inicjatywy Tadeusza B a n a c h i e w i c z a , ówczesnego kierownika katedry astronomii Uniwersytetu Jagiellońskiego i Obserwatorium Krakowskiego — obserwacji gwiazd zmiennych jako programu naukowego odpowiedniego dla ośrodka wyposażonego w niewielkie instrumenty astronomiczne (podówczas w 11,6 cm re- fraktor i 13,4 cm szukacz komet). Dzięki konsekwentnie prowadzonym systematycznym obserwacjom, a także dzięki pra- cam Tadeusza Banachiewicza, wybitnego astronoma i mate-
244 U R A N I A 8/1980
matyka, mało znany dotąd ośrodek krakowski począł zdobywać sobie uznanie nie tylko w odrodzonej po ponad stuletniej niewoli Polsce, lecz również w świecie. Przyczyniły się do tego — w niemniejszym stopniu — publikowane od 1922 roku efemerydy momentów minimów gwiazd zmiennych zaćmieniowych w Supplemento Annuario Cracoviense, czyli w Dodatku Międzynarodowym do Rocznika Astronomicznego Obserwatorium Krakowskiego, czasopisma założonego przez T. Bana- chiewicza. Tam też —- oraz w Okólniku Obserwatorium K rakowskiego — były zamieszczane obserwowane momenty minimów, wyznaczane na podstawie spostrzeżeń dokonywanych przez pracowników Obserwatorium. Przez kilkadziesiąt lat, do 1978 r., autorem efemeryd był Kazimierz K o r d y l e w s k i . Poczynając od 1925 r. wyniki obserwacji gwiazd zmiennych (momenty minimów, krzywe blasku) są publikowane głównie w periodyku Acta Astronomica, założonym również przez T. Banachiewicza.
W 1924 roku K. Kordylewski opracował nową metodę wyznaczania momentów minimów dla gwiazd zmiennych zaćmieniowych (ogólnie — dla gwiazd zmiennych o symetrycznej względem momentu minimum krzywej blasku). Ta metoda, nazwana następnie metodą kalkową, jest szczegółowo przedstawiona w pracy Rozalii S z a f r a n i e c [1],
W latach trzydziestych Obserwatorium Krakowskie zostało wyposażone w nowe instrum enty: 20,3 cm refraktor, a następnie w 12 cm podwójny astrograf i 20 cm refraktor firmy Grubb — wszystkie na montażu paralaktycznym. Zainstalowanie nowych instrum entów pozwoliło ną rozszerzenie programu obserwacyjnego ośrodka krakowskiego na gwiazdy słabe (do około 12m), a także na zwiększenie ilości spostrzeżeń.
Poczynione w latach 1920—1950 przez pracowników Obserwatorium spostrzeżenia wizualne zostały opracowane i przy- i gotowane do druku w 1952 r. przez R. Szafraniec. Obserwacje in extenso zostały wydane jako Krakowskie Obserwacje Gwiazd Zmiennych 1920— 1950, w czterech tomach [2], Część pierwsza zawiera wyniki spostrzeżeń w gwiazdozbiorach A ndromeda - Crater, część druga — w gwiazdozbiorach Cyg- nus-Libra, trzecia — w gwiazdozbiorach Lyra-Sagittarius, czwarta — Scutum Sobiescanum - Vulpecula. Łącznie Krakowskie Obserwacje Gwiazd Zmiennych zawierają 110 230 ocen blasku dla 429 gwiazd z 50 konstelacji — w tym dla 380 gwiazd zmiennych zaćmieniowych, 40 gwiazd fizycznie zmiennych i dla 9 gwiazd podejrzanych o zmienność.
8/1980 U R A N I A 245
Opublikowane oceny blasku wykonywali następujący obserwatorowie: Stanisław A n d r u s z e w s k i , Tadeusz B a- n a c h i e w i c z , Jan G a d o m s k i , Helena J a ś k o , Jan J ó ź w i a k , Jadwiga K o r d y l e w s k a , Kazimierz K o r d y 1 e w s k i, Karol K o z i e ł , Maria M a k o w i e c k a , Jan M e r g e n t a l e r , Tadeusz O l c z a k , Lucjan O r k i s z , Ja nusz P a g a c z e w s k i , Jan P i e g z a , Stefan P i o t r o w- s k i, Eugeniusz R y b k a , Rozalia S z a f r a n i e c, Aldona S z c z e p a n o w s k a , Stefan S z c z y r b a k, Władysław T ę- c z a , Edith W a r m b i e r i Józef W i t k o w s k i . Większość z wymienionych osób jest dobrze znana Czytelnikom Uranii — miłośnikom astronomii — z publikacji bądź wystąpień naukowych i popularnonaukowych. Spośród przedstawionych obserwatorów najwięcej ocen blasku zanotowali: K. Kor- dylewski (25%), R- Szafraniec (14%), S. Piotrowski (11%), J. M ergentaler (11%), i J. Pagaczewski (10%). Na pozostałych siedemnastu obserwatorów przypada 29% ogólnej liczby dokonanych spostrzeżeń [3],
Obserwacje w latach 1920—1950 były wykonywane przede wszystkim w Krakowie — głównie z budynku w Ogrodzie Botanicznym UJ przy ul. Kopernika 27 (Collegium Śniadeckiego), a także z pałacyku Szyszko-Bohusza w Przegorzałach, gdzie przez kilka lat po II Wojnie Światowej były złożone instrum enty Obserwatorium Warszawskiego. Część obserwacji została wykonana z Kopca Kościuszki. Drugim obok Krakowa miejscem obserwacji był szczyt Lubomir w paśmie Łysiny na południe od Myślenic. Staraniem T. Banachiewicza w 1925 r. na Lubomirze została zorganizowana stacja obserwacyjna wyposażona w 13,5 cm refraktor Steinheila, 7,6 cm lunetę Utz- schneider-Fraunhofer, a później w 20 cm refraktor nazywany lunetą ekspedycyjną. W zamyśle T. Banachiewicza stacja miała stanowić zalążek projektowanego, ogólnopolskiego Narodowego Instytutu Astronomicznego. Stacja przetrwała do początku 1944 r., kiedy to została spalona przez okupantów hitlerowskich.
