Wszechświat (kosmos) to wszystko, co istnieje, czyli wszystkie obiekty astronomiczne (zarówno materia, jak i energia) wraz z czasoprzestrzenią i prawami, które nimi rządzą.

Poglądy na temat budowy Wszechświata na przestrzeni dziejów były różne – od tych najbardziej prymitywnych, które dziś wydają się śmieszne i nieprawdopodobne, do tych jak najbardziej prawdopodobnych. Wraz z rozwojem astronomii poglądy te zmieniały się. W czasach historycznych bardzo długo (od II w. n.e.) obowiązywała teoria geocentryczna, która zakładała, że Ziemia znajduje się w centrum Wszechświata. Przełomowym wydarzeniem było ogłoszenie przez Mikołaja Kopernika teorii heliocentrycznej (w XVI w.), według której to nie Ziemia, lecz Słońce jest centralnym obiektem w kosmosie.

Powstanie Wszechświata – w nauce – tłumaczy się najczęściej teorią Wielkiego Wybuchu:

• według teorii Hubble’a cała materia i energia Wszechświata była na początku skupiona w jednym punkcie o nieskończenie wielkiej gęstości i temperaturze;

• 13,8 mld lat temu miał miejsce Wielki Wybuch;

• od tego momentu Wszechświat nieustannie rozszerza się we wszystkich kierunkach – zmniejsza się jego gęstość, energia i temperatura materii;

• dzięki rozszerzaniu oraz przemianom materii cząstki elementarne mogły tworzyć bardziej złożone struktury;

• 200 mln lat po wybuchu powstały pierwsze gwiazdy, które przekształciły się w większe struktury;

• rozszerzanie, czyli ekspansja Wszechświata, zachodzi zgodnie z prawem Hubble’a (1929 r.): prędkość oddalania się od siebie galaktyk jest wprost proporcjonalna do odległości między nimi.

Podstawowymi elementami Wszechświata, które są obiektami jasnymi – świecą światłem własnym – są gwiazdy. To gazowe kule, zbudowane z wodoru i helu, które w wyniku zachodzących w ich wnętrzach reakcji termojądrowychreakcja termojądrowareakcji termojądrowych wytwarzają energię świetlną i cieplną. Powszechnymi obiektami są też mgławice, czyli skupiska drobnego pyłu lub gazu kosmicznego (np. Koński Łeb). Są to jedne z najpiękniejszych elementów Wszechświata. Z fragmentów mgławic mogą tworzyć się gwiazdy. Skupiska gwiazd i mgławic nazywamy gromadami lub gwiazdozbiorami. Nie są to jednak pojęcia tożsame. Gromada to grupa gwiazd o wspólnym pochodzeniu (genezie), natomiast gwiazdozbiór (konstelacja) to zgrupowanie gwiazd niekoniecznie związanych ze sobą wspólnym pochodzeniem, lecz tworzących efekt geometryczny. Gromady i konstelacje łączą się w galaktyki, czyli skupiska setek miliardów gwiazd wraz z innymi ciałami niebieskimi i ciemną materią. Wyróżniamy cztery główne rodzaje galaktyk: eliptyczne, spiralne, soczewkowate i nieregularne. Większość poznanych galaktyk należy do galaktyk spiralnych, które kształtem przypominają dysk, od środka którego odchodzą ramiona. Galaktyki łączą się w gromady galaktyk, a te zaś – w supergromady.

RApOZcCSOPArM

Schemat przedstawia najważniejsze elementy Wszechświata. Najpierw jest gwiazda przedstawiona jako świetlisty punkt oraz mgławica przedstawiona jako nieregularne rozproszone kolorowe światło. Następnie jest gromada przedstawiona jako kilka gwiazd lub gwiazdozbiór przedstawiony jako układ gwiazd obrazujący pewien gwiazdozbiór. Następnie jest galaktyka przedstawiona jako rozproszone skupisko o wydłużonym kształcie. Następnie jest gromada galaktyk przedstawiona jako trzy galaktyki. Na końcu jest supergwiazda przedstawiona jako skupisko gromad galaktyk.

R1W4HXFtlzTfT

Grafika przedstawia typy galaktyk. Eliptyczne to na przykład NGC 4150. Ma regularny kulisty kształt. Spiralne to na przykład M 81. Ma owalny kształt z wychodzącymi ze środka ramionami. Soczewkowate to na przykład NGC 5866. Ma kształt soczewki. Nieregularne to na przykład M 82. Ma nieokreślony kształt.

Galaktyki i cała materia emitująca światło stanowi jedynie niewielką część Wszechświata. Dominuje w nim bowiem ciemna materia i ciemna energia.

