Történet

Már a prehisztorikus idõkben felismerték azt, hogy az égi objektumok a földi rögzített nézõpontunkhoz viszonyítva mozognak. Az õsi kultúrák is használták a horizont, zenit, nadír, az égtájak fogalmát. Az univerzum, mint tér- és idõbeli tájékozódási eszköz szerepet kapott a Föld minden kulúrájának fejlõdésében, erre utalnak a csillagászati és naptári fogalmakkal magyarázott földi objektumok (Stonehenge, egyiptomi piramisok, Nazca-vonalak, stb.)

A csillagászati megfigyelések során négyféle "égi mozgást" figyeltek meg:

• A Tejúton a különféle csillagképek "vándorlása" az égbolton a naptári év során
• A Nap "mozgása" Keletrõl Nyugat felé
• A Hold mozgása a Föld körül
• Bolygók mozgása

  Ezek a megfigyelések kétféle következtetés levonására vezettek:

• A Föld áll és a többi égitest körülötte forog
• A Föld is mozog, s a többi égitest áll, vagy szintén mozog.

Görög gondolkodók
Az elsõ világképalkotók Platon (i. e. 437 - 347) és Aristoteles (i. e. 384 - 322), akik az akkori eszközök és lehetõségek között hatalmas logikai teljesítménnyel vázolták fel az általuk ismert világ méreteit, feltételezhetõ határait, anyagát, változás- és mozgásformáit.

Geocentrikus világkép
Ptolemaiosz (120-160) formálja rendszerbe a geocentrikus világképet, középpontjában a Földdel, a Föld körüli szférákon a csillagok és bolygók pályáit bonyolult bolygókerékszerû kapcsolatokkal.

Heliocentrikus világkép- mozgó világ
A geocentrikus világképet a lengyel Kopernikusz (1473-1543) fordította ki a sarkából, a világkép középpontjába a Napot helyezve.
A német Kepler (1571-1630) és az olasz Galilei (1564-1642) dolgozzák ki a heliocentrikus világkép addig megismert részleteibõl alkotható modelljét, bolygók és holdjaik mozgásának szabályszerûségei alapján. Ebben az idõszakban ismerik fel a fény sebességét, a Jupiter holdak keringésének megfigyelésébõl levont következtetések alapján.

Táguló világ, pulzáló világegyetem
A 20. század elsõ évtizedei kiterjesztették ismereteink határait az igen nagy távolságok és az igen kis méretek világa felé. A nagy távolságok felismeréséhez a csillagászat új eszközei, a kis méretek világába az atomi világ vizsgálata és a kvantumfizika vezetett.
Az új ismeretek ötvözésével a világképben gyökeres változást Einstein (1879-1955) munkája jelentette, aki kimutatta, hogy világrendszerünkben egyedül a fény sebessége állandó és független a koordinátarendszerektõl, minden egyéb, sebesség, távolság és idõ változó a megfigyelés helyétõl és idejétõl függõen. Kimutatta azt is, hogy a statikus, változatlan világ csak valószínûtlen határeset, a világegyetemnek dinamikusnak, tágulónak vagy zsugorodónak kell lennie. Fridman orosz tudós támasztotta alá számításokkal, Hubble amerikai csillagász pedig megfigyelésekkel az Univerzum tágulását.

Vörös eltolódás, a tágulás bizonyítéka

Hubble amerikai csillagász az 1920-as években ismerte fel azt a jelenséget, hogy a galaxisoktól érkezõ fényt spektrális összetevõkre bontva a jellegzetes színek a hosszabb hullámhosszak, a vörös irányába eltolódnak. Az eltolódást a Doppler effektus alapján magyarázva, és Einstein relativitás elméletének tételeit alkalmazva ez arra nyújt bizonyítékot, hogy az Univerzum objektumai a tõlünk mérhetõ távolságuk függvényében növekvõ sebességgel távolodnak tõlünk - táguló világegyetemben élünk.

