Zemljina jezgra (2)

Zemljina jezgra (2)

1. dio

Morao se je brzo naći uzrok za te možda fatalne impulse, pošto je do njih dolazilo gotovo svakodnevno. Kao prvo, moralo se je točno naći mjesto, gdje se pojavljuju impulsi. Uskoro je postalo jasno, da se ova pojava ne dešava slučajno. Svi ovi impulsi su se javljali iznad Južne Amerike i južnog Atlantika.

"To je bio jasni znak da je uzrok našeg problema okolina, te da se ne radi o nekom termičkom problemu ili problemu oko opskrbe energijom, kao ni o tome da neki od sistema ne radi ispravno."

To područje je u NASA-i već bilo na lošem glasu i znalo se da se ondje dešavaju neobične stvari. Astronauti su izvještavali kako su ondje često vidjeli munje, sateliti i kompjutori space-shuttlea su se ondje znali kvariti. U međuvremenu se to područje naziva "Bermudskim trokutom astronautike".

"Ime Bermudski trokut zaista odgovara, to se je pokazalo već puno puta u zadnjih 20 godina. To je poznato opasno područje za svemirske letjelice. Naš je zadatak bio da nađemo gdje je greška u sistemu i kako ga možemo riješiti."

To područje svemira, međutim, nije bilo interesantno samo NASA-i. Ondje su se mogle naći i indicije o tome što se odigrava duboko u unutrašnjosti Zemlje. Ona se možda nalazi skrivena nekih 6000 km ispod naših nogu, ali jezgra naše planete je od ogromne važnosti za život na Zemlji, jer ona stvara Zemljino magnetno polje. Ono je navigacioni instrument od izuzetnog značaja za neke od najvećih prirodnih fenomena na Zemlji, npr. masovne seobe životinja, koje se svake godine ponavljaju, ali isto tako i mjerni instrument, koji nam pomaže pri istraživanju planete.

Zemljina jezgra (1)

Zemljina jezgra (1)

Posvuda u svijetu se odvija jedan smioni i teško shvatljivi eksperiment. Znanost želi poduzeti jedno putovanje o kome se je dosada moglo samo sanjati. Oni žele doći do središta Zemlje i ondje baciti pogled na jedan bizaran i nedokučivi svijet. Njihovi radovi nam otvaraju prozor do jedne od velikih zagonetaka Sunčevog sistema - Zemljine jezgre.

To je jedan skriveni svijet, više od 6000 kilometara ispod naših nogu.

Greenbelt, Maryland, SAD

Greenbelt Spaceflight Centre je komandna centrala NASA-e za bespilotne letove u svemiru. Odavde kontroliraju znanstvenici mnogobrojne važne teleskope i satelite. Ken LaBell, inžinjer astronautike, posvetio se istraživanju zvijezda. Međutim, u februaru 1997. godine, on se je suočio s jednom svemirskom zagonetkom, koja se dešava duboko u unutrašnjosti Zemlje.

Svemirski teleskop Hubble se je našao u nevolji.

"Bio je petak popodne. Bio sam u uredu kad je zazvonio telefon. Jedan inžinjer, s kojim sam zajedno radio, nazvao me je i rekao: 'Znate, prošlog smo mjeseca pustili u pogon dva nova instrumenta. Imamo s njima neke probleme, s kojima nismo računali.'"

Dva revolucionarna nova instrumenta su bila instalirana na Hubble-teleskopu, koja su trebala gledati duboko u svemir i ondje naći crne rupe. Međutim, dok je Hubble pravio krugove oko Zemlje, dolazilo je do prekida rada sofisticirane opreme vrijedne nekoliko miliona dolara.

"Vidjeli smo strujne impulse. Kod signala, koji se prenosi svemirom, odjednom se vidi kratki impuls. Problem je bio takve prirode, da je mogao uništiti cijeli instrument. Bojali smo se da bi ta greška mogla uništiti čitavi sistem. Jedan fantastični instrument, na kome je mnoštvo ljudi radilo dugi niz godina, bio je u opasnosti."

2. dio

Zvijezde treće populacije (5)

4. dio

Zvijezde treće populacije (5)

Zvijezde treće populacije, točnije rečeno zvijezde s masom između 100 i 250 Sunčevih masa, eksplodiraju u nezamislivim dimenzijama. Pošto je rasprostranjenost tih zvijezda bila puno veća od prostora koje zauzimaju galaksije, uspjele su one pri svojim eksplozijama puno veći prostor obogatiti teškim elementima, i upravo zbog toga se teški elementi mogu naći u intergalaktičkom prostoru.

