Dane oryginału: First published in English under the title Rare Astronomical Sights and Sounds by Jonathan Powell, edition: 1, Copyright © Springer Nature Switzerland AG, 2018. This edition has been translated and published under licence from Springer Nature Switzerland AG. Springer Nature Switzerland AG takes no responsibility and shall not be made liable for the accuracy of the translation.

Tłumacz: Małgorzata Dąbkowska-Kowalik na zlecenie WITKOM – Witold Sikorski

Projekt okładki: Ireneusz Gawliński

Ilustracja na okładce: Burt Johnson/Dreamstime.com

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Małgorzata Kopczyńska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwo Naukowe PWN: Michał Latusek

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Polskie Wydanie:

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2021

ISBN: 978-83-01-21948-2

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2021r. (Wydanie I)

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288; infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Bezpłatny fragment

Rozdział 1. Wprowadzenie: od przeszłości do teraźniejszości i do przyszłości

Rozdział 2. Wiele cudów kosmosu

Rozdział 3. Archeoastronomia. Część I

Rozdział 4. Archeoastronomia. Część II

Rozdział 5. Obserwacje i przyrządy

Rozdział 6. Bardziej mroczne widoki

Rozdział 7. Czas, miejsce

Rozdział 8. Czynniki i właściwości atmosferyczne

Rozdział 9. Głośny Wszechświat

Rozdział 10. Część teoretyczna I

Rozdział 11. Część teoretyczna II

Słowniczek

Przypisy

Rozdział 1

Wprowadzenie: od przeszłości do teraźniejszości i do przyszłości

Życie codzienne

Uniwersalny czasomierz

Nasi przodkowie żyli i umierali, prowadząc obserwacje i tworząc rytuały związane z corocznymi wydarzeniami na niebie. Takie wydarzenia nadawały stabilność ich światu: pory roku odzwierciedlały czas siewu zbóż, czas żniw, początek cieplejszych dni i nadejście chłodniejszych.

Aby uczcić niebo i jego postrzeganą moc, odprawiano wiele rytuałów i składano ofiary, zachowując przy tym doskonałe wyczucie czasu i precyzję. Różne cywilizacje miały swoje własne sposoby czczenia wschodzącego Słońca, przejścia gwiazd i faz Księżyca. W dodającej otuchy formie naiwności, nie do końca rozumiejąc mechanizmy i czynniki stojące za tym, czego byli świadkami, wciąż rejestrowali potencjalny wpływ, jaki może wywierać niebo na ich codzienne życie – niekwestionowany autorytet, który w naszym nowoczesnym świecie został niestety zaniedbany. Dziś, podobnie jak nasi przodkowie, musimy się nauczyć, że choć widzimy i przenosimy nasze pojmowanie tego, co widzimy, na niebo, to jednak te interpretacje nie są tak pewne, jak mogłoby się wydawać. Nie zapominajmy, że sposób, w jaki nasi przodkowie widzieli niebo, był nieustannie kwestionowany, poprawiany, a w niektórych przypadkach uzupełniany przez tysiące lat. Kto ma powiedzieć, że nasza definicja jest ostatecznie poprawna?

Wśród corocznych widoków na starożytnym niebie były rzeczy niezwykłe, dziwne oraz takie, które były bardzo niepokojące dla patrzącego, ponieważ zdarzenia te zrywały z tradycją, zachwiały równowagą i przebijały tę pocieszającą bańkę naiwności. W szczególności zaćmienia uczyły pokory i przerażały tych, którzy byli ich świadkami. Mimo że w czasach nowożytnych umiemy wyjaśnić, dlaczego i jak one występują, są one wciąż stosunkowo rzadkie i nadal wprawiają w zdumienie. Być może zdarzają się one częściej niż raz w życiu, ale nadal są rzadkością, jeśli weźmiemy pod uwagę liczbę osób, które były świadkami całkowitego zaćmienia Słońca lub też tranzytu Merkurego, burzowych chmur na Saturnie, lub – bliżej domu – tęczy księżycowej, słupa słonecznego czy zielonego błysku.

Życie codzienne

Wydaje się, że wielu ludzi o różnej pozycji społecznej skłania się ku przypominającej plateau strefy egzystencji, takiego stanu bycia, który zapewnia poziom wiedzy, zrozumienia i oceny tego, co było wcześniej i co jeszcze nas czeka. Może minąć kilka tygodni, miesięcy lub lat, zanim dana osoba ostatecznie osiągnie ten stabilny stan. Dla większości wyczyn ten może okazać się źródłem satysfakcji wykraczającym daleko poza początkowy moment jego osiągnięcia, zaszczepiając im poczucie spełnienia, które sprawia, że chcą pozostać na tym poziomie. Utrzymanie tego poziomu komfortu może stać się priorytetem, który przeważy nad ambicjami poszukiwania innych możliwości lub dróg wyjścia z tej strefy. Dla mniejszości satysfakcja będzie zawsze ulotna, rodząc pytania: co dalej, gdzie dalej i jak to osiągnąć?

Ci, którzy osiągnęli egzystencję we własnej strefie plateau (często jedynej w swoim rodzaju dla danej osoby pod względem wyglądu, odczuć i cech), mogli wejść do miejsca, którego ich zdaniem nie da się ulepszyć, albo potencjalne ryzyko polepszenia tego, co mają, jest zbyt duże. Inni twierdzą, że aby osiągnąć inne strefy, konieczne jest dalsze poświęcenie, a w rzeczywistości żadna ze stref nigdy nie zaoferuje dokładnie tych elementów, które pozwoliłyby na ostateczne zakończenie podróży.

