Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Warto przeczytać

Układ planetarny

Ziemia, choć wydaje się nam wielka, jest w skali kosmicznej małą drobiną. Ziemia krąży wokół Słońca – niezbyt dużej gwiazdy. Gwiazdy, świecące obiekty, których energia pochodzi z procesu syntezy jądrowejsynteza jądrowasyntezy jądrowej, gromadzą się w galaktyki.

Galaktyka

Słońce wraz z całym Układem Słonecznym znajduje się w galaktyce, zwanej Drogą Mleczną lub po prostu Galaktyką. Zawiera ona kilkaset miliardów gwiazd – od 100 miliardów, jak sądzono dawniej, do 400 miliardów w najnowszych oszacowaniach, a także pyły i gazy. Wiele gwiazd, podobnie jak Słońce, ma swoje układy planetarne. Droga Mleczna ma kształt ogromnego dysku o średnicy około 100 000 lat świetlnychrok świetlnylat świetlnych i grubości około 1000 lat świetlnych. To dysk naprawdę cieniutki – grubość jest 100 razy mniejsza od średnicy. Dobrym modelem Drogi Mlecznej, dającym wyobrażenie jej proporcji, jest zwykła płyta CD (Rys. 1 i 1a). Droga Mleczna jest galaktyką spiralną. Gwiazdy grupują się w kilku wygiętych spiralnie ramionach, których kształt świadczy o ruchu wirowym Galaktyki.

RI8Q7G6uLctX6
Rys. 1. Droga Mleczna ma kształt cienkiego dysku o proporcjach podobnych do płyty CD.
Źródło: dostępny w internecie: https://www.shutterstock.com/pl/image-illustration/spiral-galaxy-milky-way-162330971 [dostęp 17.05.2022 r.], Shutterstock, tylko do użytku edukacyjnego na zpe.gov.pl.
Ri91CwqwI1lOM
Rys. 1a. Płyta CD.
Źródło: dostępny w internecie: https://pl.wikipedia.org/wiki/P%C5%82yta_kompaktowa#/media/Plik:OD_Compact_disc.svg [dostęp 17.05.2022 r.], licencja: CC BY-SA 2.5.

Słońce znajduje się w jednym z ramion Galaktyki, mniej więcej w połowie odległości od jej centrum. Wszystkie gwiazdy poruszają się wokół środka masy Galaktyki. Słońce potrzebuje aż 230 milionów lat, by okrążyć środek Drogi Mlecznej, choć jego prędkość przekracza 200 kms.

W samym środku Drogi Mlecznej odkryto gigantyczną czarną dziuręczarna dziuraczarną dziurę o masie 4 milionów mas Słońca. Obecność w centrum galaktyki masywnej czarnej dziury jest typowa również dla innych galaktyk.

Galaktyki, w tym i Droga Mleczna, zawierają nie tylko widoczną materię, jak gwiazdy, planety, czy pyły. Większość masy galaktyki stanowi ciemna materia, która jest dla nas niewidoczna. O istnieniu ciemnej materii świadczy wpływ jej oddziaływania grawitacyjnego na ruch obrotowy galaktyki. Ciemna materia tworzy ogromne halo (sferyczny obszar), w którym zanurzony jest dysk galaktyki.

Galaktyki grupują się w większe struktury: grupy lub gromady galaktyk.

Grupa galaktyk

Grupy galaktyk zawierają co najmniej 3, a najwięcej kilkadziesiąt galaktyk. Są one związane grawitacyjnie i poruszają się jako jedna całość.

Droga Mleczna należy do Grupy Lokalnej, która zawiera około 50 galaktyk. Dominują w niej dwie galaktyki o podobnej wielkości – Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy, zawierające około 90% masy gromady. Towarzyszą im liczne, znacznie mniejsze galaktyki satelickiegalaktyka satelicka (satelitarna)galaktyki satelickie, z których największa jest Galaktyka Trójkąta. Przyciąganie grawitacyjne sprawia, że Galaktyka Andromedy zbliża się do Drogi Mlecznej z prędkością około 400 tysięcy kmh i za około 4 miliardy lat prawdopodobnie dojdzie do zderzenia galaktyk, w wyniku czego galaktyki połączą się.

Gromady galaktyk

Gromady to największe związane grawitacyjnie struktury we Wszechświecie, liczące od kilkudziesięciu do kilku tysięcy galaktyk. Gromady galaktyk mają rozmiary do 10 milionów lat świetlnych i masy rzędu 10Indeks górny 14 - 10Indeks górny 15 mas Słońca.

Supergromady galaktyk

Supergromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie. Składają się z setek lub tysięcy grup i gromad galaktyk. Ich rozmiary dochodzą do setek milionów lat świetlnych. Nie są układami silnie związanymi grawitacyjnie, choć obserwuje się przyciąganie grawitacyjne sąsiednich galaktyk.

