Prvi koraci u astronomiji

Zašto je astronomija zanimljiva? Zato jer nas vodi kroz svemir; zato jer odgovara na prava pitanja.

Požutjele stranice skrivaju puno zaboravljenih znanja
Članak
0Komentari
Broj otvaranja3652


Rubrika Škrinjica donosi vam tekstove od prije nekoliko desetljeća, kao osvrt i podsjetnik na neka druga vremena u kojima su se ljudi također bavili znanošću ali malo drugačije negoli je to danas običaj. Odabrali smo tekstove koje su nekada pisali naši prijatelji i kolege od kojih smo učili kako se baviti znanošću, ali i kako bismo ih izvukli iz zaborava. Nadamo se da ćete uživati čitajući ih.

Tekst je napisao dr. Vladis Vujnović, a objavljen je u časopisu Čovjek i svemir broj 1, iz 1990-1991. godine.

Astronomske zanimljivosti za najmlađe


Zašto je astronomija zanimljiva? Zato jer nas vodi kroz svemir; zato jer odgovara na prava pitanja:

ZAŠTO Mjesec ne padne na Zemlju?
ZAŠTO astronauti imaju skafandere?
KAKO radi teleskop?
ZAŠTO zvijezde sjaje?
IMA li ljudi u svemiru?
KOLIKO će još dugo Sunce svijetliti i grijati Zemlju?
MOGU li na užarenom Suncu živjeti stanovnici?
KADA dolazi do pomrčine?
ŠTO je Halleyev komet?
KAKO su nastali planeti?


Naslovnica časopisa Čovjek i svemir broj 1, iz 1990. - 1991. godine.
Upoznajmo nebo

Na nebu ima mnogo zvijezda, ali ne jako mnogo zviježđa. Da li je Veliki Medvjed zvijezda ili zviježđe? A što je Sjevernjača? Pogledajmo kako izgledaju Veliki i Mali Medvjed (sl. 1).
Kakve su to crte između zvijezda? One se na nebu ne vide. Mi smo ih nacrtali samo zato da bismo gomilu zvijezda lakše zapamtili. U Velikom Medvjedu ima mnogo više zvijezda no što smo ih nacrtali. Stariji narodi mislili su da one ocrtavaju lik medvjeda. Ovo što smo nacrtali nalik je nekim kolima. Zato prikazani dio Velikog Medvjeda zovemo Velikim Kolima. Najjasniji dio Malog Medvjeda zovemo Malim Kolima.

POUKA

Na kartama zvjezdanog neba najjasnije zvijezde povezujemo crtama i tako označujemo zviježđa. Čemu služe zviježđa? Na slici se već nalazi odgovor. Od Velikog Medvjeda lako dolazimo do Malog Medvjeda, a u njemu se nalazi zvijezda Sjevernjača. Ime je dobila po tome što se nalazi na mjestu sjevernog nebeskog pola. Pogledamo li na Sjevernjaču, gledamo u smjeru sjevera. Dakle, Sjevernjača nam služi da bismo se orijentirali u prostoru, a zviježđe Velikog i Malog Medvjeda da bismo utvrdili koja je zvijezda Sjevernjača.

Koliko puta moramo ponoviti korak od Meraka i Dubhe da bismo stigli do Sjevernjače?

Sjaj zvijezda

Promotrimo malo bolje kakvog su sjaja zvijezde Velikog Medvjeda? Da li su jednako sjajne? Nisu. Koja je najsjajnija, koja je najmanjeg sjaja? Odgovor je prikazan na sl. 2.
Najsjajnija zvijezda je Alioth, a najmanjeg je sjaja Megrez. Tako ih vidimo. Međutim, vidljiv nas sjaj može zavarati. U stvarnost, jedna zvijezda može biti mnogo sjajnija od druge, može zračiti mnogo više svjetlosti, a ipak nama se činiti slabijom! To ovisi o udaljenosti. Zato je na crtežu prikazan i razmještaj zvijezda po udaljenostima. Uz svaku je zvijezdu zapisano koliko je godina svjetlosti daleko.