Te strefy to nie cele życiowe napędzane wynikami, wydajnością i oczekiwaniami innych, ale strefy, które istnieją w codziennym życiu – od chwili przebudzenia do ponownego zaśnięcia. To, co odróżnia przejście w czasie do i od wielu stref w życiu, to pewne istotne cechy, które zmieniają zwyczajność w coś niezwykłego, gdzie automatyzm zostaje chwilowo przyćmiony jasnym błyskiem, albo dźwięk na chwilę przerywa ciszę w świecie, w którym jest tyle hałasu.

Rys. 1. | Rozszerzający się Wszechświat. Dzięki uprzejmości NASA

Te błyski światła lub rzadko słyszane dźwięki stanowią wyjątkowe zjawiska w codziennym życiu, konfrontacje z rzeczywistością, które – niezależnie od tego, jaki etap osiągnęliśmy w życiu – mają moc wpływania na cały nasz światopogląd i zrozumienie szerszego obrazu, który istnieje dla nas wszystkich. Proste działanie, słowo lub czyn mogą mieć podobny wpływ, stając się punktem zwrotnym lub skrzyżowaniem, które zmienia kurs lub opinię. Ile razy powiedziano, że gdybyśmy mogli zatrzymać jeden cenny, wyjątkowy moment w życiu i sprawić, by ten moment rezonował przez resztę naszego życia, wtedy istniałoby prawdziwe poczucie spełnienia, którego nie można kupić, na które nie można zarobić ani go wymienić? Nowonarodzone dziecko trzymane w ramionach matki reprezentuje cykl życia na samym jego początku, moment, który dla obojga jest zatrzymany w czasie, w chwili obecnej i zachowany na przyszłość.

Te życiowe niezwykłości mogą dotyczyć nie tylko dnia codziennego i pojedynczego aspektu życia, ale mieć znacznie większą i bardziej okazałą skalę. Ostatecznie wszyscy istniejemy na tym samym poziomie w naszym Wszechświecie, a funkcjonowanie i wzorce naszego codziennego życia stanowią część znacznie bardziej złożonego obrazu. To właśnie to poszukiwanie wielkiego obrazu daje tym, którzy mają dość pasji, możliwość zobaczenia zawiłych i często niedoświadczonych osobliwości, jakie oferuje nasz zachwycający świat kosmologiczny. Ten świat działa jak zegar, który nie tylko obserwuje nasz własny czas na Ziemi, ale także ogólny przebieg wszystkiego, co było, co jest, a kiedy nadejdzie „czas” – wszystkiego, co ostatecznie będzie.

Uniwersalny czasomierz

Kosmiczne fenomeny zagłębiają się w horologiczną stronę Wszechświata, przyglądając się niektórym z najdrobniejszych elementów czasomierza, który tworzy swoje własne błyski i dźwięki. Wydarzenia te, choć rzadkie, są równie ważne w swej istocie i naturze, jak najbardziej płodne i większe aspekty Wszechświata, ponieważ jedno nie może istnieć bez drugiego.

Rzekę można przekraczać wiele razy, ale nie zawsze musi się to odbywać w tym samym miejscu. Podróż jest inna i niepowtarzalna dla każdej osoby, a jej podjęcie nie wymaga określonego poziomu zaangażowania, a jedynie pragnienia i pasji, by zobaczyć i usłyszeć niektóre z mniej istotnych elementów kosmologicznego zegara. Jedność między naszą codzienną egzystencją a Wszechświatem jest tak głęboka i ważna, jak tylko słowa mogą to wyrazić, ponieważ my również jesteśmy częścią czasomierza, częścią mechanizmu i częścią jednej z największych przygód.

Samo zrozumienie naszego miejsca we Wszechświecie było aspektem życia, który nasi przodkowie szybko dostrzegli, częścią ich kultury, która pod wieloma względami była o wiele bardziej zakorzeniona w ich codziennym życiu niż w czasach współczesnych, wtedy gdy ludzie, ziemia i niebo miały bliższą więź z Wszechświatem. Patrzyli na niebo tak, jak patrzyliby na swoje własne potomstwo, zdając sobie sprawę z wielkiej więzi istniejącej między nimi a ich otoczeniem. Uznanie tej więzi za pewnik byłoby świętokradztwem.

Ta książka jest pełna obserwowalnych rzadkich zjawisk w naszym Wszechświecie, tych, które znamy i rozumiemy, przynajmniej częściowo. Pozostaje jeszcze wiele rzeczy, których nie pojmujemy, a spora część zdarzeń astronomicznych, które muszą zajść, aby inne zdarzenia stały się dla nas widoczne, często pozostaje niewidoczna. W tym sensie takie rzadkie zjawiska są kluczem do odpowiedzi: efekt końcowy może być oczywisty, ale ważne jest to, w jaki sposób został osiągnięty.

Doskonałym przykładem wydarzenia astronomicznego, o którym wiemy, że występuje regularnie, lecz nie obserwujemy go w ogromnej liczbie przypadków, jest uderzenie meteoru, nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach. Nasza świadomość dotycząca takich uderzeń wzrosła na przestrzeni lat dzięki postępowi technologicznemu, ale nawet przy tym rozwoju techniki przestrzeń kosmiczna nadal kryje w sobie element zaskoczenia.

