Slovenija pod skupnim nebom Velika konjunkcija 2020 (X) Potepuhi in življenje POBUDA JE NADALJEVANE TISTE IZ 2019

Do sedaj smo v tekstih preleteli razburljive epizode iz zgodovinske drame iskanja resnice o gibanju planetov. Matematični zapis, ki je nastal ob izjemno natančnih in dolgotrajnih meritvah potovanja planetov, so, smo s pridom uporabili za razlago dinamike celotnega vesolja.

Tokrat pa si izposodimo čas zase, za naš planet (za potepinko Zemljo) in skrivnost ter hkrati čudež, ki mu pravimo življenje.

O življenju daleč v vesolju je že razmišljal eden izmed naših dveh junakov Nikolaj Kuzanski – srednji vek. Ko je Frank Drake leta 1961 zapisal slovito enačbo o verjetnem številu civilizacij v naši Galaksiji, s katerimi bi se domnevno lahko sporazumevali (ocene gredo od pesimistične ene civilizacije – naše - do celo nadrealističnih (avtističnih ocen) nekaj milijonov podobnih civilizacij naši), se je mnogim zazdelo, da je samo še vprašanje časa, kdaj se bo na našem vrtu pojavil E. T. Vesoljček (ki bo po možnosti še delal za nas, obdeloval vrt, nas zabaval, pazil otroke …). Poznamo recimo še program SETI (iskanje razvitih civilizacij v vesolju), seveda tudi mnoge teorije zarot o NLP, zgodbe o vesoljcih, ogromno znanstvenofantastičnih knjig, filmov – nekaj gradiva je prav inteligentnega in tudi zabavnega (spekter je zelo pisan od »Vojne zvezd« do »Štoparskega vodnika po galaksiji« in vsega vmes, tukaj je še Planet opic, Zvezdne steze (teleportacija ljudi), knjige in filmi na temo črnih lukenj, ..., vsa protislovja, vse zagate našega bivanja na Zemlji smo projicirali tudi v vesolje, boj za preživetje, humor, znanost, umetnost, »zlobo« in »humanizem ali vesoljizem« ...).

A vedno bolj se zdi, da je do naslednjega otoka življenja in naslednje civilizacije v vesolju zelo, zelo daleč, tako v prostoru - kot v času. Na tako velikem območju prostora, kot je naša Galaksija, ki jo svetloba preči v več kot 100000 letih, je namreč težava tudi v sočasnosti civilizacij (ne samo oddaljenosti le teh). Zemlja gosti življenje nekaj milijard let, a človek zna komunicirati preko pošiljanja in sprejemanja elektromagnetnih valov komaj dobrih 100 let – a tudi ne vemo, koliko časa bomo to še lahko počeli (ne vemo, do kdaj bomo bivajoči ...). Rabili bi torej, v milijarde let dolgi igri »naključij« (nastanek življenja v primernih pogojih z igro organskih molekul ...), še kako sočasno bližnjo civilizacijo. A je še nismo detektirali, čeprav že zaznamo nekatere spektre atmosferskih plinov eksoplanetov. Bodimo optimisti, a hkrati realisti. Na realna tla nas je spet postavil (tokrat satelit) Kepler z eksoplaneti (eksopotepuhi), ki jih je sicer odkril nad pričakovanji veliko – a trenutni rezultati glede bližnje sočasne civilizacije kažejo na število nič! Seveda kdo poreče – kaj pa če vesoljci uporabljajo povsem druge tehnologije. Že mogoče – a toliko slabše za naše odkrivanje naprednega življenja v vesolju.