Obserwacje były prowadzone także w następujących miejscowościach: Poznań, Uherce, Oklejna, Przegaliny, Jarocin, Zbyszyce, Zakopane, Poronin, Lisko i Myślenice. Ponadto oceny blasku gwiazd zmiennych były wykonane podczas pobytu obserwatorów za granicą -— na wyspie Chios (Grecja), w miejscowości Makarska, w Dubrowniku, Hercegnovi i Belgradzie (Jugosławia), w obserwatorium Skalnate Pleso (Czechosłowacja).
246 U R A N I A 8/1980
Szczególną uwagę należy zwrócić na lata II Wojny Światowej. Mimo okupacji K raju przez hitlerowskie Niemcy w ośrodku krakowskim nie zaprzestano działalności obserwacyjnej. W tym trudnym dla naszego narodu okresie, kiedy okupant starał się zniszczyć wszystko co polskie, pracownicy Obserwatorium „wbrew i pomimo” dokonywali ocen blasku gwiazd zmiennych wierząc niezłomnie, iż nadejdzie czas, kiedy spostrzeżenia te zostaną wykorzystane dla pomnożenia dorobku astronomii polskiej.
W okresie okupacji wykonano łącznie 4785 ocen blasku gwiazd zmiennych. Obserwacje w latach wojny prowadzili: W. Tęcza, K. Kordylewski, J. Pagaczewski, K. Kozieł, S. Piotrowski, T. Banachiewicz i J. Witkowski. Karol Kozieł był później przez wiele lat (do 1977 r.) redaktorem Supplemento Annuario Cracoviense.
Po wyzwoleniu Krakowa działalność obserwacyjna staje się bardzo ożywiona i w roku 1949 wykonano aż 9739 ocen blasku, czyli najwięcej w porównaniu ze wszystkimi pozostałymi latami w okresie od 1920 r. do 1950 r. (jedynie w 1933 r. osiągnięto zbliżony wynik — 9215 spostrzeżeń), [3j.
Oczywiście po roku 1950 nadal były prowadzone wizualne obserwacje gwiazd zmiennych, już głównie zaćmieniowych, co wiąże się ze specjalizacją ośrodka krakowskiego w dziedzinie badań układów zaćmieniowych — przede wszystkim w zakresie wyznaczania momentów minimów i badań wykresów O — C. W Obserwatorium zostaje założona kartoteka momentów minimów gwiazd zmiennych zaćmieniowych, a postanowieniem Międzynarodowej Unii Astronomicznej z 1958 r. ośrodek krakowski staje się wiodący w tej dziedzinie badań układów zaćmieniowych.
Wizualne obserwacje w latach 1951—1980 prowadzili głównie: R. Szafraniec, A. Szczepanowska, K. Kordylewski, J. Kordylewska, a także — Maciej W i n i a r s k i , Jerzy M. K r e i- n e r, Piotr F 1 i n, Maria K u r p i ń s k a , Zbigniew K l i m e k . Wyniki obserwacji były publikowane w wydawanych w K rakowie przez K. Kordylewskiego Eclipsing Binaries Circulars, a także w Acta Astronomica i w Information Bulletin on Variable Stars, wydawanym w Budapeszcie.
Wykonane po 1950 r. obserwacje nie doczekały się analogicznego opracowania i ogłoszenia ich in extenso, jak to uczyniono z ocenami blasku z poprzedniego trzydziestolecia. W roku 1975 grupa astronomów krakowskich — Jerzy M. K r e i n e r, Henryk K. B r a n c e w i c z i T. Zbigniew
8/1980 U R A N I A 247
D w o r a k — postanowiła ostatecznie opracować obserwacje wizualne gwiazd zmiennych z lat 1920:—1950, zawarte w Krakowskich Obserwacjach Gwiazd Zmiennych, a także z okresu późniejszego (po 1950 r.) korzystając z archiwalnych zeszytów obserwacyjnych. Postanowiono ograniczyć się do opracowania obserwacji (wyznaczenia momentów minimów) tylko dla gwiazd zmiennych zaćmieniowych, w związku z czym o gwiazdach podejrzanych o zmienność i o gwiazdach fizycznie zmiennych została opublikowana oddzielna, krótka praca [4] podająca informację o liczbie ocen blasku i o okresie obserwacji tych gwiazd. Natomiast zasadnicza uwaga została zwrócona na wyznaczanie momentów minimów gwiazd zmiennych zaćmieniowych na podstawie opublikowanych z lat 1920—1950 ocen blasku, a także na podstawie wizualnych spostrzeżeń z lat późniejszych, zawartych w archiwalnych dziennikach obserwacyjnych ośrodka krakowskiego. Do chwili obecnej ukazały się dwie prace, w których zostały zestawione momenty minimów dla gwiazd zmiennych zaćmieniowych z części czwartej (gwiazdozbiory Scutum Sobiescianum - Vulpecula, [5]) i z części trzeciej (gwiazdozbiory Lyra - Sagitarius, [6]) Krakowskich Obserwacji Gwiazd Zmiennych. Łącznie w wymienionych pracach [5] i [6] zebrano, dla 137 gwiazd zmiennych zaćmieniowych, 673 momenty minimów publikowane wcześniej przez różnych autorów oraz 405 momentów minimów wyznaczonych po raz pierwszy przez autorów powyższych publikacji — J. M. K reinera i T. Z. Dworaka. Pozostałe dwa tomy Krakowskich Obserwacji Gwiazd Zmiennych (Andromeda- Crater i Cygnus-Libra) są w opracowaniu.