W sobotę 2 czerwca 2018 r. astronomowie pracujący w Catalina Sky Survey w Arizonie odkryli niewielką planetoidę w pobliżu orbity Księżyca, którą nazwano później 2018 LA. Kilka godzin później 2018 LA, kosmiczna skała wielkości głazu, poruszająca się z prędkością 17 km/s, uderzyła w Ziemię, eksplodując nad Botswaną o godzinie 18:44 czasu lokalnego. Wydarzenie to zarejestrowała kamera wideo na farmie w pobliżu Ottosda w RPA. Eksplozja była nie tylko widoczna, ale również wysłała fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości (infradźwięki) rozchodzące się przez ziemską atmosferę. Fale te zostały wykryte w RPA na Stacji 147, monitorującej infradźwięki. Dwumetrowej średnicy planetoida wywołała silne infradźwięki, o mocy od 0,3 do 0,5 kiloton TNT. Chociaż atmosfera była w stanie spalić większość 2018 LA na żużel, jej fragmenty zostały odkryte na całej jej drodze.

Alerty ostrzegawcze dotyczące 2018 LA pojawiły się niecały dzień przed jej uderzeniem. Miejmy nadzieję, że większe ciała dadzą czas na obserwację ich trajektorii. W obecnej sytuacji obserwacja nadlatującego pocisku to mniej więcej tyle, ile możemy zrobić – to doświadczenie nie różni się od tego, które towarzyszyło dinozaurom.

Rozdział 2

Wiele cudów kosmosu

Zobaczmy, co tam jest!

Nasze miejsce we Wszechświecie: czas

Początek?

Rozpoczyna się pragnienie wiedzy

Skały, które zachowują naszą przeszłość

Samo życie

Zobaczmy, co tam jest!

We Wszechświecie jest wiele do zobaczenia i do podziwiania. Wiele z tych cudów jest dostępnych dla astronoma, zarówno amatora, jak i profesjonalisty. Jesteśmy dumni z tego, że przesunęliśmy granice na Ziemi – wielcy odkrywcy tacy, jak Marco Polo, Ferdynand Magellan czy kapitan Cook wyruszyli w rejs, by się przekonać, co nasza planeta ma do zaoferowania w kwestii nowych lądów i nowych cywilizacji. A jednak, mimo osiągnięć wszystkich odkrywców z przeszłości i teraźniejszości, zostało zbadanych zaledwie 5% oceanów Ziemi. Biorąc pod uwagę fakt, że oceany stanowią 70% powierzchni Ziemi, wciąż mamy wiele do zrobienia na naszym własnym podwórku.

Niecierpliwa natura ludzkości kazała nam sięgać do gwiazd na długo przed tym, jak poczyniliśmy choćby najmniejszy postęp w odkrywaniu tajemnic życia tu, na Ziemi. Do 2010 roku biolodzy opisali i sklasyfikowali 1,7 miliona gatunków roślin i zwierząt, co stanowi mniej niż jedną czwartą wszystkich występujących na świecie. Naukowcy przewidują, że na odkrycie czeka jeszcze ponad pięć milionów gatunków. Każdego roku naukowcy opisują 18 000 nowych gatunków roślin i zwierząt, a badania przeprowadzone w 2012 roku wykazały, że średni czas między odkryciem nowego gatunku a jego opisaniem wynosi 21 lat. Po wielu latach opisywania, nazywania i katalogowania gatunków, z którymi dzielimy naszą planetę, nadal jesteśmy dalecy od uzyskania pełnego obrazu. A jednak chęć dowiedzenia się, czy jesteśmy sami we Wszechświecie, pozostaje niesamowitym motorem napędowym dla eksploracji kosmosu.

Istnieje wiele cudów kosmosu, które są łatwo dostępne dla amatorów dzięki stale rozwijającej się technice. Usłyszenie i zobaczenie jak najwięcej z tego, co kosmos ma do zaoferowania, wymaga odrobiny przygotowania i pracy. Przed rozpoczęciem tej podróży musimy rozważyć inne kwestie, które na początku mogą wydawać się słabo związane z tematem, lecz w rzeczywistości są niezbędną częścią krzywej uczenia się. Stanowią one narzędzia, które ostatecznie pozwolą nam uzyskać lepszy wgląd w ten obszar astronomii.

Nasze miejsce we Wszechświecie: czas

Wyobraź sobie zabytkowy zegar na kominku. Zegar, który wybija kwadranse, podobnym do metronomu tykaniem wyznaczając upływ każdej sekundy, minuty, godziny i dnia. W pokoju, w którym znajduje się zegar, odbywają się różne poziomy ludzkiej aktywności, wszystkie obserwowane przez zegar, którego jedynym celem jest wyznaczanie czasu.

Dla niektórych właścicieli zegara upływ czasu jest szybki, ruch wskazówek odzwierciedla szybkie odrzucenie tego, co było, próbują go uporządkować i mieć pewność, że czas, który pozostał w danym dniu, będzie dobrze wykorzystany. Pragnienie opanowania czasu i zawładnięcia dniem sprawia, że godziny są wykorzystywane efektywnie i skutecznie. „Spójrz na godzinę! Gdzie się podział ten czas!?” – zauważa jeden z właścicieli, przerażony tym, że czas przeminął, a poczucie spełnienia potrzebne do tego, by ten czas się liczył, zostało utracone. Czasu tego nie da się odzyskać. Pochłonęło go królestwo, które rozszerza się z każdą sekundą: domena historii. Mimo to zegar na kominku tyka.