Tudi, če smo trenutno še zelo zaostala civilizacija (zagotovo smo še kar precej primitivni, ker še zmeraj na veliko uporabljamo fosilna goriva, simbolno kurimo naše fosilne prednike – smo še zmeraj jamski ljudje) – pa se vendar splača truditi, razmišljati naprej, raziskati, katere vse »slučajnosti« so se morale ujeti, zgoditi – da je nastal čudež življenja in v zadnjih nekaj milijonih let še človek, najbolj razvito, radovedno, ustvarjalno bitje (po človeških kriterijih seveda). Da smo sami po sebi zanimiva bitja, priča tudi naša raznolikost v mišljenju, avtorefleksiji. Nekateri med nami nas imenujejo za biser vesolja (krono stvarstva), nekateri pa za napako narave (Georg W. F. Hegel), torej za »corono stvarstva« (nasprotja se privlačijo). Obe skrajnosti imata razloge, da sta zapisani in glede na dobra in manj dobra dejanja, ki smo jih zmožni storiti drug drugemu in našemu planetu, naravi – je tudi še kako prav, da se zelo izključojočih definicij zavedamo. Tudi ni enoznačnih definicij, kdaj smo se učlovečili - civilizirali – eni pravijo, da takrat, ko smo začeli pokopavati pokojne, ena zadnjih definicij (Margaret Mead) pa pravi, da takrat, ko si je človek zlomil stegnenico in zato ni umrl – ko smo torej bližnje začeli zdraviti – precej aktualna definicija. Kaj in zakaj smo taki kot smo, se sprašujemo že od kar smo spregovorili, razvili analitično mišljenje in v prijaznem ter hkrati kdaj brutalnem dialogu z drugim utemeljili in poglobili samozavedanje. Te »večne« bivanjske skrivnosti (zakaj, kaj, od kod ... smo) torej še zmeraj strastno odkrivamo, zmeraj bolj tudi v globinah vesolja in seveda - presenečenj kar ne zmanjka. In to nas veseli. A v resnici največ odgovorov leži kar pred našim pragom. Zato poglejmo naš Sončev sistem, naš planet – kakšne so razdalje, velikosti, kemijska sestava Sonca, Zemlje, dinamika, temperature, magnetna polja, starost, variabilnost podnebja …, poiščimo torej očitne in potrebne pogoje za nastanek, ali vsaj obstanek, raznolikost in tudi razvoj življenja.

Smo nadvse zanimiva družina, kjer ima centralno povezovalno telo Sonce (zvezda), ki nam daje energijo in s tem omogoča življenje, radikalno drugačno procentualno razmerje med atomi, kot sami otroci Sonca, to so njeni planeti -naši letošnji junaki potepuhi in posledično življenje, človek kot tak. Simbolično bi lahko dejali, da je mama iz vode, otrok pa iz kamna in kovin, poškropljen z vodo ... In - kako je to mogoče?

G. W. Leibniz je pred stoletji trdil, da živimo v (na) najboljšem od vseh možnih svetov. To je utemeljil filozofsko, delno tudi fizikalno - in seveda pričakovano so se mnogi iz tega posmehovali ... A v resnici se - glede trenutnih alternativ našemu bivanju, glede narave oddaljenih ekosistemov, eksoplanetov, razdalj, tehnologij, možnosti, alternativ preživetja izven zavetja naše potepinke, dobre mame Zemlje; s stališča naravoslovja, vedenja - ni veliko motil, če se je sploh.

Začnimo z dejstvi o starosti in energiji Sončevega sistema, Zemlje, življenja, človeka

Katera zvezda je primerna za razvoj visoko razvitih bitij v svoji okolici (suhcena prekla ali masivna debelajsa)?

Zvezde so večinoma ogromne gmote v glavnem izjemno vročih ioniziranih plinov, v vročih sredicah katerih poteka zlivanje lažjih jeder v težja (na začetku v glavnem fuzija vodika v helij - pri tem se sprosti energija, ki se izseva in delno vzdržuje temperaturo in tlak, ki zvezdi preprečuje, da bi se zaradi lastne teže sesedla sama vase). Končni razvoj zvezd (bela pritlikavka, nevtronska zvezda, nenavadna črna luknja ...) je odvisen od mase. Prve zvezde v vesolju nastanejo že kmalu po velikem poku, imajo zelo nizko vsebnost kovin (imenujemo jih populacija III). Pojasnimo še, da z izrazom kovina tu mislimo na vse ostale kemijske elemente, težje od vodika in helija. Obstajajo še zvezde populacije II, to je take z nekaj več težkih elementov. Zvezde "nedavnega" nastanka (z relativno visoko vsebnostjo kovin) pa populacija I. Zvezde populacije III so nastale že približno 400 milijonov let po velikem poku (ki bi se naj zgodil pred 13,8 milijarde let). Sonce ima razmeroma veliko kovin, ostalih težjih elementov od vodika, helija in je tako nastalo pred "nedavnim", pred približno 4,6 milijarde let in torej pripada populaciji I. Nastalo je torej v času, ko so masivne zvezde (populacije III in II) z zlivanjem lažjih atomov v težje že eksplodirale kot supernove (ali so nevtronske in druge zvezde trčile) in tako že izvrgle v vesolje elemente do mase železa, med samo eksplozijo ali trki zvezd pa so nastali še težji elementi od železa - tudi za človeka toliko zaželeno zlato. Del te izvržene zmesi, tokrat bogatejše s kovinami in drugimi elementi pa se je, zaradi lastne teže in udarnih valov eksplozij sosednjih zvezd, spet zgostilo v naše Sonce in seveda v planete – tudi v našo ljubo Zemljo, v življenje. Gradniki našega planeta, življenja, nas samih so zelo raznoliki atomi.