Druga važna točka – zvijezde treće populacije su bile jaki izvori ultra-ljubičastog zračenja. Pri temperaturi površine od oko 100.000 stupnjeva, zvijezda isijava gotovo isključivo zračenje u tom dijelu spektra. Kako sam već spomenuo, nekih 400.000 godina nakon velikog praska je svemir bio gotovo potpuno neutralan, pošto su elektroni bili uhvaćeni od strane protona, dostupan je bio samo neutralni vodik i helij. U jednom određenom trenutku, međutim, oni su morali ponovo biti ionizirani, a za to ne postoji bolji izvor od zvijezda treće populacije.

Treća točka je rast ogromnih crnih rupa u centrima galaksija. Posebno velike zvijezde treće populacije, s masama od 250 do 1000 Sunčevih masa, uopće ne eksplodiraju, već odmah kolabiraju i postaju crne rupe. One su u centrima galaksija mogle biti kondenzaciona točka za stvaranje crnih rupa velikih masa (s masama od nekoliko milijardi Sunčevih masa), tako da su okolni plin privlačili k sebi i doveli do tolike koncentracije mase, koje danas možemo vidjeti kao aktivne galaktičke jezgre, kao kvazare, koji izbacuju visoko­energetske čestice na udaljenosti i do milion svjetlosnih godina. Taj fenomen, dakle, možemo povezati s jednim od prvih aktiviteta u svemiru uopće.

Kao zaključak možemo istaći činjenicu da je stvarni veliki prasak – naime,  početak stvaranja teških elemenata, baš kao i stvaranje svijetlosti, počelo sa zvijezdama treće populacije, i u tome je njihov nemjerljivi značaj za sve ono što se je nakon toga dešavalo u svemiru.

Zvijezde treće populacije (4)

3. dio

Zvijezde treće populacije (4)

U prvim plinskim oblacima je od jednog oblaka nastala jedna jedina zvijezda, pošto se plin nije mogao ohladiti. Prve zvijezde su bile ogromne, morale su biti ogromne, s masama od 100 do 1000 Sunčevih masa i promjerima 5 do 10 puta većima od Sunca, njihov sjaj je bio 1 do 30 miliona jači od sjaja Sunca, i to najvećim dijelom u ultra-ljubičastom dijelu spektra, pošto im je temperatura bila i do 100.000 stupnjeva.

Tolike veličine i temperature su, međutim, imale svoju cijenu, a to je bio njihov životni vijek od samo 3 miliona godina. Te zvijezde su, dakle, u 3 miliona godina postavile osnovu za sve strukture koje su se nakon toga stvorile u svemiru. Zvijezde treće populacije su bile nevjerojatno velike zvijezde. Danas u Mliječnom putu imamo možda tek pokoju zvijezdu koja ima nekih 100 Sunčevih masa, dok su uobičajene veličine velikih zvijezda nekih 40 Sunčevih masa. Ono što je kod zvijezda treće populacije za astrofizičare bitno, to su njihove osobine. Naime, samo te zvijezde su u stanju objasniti neke stvari koje danas posmatramo u svemiru.

Tu je, kao prvo, jedno zanimljivo zapažanje kod međuzvjezdane tvari. Na području jedne galaksije se može naći međuzvjezdana tvar, i to je potpuno razumljivo, jer do toga dolazi uslijed eksplozije supernova, koje prilikom eksplozija svoje teške elemente razbacuju po galaksiji i tako stvaraju te oblake. Otkuda su se, međutim, na udaljenosti od nekoliko miliona svjetlosnih godina od galaksija, u međugalaktičkom prostoru, mogle naći nakupine željeza? Ili pak kisik? Otkuda je ta materija dospjela tamo, i to u velikim količinama? Jedina mogućnost da se to objasni su silne eksplozije supernova, nastalih od zvijezda koje su bile puno veće od današnjih zvijezda. To su morale biti ogromne zvijezde, a to objašnjava i činjenicu zašto danas više ne možemo naći nijednu zvijezdu treće populacije, pošto su one, uslijed svoje veličine, imale životni vijek od samo nekoliko miliona godina.

5. dio

Zvijezde treće populacije (3)

2. dio

Zvijezde treće populacije (3)

Kako je to moguće? Najnovija promatranja i prije svega naše pomoćno sredstvo, kompjutor, daju nam naslutiti slijedeći scenario po pitanju toga kako se je sve to moralo odigrati: imamo, dakle, na početku oblake vodika i helija, drugih elemenata nije bilo. Iz tih oblaka su, 200 miliona godina nakon velikog praska, nastale prve zvijezde. Kakvi su to, međutim, bili oblaci? Vodik i helij su elementi kod kojih se ne mogu stvarati molekule. Molekule su, međutim, bitne – u trenutku kad jedan oblak kolabira, on postaje topao. Nešto energije on može isijati, ali nakon nekog vremena, kad stvaranje molekula teških elemenata nije moguće, oblak se ne može hladiti. U današnjim plinskim oblacima, koje možemo vidjeti u Mliječnom Putu, možemo otkriti ugljik, dušik, kisik i druge elemente, i ti elementi mogu izgraditi molekule, koje su u stanju isijati veliku količinu energije, čime se smanjuje temperatura molekularnog oblaka u Mliječnom Putu čak i ispod 10 kelvina.