Dla innego posiadacza zegara upływ czasu nie jest tak szybki i odzwierciedla stałe, ale ciągłe wyznaczanie minut i godzin w ciągu dnia, często dnia pozbawionego bodźców lub kontaktów z innymi osobami, a nawet zaangażowania i interakcji ze światem wokół tej osoby. „Czas płynie wolno, naprawdę się dziś wlecze!” – skarży się ten inny właściciel. Jest on świadomy każdej zmiany długości dnia, gdzie krótsze dni oznaczają wcześniejsze zamknięcie okna w lecie, co sprawia, że bardziej stateczny obserwator czasu odnotowuje jego upływ z jeszcze większym niepokojem. A zegar na kominku wciąż tyka.

Można by łatwo założyć, że właściciel zegara, który stara się jak najlepiej wykorzystać czas, jest młody, napędzany entuzjazmem, chce zobaczyć i zrobić jak najwięcej, zanim czas mu tego nie uniemożliwi. Można też powiedzieć, że właściciel, który otacza czas powolnym, pełnym żalu spojrzeniem, jest starszy, być może dużo starszy i jest w punkcie, w którym czas się kończy. Podczas gdy dla jednego czas płynie szybko, a dla drugiego się wlecze, to w rzeczywistości jest on cenny dla nich obu, ponieważ nieuchronnie ich linie czasowe się zatrzymają. A zegar na kominku wciąż tyka.

Obiektywnie czas mija w tym samym tempie. Nie osądza ani nie reaguje inaczej – to tylko postrzeganie czasu i jego wykorzystanie czyni różnicę, a zegar na kominku jest towarzyszem i obserwatorem tego wszystkiego. Wiemy, czym jest czas, wiemy, jak zaznaczać jego upływ, ale nie potrafimy dokładnie powiedzieć, co się dzieje, gdy czas mija – po prostu mija.

Zgodnie z ogólną teorią względności, Wszechświat powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu, a cała materia przed nim była skupiona w maleńkiej kropce – którą, jak na ironię, można porównać z „Błękitną kropką” Carla Sagana[1], ponieważ jej złożoność i istnienie są bardzo podobne. Bardzo mała część tej kropki, która zawierała całą materię, stała się później Słońcem, Ziemią, Księżycem i Układem Słonecznym, których obserwacje mówią nam wszystko o upływającym czasie. Kluczem jest ruch. Ruch materii i postrzeganie czasu poprzez ruch doprowadzi w końcu, zgodnie z ogólną teorią względności, do punktu, w którym Wszechświat się zapadnie. Cała materia skurczy się wtedy ponownie do maleńkiej kropki, co spowoduje zatrzymanie czasu.

Niektóre z najważniejszych pytań pozostających bez odpowiedzi są związane z czasem. Jak płynie czas i czy płynie on tylko w jednym kierunku? Czy czas jest uniwersalną stałą? Chociaż pomiar czasu zmieniał się w historii wraz z wprowadzaniem nowych technologii oraz nowych jednostek i miar, to sam czas pozostał względną stałą.

Fizycy definiują czas jako następstwo zdarzeń od przeszłości do teraźniejszości i do przyszłości. Jeśli jakiś system jest niezmienny, to jest bezczasowy. Czas jest czymś, czego nie możemy ani zobaczyć, ani dotknąć, ale poprzez ruch możemy zmierzyć jego upływ. Równania odnoszące się do czasu działają tak samo dobrze, niezależnie od tego, czy czas biegnie do przodu w przyszłość (czas dodatni), czy też działa wstecz w przeszłość (czas ujemny), co należy wziąć pod uwagę, gdy kwestionuje się dane założenie, że czas porusza się do przodu i tylko do przodu w stałym, jednokierunkowym przepływie. Ten dodatni kierunek znany jest jako „strzałka czasu”, który określa, że czas nie może się w ogóle cofać i że niemożliwe jest, aby Wszechświat powrócił do jakiegokolwiek punktu na swojej osi czasu między teraźniejszością a swoją długą historią, rozciągającą się aż do tej początkowej pierwszej kropki.

Ze szczególnej i ogólnej teorii Einsteina wiemy, że czas jest względny, zależny od układu odniesienia obserwatora. Różne punkty widzenia czasu mogą powodować dylatację czasu. Dylatacja czasu to zjawisko polegające na tym, że czas między zdarzeniami wydłuża się, im bardziej zbliżamy się do prędkości światła. Poruszający się zegar biegnie wolniej niż zegar nieruchomy, przy czym efekt ten staje się coraz wyraźniejszy, gdy poruszający się zegar zbliża się do prędkości światła. Zegary na orbicie rejestrują czas wolniej niż te na Ziemi.

Wyobraź sobie zwykły budzik ze wskazówką, poruszający się z prędkością relatywistyczną (porównywalną z prędkością światła) po orbicie okołoziemskiej. Obserwator na Ziemi jest w stanie zobaczyć tarczę tego zegara, a jednocześnie jest w stanie odnotować godzinę na innym, posiadanym przez siebie budziku. Gdy zegar porusza się po orbicie, obserwator na Ziemi jest świadkiem dość dziwacznego zdarzenia. Obserwator ten, znajdujący się – w przeciwieństwie do poruszającego się zegara – w inercjalnym układzie odniesienia, widzi, jak poruszający się zegar zwalnia, stopniowo „tracąc czas” względem naziemnego zegara obserwatora. Obserwator otrzymuje dwa różne czasy: czas zegara na orbicie i czas zegara na Ziemi. Który czas jest więc prawidłowy? Skoro zegar na orbicie zaobserwował spowolnienie czasu, to z pewnością zegar naziemny musi mierzyć prawidłowy upływ czasu? W rzeczywistości wskazania obu zegarów są poprawne, ponieważ czas nie jest absolutny, lecz względny: zależy od układu odniesienia.