Oddzielnie zostały opublikowane wyniki wizualnych obserwacji gwiazd zmiennych zaćmieniowych wykonanych w latach 1964—1967 przez M. Winiarskiego, a opracowanych przez J. M. K reinera [7] — łącznie 28 momentów minimów dla 20 gwiazd.
N iestety , z pow odu tzw . reorganizacji O bserw atorium A stronom icznego U n iw ersytetu Jagiellońskiego (przeprow adzonej w 1976 r.) ów czesna dyrekcja O bserw atorium zarzuciła n iem al całkow icie program obserw acji gw iazd zm iennych, przez co została złam ana k ilkud ziesięcio letn ia tradycja O bserw atorium w dziedzin ie gw iazd zm iennych zaćm ieniow ych. Grupa zajm ująca się badaniem układów zaćm ieniow ych została rozw iązana. W trudnych dla ośrodka krakow skiego latach 1976— 1978 obserw acje gw iazd zm iennych zaćm ieniow ych prow adził — w obserw atorium „Fort S k ała” i w now ej stacji obserw acyjnej w B ieszczadach — n iem al w yłączn ie M. W iniarski. Nadal jest w ydaw any D odatek M ięd zyn a ro d o w y do Rocznika Astronom icznego O b serw a to r iu m K r a kow sk iego — od 1978 r. pod redakcją Konrada R u d n i c k i e g o . E fe-
248 U R A N I A 8/1980
merydy dla gwiazd zmiennych zaćmieniowych oblicza obecnie grupa młodych pracowników Obserwatorium, początkowo pod kierownictwem Zbigniewa Klimka, a po jego tragicznej śmierci w 1978 r. — pod kierownictwem Piotra Flina. Efemerydy dla gwiazd zmiennych zaćmieniowych wśród wybuchowych są sporządzane przez J. M. Kreinera, a dla gwiazd zmiennych typu RR Lyrae — przez W ładimira P. C e s e w i c z a i B. N. F i r m a n i u k a z Odessy, i J. M. K r e i n e r a .
Oprócz wyznaczania momentów minimów na podstawie wizualnych spostrzeżeń w Obserwatorium Krakowskim były również prowadzone prace nad określaniem elementów (głównie okresu) oraz nad otrzymywaniem średnich krzywych blasku dla niektórych gwiazd zmiennych zaćmieniowych. Najobszerniejsze prace w tej dziedzinie prowadziła R. Szafraniec publikując krzywe blasku dla blisko 100 gwiazd zmiennych zaćmieniowych [8]. Ponadto w Obserwatorium były prowadzone badania nad zmianą okresów dla układów zaćmieniowych. Zasadnicze prace na ten tem at ogłosili: R. Szafraniec [9], [10], A Szczepanowska [11], J. M. Kreiner [12], [13] i Z. Klimek [13].
W roku 1948 zostały podjęte w ośrodku krakowskim pierwsze fotoelektryczne obserwacje gwiazd zmiennych. Zostały one wykonane przez S. L. Piotrowskiego i Adama S t r z a ł k o w s k i e g o [14] przy użyciu fotometru fotoelektrycznego z fotopowielaczem 1P21 jako odbiornikiem promieniowania, zainstalowanym przy 20 cm refraktorze Grubba, znajdującym się podówczas w kopule Obserwatorium przy ul. Kopernika 27. Z pierwszych serii obserwacji otrzymano 24 fotoelektryczne momenty minimów dla 13 gwiazd zmiennych zaćmieniowych W następnych latach fotoelektryczne obserwacje gwiazd zmiennych były kontynuowane przez K. Kordylewskiego, R. Szafraniec i A. Szczepanowską, a także przez J. M. Kreinera, M. Krupińską i M. Winiarskiego. Jednak stale pogarszające się warunki obserwacji z budynku Coli. Śniadeckiego w Ogrodzie Botanicznym UJ przy ul. Kopernika 27 nie pozwalały na rozwinięcie metod fotoelektrycznych w badaniu zmian jasności gwiazd. Dało się to szczególnie odczuć w 1963 r. podczas obserwacji gwiazdy Nova Herculis 1963 = V533 Her. Dopiero otwarcie w 1964 r. stacji obserwacyjnej „Fort Skała” na Bielanach, na zachodnim skraju wielkiego Krakowa, umożliwiło podjęcie zakrojonych na szerszą skalę fotoelektrycznych obserwacji'gwiazd zmiennych. Początkowo obserwacje były prowadzone 20 cm refraktorem Grubba, przeniesionym w 1967 r. z Coli, Śniadeckiego do kopuły na „Forcie Skała”. Refraktor został wyposażony w fotometr fotoelektryczny z fotopowiela-
8/i980 U R A N I A 249
czem FEU-17 jako odbiornikiem promieniowania [15]. W ciągu minionych kilkunastu lat tym instrum entem wykonano wiele obserwacji (w systemie BV), gwiazd zmiennych, przede wszystkim układów zaćmieniowych. Fotoelektryczne obserwacje prowadzili głównie następujący astronomowie: M. W iniarski, J. M. Kreiner, T. Z. Dworak, M. Kurpińska, Z. Klimek, P. Flin.
W 1973 r. został uruchomiony w obserwatorium „Fort Skała” — dla celów obserwacji fotoelektrycznych w systemie UBV — 50 cm reflektor Cassegraina, dzięki czemu można było rozszerzyć program obserwacji gwiazd zmiennych.