Naše telo sestavljajo:
kisik (O – ima kar 65 % masni delež v našem telesu), ogljik (C – 18.5 % delež v našem telesu), vodik (H – 9,5 % telesa), dušik (N – 3,2 % telesa, tudi pomeben gradnik DNK), kalcij (Ca - 1,5 % telesa), fosfor (P - 1 % telesa), železo (Fe), ostali elementi (K, S, Na, Cl, Mg, B, Cr, Co, Cu, F, I, Mn, Mo, Se, Si, Sn, V, Zn, Al, Cd, Zr, Nb, Sr, Rb), seveda mnoge molekule - voda, organske spojine – ogljikovodiki iz C in H atomov, aminokisline - gradniki beljakovin, itn). Po številu atomov pa pričakovano prevladuje lahek vodik s 67 % vseh atomov v telesu.

Nastali smo iz enake osnove – a danes smo Sonce, Zemlja, »Človek« po masnem deležu posameznih atomov presenetljivo zelo različni.

Kako pa je sestavljeno Sonce? Pričakovali bi (na prvo žogo), da po deležih atomov podobno kot Zemlja in življenje – a temu še zdaleč ni tako!

Sonce je sestavljeno iz okrog 73 % vodika, 25 % helija (ti deleži se z novimi meritvami rahlo spreminjajo) in »komaj« zaznamo še sledi kisika, ogljika, neona, železa ter drugih elementov. Sonce ima maso okrog 330000 Zemelj (M_☉ = 1,989•10³⁰ kg) in je v premeru (2R_☉) veliko za 109 Zemelj (do fotosfere, ki jo vidimo kot rob Sonca, ima polmer R_☉ = 696342 km). Površinska temperatura Sonca je T_☉ = 5778 K in seva z močjo (z izsevom L), po Stefanovem zakonu o toplotnem sevanju teles velja, L = JS = σT_☉⁴4πR_☉² = 3.828×10²⁶ J/s (črno telo). To je enormna energija na sekundo, ki si jo težko predstavljamo (Jožef Stefan je tako tudi prvi, leta 1879, izračunal pravilno vrednost površinske temperature Sonca preko lastnega zakona o toplotnem sevanju teles).

Ta energija se sprosti v sredici Sonca pri temperaturi 1.57×10⁷ K, kjer poteka zlivanje jeder vodika v helij in delno v ostale težje elemente. Kdaj pa se rodi zvezda - ko se masa prahu in plina zaradi lastne teže, lahko tudi zaradi okoliških udarnih valov dovolj stisne in se v sredici zvezde temperatura poviša vsaj do 4 milijone Kelvinov – takrat se namreč začne zlivanje vodika (bolje protonov) in zvezda začne stabilno svetiti, »živeti«. Najmanjše rdeče pritlikavke imajo maso okrog 7,5% Sončeve. V Soncu se tako vsako sekundo (zaokroženo) 600 milijonov ton ioniziranega vodika zlije v skoraj 596 milijonov ton helija. Natančnejša razlika v masi je Δm = 4,253 milijonov ton na sekundo in se pretvori v energijo, ki jo Sonce oddaja v prostor (po znameniti enačbi E = Δmc² = 4,253 10⁹ kg 9 10¹⁶ m²/s² = 3.828×10²⁶ J sproščene energije v eni sekundi). Tukaj, v velikosti izseva (Δmc² = σT⁴_☉4πR_☉² t, kjer t = 1 s da Δm = 4,253 milijonov ton manj mase Sonca na sekundo), se torej »srečata« Einstein in Stefan.

In del te dokaj konstantne energije nam omogoča kaj (?) - življenje na Zemlji.