Weźmy inny słynny przykład i wyobraźmy sobie, że dwie osoby w tym samym wieku pracują dla NASA; są to bliźnięta, urodzone dokładnie w tym samym czasie. Pierwszy bliźniak zajmuje naziemne stanowisko w kontroli misji, a drugi jest astronautą, który ma zostać wysłany na misję w kosmosie. W chwili wylotu zegary w kontroli misji i na pokładzie kapsuły kosmicznej wskazują ten sam czas. Następnie astronauta wyrusza na misję, podczas której będzie podróżował z prędkością równą 95% prędkości światła. Po powrocie z misji zegar pokładowy astronauty zmierzył, że upłynęło 10 lat od opuszczenia Ziemi, a astronauta postarzał się o 10 lat. Jednak po wylądowaniu na Ziemi i spotkaniu z bliźniakiem astronauta widzi, że dla bliźniaka upłynęły 32 lata, a nie 10! Jak to się stało? Tę wielką różnicę w procesie starzenia i związanym z tym odmierzaniem czasu tłumaczy fakt, że astronauta podróżuje z prędkościami relatywistycznymi, a więc jego zegar zwolnił.

W wymiarze przestrzeni można poruszać się zarówno do przodu, jak i do tyłu, ale w przypadku czasu zawsze poruszamy się do przodu. Odkładając naukę na bok, ontologia, gałąź metafizyki, która bada naturę istnienia lub bytu, stawia pytanie o rodzaj ontologicznych różnic między teraźniejszością, przeszłością i przyszłością. Istnieją trzy rywalizujące ze sobą teorie, które próbują odpowiedzieć na to pytanie.

Pierwszą z nich jest pogląd prezentystyczny – pogląd osoby, która bezkrytycznie trzyma się współczesnych postaw, interpretując historię w kategoriach współczesnych wartości i pojęć. Prezentysta twierdzi, że z pewnością tylko obecne obiekty i obecne doświadczenia są prawdziwe, a nasz stan świadomości rozpoznaje to w szczególnej wyrazistości naszych obecnych doświadczeń w porównaniu z naszymi przytłumionymi wspomnieniami przeszłych doświadczeń i naszymi oczekiwaniami dotyczącymi przyszłych zdarzeń. Na przykład wyginięcie dinozaurów wymknęło się z rzeczywistości, lecz nie nasze obecne wyobrażenia o nich.

Druga teoria to teoria rosnącej przeszłości, według której przeszłość i teraźniejszość są realne, ale przyszłość nie jest realna, ponieważ jest nieokreślona lub jedynie potencjalna. Królestwo dinozaurów było realne, ale nasza przyszła śmierć nie jest.

Ostatnią teorią jest „eksternalizm”. Stwierdza ona, że nie ma obiektywnych różnic ontologicznych pomiędzy przeszłością, teraźniejszością i przyszłością, ponieważ różnice pomiędzy tymi trzema są jedynie subiektywne.

To, czy dokładnie odmierzamy czas, czy też nie, czy też przypisujemy mniejszą lub większą wiarygodność, na jaką zasługuje, pozostaje kwestią sporną, wraz z całą masą pytań. Podobnie jak ryba nie może zrozumieć wody, ponieważ jest w niej zamknięta, tak i my mamy bardzo słabe pojęcie o czasie, najbardziej wciągającej ze wszystkich substancji.

Początek?

Sam „start od początku” jest przyjęciem bardzo wielu założeń. Po pierwsze, zakładamy, że przed początkiem nie było niczego, a wszystko, co teraz znamy, po prostu powstało w tym czasie. Jest to zdumiewająca naiwność, która słusznie nigdy nie została w pełni zaakceptowana jako prawo, ponieważ przymykanie oka na możliwe wydarzenia przed Wielkim Wybuchem zawęża sposoby, w jakie możemy określić i zrozumieć to, co teraz uważamy za Wszechświat.

Spójrzmy na przykład na grupę pieszych wędrujących po parku narodowym. Ścieżka, którą podążają, jest nieznana. W istocie są oni pionierami tej trasy, aby inni w nadchodzących latach mogli podążać ich śladami. W przypadku napotkania problemów na trasie, wędrowcy mogą po prostu zanotować coś, czego należy unikać, lub zasugerować, że istnieje pewien sposób na rozwiązanie problemu, lub zaznaczyć, że choć jest to problem dla nich, ktoś idący z tyłu może mieć lepsze rozeznanie, jak sobie z nim poradzić.

W pewnym miejscu na tej trasie do wędrówki dołącza przypadkowo inny piechur. Ten nowy element, który po prostu podejmuje wątek w połowie trasy, nie ma pojęcia, gdzie zaczęła się podróż ani gdzie się skończy.

W tej analogii, ludzie teraźniejsi są tym przypadkowym wędrowcem, a grupa jest ich przodkami. Abyśmy my, współcześni ludzie, mogli naprawdę zrozumieć, w jaki sposób znaleźliśmy się w tym kręgu na tej właśnie ścieżce, musimy ustalić: w którym dokładnie punkcie trasy połączyliśmy siły; gdzie był punkt startowy wędrowców (rozmnożenie się naszego gatunku); jakie inne dobrze przetarte szlaki zostały wyryte przed pojawieniem się tej grupy (pojawienie się wszelkiego życia na Ziemi); i jak wyglądał park narodowy, zanim powstał którykolwiek ze szlaków (początek kosmosu – „pierwsze światło”).