Chociaż w porównaniu z wizualnymi ocenami blasku gwiazd zmiennych wyniki obserwacji fotoelektrycznych nie są tak imponujące (kilkaset gwiazd zmiennych obserwowanych wizualnie wobec kilkudziesięciu obserwowanych foto- elektrycznie), to należy jednak pamiętać, że w przypadku obserwacji fotoelektrycznych uzyskiwano nie tylko momenty minimów, ale również pełnowartościowe krzywe blasku w ogólnie przyjętym w praktyce astrofizycznej, standardowym systemie BV i UBV. Zostały także podjęte próby in terpretacji fizycznej obserwowanych efektów [16, 17, 18]. Ponadto w 1975 r. H. Brancewicz opracował algorytm i program wyznaczania momentów minimów z fotoelektrycznych obserwacji gwiazd zmiennych zaćmieniowych [19].
Niestety, rozwój astrofizyki obserwacyjnej w dziedzinie badań nad ciasnymi układami podwójnymi (zaćmieniowymi) został w ośrodku krakowskim gwałtownie zahamowany z powodu wspomnianej już tzw. reorganizacji i dopiero po 1978 r. nastąpiło ponowne podjęcie tej tematyki. Obecnie w obserwatorium „Fort Skała” obserwacje fotoelektryczne są prowadzone głównie 50 cm reflektorem. Fotometr został wyposażony przez zespół Władysław K u b i c a , Andrzej K u ł a k i M. W i- n i a r s k i w nowy system rejestracji pozwalający na wykonywanie pomiarów w krótkim czasie, co umożliwia wykrywanie szybkozmiennych procesów zachodzących w układach zaćmieniowych.
W niniejszym artykule z konieczności arbitralnie przedstawiono najważniejsze prace i publikacje ośrodka krakowskiego w zakresie badań gwiazd zmiennych. W ymienienie wszystkich prac, opublikowanych w minionym sześćdziesięcioleciu przez astronomów Obserwatorium Krakowskiego, badających gwiazdy zmienne, zajęłoby objętość całego zp- szytu Uranii!
Wypada mi jeszcze życzyć pracownikom Obserwatorium Krakowskiego dalszych sukcesów w badaniu gwiazd zmiennych.
250 U R A N I A 8/1980
Przypisy
[1] Szafraniec R.: Acta Astr., ser. c, 4, 81 (1948).[2] Szafraniec R., Acta Astr. Suppl., 3 (1959), 4 (1961), 5 (1962), 6
(1963).[3] Szafraniec R., Post. Astronomii, IV, 201 (1956).[4] Brancewicz H., Dworak T. Z., Kreiner J. M., 1BVS n r 1198
(1976).[5] Kreiner J. M., Acta Astr., 26, 342 (1976).[6] Dworak T. Z., Acta Astr., 27, 151 (1977).[7] Kreiner J. M., W iniarski M., JBVS n r . 1255 (1977).[8] Szafraniec R., Acta Astr., 10, 99 (1960), 20, 25 (1970), 21, 55 (1971),
22, 273 (1972), 24, 89 (1974), 26, 25 (1976).[9] Szafraniec R., Acta Astr., ser. b, 2, 86 (1953).[10] Szafraniec R., Acta Astr., 16, 177 (1966).[11] Szczepanowska A., Acta Astr., ser. b, 2, 134 (19(55).[12] Kreiner J. M., Acta Astr., 21, 365 (1971).[13] Klimek Z., Kreiner J. M., Acta Astr., 23, 331 (1973), 25, 29
(1975).[14] Piotrowski S. L., Strzałkowski A., Acta Astr., ser. c, 4, 129
(1951).[15] W iniarski M., Acta Astr., 21, 517 (1971).[16] Dworak T. Z., Acta Astr., 25, 103 (1975).[17] Dworak T. Z., Kurpińska M., Acta Astr., 25, 417 (1975). ri8] Kreiner J. M., IBVS n r 1122 (1976).[19] Brancewicz H., Kreiner J. M., 1BVS n r 1119 (1976). *
KRONIKA
Pluton — były księżyc Neptuna?
Licząca sobie już sporo lat hipoteza, że Pluton jest byłym satelitą Neptuna, oparta jest na dwóch zasadniczych faktach obserwacyjnych: osobliwościach cechujących neptunowe księżyce Trytona i Ńereidę, oraz znanym spłaszczeniu orbity Plutona, pozwalającym mu co pewien czas wchodzić w wewnętrzny obszar orbity sąsiedniego Neptuna. Analizę możliwości rozpadu hipotetycznego systemu księżyców Neptuna, spowodowanego bliskim przejściem ciała o masie od 0,3 do 3 mas ziemskich, przeprowadził niedawno R. S. H a r r i n g t o n ze współpracownikami. Za układ wyjściowy przyjęto regularny układ księżyców o znikomo małej masie i okresach obiegu wokół Neptuna równych 2, 4, 8 i 16 dób. Modelowanie prowadzono zmieniając w arunki przejścia per- turbującego ciała oraz jego masę. Okazało się, że jeśli jest ona m niejsza od masy Ziemi, wtedy prawdopodobieństwo rozpadu systemu księżyców Neptuna jest bardzo małe. Ciało o masie 3 mas ziemskich mogło wyrzucić jeden z księżyców na orbitę heliocentryczną z prawdopodobieństwem około 2%. Szanse wyrzucenia księżyca Neptuna na orbitę podobną do plutonowej oceniono na pół procenta. Osobno rozpatrzono przypadek równoczesnego, wywołanego tym samym przelotem masywnego ciała, wyrzucenia Plutona, odwrócenia rotacji Trytona i silnego spłaszczenia orbity Nereidy. Najbardziej problematyczną kwestią w całym scenaruiszu jest pojawienie się i dalszy los masywnego ciała, od-
8/1980 U R A N I A 251
pow iadającego, być może, za obecny k sz ta łt peryfery jnych p lanet U kładu Słonecznego.