Z punktu widzenia człowieka najważniejszym elementem Wszechświata jest Ziemia, a wraz z nią Słońce, które warunkuje życie na naszej planecie. Słońce wraz ze wszystkimi ciałami niebieskimi powiązanymi z nim grawitacyjne oraz pyłem kosmicznym tworzą Układ Słoneczny. Jest on częścią galaktyki zwanej Drogą Mleczną lub po prostu Galaktyką (pisaną wielką literą). Jest to galaktyka spiralna, a Układ Słoneczny znajduje się w jednym z jej ramion – Ramieniu Oriona. Powstała ona prawdopodobnie ok. 13‑14 mld lat temu. Szacuje się, że jej średnica wynosi prawdopodobnie ok. 100 000 lat świetlnych i zawiera 200‑300 mld gwiazd. Droga Mleczna należy do Grupy Lokalnej Galaktyk. Najbliższą – pod względem odległości od Drogi Mlecznej – galaktyką spiralną jest Galaktyka Andromedy. Oddalone są one od siebie o ponad 2 mln lat świetlnych. Widoczna jest ona po północnej stronie nieba, a jej gwiazdą centralną jest Andromeda. Natomiast po południowej stronie nieba można dostrzec dwie inne galaktyki: Wielki i Mały Obłok Magellana. Co prawda są one bliżej Drogi Mlecznej niż Wielka Mgławica Andromedy, lecz są to galaktyki nieregularne, różniące się znacznie od naszej Galaktyki. Gwiazdą, która znajduje się najbliżej Ziemi – poza Słońcem – jest Proxima Centauri w gwiazdozbiorze Centaura, oddalona od nas o ok. 4,24 lat świetlnych. Natomiast najjaśniejszą gwiazdą nieba jest Syriusz (w gwiazdozbiorze Wielkiego Psa).

Na podstawie badań naukowców możemy wyróżnić kilkanaście etapów powstawania Układu Słonecznego.

• Zaczął się on formować ok. 4,6 mld lat temu z zapadającego się grawitacyjnie obłoku gazu (głównie wodoru i helu) oraz pyłu.

• Na skutek kurczenia się obłoku następował wzrost temperatury, gęstości materii w centrum oraz pojawił się jego ruch wirowy.

• Następnie rozpoczął się proces formowania Protosłońca.

• W Protosłońcu, które nieustannie się kurczyło, następował wzrost temperatury i ciśnienia, co doprowadziło do zainicjowania reakcji termojądrowych.

• Na skutek reakcji termojądrowych Protosłońce zaczęło świecić i emitować ciepło.

• W wyniku wiatru słonecznego cięższe pierwiastki pozostały bliżej Słońca, a lżejsze przemieściły się w dalsze rejony.

• Krążący wokół Protosłońca dysk protoplanetarny, który zbudowany był ze skał, gazu i pyłu, zaczął stygnąć.

• Zagęszczenia materii, które istniały wewnątrz tego dysku (planetozymale) były zalążkami współczesnych planet. Zwiększały one swoją masę, dzięki czemu grawitacja nie pozwalała uciekać mniejszym fragmentom, z którymi się zderzyły.

• Ostatecznie powstały same planety: bliżej Słońca – skaliste, zbudowane z pierwiastków cięższych, a dalej od Słońca – planety gazowe.

• Następnie rozpoczął się proces rozpadu izotopów pierwiastków promieniotwórczych wewnątrz formujących się planet, w wyniku którego materia zaczęła się topić (faza astralna).

• Podczas gdy materia wewnątrz planet była jeszcze płynna, cięższe pierwiastki osiadały w ich głębszych warstwach, a lżejsze gromadziły się bliżej powierzchni – w wyniku tego procesu powstały pierwotne geosfery.

• Ze względu na niewielkie rozmiary planet materia szybko stygła, aż do momentu, kiedy wykształciła się skorupa i atmosfera (faza planetarna). Początkowo pierwotna atmosfera Ziemi była beztlenowa – zawierała głównie wodór, azot, związki siarki, metan i parę wodną.

• Kiedy temperatura Ziemi spadła poniżej 100°C (ok. 3,8 mld lat temu), para woda zawarta w jej atmosferze zaczęła się skraplać. Powstał wówczas ocean gorącej wody. Promieniowanie słoneczne spowodowało rozbicie cząstek wody na atomy wodoru i tlenu, który przedostawał się stopniowo do atmosfery.

Układ Słoneczny budują: gwiazda (Słońce), osiem planet, księżyce, planetoidy, planety karłowate, komety, meteoroidy oraz materia pyłowo‑gazowa wypełniająca przestrzeń międzyplanetarną. Granicą Układu Słonecznego jest obłok Oorta, który rozciąga się koliście wokół Słońca i stanowi zbiorowisko komet.

RRUKrRrSXuDtK

Grafika przedstawia budowę Układu Słonecznego. W lewym dolnym rogu znajduje się Słońce. Wokół niego po wyznaczonych liniami orbitach krążą planety. Są to kolejno Merkury, Wenus, Ziemia, Mars. Są to planety wewnętrzne. Następnie jest pas planetoid, w którym krąży planeta karłowata Ceres. Następne są Jowisz, Saturn, Uran, Neptun. Są to planety zewnętrzne. Następnie jest pas planetoid, w którym krążą planety karłowate Pluton, Haumea, Makemake oraz Eris.