Najsjajnija je zvijezda ustvari Benetnaš. Od svih je najdalja, a ipak se natječe s ostalima. Daleko je čak 140 godina svjetlosti. Alioth je sjajna zato što je bliža. Najbliža je zvijezda Megrez. Od nje svjetlosti treba "samo" 53 godine da stigne do Zemlje. Nju ipak opažamo kao najslabiju jer ona to uistinu i jeste. Dakle, kada pogledamo zvijezdu, ne smije nas zavarati njezin sjaj. Ona koja se čini sjajnijom, ne mora to i biti. Dvije jednako sjajne zvijezde razlikovat će se po sjaju, ako nisu na jednakoj udaljenosti.

U astronomiji je nađena dobra ideja koja pomaže da se sjaj zvijezda uspoređuje ravnopravno. Astronom jednostavno zamisli da su sve zvijezde jednako daleko, tj. na jednakom odstojanju od nas. Poredane kao sportaši na početku trke. Ta udaljenost iznosi 32,6 godina svjetlosti (zašto baš taj broj, vidjet ćemo kasnije). Ako je zvijezda dalje od 32,6 gs (skratimo pisanje pa umjesto "godine svjetlosti" zapišimo gs), činit će se manjeg sjaja. Ako je zvijezda bliže, činit će se većeg sjaja.

ZADATAK

Znamo koliko iznosi brzina svjetlosti (300.000 km/s). Koliko kilometara sadrži jedna godina svjetlosti? Godina svjetlosti je put koji svjetlost pređe u godinu dana.

Rješenje:

Prvo odrediti koliko u jednoj godini ima sekundi:
1 god = __________
1 gs = __________

ZAKLJUČCI:

- Da li su sve zvijezde Velikog Medvjeda udaljene od nas?
- Zašto ih vidimo kao skupinu? U kojem se smjeru nalaze?
- Vidimo li zvijezde na nebu zato što su sjajne, zato što su blizu, ili zbog oba razloga?
- Pridruži slijedeće brojeve veličini kružića koji na sl. 2 označuju sjaj pojedine zvijezde Velikog Medvjeda:
1,7    Dubhe
1,8    Merak
1/8    Phegda
2,4    Megrez
2,4    Alioth
2,4    Mizar
3,3    Benetnaš
Da li veći broj odgovara većem ili manjem kružiću, tj. većem ili manjem sjaju zvijezde?
Zaključak: ___________

POUKA

- Brojeve koje pridružujemo zvijezdama da bismo označili njihovu sjajnost zovemo zvjezdanim veličinama ili magnitudama. Ovaj naziv naslijedili smo od antičkih Grka. Astronom Hiparh koji je živio u drugom stoljeću prije nove ere razvrstao je zvijezde po veličinama od 1. do 6. veličine. Zvijezde prve veličine bile su najsjajnije, zvijezde druge veličine manje sjajne,... i tako dalje sve do zvijezda šeste veličine koje se jedva vide. Antički su astronomi smatrali da su zvijezde jednako daleko i da se veća zvijezda mora činiti sjajnijom. Eto, zato i danas govorimo "veličina" a mislimo na sjaj.

Stvarna veličina zvijezde ne mora imati baš ništa s oznakom sjaja. Uz potrebne podatke, astronomi znadu proračunati koliko su zaista velike zvijezde. Sjaj zvijezde ovisi i o njezinoj veličini, i o temperaturi zvijezdine površine i o udaljenosti zvijezde do Zemlje (Sl. 3).
Slijedeća tablica pokazuje koliko je zvijezda veća od Sunca i koliko puta više od Sunca zrači.
Sve zvijezde Velikih Kola veće su i sjajnije od Sunca! BOLJE VIDIMO ONE ZVIJEZDE KOJE SU U STVARNOSTI SJAJNE.

Zašto Mjesec pokazuje uvijek istu stranu?