Z akładając pełny synchronizm system u P lu ton—C haron (równość okresu ro tac ji każdego z tych ciał okresow i jego obiegu wokół w spólnego barycentrum ), przeanalizow ano niedaw no historyczną ew olucję układu. Z pracy w ynika m iędzy innym i, że P lu ton i C haron mogły pow stać w rezultacie rozpadu ciała, k tóre było w swoim czasie sa telitą N eptuna.
Wg Icarus, 1979, vol. 39, n r 1, Moon and Planets, 1979, vol. 20, n r 4.Z B I G N I E W P A P R O T N Y
Długość doby m arsjańsk ie j
W w yniku opracow ania około 800 obserw acji M arsa w ykonanych w okresie od 1656 do 1971 roku, podczas którego p laneta w ykonała około 112 tysięcy obrotów , astronom am erykańsk i G. d e V a u c o u l e u r s stw ierdził, że okres ro tacji globu m arsjańskiego jest dłuższy o 0,007 sekundy od dotychczas przyjm ow anej w artości i w ynosi 24h37m22?662 ± ± 0?002. Ten nowy rezu lta t uzyskany z naziem nych obserw acji szczegółów pow ierzchni M arsa jest zgodny z danym i otrzym anym i dzięki r a diowem u śledzeniu sond kosmicznych Viking, k tóre od 1975 roku zna jdu ją się na M arsie. Znajom ość długości doby m arsjańsk iej z ta k ą dokładnością um ożliw ia już podjęcie poszukiw ań ew entualnych n ieregu lar- ności ruchu obrotowego M arsa analogicznych do obserw ow anych w przypadku Ziemi.
Wg S k y and Telescope, 1979, Vol. 58, No. 6,K . Z I O Ł K O W S K l
Albireo — układ podwójny
A lbireo (beta Cygni), znana jest w szystkirń m iłośnikom astronom ii jako bardzo spek taku larny układ dwóch różniących się barw ą gwiazd o ja sności 3 i 5 mgt, położonych w odległości 34" od siebie, co czyni z niej obiekt dostępny najm niejszym naw et instrum entom . Jaśniejszy sk ład n ik pary, w ykazujący w idm o złożone (K5 + B), od daw na był podejrzany o podwójność. Dopiero niedaw no jednak obserw ow ano bezpośrednio trzecią gwiazdę układu, korzystając z 4-m etrowego teleskopu obserw atorium K itt P eak oraz sprzężonego z nim in te rfe rom etru p lam kowego. Pom iary w ykonene przez H. A. M cAlistera, tw órcę tej m etody in terferom etrycznej, dały na ką t pozycyjny i odległość nowego sk ład n ika odpowiednio 18691 i 0'-'435. We w rześniu 1979 roku Ch. E. W orley obserw ując za pomocą 66-cm re frak to ra O bserw atorium M orskiego USA potw ierdził istn ienie trzciej gwiazdy, oceniając różnicę jasności na 1,5 m gt a odległość kątow ą między składnikam i na 0'-'40. Chociaż podw ójność jaśniejszego sk ładnika A lbireo tru d n a byłaby do w ykrycia za pomocą instrum entów am atorskich , in teresu jące jest dlaczego nie donieśli o niej zawodowi obserw atorzy gwiazd podwójnych, tacy jak na przykład S. W. B urnham lub R. G. A itken. Być może nowy system gwiezdny dopiero od niedaw na sta ł się rozdzielony dla obserw atorów ziem skich w skutek ruchu orbitalnego sk ładających się nań gwiazd.
S k y and Telescope, 59, 3, 210 (1980).Z. P A P R O T N Y
252 U R A N I A 8/1980
W sprawie spornego krateru meteorytowego W ipfelsfurt w dolinie Dunaju
J. C lassen z O bserw atorium P ulsn itz (NRD) om awia w yniki badań w okolicy pom eteorytow ej niecki przy brzegu D unaiu w Baw arii. B adania rozpoczęte w 1971 r. w ykazały s tru k tu rę typowo kraterow ą, pob rane zaś próbki z ziemi w ykazały zaw artość żelaza i n ik lu . W edług au to ra k ra te r pow stał przed 14,8 m ilionam i la t i należy do łańcucha k ra te rów rozciągającego się na przestrzeni tw orzącej elipsę o w ielkiej osi powyżej 650 km od Budejow ic w Czechosłowacji po Jezioro Bodeńskie. Należy on do te j sam ej grupy co k ra te r N ordlingen (por. U ran ia 1976, 9, 273), a w ięc do wielkiego pola k ra te rów m eteorytow ych w sam ym środku Europy.
Wg Verdf f . der S ternw arte P ulsnitz, 1979, 15.L U D W I K Z A J D L E R
OBSERWACJE
Itaport I I I 1980 o radiowym promieniowaniu Słońca
Średnie strum ien ie m iesiąca: 4,1 (127 MHz, 31 dni obserw acji) i 165,7 su (2800 MHz, 30 dni). Ś rednia m iesięczna w skaźników zm ienności: 0,13.
Na częstotliwości 127 MHz zarejestrow ano 20 zjaw isk niezw ykłych (w tym tylko 4 burze szumowe). W arto zwrócić uw agę n a w ybuch typu 7C obserw ow any 29 III o w artości gęstości strum ien ia prom ieniow ania 2300 su w m aksim um (o godz. 0918,4 UT) o raz n a w ybuchy typu 47GB w dniach: 19 III o godz. 1440,2 UT (630 su), 27 III o godz. 1008,6 UT (750 su), 28 III o godz, 0958,9 UT (740 su) i 29 III o godz. 0956,2 UT (570 su). S trum ienie pozostałych zjaw isk na ogół nie przekraczały 200 su.
