Skąd wiemy jak wygląda Droga Mleczna?

Nie jesteśmy jeszcze na tyle zaawansowani technologicznie, aby być w stanie wysłać statek poza naszą galaktykę, aby móc zobaczyć ją z zewnątrz - więc musimy opisać ją od wewnątrz. To trochę tak, jakbyś znajdował się w pokoju, w budynku, którego nigdy nie widziałeś z zewnątrz i ktoś poprosił cię, abyś powiedział mu jakiego koloru jest dach budynku. Możesz wyjrzeć przez okno i na podstawie obserwacji okolicy spróbować dojść do pewnych wniosków. Droga Mleczna i jej odkrywanie mniej więcej tak wygląda.

Dzisiaj wiemy już na jej temat całkiem dużo. Wiemy, że jest spiralą i że znajdujemy się w jednym z jej ramion, około 3/5 jej długości licząc od centrum. Ale zrozumienie i udowodnienie tego wszystkiego zajęło nam tysiące lat.

Droga Mleczna i początki jej odkrywania

Starożytni greccy i arabscy astronomowie widzieli na niebie wielki, dziwny pas biegnący przez całą długość nocnego nieboskłonu. My też moglibyśmy go dostrzec, ale musielibyśmy wyjechać gdzieś, gdzie nie ma zanieczyszczenia światłem.

Starożytni naukowcu nie mogli jednak dojść do porozumienia, z czego ten pas jest zrobiony. Część z nich sądziła, że jest to duży zbiór gwiazd. Arystoteles sądził inaczej. Uważał, że Droga Mleczna to część płonącej atmosfery, która tylko wyglądała na ciemną, ze względu na dużą odległość.

Prawie 2000 lat później, Galileusz spojrzał w niebo przez pierwszy teleskop i udowodnił, że to zbiór gwiazd. Arystoteles jednak się mylił, ale nie oceniajmy go zbyt pochopnie - nie miał zbyt wielu narzędzi do obserwacji kosmosu. Tak właściwie to miał do tego tylko oczy.

Naukowcy przekonali się, że jednak nie ma czegoś takiego jak płonąca atmosfera i że nie ma wątpliwości iż to, co widzą na nieboskłonie to gwiazdy. Wtedy powstało inne pytanie:

Jaki kształt ma ten zbiór gwiazd?

We wszechświecie występują dwa podstawowe kształty: kula i dysk. Gwiazdy, planety, planetoidy i księżyce są owalne, a wszystko inne jak pierścienie wokół planet, czy układy słoneczne są w większości płaskimi dyskami.

Skoro Droga Mleczna ukazuje nam się jako pas na niebie, oznacza to, że ma kształt dysku. Fakt, że pas ten jest raczej wąski oznacza, że nasz układ słoneczny znajduje się blisko płaszczyzny dysku – środka jego węższej strony.

Jeśli przyjrzymy się bliżej górze, lub dołowi Drogi Mlecznej, zobaczymy, że jest znacznie wyższa bliżej centrum - wygląda trochę jak jajko sadzone. Jej centrum jest trochę wniesione, jak żółtko, a ramiona płaskie, jak białko. Gdybyś odbył podróż dookoła Ziemi, zauważysz, że Droga Mleczna całkowicie ją otacza. Pozwala nam to założyć, że nie znajdujemy się na jej krawędzi.

Jak stworzyć mapę galaktyki?

Prawda jest taka, że nadal nie wiemy wiele o naszej galaktyce. Większość to założenia i przypuszczenia. Znajdowanie się wewnątrz czegoś to nie najlepszy punkt obserwacyjny, jeśli chcesz wiedzieć jak to wygląda z zewnątrz. Ale próbujemy i robimy się w tym coraz lepsi. Najlepiej obrazuje to historia naszej podróży przez odkrywanie Drogi Mlecznej.

Zapewne zgodzisz się, że kluczem do stworzenia dobrej mapy jest wiedza gdzie i jak daleko od ciebie znajduje się obiekt, który chcesz na niej umieścić. Aby dobrze rozmieścić gwiazdy i mgławice znajdujące się w obrębie naszej galaktyki musimy znać ich dokładne pozycje na niebie oraz odległości.

Mierzenie pozycji gwiazd jest niezwykle trudne. Odległości astronomiczne są ogromne, a gwiazdy znajdują się w ciągłym ruchu. Raz są bliżej, raz dalej. Poza tym, nie jesteśmy w stanie dostrzec nic co znajduje się po drugiej stronie galaktycznej wypukłości (określonej wcześniej jako żółtko), ponieważ gwiazdy są tam tak blisko siebie, że przesłaniają nam widok oraz sam w sobie jest niemożliwy do zmapowania. Wszystko, co znajduje się po drugiej stronie galaktyki jest bardziej przypuszczeniem. Możemy się domyślać jak wygląda na podstawie wiedzy, którą posiadamy o naszej galaktyce, oraz obserwacji innych, podobnych do naszej.

Skąd wiemy jak wygląda "nasza" strona galaktyki?

Pierwszym człowiekiem, który przyjrzał się temu bliżej, był brytyjski astronom William Herschel, około 1785r. Podzielił niebo na 600 stref i przy pomocy teleskopu policzył wszystkie gwiazdy, które był w stanie dostrzec w każdej ze stref. Herschel założył, że im gwiazda była ciemniejsza, tym dalej od Ziemi się znajdowała. Użył zdobytych informacji, by stworzyć mapę tego, jak według niego wyglądała podstawowa struktura galaktyki.

Widział mniej więcej tyle samo gwiazd niezależnie od kierunku, w którym spojrzał. Doszedł więc do wniosku, że znajdujemy się blisko centrum galaktyki. O ile sam pomysł był świetny i stał się podstawą dla przyszłych badań astronomicznych, o tyle jedno z głównych założeń było złe: słabsze światło gwiazdy nie koniecznie oznacza, że znajduje się ona dalej.