Od nastanka je Sonce porabilo okrog 50% vodika v sredici. Sevalo bo (skoraj) enako kot doslej še približno 5 milijard let (skupaj torej t_☉ = 10¹⁰ let). In kot bomo videli, je ta podatek eden od nujnih pogojev, da recimo »danes sploh lahko beremo Spiko«. Torej zvezda, saj v primeru Zemlje in nas samih velja, mora stabilno svetiti več kot 5 milijard let. Življenjska doba zvezde 't' v ravnovesju je odvisna od razpoložljive energije E in izseva L zvezde, velja: t = E/L. Celotna razpoložljiva energija goriva pa je odvisna od mase zvezde (E ∝ M), tako dobimo za čas stabilnega izseva zvezo t = E/L ∝ M/L. Če pa zapišemo izpeljano enačbo s časom življenja Sonca t_☉ ∝ M_☉/L_☉, dobimo preprosto enačbo za čas stabilnega življenja zvezde z maso M:

t = t_☉ML_☉/(M_☉L)

Pravimo tudi, da je zvezda v času fuzije vodika na glavni veji Hertzsprung–Russllovega (HR) diagrama, o čemer se je v Spiki veliko pisalo. Bi torej lahko določili enačbo za izsev glede na maso zvezde? Pričakujemo, da bo tudi temperatura v sredici zvezde povezana z maso zvezde (tlak in temperatura proti sredici zvezde naraščata), torej tudi hitrost same fuzije. Po rojaku fiziku Stefanu velja, da je gostota izsevane energije s površine zvezde J = σT⁴ (eden najvažnejših zakonov pri opisu vesolja). Iz povedanega bi pričakovali, da je tudi izsev povezan z maso zvezde (M). In je, a ne točno s četrto potenco, ampak približno s potenco 3,5 (veljajo različne potence, odvisno od konteksta). Za izsev zvezde v enotah Sonca večinoma privzamejo naslednji izraz:
L = L_☉(M/M_☉)^3,5.
Končni izraz za čas zlivanja vodika je presenetljivo preprost:
t = t_☉ML_☉/(M_☉L) = t_☉(M_☉/M)^2,5 = 10¹⁰(M_☉/M)^2,5 let
– to je semiempirična enačba. Zvezda recimo z maso 1,4 Sončeve sveti konstantno samo t = 10¹⁰(1/1,4)^2,5 let = 4,3 milijarde let - potem eksplodira. Rezultat je zelo pomenljiv, saj če bi naš planet nastal ob nekoliko masivnejši zvezdi – se človek nikakor ne bi uspel razviti (v tem času še koncentracija kisika v zraku ni bila takšna kot je danes), ker bi supernova že prej odpihnila življenje iz Zemlje – še pred pojavom dinozavrov (vprašanje pa je, če in kako življenje nastane ob taki zvezdi ...).
Prvi nauk – suhci živijo dlje!

Na HR diagramu so razporejene zvezde po njihovi navidezni barvi (spektralnem razredu, torej po površinski temperaturi) na x-osi
in na y-osi so podane njihove absolutne magnitude in posldično tudi izsev L v primerjavi z izsevom Sonca. Sonce je pri vrednosti L/L_☉ = 1 in spektralnem tipu G že okrog 5 milijard let na glavni veji (main sequence) in približno toliko časa še ostane na njej (čas stabilnosti, fuzije v srdici zvezde - čas, ki recimo odloča o nastanku življenja na primernem kamnitem planetu ob zvezdi). Po porabi vodika v sredici pa zvezda lahko konča kot bela pritlikavka (lahke zvezde kot Sonce) ali kot nevtronska zvezda po eksploziji supernove (zvezde težje od 1,4 Sončeve) - glejte spodnji animaciji, končna faza je lahko tudi črna luknja, ob večjih začetnih masah ...


Pohitrena pot zvezde enake Soncu in zvezde z 10x maso Sonca na Hertzsprung–Russllovem diagramu. Sonce bo končalo kot bela pritlikavka, 10x masivnejša zvezda pa preko eksplozije supernove, kot nevtronska zvezda. Sonce preživi na glavni veji (diagonali) 10 milijard let, zvezda z 10 masami Sonca pa samo t = 10¹⁰(1/10)^2,5 let = 32 milijonov let (planti v okolici take zvezde bi težko razvili življenje podobno na Zemlji).
Vir: https://www.space.fm/astronomy/starsgalaxies/hrdiagram.html

Človek in planeti

Pretirana velikost, masa matične zvezde torej nista v prid razvitega življenja na x-planetu. Naše Sonce živi stabilno in dolgo, ker ni »predebelo«– to je prvi nauk (nekoliko daljšega uvoda)!