Po Wielkim Wybuchu we Wszechświecie roiło się od atomów wodoru, które wirowały we wszechogarniającej ciemności. W miarę upływu milionów lat te atomy wodoru zaczęły tworzyć obłoki. Z biegiem czasu, jednak masa atomów tworzyła coraz większe skupiska, aż do osiągnięcia punktu krytycznego, w którym dzięki procesowi fuzji jądrowej światło po raz pierwszy przebiło ciemność. Narodziły się pierwsze gwiazdy, a Kosmiczny Świt wreszcie położył kres niekończącej się ciemności.

Gdy światło tych pierwszych gwiazd rozbłysło, otaczający je gaz wodorowy został wzbudzony, co sprawiło, że pochłonął części energii pozostałej po Wielkim Wybuchu. Część tego „kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła” wydawała się „podkręcona” do bardzo specyficznej częstotliwości i jeśli astronomowie mogliby zlokalizować ten sygnał, mógłby on wskazać okres w historii kosmosu, w którym rozpoczęła się ponowna jonizacja (rejonizacja) – punkt krytyczny na trasie.

Rozpoczyna się pragnienie wiedzy

Poszukiwanie odpowiedzi na pytania we wszystkich dziedzinach, nie tylko w nauce, może być żmudne i wymagać wielu lat poświęceń, które ostatecznie mogą nie przynieść żadnych owoców. Jednak to właśnie możliwość porażki stanowi doskonałą siłę napędową, nieustannie podsycającą ambicję, aż do wyczerpania wszystkich możliwych sposobów. Polaryzująca siła takich pozytywnych i negatywnych myśli, wraz z ludzkim instynktem, aby łatwo się nie poddawać, jest ciągłym motorem odkryć.

Mimo że pierwsi astronomowie nie dysponowali techniką, wciąż rysowano niezliczone mapy, prowadzono obserwacje i wysuwano teorie. Wraz z upływem wieków i rozwojem techniki przesuwano granice obserwacji, rysowano bardziej szczegółowe obrazy, a dawne, niesprawdzone teorie szybko znajdowały potwierdzenie lub były obalane na dobre. Technika, właściwie rozpoznana i prawidłowo wykorzystana, stanowi niezbędną pomoc, która poprawia naszą egzystencję. Nie powinna jednak po prostu ułatwiać nam życia. Ułatwianie tylko odbiera nam chęć do ulepszania, rozszerzania i odkrywania. Jeśli jako rasa mamy przetrwać, musimy znaleźć bardziej naturalną równowagę, która pozwoli współistnieć naszej ludzkiej naturze i naszej technice.

Gdy stworzona przez nas technika będzie bezpiecznie funkcjonować w wyznaczonych granicach, podbój kosmosu może zostać przyspieszony, a postęp i zrozumienie będą następować w krótszym czasie. Już teraz, dzięki technice oraz dziedzinom astronomii i nauk o kosmosie, udało się odpowiedzieć na wiele pytań. A jednak nasze zrozumienie, choć wzrasta z każdą analizą danych, wypełnia jedynie kilka procent całości, która często wydaje się powiększać. Choć może się to wydawać irytujące, jest to właśnie ten czynnik, który sprawia, że wciąż nabieramy rozpędu i odkrywamy coraz to nowe rzeczy.

Celem tej książki jest odkrycie, zbadanie i ostatecznie zgłębienie rzadkich widoków, które Wszechświat ma do zaoferowania. Jednak trzymając się naszych metafor i tematu znaczenia czasu i chronologii, najpierw będziemy musieli zbadać wszystkie ruchome części. Jest to konieczne, aby postęp poza punktem przybycia mógł być kontynuowany. Jeśli ktoś jedzie pociągiem od punktu A do punktu K, automatycznie zakłada, że pociąg musi przejechać przez punkty od B do J. Jeśli jednak z jakichś powodów między D i E naprawiają tory, to być może trzeba użyć autobusu zastępczego, aby ominąć punkt, w którym pociąg nie może dalej jechać. Jedna drobna zmiana może w ogromnym stopniu zmienić rozkład jazdy, będąc powodem lub wynikiem innych problemów i opóźnień na trasie.

Ta koncepcja przeszłości i przeszłych doświadczeń zdecydowanie najbardziej dotyczy poszukiwania rzadkich zjawisk, jakie kosmos ma do zaoferowania, ponieważ termin „rzadkości” jest względny w stosunku do tego, jak wiele już wiemy. Sięganie naszych przodków w głąb Wszechświata opierało się jedynie na podstawowym zrozumieniu elementarnych zasad funkcjonowania świata – zapomnij o obiektach odległego nieba czy pasach radiacyjnych odległych światów!

Początkowo cuda kosmosu ograniczały się do obserwowania nieba nocą gołym okiem, oglądania nieba niezniekształconego przez zanieczyszczenie światłem, pokazów meteorów, przelatujących komet i naszego Księżyca. Zjawiska te miały różne znaczenie dla różnych systemów wierzeń i kultur. Księżyc, oglądany z dowolnego miejsca na Ziemi, z pewnością był astronomicznym towarzyszem, na którym spoczywała większość oczu, ponieważ jego pozorna wszechobecność mogła zapewnić poczucie ciągłości pozornie bezładnego nocnego nieba. W miarę upływu wieków i zdobywania wiedzy zachwyt tylko się pogłębiał, gdy sięgaliśmy coraz głębiej w przestrzeń kosmiczną i, o ironio, cofaliśmy się w czasie!