Plinski oblaci prve generacije, međutim, nisu imali mogućnost da se u tolikoj mjeri ohlade. Helij je plemeniti plin i uopće nije sposoban za stvaranje molekula, dok je vodik u stanju napraviti samo H₂-molekulu, koja u ovom slučaju nije od velike pomoći. S druge strane, veličina plinskog oblaka ovisi o temperaturi koja vlada u njemu – to znači, ukoliko imamo danu temperaturu, ona uvjetuje veličinu oblaka. To znači da u tome slučaju ne mogu nastati stotine ili hiljade oblaka, kao što je to slučaj danas, kad su plinski oblaci poput spužve i sadrže mnogo područja u kojima su se nakupili plinovi, te time omogućuju stvaranje mnoštva zvijezda u jednom plinskom oblaku.

4. dio

Zvijezde treće populacije (2)

1. dio

Zvijezde treće populacije (2)

Kao prvo da spomenemo koje su druge dvije populacije. Zvijezde prve populacije su nalik na Sunce, što znači da imaju isti metalicitet kao i Sunce, i da su nastale dugo vremena nakon velikog praska. Naše Sunce je, na primjer, nastalo prije 4,5 milijarde godina, dakle nastale dugo nakon velikog praska i bogate su teškim elementima: Zvijezde druge populacije su nastale davno prije njih i imaju u sebi puno manje teških elemenata, što se može vidjeti po njihovim spektrima.

Osim ove dvije vrste, morale su postojati i zvijezde treće populacije. Do danas ih se, međutim, nije uspjelo naći. Zašto ih se nije uspjelo naći? Kao prvo, kako bi izgledao spektar zvijezde treće populacije? U njezinim spektralnim linijama bi se mogle naći samo dvije linije za vodik i helij. Osim toga, životni vijek jedne zvijezde ovisi o njenoj težini. Jedna mala zvijezda, poput našeg Sunca, ima životni vijek od 10 milijardi godina. Sad možemo pretpostaviti da bi negdje u svemiru mogla postojati zvijezda treće populacije, s masom nešto manjom od Sunčeve, recimo nekih 0,8 Sunčeve mase. Zvijezda s takvom masom imala bi životni vijek od 17 do 20 milijardi godina. To znači, u principu bi moralo biti moguće negdje u Mliječnoj stazi naći jednu malu zvijezdu koja se sastoji samo od vodika i helija. To bi bila jedna od prvih zvijezda uopće. To se, međutim, nije desilo. Do danas se je uspjelo naći zvijezde koje imaju stohiljaditi dio metaliciteta Sunca, ali nijednu s metalicitetom 0, dakle zvijezdu sačinjenu od elemenata koji su bili dostupni na početku, za vrijeme velikog praska.

3. dio

Zvijezde treće populacije (1)

Po svim danas nam dostupnim kozmološkim podacima, prije 13,7 milijardi godina se je dogodilo slijedeće: nastalo je nešto iz ničega. Iz materije s nepojmljivom temperaturom i gustoćom, počeo je svemir širiti, sve dalje i dalje. Na početku je bilo vrelo i svijetlo, da bi pri svom širenju postajalo sve hladnije i hladnije. Nakon neka tri minuta nastale su prve atomske jezgre vodika i helija, zračenje u vidu fotona je počelo kolidirati s već ranije nastalim elektronima, i to je trajalo nekih 300 do 400 hiljada godina. Svemir je postajao sve veći i veći, i pritom postajao sve hladniji, temperatura je opadala, osvjetljenost svemira je postajala sve manja i manja i polako nestala iz vidljivog spektra, i pri temperaturi od nekih 4000 stupnjeva, otprilike 400.000 godina nakon velikog praska, smanjila se je kinetička energija elektrona u dovoljnoj mjeri da su ih jezgre vodika i helija mogle uhvatiti, te su tako nastali prvi neutralni atomi. Uslijed toga su se fotoni mogli slobodno kretati, pošto više nisu imali partnere za kolizije, i od toga se kozmičko pozadinsko zračenje širi svemirom. Svemir pritom postaje sve tamniji i tamniji. To "mračno" doba trajalo je nekih 200 miliona godina. I svo to vrijeme se u svemiru nije dešavalo gotovo ništa. Plin se je tu i tamo skupljao po svemiru, tamna materija se je razdjelila po svemiru, ali osim toga se ništa nije dešavalo.

I tada, tada je došlo do istinskog velikog praska. Tada je, naime, nastalo svjetlo. Tada su nastale prve zvijezde, koje su od fundamentalnog značenja za astronomiju, i njih nazivamo "zvijezdama treće populacije". Upravo one su tema ove emisije.

2. dio