Seveda tokrat opisujemo, iščemo zgolj podobne razmere, kot so v našem Osončju. So seveda tudi debate, da bi bitje podobno človeku (bitje, ki premore domišljijo in ustvarjalnost ...) lahko nastalo že pred nekaj 100 milijoni let (ko je bilo v ozračju že dovolj kisika). A kot kažejo trki z asteroidi, vulkanski izbruhi, nihanje orbite, ostale podnebne nestabilnosti, pa bi naš rod lahko končal svojo pot že pred 70000 ali več leti ali nastal komaj čez nekaj 100 milijonov let ali nikoli ...!!! Tudi ko nastane bitje podobno človeku, je potrebno še dolgo obdobje družbenega razvoja, socializacije, razvoja govora, pisave, različnih tehnologij, prenos znanj …, kar pa sploh ni samoumevno.

Še kratek skok v antropologijo – vedo o človeku (protislovna definicija po domače – res je težko biti človek, a lepo – v resnici smo »ovce«). Na našem planetu živijo namreč tudi bitja, ki so nam gensko in telesno zelo podobna, imajo celo neke vrste kulturo, ki jo prenašajo na mlajše generacije - a vendar ne premorejo tega, kar premore človek. Ena izmed eksperimentalnih ugotovitev je naravnost šokantna – je ne boste radi slišali, a pravi takole. Ko so primerjali obnašanje otrok in opic, pri reševanju uganke pod A, kako do hrane preko zapletenega mehanizma škatel, katerim so morali odstraniti varovalne vzvode – so se tega postopka naučile tako opice, kot mali ljudje. A kaj se je zgodilo pod B, ko je za dostop do hrane bilo potrebno zgolj še razmetati ovire, škatle (vzvodi niso več fiksirali škatel, tam so bili zgolj še za kamuflažo)? Opice so v drugem delu eksperimenta kmalu ugotovile, da se da do hrane po bližnjici, nikakor niso več odstranjevale sedaj nepotrebnih vzvodov - na hitro so razmetale ovire, škatle in stekle s hrano na lepše … Danes bi dejali, če malo poenostavimo, da so opice avtistično pametnejše od ljudi, ker se ne držijo pravil in zato takoj najdejo rešitev, bližnjico … Otroci pa so se v večini primerov še zmeraj držali naučenih pravil (danes temu rečemo, da smo »ovce«, torej dolgo niso pomislili, da morebiti prvotna navodila, ovire ne veljajo več, a tudi, ko jim je bilo to že jasno – so se raje držali dogovorjenega) in so tako še vedno sledili naučeni proceduri, najprej so odstranili vzvode, nato škatle in potem vzeli hrano. Torej - razlika med ljudmi in drugimi bitji je zmožnost učenja, ponavljanja in kar je bistvena razlika do drugih bitij, da se teh pravil tudi (večinoma) držimo, jih sprejmemo za svoja – da smo torej v modernem slengu rečeno - kot »ovce«. Tak je bil tudi sklep raziskovalca, ki je izvedel kar nekaj eksperimentov na to večno temo, kaj dela človeka drugačnega. Človek je torej radoveden, ustvarjalen, se (na)uči, se tudi drži naučenih pravil in to hkrati večinoma dokaj dobro prenaša na potomce, tudi inovacije njegove generacije. In če vam torej kdo kdaj zabrusi, da ste »ovca« (ker se držite pravil), mu lahko (če si seveda upate) odgovorite – da ste ponosni na ta status »ovce«. Kar koli si že mislimo o človeških ritualih, navadah, ubogljivosti, kritičnosti do sočloveka, avtoritete, »poglavarja« … – zagotovo vemo, da le redki radi hodijo v šole, a hodijo; le redki otroci radi garajo skupaj s starši na poljih, v hlevih …, a garajo – in vse to nas v resnici dela ljudi. Tako lahko tudi počasi »miselno« in tehnološko »napredujemo«. Ni lahko – a ta princip »ovce« deluje v dobrem in manj dobrem. In tudi ni čudno, da se kdaj kateri izmed človečkov odloči za status potepuha (vsak namreč ne zmore nositi teže vsakdanjih obveznosti, služba dan na dan - pa ti prepotentni šefi …) – a tudi potepuhi so del našega uspeha …, tokrat vsaj simbolično preko planetov. Seveda, vsak si lahko razne psihološke teste razlaga po svoje – le teh je cel kup (kdaj smo jih že siti) – tako da, živimo v demokraciji in nič ni narobe, če glede rezultatov povedane zgodbe zaključimo s povsem nasprotno trditvijo – recimo, da so opice pametnejše od ljudi … ali da je ta test butast in nam v bistvu nič ne pove o nas. A fenomen človeka vseeno ostaja velika uganka - sploh, če pomislimo na raznolikosti trenutnih vzporednih kultur – kljub globalizaciji). Tako so recimo Američani od leta 1942 v vojni z Japonci uporabljali za šifriranje Navajo Indijance iz Arizone (Navaho Code Talkers) – in Japonci jih nikoli niso dešifrirali, ker so šifre sporočali v navajo jeziku – Indijanci in Japonci so si baje gensko dokaj blizu, a recimo danes vsaj po jeziku precej daleč! Kljub pravici do »norosti« pa vseeno priporočamo vsem nam, da se še naprej učimo od drugih in upoštevamo dobre prakse naših prednikov (ker ta zgodba vseeno deluje, tudi v astronomiji ali morebiti zaradi astronomije) – kakšna opica med nami pa tudi ne škodi … Zakaj ta (zdi se iz konteksta) izlet v antropologijo – zaradi dileme o življenju tam nekje daleč v vesolju. Tudi če ima nek planet vse pogoje za življenje in tam daleč zares nastane nekaj ustvarjalnega, podobnega človeku, še to ni nobeno zagotovilo razmaha neke oddaljene civilizacije – po antropocentričnih merilih seveda … Po drugačnih merilih pa seveda težko komuniciramo z drugimi, razen seveda v sanjah ali domišljiji ..., kar radi počnemo. A tudi domišljija in sanje so zaznamovane z našo civilizacijo, z nezavednim, arhetipi, s strahovi, s predsodki, z miti v nas in okrog nas – z vsemi dilemami starega in »modernega« sveta.