Poszukując dzisiejszych osobliwości, musimy pamiętać o osobliwościach w przeszłości. Niektóre z nich były rzadkością zarówno wtedy, jak i dziś, i choć możliwości znalezienia i zaobserwowania takich zjawisk w niektórych przypadkach znacznie się poprawiły, wciąż są one atrakcyjne dla tych, którzy nieustannie poszukują cennych klejnotów astronomii.

Skały, które zachowują naszą przeszłość

Najwcześniejsze dowody na istnienie życia na Ziemi kryją się w jednych z najstarszych skał znalezionych na naszej planecie. W 2013 r. w australijskim czasopiśmie Astrobiology opisano zestaw skamieniałości przypominających filamenty. Zawartość tych skamieniałości, datowanych na około 3,5 miliarda lat temu, wykazuje dowody na istnienie społeczności mikroorganizmów. W ekosystemie tej ery, społeczności te przylegały do osadów wzdłuż linii brzegowej, przeżywając dzięki energii dostarczanej przez Słońce.

Na Grenlandii zestaw skał datowanych na 3,7 miliarda lat wykazuje oznaki istnienia pradawnych kolonii sinic. Maleńkie faliste lub przypominające fale formacje osadowe o rozmiarach 1–4 cm znajdowały się na pradawnym dnie morskim, a następnie zostały przechwycone, umieszczone i utrzymane w tych skałach. Te faliste formacje w południowo-zachodniej Grenlandii znane jako Pas Zieleńcowy Isua są skamieniałymi pozostałościami stromatolitów, warstwowych kopców osadów i węglanów, które budują się wokół kolonii mikroorganizmów żyjących na dnie płytkich mórz lub jezior.

Pas Zieleńcowy Isua (Isua Greenstone Belt) zawiera jedną z najstarszych formacji skalnych na Ziemi, a przeprowadzone badania skał ujawniły, że pas ten jest jedną z najstarszych i najlepiej zachowanych pradawnych sekwencji tektonicznych płyt. Tektonika płyt jest uznaną teorią wyjaśniającą strukturę skorupy ziemskiej i związane z nią zjawiska, które prawdopodobnie rozpoczęły się około ery hadeiku, kształtując przyszłość wzajemnych oddziaływań płyt rządzących lądami do dnia dzisiejszego. Pas składa się z tonalitu, skały maficznych, skał metasedymentarnych, pasmowej formacji żelaza i granodiorytu.

Odkrycie tych fal opublikowane w czasopiśmie Nature potwierdza teorie, że życie na Ziemi powstało podczas tak zwanego eonu hadeiku. Ten okres w historii Ziemi, nieformalna jednostka wydzielona z okresu prekambryjskiego, trwał między około 4,6 miliarda a 4 miliardy lat temu. Był to czas charakteryzujący się początkowym formowaniem się Ziemi w wyniku akrecji pyłu i gazów oraz częstych zderzeń większych planetozymali i innych kosmicznych szczątków. Wtedy nastąpiła również stabilizacja jądra Ziemi, rozwój skorupy ziemskiej oraz formowanie się atmosfery i oceanów.

W tym okresie uderzenia odłamków kosmicznych różnych form i rozmiarów wyzwoliły ogromne ilości ciepła, które prawdopodobnie uniemożliwiły większości skał zestalenie się na powierzchni. Prądy konwekcyjne w płaszczu Ziemi wyniosły stopioną skałę na powierzchnię i spowodowały, że stygnąca skała opadała do mórz magmowych. Cięższe elementy, w tym żelazo, opadały i stawały się jądrem, natomiast lżejsze, takie jak krzem, unosiły się i tworzyły rosnącą skorupę ziemską. Niektórzy naukowcy uważają, że istnienie kilku ziaren cyrkonu, minerału krzemianowego sprzed 4,39 miliarda lat, potwierdza obecność stabilnych kontynentów w tym czasie, wraz z płynną wodą i temperaturą powierzchni prawdopodobnie niższą niż 100 ºC.

Te ziarna cyrkonu zostały znalezione w Jack Hills, paśmie wzgórz w Zachodniej Australii, a prawdziwy wiek cyrkonu został oszacowany na 4,375 miliarda lat, z marginesem błędu wynoszącym plus minus 6 milionów lat. Chociaż cyrkony same w sobie nie są technicznie skałami, pierwiastki śladowe znalezione w cyrkonach sugerują, że pochodzą one z bogatych w wodę, granitopodobnych skał, takich jak granodioryt i tonalit. Odkrycie to jest sprzeczne z innymi ustaleniami, które sugerują, że Ziemia była początkowo niegościnna, niezdolna do podtrzymania znalezisk, które ujawniły cyrkony.

Na Terytoriach Północno-Zachodnich w Kanadzie leży gnejs rzeki Acasta (Acasta Gneiss), formacja skalna datowana na około 3,58 do 4,031 miliarda lat temu. Formacja ta składa się z gnejsów tonalitowych[2], złożonych głównie z kwarcu i skaleni, i powstała w hadeiku. Okazy skalne z tego okresu zostały po raz pierwszy odnalezione w 1989 roku.