W paśm ie 2800 MHz żadnych zjaw isk niezw ykłych n ie obserw owano.
Toruń, dnia 9 kw ietn ia 1980 r.
G R A Ż Y N A G A W R O Ń S K A , H E N R Y K W E Ł N O W S K l
8/1980 U R A N I A 253
K om unikat C entralnej Sekcji O bserw atorów Słońca nr 3/80
A ktyw ność p lam o tw ó rcza S łońca w y so k a i n a ogół n a poziom ie u b ieg łe go m iesiąca . Ś red n ia m iesięczna w zg lęd n a liczba p lam o w a (m o n th m e a n W o l f N u m b er ) za m iesiąc
M arzec 1980 r.......................... U = 135,4
W ciągu m arc a n a w idocznej ta rc z y S łońca zaobserw ow ano u k a z a n ie się 49 now ych g ru p p lam słonecznych . B yły to g ru p y w w iększości m ałe , za ledw ie k ilk a ś red n ie j w ie lkości. D użych g ru p n ie odno tow ano .
W po łow ie m arc a w y s tą p ił znaczny sp ad ek ak tyw nośc i. L iczby p la - m ow e obniży ły się do w a rto śc i w d n iu 16 m arc a R = 34, a n a s tę p n ie stopn iow o w zra s ta ły , o s iąg a jąc w końcu m iesiąca w a rto śc i p rz e k ra c z a jące R £= 200.
S zacu n k o w a śred n ia m iesięczna pow ie rzch n ia p la m (m o n th m e a n A rea o f Sunspots) za m iesiąc
m arzec 1980 r ..........................S = 731 • 10-° p.p.s.,
b y ła w ięc o około 40% n iższa od ś red n ie j za o s ta tn ie trz y m iesiące. W sk aźn ik zm ienności p lam o w ej (Solar V a r ia b i l i ty In d ex ) do m iesiąca w rześn ia 1979 r.: Z = 9,3. Ś re d n ia m iesięczna k o n sek u ty w n a liczba p la m ow a z 13 m iesięcy za w rzes ień 1979 r. w y n io sła R = 150,6.
D ziennie liczby p lam o w e (Daily W o l f N u m b ers ) za II I 1980 r.: 157, 17, 14, 129, 150, 159, 129, — , 10, — , 80, 7, 79, 34, 2, 71, 105, 105, 114, 147, 18, 185, 203, 201, 238, 215, 184;, 214, 210.
W ykorzystano : 19 o b se rw ac ji 20 o b se rw a to ró w w 29 dn iach o b se rw acy jn y ch . O b se rw a to rzy : S. B itn e r, J. B ry lsk i, U. B endel, A. L aza r, D. L is, P. M ichata , R. M ig lus, A. O w czarek , A. -Pilski, F . RiAmmler, Z. R zepka, M. S iem ien iako , Z. S kórzew sk i, B. Szew czyk, M. Szulc, Ł. S zym ańska , W. S zym ańsk i, P . U rb ań sk i, W. Z błow ski, M. Z ió łkow ski.
D ąb ro w a G órn icza , d n ia 8 k w ie tn ia 1980 r.W A C Ł A W S Z Y M A Ń S K I
COSPAR w ola o zachow anie ciągłości obserw acji plam słonecznych
W ro k u 1978 zaczęto m ów ić, że M. W ald m eie r p rz e s ta n ie za jm ow ać się o b se rw ac jam i p lam słonecznych w Z u ry ch u i że zakończy się szw a jc a rsk a służba S łońca. W zw iązku z ty m i pog łoskam i p le n a rn e zeb ran ie o rg an izac ji C O SPA R (C om m itee of S pace R esea rch ) w m a ju 1978 r . p rzy ję ło n a s tę p u ją c ą u chw ałę :
„B io rąc pod uw agę, że is tn ie ją p ro je k ty p rz e rw a n ia c iąg łych obse rw a c ji z k tó ry ch w yznacza się zu ry ch sk ie liczby p lam ow e, zaleca się ja k n a ju s iln ie j odpow iedn im na ro d o w y m o rg an izac jo m k o n ty n u o w an ie ty c h d ługook resow ych ob se rw ac ji, k tó re są is to tn e i n ie do za s tąp ien ia , d la p o lep szen ia naszego z ro z u m ien ia -p o w iązań S łońce— Z iem ia oraz za leca się IA U (M iędzynarodow ej U nii A stronom iczne j), IU G G (M iędzyn a ro d o w ej U n ii G eodezy jnej i G eofizycznej), U R S I (M iędzynarodow ej U n ii R ad iow ej) o ra z in n y m o rg an izac jo m za in te re so w an y m pom oc w k o n ty n u a c ji ty ch po d staw o w y ch o b se rw a c ji”.
J a k w idać , w ie le m ięd zy n aro d o w y ch o rg an izac ji nau k o w y ch in te re su je się p ra c a m i o b se rw a to riu m w Z u ry ch u , a to d la tego , że p ro w a d zo n e są ta m one od ro k u 1845, że zliczen ia p lam słonecznych w y k o n y w an e są za pom ocą te j sam ej lu n e ty , p rzez k tó rą p o n ad sto la t tem u p ro w ad z ił tego ro d z a ju o b se rw ac je R u d o lf W olf. J e s t to rz a d k i p rzy -
254 U R A N I A 8/1980
padek tak w ieloletnich jednorodnych obserw acji, uznanych dziś za n iezm iernie w artościow y m ateria ł zarów no dla fizyki Słońca, jak i dla pow iązań aktyw ności słonecznej ze zjaw iskam i na Ziemi, Księżycu, p la netach i w przestrzeni m iędzyplanetarnej. W odpowiedzi na apel COSPAR znalazły się widocznie i fundusze i człowiek, gdyż zurychska służba Słońca nie została p rzerw ana, tyle tylko że nie prow adzi jej już M. W aldm eier, k tóry zajm ow ał się tym od roku 1945, ale d r A. Ze- lenka.