A tágulásnak a gravitáció miatt lassulnia kell a világegyetem anyagának tömegvonzása miatt. Ha a sûrüség kellõen kicsi, a lassulás gyenge, s a tágulás olyan mértékû lenne, hogy az anyag sohasem tudna égitesteket alkotni. Ha az anyag sûrüsége nagyobb, a világegyetem a gravitáció hatására összeomlana. A mai megfigyelések alapján a világegyetemünk az örökké táguló és az összeomló világegyetem modellek közötti igen szük egyensúlyi ösvényt követi. Jelenlegi állapotában a világegyetem átlagsûrûsége 2 x 10^-29 g/cm^3. Ez földi viszonyok között elõállíthatatlanul tökéletes vákumnak felel meg.

Az Univerzum kora és mérete
A táguló világegyetem alapján következtethetünk a kezdeti pontra. Az 1980-as évektõl ismert Hawking munkája, aki a táguló világképbõl visszafelé indulva alkotta meg a Kezdeti Pillanat, Õsrobbanás, a Big Bang modelljét.

Ha az univerzum tágul, s tágulási sebessége idõben a távolsággal fokozatosan nõ, akkor bizonyosan volt a folyamatnak egy kiindulópontja a téridõben. Ez a pont, szingularitás, a Big Bang, azaz a kezdetek kezdete. A világegyetem történetét ábrázolja sematikusan a következõ ábra:

A Világegyetem korát a jelenlegi csillagászati ismeretek alapján 16 milliárd évre tehetjük. A diagramon is feltüntetett 1 mp idõpontban a mai univerzum anyaga egy 3 cm-es átmérõjû gömböt töltött ki, s hõmérséklete 10 milliárd K volt. A mai fizikai és matematikai eszközökkel a folyamat a Big Bang-et követõ T=10^-43 sec-ig (Planck idõ) visszavezethetõ. A Planck idõ az ún. kauzális horizont, melynél korábbi történetrõl jelet nem kaphatunk. A kiinduló téridõ (amely dimenzió nélküli ún. szingularitás) megismerése ilyen elvi korlátokba ütközik, így ez a megismerésnek méretbeli és idõbeli határait jelenti.

Az Univerzum ma ismert átmérõje mintegy 16 milliárd fényév. Ez az a távolság, amelyet mai eszközeinkkel képesek vagyunk átfogni.

Az Univerzum szerkezete
Az anyag a Világegyetem rendszerén belül az egyetemesen érvényesülõ gravitációnak engedelmeskedve rendezõdik.
A ma ismert legnagyobb egységek a lokális csoportok, amelyek galaxishalmazokat fognak össze. Ez alatti csoportok a galaxishalmazok. Ezek mindegyikéhez nagyszámú galaxis tartozik. Ilyen galaxis a Tejút, amelyhez bolygórendszerünk kapcsolódik. A galaxisokat csillagok építik fel, egy-egy galaxisban milliárdot meghaladó számú csillag van.

A galaxisunkat (mely kívülrõl nézve valószínûleg a többi galaxishoz hasonlóan spirál), csak vékony metszetben, élbõl láthatjuk, ezért kapta az égbolton megjelenõ, csillagokban gazdag vékony sáv a Tejút nevet. A galaxisok centruma egyben gravitációs súlypontuk is. A galaxis magban uralkodó roppant mértékû gravitáció miatt a galaxis magjában valószínûleg fekete lyuk alakul ki. Egy ilyen fekete lyuk képét láthatod a Hubble teleszkóp képe alapján:

Fekete lyuk egy szomszédos galaxis középpontjában. A lyuk középpontjában látszó felvillanás az elnyelõdõ anyag utolsó üzenete

A csillagok nagy tömegû, hidrogént, illetve héliumot tartalmazó égitestek, amelyek a hidrogén fúziója, héliummá alakulása révén hatalmas tömegû energiát bocsátanak ki magukból, legnagyobbrészt sugárzás formájában. A Nap a Tejút galaxis egyik közepes méretû, és élettartamának 2/3-át már megélt csillaga, mely a lassan körbeforgó spirális karok egyikén helyezkedik el.

Az anyag jelentõs része az ûrben nem égitestek, hanem csillagközi por alakjában jelentkezik. Ez a csillagközi por az akkréciós égitest keletkezési modellben az égitestek alapanyagáúl szolgál. A Hubble ûrteleszkóp felvétele alapján a Hattyú-köd képe látható:

A Swan Nebula köd 3 millió fényév magasságú anyagfelhõje. A Hubble ûrteleszkóp felvétele

A Naprendszer

A Naprendszer 9 bolygót és több kisebb ûrobjektumot (többek között üstököst) magába foglaló egység, amely a Nap, egy közepes csillag gravitációs terében alakult ki. A Naprendszer átmérõje mintegy 10 fény-óra, azaz a fény a Plutó pályájának átmérõjét 10 óra alatt futja be (A fenti képen látható képzõdménynek a Naprendszer tehát mintegy négy milliárdod - 4.5 x 10^-9 része).