Da li je netko od čitalaca vidio možda, sa Zemlje, Mjesec sa svih strana? Da bi obišao oko Zemlje, Mjesecu treba nešto više od 27 dana. (To vrijeme obilaženja zove se zvjezdanim ili sideričkim mjesecom). Ako vidimo uvijek isto Mjesečevo lice red je da se zapitamo, da li se Mjesec uopće okreće?
Proučimo sl. 4 tako da usporedimo izgled Mjeseca na sl. a na sl. b) po brojevima. 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 i opet 1-1. Slika a) pokazuje da je Mjesečev "nos" uperen stalno u Zemlju. Slika b) pokazuje da se taj "nos" stalno okreće oko Mjesečeva središta, tj. da se Mjesec okreće.

Sada treba odgovoriti koliko traje Mjesečevo okretanje oko samog sebe? U točnom odgovoru se nalazi tumačenje, zašto sa Zemlje vidimo uvijek jednu istu stranu Mjeseca: na sl. a) Mjesec se okrenuo oko Zemlje u isto vrijeme za koje se je na sl. b) okrenuo oko samog sebe.

POUKA

Uvijek istu stranu Mjeseca vidimo zato što se on oko svoje osi okrene za isto vrijeme za koje obiđe oko Zemlje. Mjesec nam stoga pokazuje uvijek istu stranu.
Mjesečeva vrtnja traje jednako koliko i obilaženje oko Zemlje. Vrtnja je sinkronizirana s obilaskom. Iste takve sinkrone vrtnje imaju i mnogi sateliti Jupitera, Saturna, Urana... Nismo mi jedini. I stanovnici bi drugih planeta promatrali samo jednu stranu svojih pratilaca!

TEŠKA PITANJA:

- Što treba učiniti da bi se Mjesec vidio sa svih strana?
- Jeste li vidjeli snimak druge strane Mjeseca?
- Koliko je Mjesec velik?
- Što znači riječ "sinkroniziran", "sinkrona vrtnja"?

Zašto Mjesec ne padne na Zemlju?

Bacimo uvis jabuku. Umjesto da ostane lebdjeti u zraku, jabuka se vraća na tlo. Bacimo kamen, koplje, bilo koju stvar, događa se isto. Zemlja privlači stvari i one nam se vraćaju. Ali, da li baš sve stvari? Što se zbiva s odaslanom raketom? Ako se izbaci pravom brzinom, raketa se više ne vraća!

Oko Zemlje kruži mnogo umjetnih satelita i jedan prirodni satelit - Mjesec. On obilazi Zemlju, a da ga nitko nije odbacio sa Zemlje. Ali sigurno je da ga Zemlja privlači, jednako tako kao što privlači kamen ili raketu. Zašto, onda, Mjesec i umjetni sateliti ne padnu na Zemlju?
Pogledajmo sl. 5: raketa je sa Zemlje izbačena ukoso brzinom od 25 m/s. Svake sekunde raketa bi prešla po pravcu 25 m da istodobno ne pada prema tlu.
Prve sekunde padne 5 m (točnije, 4,9 m), druge sekunde padne za još 15 m (dakle, ukupno 20 m), treće sekunde padne još za 25 m (ukupno je pala 45 m), pa još malo, i staza joj se zakrivljuje i približava tlu. Svako tijelo pada prema središtu Zemlje. Jasno je da "satelit" izbačen brzinom 25 m/s ne može postati "pravi" satelit. Da bi postao "pravi satelit" tijelo se mora uputiti brzinom od najmanje 7,92 km/s. Tada se može uputiti usporedno s tlom.

U prvoj sekundi leta tijelo pređe u pravcu 7,92 km = 7920 m, ali istodobno padne 4,9 m. I slijedeće sekunde tijelo bi prešlo po pravcu još 7,92 km da usput ne mora pasti opet za 4,9 m. I tako umjesto da se kreće po pravcu, zbog Zemljina privlačenja (gravitacije), ono stiže na kružnicu pa nikako da padne na tlo (sl. 6)!
I Mjesec i sva tijela "padaju" prema Zemlji zbog njezina privlačenja, ali da li će uistinu pasti, ovisi o tome kako su "odbačeni" ili bolje rečeno, kojom se brzinom i u kojem smjeru gibaju!