W ciągu ostatn ich paru la t także i w Polsce u jaw niły się tendencje do w yznaczania liczb plam owych niezależnych od Zurychu. S praw a ta w ym agałaby w nikliw ego rozpatrzenia, gdyż nacjonalistyczne pom ysły (niestety — lęgną się one i w astronom ii) mogą przynieść tylko szkodę. Co byśm y na przykład powiedzieli, gdyby w różnych k rajach w yznaczano niezależnie pozycje kom et, bez naw iązyw ania do m iędzynarodow ego system u gwiazd odniesienia?
J A N M E R G E N T A L E R
KALENDARZYK ASTRONOMICZNY
O pracow ał G. S ita rsk i W rzesień 1980 r.
Słońce
W swym rocznym ruchu po ekliptyce 22 w rześnia przekracza rów nik niebieski w punkcie równonocy jesiennej, w stępu jąc w znak Wagi, a dni sta ją się ciągle coraz krótsze. W W arszawie 1 w rześnia Słońce wschodzi o 4!H7mj zachodzi o 18'124m, a 30 w rześnia wschodzi o 5h35m, zachodzi o 17h16ra.
D ane dla obserw atorów Słońca (na 13h czasu środk.-europ.)
D ata1980 P B0 L D ata
1980 P B0 L 0
IX 1 + 2 1 ?26 + 7 920 316 ’69 IX 17 + 2 4 952 + 7?15 105 342o + 21 .75 + 7.22 290 28 19 + 24.82 + 7 .1 1 79 025 + 22.22 + 7 .2 4 263 86 21 + 25 .10 + 7 .0 6 52 627 + 22 .66 + 7.25 237 45 23 + 25 .34 + 7.00 26 229 + 23.08 + 7.25 211 04 25 + 25.56 + 6 .9 3 359 82
11 + 23 .48 + 7 .2 4 184 63 27 + 25.75 + 6 .8 5 333 4313 + 23.85 + 7.22 158 22 29 + 25.92 + 6 .7 6 307 0415 + 24.20 + 7 .1 9 131 82 X 1 + 26.06 + 6.68 280 .64
P — kąt odchylen ia osi obrotu Słońca m ierzony od północnego w ierzchołka tarczy; La, Bo — heliograficzna szerokość i d ługość środka tarczy.25dl2h46m — hełiograficzna d ługość środka tarczy w ynosi 0°.
KsiężycICiem ne, bezksiężycowe noce będziem y m ieli w pierw szej połowie m iesiąca, bowiem kolejność faz Księżyca jest w e w rześniu następująca: osta tn ia kw adra l d19h, nów 9dl l h, p ierw sza kw adra 17d15h i pełnia 24d13h.
\
.8/1980 U R A N I A 255
N a jd a le j od Z iem i K siężyc zna jdz ie s ię 12 w rześn ia , a n a jb liż e j Z iem i 25 w rześn ia . W e w rześn iu ta rc z a K siężyca za k ry je W enus, R egu lusa i d w u k ro tn ie A ldebaran ia; ty lk o jed n o zak ry c ie A ld e b a ra n a (29 w rześn ia ) w idoczne będzie w E urop ie .
P la n e ty i p lan e to id y
W e w rześn iu ty lk o W e n u s w idoczna je s t jako G w iazd a W ieczorna — 3.8 w ie lkości. P o zo sta łe p la n e ty p rz e b y w a ją n a n ieb ie zb y t b lisko S łońca i są n iew idoczne. N a to m ia s t p rzez lu n e ty m ożem y odnaleźć p la - n e to id ę P a l l a s w idoczną w d ru g ie j po łow ie nocy w gw iazdozbiorze W ie lo ry b a jak o g w iazdkę około 8.5 w ie lkości p rzem ieszcza jącą się z n o cy n a noc n a tle in n y ch gw iazd. D la ła tw ie jszego o d szu k an ia p la n e tk i n a n ieb ie p o d a jem y je j w sp ó łrzęd n e ró w n ik o w e d la k ilk u d a t: w rz e sień ld re k t. 2h39rP0, dek i. —6°25'; l l d re k t. 2h41ip2, dek i. — 9°2'; 21d re k t . 2 h4 0 rP9 , d ek i. — 11°56'; p aźd z ie rn ik l d re k t. 2h38Ti2, dek i. — 14°59'.
* **
ld ig h B lisk ie z łączen ie K siężyca z A ld eb aran em , g w iazdą p ie rw sze j w ielkości w gw iazdozb io rze B yka. Z ak ry c ie gw iazdy p rzez ta rczę K się życa w idoczne 'będzie w e w sch o d n ie j A zji, n a pó łnocnym P acy fik u i w A m eryce P ó łnocnej.
2 d i 2h W enus w z łączen iu z P o llu k sem (w odl. 9°), je d n ą z dw óch ja sn y ch gw iazd w gw iazdozbiorze B liźn ią t.
5<Jllh B lisk ie z łączen ie W enus z K siężycem . Z ak ry c ie p la n e ty p rzez ta rczę K siężyca w idoczne będzie w A m ery ce Ś ro d k o w ej i w pó łnocnej części A m ery k i P o łu d n io w e j, n a pó łnocnym A tla n ty k u o raz w pó łnocn e j i ś rodkow ej A fryce.