Lokalna Grupa Galaktyk, zawierająca naszą Galaktykę - Drogę Mleczną, należy do Supergromady Lokalnej, zwanej też Supergromadą w Pannie. Supergromada Lokalna obejmuje obszar o rozmiarach około 200 milionów lat świetlnych. W jej skład wchodzi około 100 gromad galaktyk i grup galaktyk. Centrum supergromady stanowi najbardziej masywna Gromada Virgo (Gromada w Pannie), natomiast Lokalna Grupa Galaktyk znajduje się na peryferiach supergromady.

Supergromady galaktyk układają się we włókna rozdzielone pustkami – obszarami prawie pozbawionymi materii, o średnicy w przedziale od kilkudziesięciu do kilkuset milionów lat świetlnych. Rys. 2. pokazuje mapę Wszechświata w promieniu 1 miliarda lat świetlnych, na której widać supergromady galaktyk ułożone we włókna, otaczające olbrzymie pustki. Ściany skupiają około 60% masy galaktyk, natomiast zajmują jedynie 10% objętości Wszechświata.

Podobna do piany struktura odpowiada fluktuacjom gęstości materii Wszechświata na bardzo wczesnym etapie życia, niedługo po Wielkim Wybuchu. Siła grawitacji sprawiła, że obszary o większej gęstości powiększały się na skutek przyciągania okolicznej materii. Powstawały z nich stopniowo gwiazdy i galaktyki. W miarę rozszerzania się Wszechświata, niewielkie początkowo obszary o większej gęstości, urosły do supergromad galaktyk, a ich struktura jest wspomnieniem początków życia Wszechświata.

R1LM15JZUKEo3
Rys. 2. Wszechświat w promieniu 1 miliarda lat świetlnych (307 Mpc) od Ziemi, z czytelną strukturą włókien i rozdzielających je pustek.
Źródło: dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nearsc.gif [dostęp 16.05.2022 r.], licencja: CC BY-SA 2.5.

Rozmiary Wszechświata

W naszym przeglądzie struktur Wszechświata posługiwaliśmy się wartościami odległości w latach świetlnych – od 1000 lat świetlnych dla grubości dysku Drogi Mlecznej do 200 milionów lat świetlnych dla rozmiarów Supergromady Lokalnej. Oczywiście wiemy, że to bardzo, bardzo dużo, ale te liczby wykraczają poza naszą wyobraźnię i trudno uzmysłowić sobie prawdziwe rozmiary Wszechświata. Aby to ułatwić, sprowadźmy zagadnienie do naszej ludzkiej skali.

Wyobraźmy sobie Słońce wielkości ziarnka maku. Promień orbity Ziemi (niewidocznej gołym okiem) w takiej skali to około 1 cm, a najdalsza planeta - Neptun krąży w odległości około 3 m. Do najbliższej gwiazdy (Alfa Centauri) odległość wynosi ponad 3 km.

W Drodze Mlecznej jest 400 miliardów gwiazd, co odpowiada ziarnkom maku mieszczącym się w sześciennym pudle o krawędzi 70 cm. Aby utworzyć z tych ziarenek model Drogi Mlecznej, należałoby je rozsypać na dysku o rozmiarach porównywalnych z rozmiarami orbity Księżyca. Czy łatwo byłoby natrafić na takie ziarenko? To porównanie pokazuje, jak puste są w istocie galaktyki. Gwiazdy w galaktykach praktycznie nie mają szans na zderzanie się ze sobą.

Zmieńmy teraz skalę. Niech Drogę Mleczną symbolizuje płyta CD, jak na Rys. 1. W takiej skali gwiazdy widoczne gołym okiem mieszczą się w obszarze zaledwie milimetrowym, widzimy jedynie 0,00001% gwiazd Galaktyki. Kiedy więc spoglądamy w pogodną noc w niebo i myślimy sobie „Jaki ten Wszechświat wielki…”, to pamiętajmy, że widzimy tylko maleńki skrawek naszej Galaktyki, a przecież są też miliardy innych galaktyk jeszcze bardziej odległych.  Najbliższą Galaktykę Andromedy w takiej skali symbolizuje podobna płyta CD w odległości kilku metrów. Najbliższa gromada galaktyk (gromada w Pannie) jest odległa o kilkaset metrów, a najdalsze zidentyfikowane gromady galaktyk znajdują się w odległości 80 km.

Słowniczek

synteza jądrowa
synteza jądrowa

(ang.: nucleosynthesis) proces łączenia się mniejszych jąder atomowych w większe, czemu towarzyszy wydzielanie się energii.

rok świetlny
rok świetlny

(ang.: light year) jednostka długości, równa drodze przebytej przez światło w ciągu 1 roku. 1 rok świetlny = 9,46⋅10Indeks górny 15 m.

czarna dziura
czarna dziura

(ang.: black hole) obszar o dużej masie zawartej w odpowiednio małej objętości, wytwarzający tak silne pole grawitacyjne, że nic (łącznie ze światłem) nie może się z niego wydostać.

galaktyka satelicka (satelitarna)
galaktyka satelicka (satelitarna)

(ang.: satellite galaxy) galaktyka krążąca wokół innej, większej galaktyki.