POUKA

Brzina od 7,92 km/s je prva kozmička brzina; tom brzinom satelit kruži oko Zemlje ako je od centra Zemlje udaljen 6378 km. Satelit može kružiti (gibati se po kružnici) i na većim udaljenostima, no za veću visinu, brzina kruženja je manja. Na primjer, na visini od 35830 km, brzina kruženja iznosi 3 km/s.

PITANJA:

- Što znači riječ "gravitacija", "brzina kruženja"?
- Što je to satelit?

Kada dolazi do pomrčine Mjeseca?
 
Može li nam Mjesec izgledati kao srp u vrijeme kada bi trebao biti pun? Može, ali za vrijeme pomrčine. Tako je bilo npr. 9. veljače 1990. kada smo vidjeli ovakvu sliku (sl.7):
Tko je ikada pratio pomrčinu, sjetit će se da sjena ima oblik kruga i da nije crna. Pomoću pokusa na sl. 8 dokaži kako nastaje pomrčina. Pomračuje se predmet koji postavimo u sjenu što se pruža iza osvijetljene lopte. Žarulja ima ulogu Sunca, lopta ulogu Zemlje, a čovječuljak Mjeseca. Osim sjene u koju izravno ne ulazi svjetlost žarulje, javlja se i polusjena. Nju jedva zapažamo. Svaka prirodna pojava vrijedna je izučavanja.
ISTRAŽIVAČKA PITANJA:

- S kojeg se položaja na Zemlji može promatrati pomrčina Mjeseca?
- Zašto sjena nije crna pa za pomrčine Mjesečevo tlo ipak vidimo?
- Zašto je Mjesečeva površina u Zemljinoj sjeni tamnocrvene, zagasite boje?
- Opišite kako biste vidjeli Sunce kada biste se našli na dijelu Mjesečeve površine u području polusjene?
- Nacrtaj, kakav bi oblik imala sjena na Mjesecu kada bi Zemlja bila kocka?

POUKA

Mjesec obilazi oko Zemlje i u njezinu sjenu može zaći samo u fazi uštapa. No to nikako ne znači da do pomrčine mora uvijek doći kad je Mjesec pun: Mjesec se ne giba oko Zemlje u istoj ravnini u kojoj se Zemlja giba oko Sunca (ravnina ekliptike). Da bi došlo do pomrčine, pun Mjesec mora se nalaziti u ravnini ekliptike ili sasvim blizu nje.

Pomrčinu Mjeseca vidimo u toku noći, jer se mi tada nalazimo na Zemljinoj mračnoj strani. Sjena koju Zemlja baca na Mjesec je kružna zato što je Zemlja okrugla. Kada bi Zemlja bila kocka, sjena bi imala ravne bridove i uglove. Sunčeva svjetlost zalazi iza Zemlje zato što Zemlja ima atmosferu. Svjetlost se u atmosferi rasipa, skreće i obasjava Mjesečevo tlo. Zato tamo na pomračenom dijelu i nije posve mračno.
Svjetlost pristigla do Mjeseca sadrži više crvene boje zato što je modru boju atmosfera Zemlje jako raspršila na sve strane. (Po danu to nam je ona svjetlost koja nebo čini plavim.) Kada bismo se na Mjesecu našli u području sjene, vidjeli bismo oko tamne Zemlje svijetao prsten - to je sloj Zemljine atmosfere koji je opasuje; Sunce ne bismo vidjeli. Kad bismo se našli u području polusjene vidjeli bismo dio Sunca u obliku srpa (isto onako kako sa Zemlje pratimo djelomičnu Sunčevu pomrčinu koja nastaje kada nam Mjesec zakrije dio Sunčeva kruga).

Kako je nastao Mjesec?