7d24h K siężyc w b lisk im z łączen iu z R egu lu sem , gw iazdą p ierw szej- w ie lkości w gw iazdozb io rze L w a. Z ak ry c ie gw iazdy przez ta rczę K się życa w idoczne będzie w e w schodn ie j A zji i n a pó łnocnym P acy fiku .
9d 14h M erk u ry w z łączen iu z S a tu rn e m w odległości 1?4.13d O l l h z łączen ie Jo w isza ze S łońcem . O 1 9h M ars w z łączen iu
z K siężycem w odl. 6°.14d O 2 Ih U ra n w z łączen iu z K siężycem w odl. 5°. O 22h p la n e -
to id a P a lla s n ie ru ch o m a w re k ta sc e n s ji, zm ien ia k ie ru n e k sw ego p o zornego ru c h u w śró d gw iazd.
17d5łi .N eptun w z łączen iu z K siężycem w odl. 3°.22d22h9m S łońce w stę p u je w z n ak W agi, jego d ługość ek lip ty czn a
w ynosi 180°. M am y począ tek je s ie n i a stro n o m iczn e j.23d3'h Z łączen ie S a tu rn a ze S łońcem .25d3h M erk u ry w z łączen iu ze S p ik ą (K łosem P anny ), gw iazdą
p ie rw sze j w ie lkości w gw iazdozb io rze P an n y .29d2h Po ra z d ru g i w ty m m iesiącu b lisk ie z łączen ie K siężyca z A l
d e b a ran em . T ym razem zak ry c ie gw iazdy p rzez ta rc z ę K siężyca w idoczne będzie n a pó łnocnym A tla n ty k u , w pó łnocno -zachodn ie j A fryce, w E u rop ie , o raz w pó łnocnej i śro d k o w ej A zji. __
M om enty w szystk ich z jaw isk p o d an e są w czasie środ k o w o -eu ro - pe jsk im .
256 / U R A N I A 8/1980
C O N T E N T S
M. H e l l e r — Evolution of the Cosmos and cosmology.
T. K w a s t - — Stars of MeditJi (2).K. M. B o r k o w s k i — Astrono
mical aspects of extinction of dinosaurus.
T. Z. D w o r a k — 60 years of Cracow observations of variable stars.
C h r o n i c l e : Pluto — ex-satellite of Neptun? — Duration of the M artian Day — On the m atter of the questionable meteorite crater W ipfelsfurt in the Danube Valley.
O b s e r v a t i o n s : COSPAR calls to keep observations of Sunspots.
A s t r o n o m i c a l c a l e n d a r .
C O f l E P X A H H E
M . X e ji ji e p — 3BOjiK3u.ua K o c m o -Ca H KOĆMOJIOriiH.
T. K o a c T — 3Be3Afai M e/uiiH (2).K . M . B o p K O B C K H — AcTpOHO-
M H'iecK ne acneK T bi B biM iipam iH a ii- H03aBp0B.
T. 3 . JX b o p a k — 60 JieT KpaKOB- c k h x naójiiOAeHHH nepeMeiiHbix 3Be3A.
X p o h h k a : FLnyTOH — 6biBiHHii cnyTHHK H eirryna? — HoBbie H3- MepeHHH AiiaM eTpa IIjiyTOHa — IlpOAOJIJKHTeJIbHOCTb MaCH3HCKHX cyTOK —. Flo noBoay cnopTnoro MeTeopHTHoro KpaTepa Biin(|)ejib- ccjjypT b flOJiHHe JXynaa.
H a Ó J i H D f l e H H H : COSPAR n p iw b i- BaeT coxpaniiTb nenpepbiBnocTb na- 6jiiOAeHiiH cojiHeMHbix nflTeH.
A c T p O H O M H ^ e C K H H K a J i e H - A a p b.
OGŁOSZENIE
Z.G. PTMA rozprowadza wśród członków Towarzystwa atlas nieba w jęz. niemieckim S. Marx, U. Pfau „Sternatlas” (1975). Cena 1 egz. wynosi zł 160.— plus zł 15.— koszty przesyłki. W płaty wyłącznie na konto PKO Ńr 35510-16391-132. Zamówienia będą realizowane w kolejności wpłat.
Z.G. PTMA
R e d a k c ja i A d m in is tra c ja : P o lsk ie T o w arz y stw o M iłośn ików A stro n o m ii, Z a rzą d GL, 31-027 K rak ó w , So lsk iego 30/8, te l. 238-92; N r k - ta PK O I OM 35510-16391-132. Iled . nacz .: Ii. Z a jd le r , 02-590 W arszaw a, u l. D ru ży n o w a 3, te l. 44 49 35. S e k r. red .: K. Z io łkow sk i. R ed. te c h .: Z. K o rczy ń sk a . P rzew o d n . R ady R e d a k c y jn e j: S. P io tro w sk i. W a ru n k i p re n u m e ra ty : ro czn a zł 96,— d la cz łonków PTM A (25% zniżki) — zł 72,— (bez sk ła d k i cz łonk o w sk ie j), c en a 1 egz. — zł 8,—. Z głoszenia w R e d ak c ji, ad re s j.w .
W ydaw ca: Z a k ła d N aro d o w y im . O sso liń sk ich — W y d aw n ic tw o PA N , W rocław . O ddział w K rak o w ie . 1980. N a k ła d 3300 egz. O b ję to ść a rk . w yd . 3, a rk . d ru k .
2,25. Pajp. d ru k . sa t. k l. V, 65 g, 61 X 86.In d e k s 38001
D rukarnia Związkowa w Krakowie — 2833/80 — H-16 — 3300 — B