Petina Nobelovih nagrada za fiziku u četvrt je stoljeća otišla astrofizičarima. Zašto?

Potkraj prošle godine proslavljeno je četvrt stoljeća Hrvatskog astronomskog društva. Što se u tom razdoblju dogodilo u znanosti, a što kod nas? Zašto djecu oduševljava astronomija, piše Vladis Vujnović

• Autor naslovne astrofotografije Danijel Reponj

Na Zvjezdarnici Zagreb  5. je prosinca 2017. godine  proslavljena je 25. godišnjicu nacionalne strukovne udruge astronoma kratice HAD (Hrvatsko astronomsko društvo), članice Europskog astronomskog društva i Međunarodnog astronomskog saveza. Sasvim suprotno starogrčkom mitološkom biću, bogu Hadu, vladaru podzemlja koje se također naziva Had, hrvatski se HAD bavi nebom. Društvo ima dvije sekcije, Nastavnu i Znanstvenu i 140 članova.

Pa što se je u toj četvrtini stoljeća značajnoga zbilo? U toliko kratkom vremenu nikada toliko uspješnica! Pođimo redom. Od 1993. do 2017. astrofizičari su pobrali 5 od 25 Nobelovih nagrada iz fizike.

U rad je ušao 21 teleskop reflektor s otvorom većim od 4 m (prije 25 godina u toj klasi bilo je 6 teleskopa). Drugi veliki zamah poduzela je izvanzemaljska astronomija sa četrdesetak teleskopa u orbiti i s tucetom planetnih svemirskih brodova.

Japanski Subaru teleskop, čiji je otvor 8,2 metra

Ova silna tehnika podloga je znanstvenim otkrićima. Nakon svakog novog i unikatnog uređaja znanost napreduje skokom. Prvi od tih teleskopa izgrađeni su Keck I i II s promjerom zrcala od 10 m i 1993. i 1996.postavljeni na vrhu havajskog otoka Mauna Kea (4145 m nad morem). Među najvećima su još teleskop Hobby-Ebberly (1997) u Teksasu s promjerom zrcala od 10 m, specijaliziran za spektroskopsku patrolu velikog dijela neba; japanski teleksop Subaru (1999) s otvorom od 8,2 m; četiri teleskopa u pustinji Atakami, Čile također s otvorima od 8,2 m; veliki binokularni teleskop s dva zracala promjera 8,4 m koji simuliraju površinu zrcala od 11,8 m (Mount Graham, Arizona, 2004); južnoafrički teleskop otvora 9,2 m (2005), te najveći, kanarski teleskop otvora 10,4 m (2006/9) postavljen na otoku La Palmi na visini od 2270 m.

Fizička i kemijska priroda i razvoj tijela Sunčeva sustava, otkrića malih tijela, praćenje svemirskih letjelica i navođenje opservatorija u orbiti na egzoplanete, nalaženje jedva opažljivih smeđih patuljaka ili uočavanje supernovih u gustim galaktičkim jezgrama – to je svakodnevica velikih teleskopa

Svi ti teleskopi imaju zrcala sastavljena u obliku saća od manjih zrcala, što dopušta tehnologija s laserskim usklađivanjem pojedinih elemenata. Važnu značajku daje im to što su zvjezdarnice na velikoj visini pa osim vidljive svjetlosti opažaju i veliki dio infracrvenoga, a ako još postoji optička veza između susjednih teleskopa, tada se od njih stvara optička sprava, interferometar, čime se poboljšava razlučivanje detalja. Fizička i kemijska priroda i razvoj tijela Sunčeva sustava, otkrića malih tijela, praćenje svemirskih letjelica i navođenje opservatorija u orbiti na egzoplanete, nalaženje jedva opažljivih smeđih patuljaka ili uočavanje supernovih u gustim galaktičkim jezgrama – to je svakodnevica velikih teleskopa. Karakterizira ih još nešto: nisu dogotovljeni do kraja, već se stalno usavršavaju, domeću im se bolji dijelovi, suvremeniji instrumenti i preoblikuju se – pa su po tome slični na dječje igračke, transformere.

Posebna su vrst teleskopi za opažanje Sunca. Na Kanarima je 2009. postavljen švedski vakuumski teleskop s otvorom od 98 cm. Bez zraka u teleskopskom tubusu izbjegnuta je turbulencija koja se stvara u zagrijanome zraku i kvaru sliku. Najveći Sunčev teleskop počeo je pokusnim radom 2009. u Kaliforniji na visini od 2060 m usred jezera Big Bear. Reflektor ima promjer zrcala od 1,6 m te razlučuje detalje od 50 km. Najnoviji Sunčevi teleskopi mogu izučavati građu najmanjih Sunčevih granula od kojih su se sastoje baklje – svjetlije površine u aktivnim područjima.

Svemirski brod Cassini proboravio je u Saturnovu sustavu 13 godina, nedavno je izgorio u Saturnovoj atmosferi

Posljednjh četvrt stoljeća vrijeme je svemirskih teleskopa. Jedan od najvećih, Hubbleov teleskop nad Zemljom je prolebdio 1990. Koje su uspješnice istraživanja planeta na licu mjesta?