Astronomia jest jedną z najstarszych nauk – już w starożytności, bez pomocy jakichkolwiek urządzeń, obserwowano niebo i formułowano prawidłowości.

Obecnie obserwację nieba z Ziemi prowadzi się za pomocą teleskopów, głównie optycznych (pozwalają na obserwację ciał niebieskich emitujących światło widzialne) i radioteleskopów (pozwalają na obserwację ciał niebieskich, które nie emitują światła widzialnego, lecz fale radiowe).

W kosmosie istnieje szereg różnych obiektów umieszczonych tam przez człowieka. Wśród nich można wyróżnić: satelity – jeżeli krążą wokół Ziemi, sondy – jeżeli poruszają się inaczej, statki kosmiczne – jeżeli są pilotowane przez ludzi, stacje badawcze – jeżeli prowadzą badania, a także kosmiczne śmieci, czyli części rakiet, zepsuty sprzęt, satelity i sondy, które zakończyły swoją działalność. Na orbitach okołoziemskich funkcjonują też teleskopy kosmiczne, na przykład Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Został on wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w 1990 roku i nazwany na cześć Edwina Hubble’a. Innym przykładem jest Kosmiczny Teleskop Keplera, który funkcjonuje od 2009 roku w celu poszukiwania innych układów planetarnych.

Wiele informacji o kosmosie uzyskuje się, badając fragmenty upadłych meteorytów.

RrkE57XHqROG8

Zdjęcie przedstawia teleskop kosmiczny w przestrzeni kosmicznej. Wyglądem przypomina wydłużoną puszkę, posiada antenę. W tle znajdują się chmury.

R1SvTM5Agn4QZ

Zdjęcie przedstawia Wielki Zderzacz Hadronów. Rury oraz inne elementy ułożone są w kształt tunelu. Po bokach znajdują się platformy ze schodami.

Wielki Zderzacz Hadronów (ang. Large Hadron Collider, LHC) to największy na świecie akcelerator (urządzenie do przyspieszania cząstek). Celem eksperymentów przeprowadzanych w LHC jest lepsze poznanie właściwości cząstek elementarnych. Znajduje się on w Szwajcarii, w pobliżu Genewy.

Oprócz dorobku Kopernika można wskazać osiągnięcia wielu innych osób w czasach nowożytnych i najnowszych. Poniżej przedstawiono wybrane osiągnięcia.

• Galileusz skonstruował w XVII w. lunetę, odkrył plamy na Słońcu, pierścienie Saturna i kilka księżyców Jowisza,

• Izaak Newton skonstruował w XVII w. teleskop i ogłosił teorię grawitacji.

• Joseph von Fraunhofer (XVIII/XIX w.) odkrył, że Słońce i gwiazdy nie różnią się między sobą składem chemicznym.

• Christian Doppler (początek XX w.) odkrył możliwości określenia kierunku i szybkości poruszania się dowolnego źródła światła na niebie. To właśnie dzięki temu odkryciu wydatowano początek Wszechświata.

• Albert Einstein (XIX/XX w.) odkrył, że Wszechświat powstał w dniu, przed którym nie było „wczoraj”, a w czasie Wielkiego Wybuchu „praatomu” w bardzo wysokiej temperaturze z gęstej materii powstał wodór, który buduje cały kosmos.

• Arno Penzias i Robert Wilson w 1964 r. odkryli promieniowanie szczątkowe będące pozostałością po Wielkim Wybuchu.

• W latach 60. XX w., dzięki nowoczesnym teleskopom, zlokalizowano we Wszechświecie kwazar, czyli obiekt emitujący promieniowanie elektromagnetyczne. Wypromieniowuje on ogromną ilość energii i przemieszcza się na zewnątrz kosmosu z olbrzymią prędkością. Jest oddalony od nas o ok. 15 mld lat świetlnych, zatem uznaje się go za najstarszy obiekt w kosmosie.

• Stephen Hawking (XX/XXI w.) opublikował nowe odkrycia dotyczące początków kosmosu i czarnych dziur.

Również Polacy mieli swój udział w dziedzinie astronomii.

Dzięki badaniu Wszechświata można dostrzec jego piękno i harmonię. To też dowód na kulistość Ziemi, gdyż można dostrzec jej kształt z kosmosu. Obecnie znamy tylko niewielką część Wszechświata – wszystko jest wciąż przed nami. Dotychczasowe badania pozwalają nam rozwijać systemy GPS, w szybszy i dokładniejszy sposób wykonywać mapy, oglądać telewizję satelitarną, coraz dokładniej wykonywać prognozy pogody i ostrzegać przed geozagrożeniami.

Słownik