A Nap
Átmérõje 1,4 millió km, tömege a Föld tömegének 333.430-szorosa. Sûrüsége 1,42 g/cm^-3. A nehézségi gyorsulás értéke a Nap felszínén a Földének 28-szorosa.

A napfoltokat 1611-ben fedezték fel.A nagyobbak átmérõje 85000 km fölötti. Élettartamuk néhány naptól több hónapig tarthat. Elhelyezkedésük a Nap egyenlítõjéhez kötött. A napfolt tevékenység ciklikus, ciklusideje 11 év. A napfolt tevékenység, a földi mágnesség, a légkör ionizációja egymáshoz kapcsolódó jelenségek.
A Nap külsõ világító atmoszférája a korona - hõmérséklete 1 millió K körüli. Napszél formájában kiterjed az egész Naprendszerre. A korona alatti zónában alakulnak ki a protuberanciák, többmillió km-es gázívekkel. A következõ réteg a kromoszféra. A fotoszféra - 6200^oC - a nap látható felszínét alkotja. A felszínrõl napkitörések indulnak ki, amelyeket mágneses viharok provokálnak. Ezek a földi távközlésben is zavarokat okozhatnak.

A nap szerkezete és felszíne részleges és teljes napfogyatkozáskor vizsgálható a legkedvezõbb módon. A hold és napfogyatkozás létrejöttét elõidézõ együttállást mutatja be az alábbi ábra:

Adatok a bolygó-szomszédokról

A Föld az ún. belsõ bolygók (Merkur, Vénusz, Föld, Mars) egyike. A bolygók közül földi eszköz eddig a Marsra és a Vénuszra szállt le sikeresen. A Vénuszt a 20 szovjet Venyera (1980-1985) ûrszonda mellett az amerikai Magellan (1989) és a Pioneer Venus Orbiter (1978) ûreszközök látogatták meg és térképezték fel.

Vénusz
A bolygó mérete közel azonos a Földdel, tengely körüli forgása azonban sokkal lassúbb, egy Venusz-nap 283 Föld-nap hosszúságú. Bár a felszín 80 %-át vulkáni szerkezetek foglalják el, a maradék 20 %-ot meteoritkráterek; aktív vulkánt eddig nem fedeztek fel, s az atmoszférában sem detektáltak vulkáni mûködési termékeket. A Naprendszer egyik legmagasabb hegye, a Maxwell Magaslat (13000 m) itt található. A bolygó felszínén a kéreglemez-mozgások nyoma, riftesedés, törésrendszerek láthatók. A bolygó felszínén erózió nincs. Nagy impakt meteoritkráterek (max. 300 km átmérõvel) figyelhetõk meg.

Mars
Atmoszférájának sûrüsége a Föld atmoszférájának 1 %-a. Légköre 95 % széndioxidból és 5 % nitrogénbõl áll. Felszíni hõmérséklete 65 és -130 F között változik. Felszínét a Mariner (1973) és Viking ûrszondák (1977) térképezték elõször. Vulkáni vonulatok, folyóvíz hálózat, meteor kráterek jelenlétét ismerjük. A felszíni objektumok méretei a Földön ismertnél jelentõsebbek. Az Olympus Mons 24000 m magasságú hegy, a Naprendszer legnagyobb vulkáni szerkezete. A Valles Marineris kanyonszerû, 6000 m mély és 230 km szélességû völgyrendszer. A legújabb Mars-szonda igazolta, hogy a sarkokon talált jég vízbõl van, így valószínû, hogy a Marsnak korábban jelentõs mennyiségû vízzel borított felszíne lehetett. A marskéreg 15-130 km vastagságú, alatta 2300-4100 m vastag köpeny jellegû képzõdmény valószínûsíthetõ. A bolygó magját 1200-1900 km átmérõjû zóna alkotja.