Mjesec je kugla od čvrsta materijala. Mjesec je hladan, nema ni vode ni zraka. I druga svemirska tijela su kugle jer ih je gravitacijska sila tako okupila iz raspršenog materijala. Tako je nastao i Mjesec. Danas je Mjesec hladan na površini, a hladan je i duboko u unutrašnjosti.

Zamislimo si što se zbivalo u vrijeme prije 4,7 milijardi godina. Tada je Sunce bilo mlada, tek rođena zvijezda, a oko nje gibale su se na tisuće krutih tijela veličine od kilometra do više tisuća kilometara. Kruta tijela gibala su se u rijetkom plinu. U toj gužvi rodio se Mjesec.

Pobrojimo različita mišljenja. Po jednom, Mjesec je nastao neovisno o Zemlji, dolutao je odnekud iz daljine i približivši se slučajno, uz Zemlju je i ostao. Zemlja ga je "zahvatila" svojom gravitacijskom silom (sl. 9).
To je teorija zahvata. Ako je ona točna, između Zemlje i Mjeseca ne mora biti nikakve sličnosti. Razmisli, ima li sličnosti: dajemo podatak da je omjer mnogih kemijskih elemenata jednak na Zemlji i na Mjesecu.

Po drugom mišljenju, Mjesec je nastao pokraj Zemlje kao njezina "sestra", u istom dijelu planetskog roja. Sakupio se od manjih krutih komada isto tako kao i Zemlja. Zemlja je s njime podijelila dio tvari (sl. 10).
To je sestrinska teorija. Ako je ona točna, Zemlja i Mjesec bi morali imati posve jednak sastav. Razmisli, da li su Zemlja i Mjesec posve jednakog sastava? Dajemo podatak da je prosječna gustoća Zemlje 5,5 puta veća od gustoće vode, a prosječna gustoća Mjeseca je 3,3 puta veća od gustoće vode. Nadalje, Mjesečeva je kora "osušena" od vode i siromašna kisikom. U Zemljinoj pak kori ima mnogo vode i kisika.

Po trećem mišljenju, Mjesec je nekada bio dio Zemlje. No kako se Zemlja brzo vrtjela, iz ispupčena ekvatora Mjesec je bio izbačen kao iz praćke (sl. 11).
 To je teorija kćeri, ili bolje, roditeljska teorija. Pri odvajanju Mjeseca, Zemlja se nije trebala raspasti jer je njezina tvar tada mogla biti u žitkom, polutekućem stanju. Ako je teorija točna, Mjesečev sastav mora točno odgovarati sastavu Zemljine kore.

Po četvrtom mišljenju... hajde da iskoristimo svako od nabrojanih mišljenja, pa od njih izgradimo ovo posljednje: umjesto da se Mjesec uhvati u stazu oko Zemlje, tijelo koje će postati Mjesec u Zemlju udara; naravno, tijelo je došlo iz nekog drugog dijela Sunčeva sustava. Umjesto da Mjesec bude izbačen iz Zemlje, dijelovi udarcem razbijene Zemlje i dijelovi razbijenog tijela - koje je došlo odnekud drugud - ugradit će se u "pravi" Mjesec. Umjesto da nastane u Zemljinoj blizini kao "sestra", nastaje kao "sijamski blizanac" jer ugrađuje i dijelove Zemlje (sl. 12).
Razmrvljeni dijelovi došljaka i Zemlje ostaju u stazi oko Zemlje u obliku jednog širokog prstena iz kojega se postepeno okuplja Zemljin Mjesec. To je teorija velikog sudara. Ona je u posljednje vrijeme postala veoma popularna i - ona najbolje tumači kemijski sastav i geološku građu Zemlje i Mjeseca.

PITANJA

- Po čemu se razlikuje teorija zahvata od teorije sudara?
- Po čemu se razlikuje sestrinska teorija od roditeljske?
- Da li Mjesečeva i Zemljina kora imaju jednako obilje vode?
- Da li pri sudaru tijela, voda isparava ili para kondenzira? ..

Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!