U dvogodišnjoj misiji 1998/9. Lunar Prospector, umjetni Mjesečev satelit u niskoj polarnoj orbiti, otkrio je na Mjesečevim polovima velike količine sleđene vode. Led opstaje u dnu polarnih kratera koji sunce nikada ne zagrije jer je Mjesečeva os vrtnje okomita na smjer prema Suncu.

Svemirski brod Cassini (1997/2017) proboravio je u Saturnovu sustavu 13 godina. Dokrajčen je izgorjevši nedavno u Saturnovoj atmosferi. Sonda Huygens koja se od Cassinija odvojila, sletjela je 2005. god. na Saturnov najveći satelit Titan koji ima gustu dušikovu atmosferu, te je na smrznutoj površini našla jezera od tekućeg etana i metana. To je prvo slijetanje na neko tijelo vanjskog Sunčeva sustava i prvo na neki planetski satelit izim Mjeseca!

O Jupiterovom satelitu Europi još će se čuti. Otkriveno je da se plimnim djelovanjem Jupitera u podpovršinskom oceanu Europe stvaraju tzv. planetarni valovi koji, iako spori, prenose veliku energiju i zagrijavaju unutrašnjost satelita. Istim se načinom zagrijavaju i ostali sateliti koji usprkos svoje smrzotine pokazuju neočekivane geološke aktivnosti.

Neki su egzoplaneti veliki poput Jupitera, ali suncu blizu kao Merkur; drugi su divovi plinoviti i hladni; ima sleđenih planeta veličine Urana, pa čak i stjenovitih i čvrstih, s rastaljenom unutrašnjosti i Zemljine veličine. Kada bismo im barem još i atmosfere upoznali! Jedan je planet pokazivao znakove vodene pare, a još nekoliko planeta mogli bi držati vodu. Voda!

A što je s uvjetima života u svemiru? Gdje još ima planeta? Prvo potvrđeno otkriće planeta izvan Sunčeva sustava, egzoplaneta, zbilo se godine osnutka HAD-a, a do prosinca 2017. stiglo se do brojke 3710. Znatan broj zvijezda praćen je s više od jednog planeta, na što se privikavamo, ali njihov raspored po udaljenosti odudara od očekivanja; niti jedan sustav nema planetsku svitu poput Sunca. I svojstva su im šarolika: neki su veliki poput Jupitera, ali suncu blizu kao Merkur; drugi su divovi plinoviti i hladni; ima sleđenih planeta veličine Urana, pa čak i stjenovitih i čvrstih, s rastaljenom unutrašnjosti i Zemljine veličine. Kada bismo im barem još i atmosfere upoznali! Jedan je planet pokazivao znakove vodene pare, a još nekoliko planeta mogli bi držati vodu. Voda!

I posljednja uspješnica godine 2017. Nobelove nagrade često stižu mnogo kasnije nakon otkrića koja ih zavrjeđuju. Tako je R. Davis Jr. nagradu podijelio 2002. iako je detektor za Sunčeve neutrine izradio 1967. Otkriće dvostrukog pulsara iz godine 1974. nagradu je dobilo 1993. Istraživanje pozadinskog mikrovalnog zračenja pomoću satelita započelo je 1989., a nagradu dobilo 2006. Ipak, u ovom je stoljeću dobiven materijal za dvije posljednje nagrade, 2011. i 2017. Radi se o otkriću ubrzanoga širenja svemira i o prijamu gravitacijskih valova. Fizičari i astrofizičari R. Weiss i B. C..Barrish i K. Thorne dobili su za 2017. god. Nobelovu nagradu za opažanje gravitacijskih valova detektorom LIGO.

Na pomolu je nova dijagnostika svemira. Gravitacijski valovi novo su sredstvo podataka. Dok je Davis informacije o svemiru iz elektromagnetskog područja proširio na neutrine, sustav cijevi za laserski optički uređaj LIGO i ujedno najveći vakuumirani prostor na Zemlji, otvorio je pogled u titranje prostor-vremena, predviđanje Einsteinove opće teorije relativnosti, kao sljedeću novu kozmičku dijagnostiku.

Astronomijom kao bogomdanom disciplinom, zbog svoje zanimljivosti i mnogih sadržaja, djecu nije teško oduševiti. Druženjem u Nastavnoj sekcije HAD-a saznali smo za iskustva u izvannastavnoj astronomskoj aktivnosti koju je ovoga puta predstavila učiteljica Natalija Kirčenkova, obrazovana na dalekom istoku Rusije. U toj zemlji koja aktivno osvaja svemir, astronomija više nije, kao nekada, školski predmet, pa se njeni zagovornici trude da to opet postane. U Hrvatskoj se sličan proces odvija na nižoj razini. Do nedavna, astronomija je u osnovnoj školi bila izborni predmet, a sada je izvannastavni. No ako posjetite osnovnu školu Marija Jurić Zagorke u zagrebačkoj Dubravi, osvjedočiti ćete se što entuzijasti mogu učiniti od školske generacije i njihovih roditelja. Prava pedagoška poema!