A Mars felszínérõl közölt képek sivatagi tájat mutatnak, erõs felszínformáló erõk, mállás, üledékképzõdés nyomaival.

A bolygók és a Hold fõbb tömeg- és pályaadatait az alábbi táblázat foglalja össze:

A Naprendszerrõl eddig a legteljesebb információt két ûrszonda, a Voyager-1 és Voyager-2 szolgáltatta. A szondák a 70-es évek során indultak el a Földrõl, és a Naprendszerben kifelé haladva az összes bolygót felkeresték, majd elhagyták a Naprendszert. A Voyager-2 útja a Plutó pályájával való találkozásig 10 évig tartott. Az ûreszközök útját az alábbi diagramon láthatod. Az észlelt információk a 80-as évek elejétõl számos közleményben jelentek meg.

A bolygók gravitációs terében számos hold kering. A Voyager szondák ezekrõl a Holdakról is részletes információkkal szolgáltak. Számunkra a legfontosabb, és egyúttal az ember által meglátogatott egyetlen szomszédos égitest a Hold, amelyekrõl néhány információt az alábbiakban foglaltunk össze:

Hold

Az Apollo-14 leszálló modulja a Holdon.

A Hold a Föld bolygója. Valószínûleg a Földtõl független ûrobjektum volt, amelyet a Föld gravitációs tere befogott, mintegy 3 milliárd évvel ezelõtt.
Átmérõje 3476 km, felülete 38 millió km², Földtõl mért közepes távolsága 384 000 km, mintegy 60 földsugár. Tömege a Földének 1/84-ed része, átlagos sûrüsége 3,34 g/cm³. A nehézségi erõ a földinek kb 1/6-a.
A Föld-Hold rendszer tömegközéppontja a Föld belsejében van.
Légköre rendkívül ritka, felszíni hõmérséklete +135 és -150^oC között ingadozik. Tengely körüli forgásának ideje azonos a keringési idõvel - 27.3 nap, így a Föld felé mindig ugyanazon fele fordul.
A Hold legfontosabb földi hatása (a Nap hatásával összegzõdõ) árapályerõ, a tengerek vizének szabályos függõleges mozgása. Minden 24 óra 50 percben kétszer következik be apály és dagály. Dagály a Hold zenit és nadír-állásával azonos ponton egyaránt bekövetkezik (egymástól 180 fokra), a Hold gravitációs vonzása és a centrifugális erõ következtében. A dagályhullám keletrõl nyugat felé haladva járja körbe a Földet. A Hold árapálykeltõ hatása a Földön a Naphoz képest 2.2-szeres. A Nap hatása újhold és telihold idején érvényesül a legjobban, amikor a Hold hatásához hozzáadódik. A dagályhullám a szárazulatoknak csapódva energiát ad át, s egy olyan forgónyomaték jön létre, mely a Föld forgását lassítja. A nap hossza ezért 100 évenként 0,0016 mp-cel növekszik. Az árapály keltõ erõk hatása a földi hõ egyik jelentõs forrása.

A Holdról már a múlt század 60-as évei óta közvetlen tapasztalataink vannak. Az emberi történelem egyik jelentõs mérföldköve volt az Apolló-program keretében az ember holdraszállása (Armstrong, Apolló-11). Az alábbi kép az Apolló-14 holdsétáján készült "holdtani térképet" mutatja be.

Meteoritok

A meteoritok a földi légkörön áthatoló, s a felszínre becsapodó ûrobjektumok. A Föld felszínét valószinûleg ugyanúgy borították becsapódási kráterek, mint a Holdét vagy más égitestét, de ezek nyomát a felszíni mállás, erózió gyorsan eltünteti, elfedi. Ennek ellenére - fõként a távérzékelés térhódítása révén - egyre több földfelszíni formával kapcsolatosan feltételezhetõ meteoritbecsapódással való kapcsolat. Egy jelentõs méretû - mintegy 10 km átmérõjû - kanadai becsapódási kráter ûrfelvételét látjátok az alábbi képen:

A becsapódó meteorit a légkörben rendszerint felrobban és elpárolog, így anyaga már nem található meg a Földön, de lökéshullámának nyomai, illetve a befogadó földi képzõdményekben kialakult nagy nyomást jelzõ ásványváltozatok megõrzõdnek.