Na wybrzeżu Zatoki Hudsona, w Quebecu, w Kanadzie, znajduje się formacja skalna, której początki sięgają 4,28 miliarda lat temu. W części tej formacji skalnej, znanej jako Pas Zieleńcowy Nuvvuagittuq (Nuvvuagittuq Greenstone Belt), geolodzy byli w stanie określić wiek skały na podstawie prastarych osadów wulkanicznych znanych jako faux amphibolite. Po ich odkryciu w 2001 roku, wiek skał był kwestionowany przez różne badania, które datowały skałę na 3,7 miliarda do 4,37 miliarda lat temu. Raport z marca 2017 r. dostarczył dowodów na to, że w skałach Nuvvuagittuq znaleziono skamieniałości mikroorganizmów.

Datowany na 4,091 miliarda lat temu i znaleziony na Antarktydzie w 1984 roku Allan Hills 84001 (powszechnie skracany jako ALH84001) był skałą, która ujawniła niesamowitą przeszłość. Uważa się, że skała ta, złożona z ortopiroksenu, chromitu, maskelynitu i bogatego w żelazo węglanu, pochodzi z Marsa. Meteoryt zyskał bezprecedensową międzynarodową uwagę w 1996 roku, kiedy grupa badaczy z NASA Johnson Space Center w Houston ogłosiła, że dostrzegła w meteorycie możliwe oznaki marsjańskiego życia. Podstawą tego twierdzenia było odkrycie istnienia mikroskopijnych kryształów magnetytu, które zdaniem badaczy przypominały te tworzone przez mikroorganizmy na Ziemi.

Ten wniosek został szeroko odrzucony przez społeczność naukową, przy czym zgodnie przyjęto, że oryginalna skała rzeczywiście powstała na Marsie około czterech miliardów lat temu. Została ona ostatecznie katapultowana w przestrzeń kosmiczną przez uderzenie w powierzchnię Marsa, które rozrzuciło ją i wiele innych fragmentów na dużą odległość. Skała Allan Hills 84 001 wędrowała przez miliony lat po Układzie Słonecznym, zanim wylądowała na Ziemi około 13 000 lat temu. Wiele innych meteorytów zostało odkrytych i potwierdzonych jako pochodzące z Marsa, ale Allan Hills 84 001 pozostaje zdecydowanie najstarszy – a wiek kolejnego to zaledwie 1,3 miliarda lat temu. Powodem odrzucenia Allan Hills 84 001 jako śladu marsjańskiego życia był spór o niezwykłe cechy meteorytu, które, jak później się okazało, nie wymagają obecności życia. Mimo to, odkrycie meteorytu i szum wokół jego potwierdzonego pochodzenia z Marsa w okresie, gdy czerwona planeta zawierała wodę w stanie ciekłym, pozostają dość godnym uwagi wydarzeniem wśród szerokiej gamy odkryć geologicznych związanych z wiekiem na przestrzeni lat.

Przeskakując z Marsa na Księżyc, przechodzimy teraz do skały anortozytowej, która została przywieziona przez astronautów z misji Apollo 15 Jamesa Bensona (Jima) Irwina (1930–1991) i Davida Randolpha Scotta (ur. 1932). Trzecim astronautą w misji był Alfred Merrill (Al) Worden, który nie zszedł na powierzchnię Księżyca, lecz wniósł swój wkład w lot poprzez obserwacje naukowe z orbity.

Skała Genesis, wcześniej oficjalnie oznaczona jako próbka księżycowa 67215, była znaleziskiem ważnym z wielu powodów, z których najważniejszym jest to, że po zebraniu i przeanalizowaniu skały naukowcy mieli szansę dokonać pierwszego fizycznego porównania skał z Ziemi i Księżyca. Podczas pierwszej analizy, licząca 4,46 miliarda lat skała Genesis wskazywała na to, że mogła powstać w czasie, gdy formowała się pierwotna skorupa Księżyca. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Geoscience ujawniono, że skała Genesis i inne księżycowe anortozyty zawierały duże ślady wody, co sugeruje, że wczesny Księżyc był mokry, gdy się formował. Jest to sprzeczne z teorią, że Księżyc powstał z odłamków powstałych podczas gigantycznego zderzenia Ziemi z innym ciałem planetarnym.

Apollo 15 był dziewiątą misją załogową w programie Apollo NASA i czwartą, która wylądowała na Księżycu. Misja ta, sklasyfikowana jako misja J (oznaczająca długi pobyt na powierzchni Księżyca), miała większy wymiar naukowy niż poprzednie. Była to misja, w której po raz pierwszy wylądował Lunar Roving Vehicle[3]. Wystrzelona 26 lipca 1971 roku, została później okrzyknięta przez NASA najbardziej udanym lotem załogowym w historii. Na Ziemię powróciło około 76 kg materiału księżycowego, w tym próbki gleby, skał, próbki rdzeniowe i głębokie próbki rdzeniowe.

Przypisy

[1] Nawiązanie do Pale Blue Dot, zdjęcia Ziemi zrobionego z odległości około 6,4 mld km przez sondę kosmiczną Voyager 1, opuszczającą Układ Słoneczny. Jego pomysłodawcą był astronom Carl Sagan (1936–1996), a jej nazwy użył w tytule swojej książki Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space (Błękitna kropka, Człowiek i jego przyszłość w kosmosie). (przyp. tłum.)

[2] Tonalit – kwaśna skała magmowa (przyp. tłum.).

[3] Pojazd kołowy używany przez astronautów do poruszania się po powierzchni Księżyca (przyp. tłum.).