Ponad sto lat później, około roku 1900, holenderski astronom, Jacobus Kapteyn spróbował tej samej metody i doszedł do podobnych wniosków, co tylko utwierdziło ówczesnych astronomów w przekonaniu, że jesteśmy blisko centrum galaktyki.

Dopiero w 1917 roku, amerykański astronom Harlow Shapley spróbował innej metody: zaczął przyglądać się okrągłym, jasnym i gęstym gromadom gwiazd, widocznym z dużych odległości. Tak samo jak Herschel, Shapley również założył, że ciemniejsze gromady muszą znajdować się dalej od Ziemi. Jednak jego odkrycia okazały się różne od poprzedników: Shapley zauważył, że jeśli zaznaczy się gromady na mapie, formują obiekt przypominający kulę, oraz – co ważniejsze, że większość z nich znajdowała się w jednej części nieba.

Założył, że centrum sfery będzie bliżej środka galaktyki, więc Ziemia znajduje się daleko od jej centrum. Usunął więc nasze Słońce z centrum galaktyki, co nie wszystkim się spodobało, ale ostatecznie astronomowie uznali, że miał rację.

Dlaczego początkowe założenia były błędne?

Herschel i Kapteyn nie mieli racji, ponieważ nie wiedzieli, że Droga Mleczna jest pełna pyłu, który pochłania światło gwiazd i nie pozwala dojrzeć najdalszych zakątków Drogi Mlecznej. Nie wiedzieli również, że gwiazdy mogą świecić z różnym natężeniem.

Kilka lat po tym, jak Shapleyowi udało się odnaleźć miejsce Ziemi w galaktyce, Edwin Hubble, kolejny amerykański astronom zauważył, że istnieje mnóstwo innych galaktyk. Biorąc pod uwagę co wiemy o innych galaktykach, oraz czego nauczyliśmy się o Drodze Mlecznej przy użyciu dostępnych nowoczesnych narzędzi, jesteśmy w stanie stworzyć jeszcze lepszy obraz naszej galaktyki. Jest jednak pewne ale.

Nasza pozycja w galaktyce nie ułatwia sprawy

Większość nowych gwiazd formuje się w spiralnych ramionach galaktyki. Tak więc jednym z łatwiejszych sposobów mapowania galaktyki jest mierzenie odległości między pobliskimi "żłobkami galaktycznymi".

Gwiazdy formują się w chmurach gęstego gazu. Kiedy zaczynają świecić ogrzewają i odsuwają od siebie chmurę gazu. Na Ziemi widzimy to jako rejon rozświetlonego wodoru. Mgławica Oriona jest jedną z najjaśniejszych i jest widoczna gołym okiem. Radioteleskop umożliwia nam mierzenie jak daleko znajdują się te chmury. Niestety mgławice częściej znajdują się w ramionach galaktyki, niż poza nimi, więc pozwala nam to zmapować tylko najjaśniejsze części ramion galaktyki, nie to, co znajduje się pomiędzy nimi.

Niestety, nasz układ słoneczny znajduje się pomiędzy ramionami, więc nie jesteśmy otoczeni takim natężeniem mgławic, jak układy słoneczne znajdujące się w ramionach galaktyki. Znajdujemy się pomiędzy dwoma dużymi ramionami, w czymś zwanym ramieniem Oriona. W tym miejscu pomiędzy ramionami bezpośrednie mierzenie gwiazd jest najlepszym sposobem mapowania naszej najbliższej okolicy.

Błędne założenia

Do niedawna myśleliśmy, że nasz odnoga galaktyki nie jest duża. Tylko kilka gwiazd i w sumie nic znaczącego na galaktyczną skalę. Ten pogląd zaczyna się zmieniać. Odkryliśmy sposób na łączenie radioteleskopów, co pozwala nam uzyskać lepszą rozdzielczość zdjęć. Pozwala nam to lepiej przyjrzeć się najbliższej okolicy.

Pył nie blokuje podczerwieni tak bardzo, jak widzialnego spektrum, więc astronomowie byli w stanie stworzyć obraz naszej galaktyki przy użyciu zaawansowanych teleskopów. Dzięki radioteleskopom astronomowie mogli zignorować gwiazdy i stworzyć mapę gazu, który tworzy Drogę Mleczną.

Te technologie, oraz nowe, lepsze metody oceniania odległości, które udało nam się stworzyć na przestrzeni lat pozwoliły nam stworzyć lepszą i bardziej dokładną mapę Drogi Mlecznej. Ale nie oznacza to, że wiemy wszystko.

Kilka lat temu udało nam się zrobić zdjęcie centrum naszej galaktyki i okazało się, że ma ona w środku prostokątną poprzeczkę. Potwierdziło to teorię wysuniętą przez fizyków w 1996 roku. Poczyniliśmy już wtedy pewne postępy jeśli idzie o mapowanie ramion naszej galaktyki i naukowcy napisali na ten temat artykuł. Autorzy zaproponowali w nim, że Droga Mleczna wyglądałaby dużo ładniej, gdyby posiadała dużą poprzeczkę w centrum. W innym przypadku galaktyka miałaby cztery ramiona przyczepione do centrum w raczej nieelegancki sposób. Natomiast jeśli istnieje większa poprzeczka, Droga Mleczna mogłaby być dwuramienną galaktyką, gdzie każde ramie byłoby owinięte wokół jej centrum dwa razy.

Tak naprawdę ciężko jest dowiedzieć się wiele o naszej galaktyce. Ale ciągle tworzymy nowe narzędzia i być może w przyszłości uda nam się odkryć wszystkie jej sekrety.