Vrnimo se k osnovnim gradnikom našega sveta, nas samih. Če še enkrat preletimo sestavo Sonca (okrog 73 % vodika [več kot 90 % vseh atomov], 25 % helija [9% vseh atomov] in še zgolj sledi kisika, ogljika, neona, železa ter drugih elementov – procenti se spreminjajo z novimi meritvami in modeli) in potem še sestavo Zemlje in »Človeka«, opazimo gromozanske razlike v masnih in številskih deležih atomov. Zakaj je temu tako – čeprav so vsa telesa Osončja otroci prvotnega plina in prahu? Našo Zemljo, glede na zgradbo po masi pa sestavljajo: železo (35,1 % mase planeta), kisik (28,2 %), silicij (17,2 %), magnezij (15,9 %), nikelj (1,6 %), kalcij (1,6 %), aluminij (1,5 %), žveplo (0,7 %), natrij (0,25 %), titan (0,071 %), kalij (0,019 %), drugi elementi (0,53 %, v tem deležu se skriva tudi okrog 0,03 % ogljika C). Atomsko sestavo človeka pa smo že opisali – in je po masnih deležih spet zelo različna.

Če pogledamo prve 4 planete blizu Sonca, so vsi kamniti (Merkur praktično nima atmosfere). Zakaj torej recimo sestava Zemlje, glede na delež posameznih atomov, tako zelo odstopa od Sonca? To je vprašanje vredno našega življenja!

Poglejmo recept. Večino materiala v prvotni meglici se je zgostilo v Sonce, ostali manjši del snovi se je zaradi gravitacije vrtel okoli Sonca v tankem disku prahu in plina (to sliko ob-zvezdnega diska nam danes v »živo« kažejo posnetki, neverjetni rezultati izjemne radijske interferometrije projekta ALMA – ESO, puščava Atacama, ogromni radijski teleskopi na 5000 m n. v. povezani v mrežo). Ta disk se imenuje tudi akrecijski disk. Material v akrecijskem disku se je z nadaljnjim zgoščevanjem in lepljenjem oblikoval v današnje planete, lune, asteroide ...

Protoplanetarni disk okoli mlade zvezde podobne Soncu - model. Mlada zvezda osvetli diskovno atmosfero (akrecijski disk), kar vodi do žareče strukture in močnih gradientov - razlik v temperaturah, gostotah, tlaku. Prašna zrna velikosti okrog µm so pomešana s plinom, kar ima za posledico neprozornost samega diska. Prašna zrnca okrog mm premera se gravitacijsko premaknejo proti srednji ravnini diska, kjer lahko še naprej rastejo in se spuščajo proti notranjim območjem diska - tudi proti centralni zvezdi. S kemijskega vidika lahko disk razdelimo na tri plasti: (1) hladna srednja plošča v kateri molekule zamrznejo v prašne ledene delce (tukaj, na razdalji več kot 2 AE od centralne zvezde, nastanejo planeti, ki jih imenujemo plinski velikani, recimo Saturn, Jupiter ...), (2) toplejši vmesni sloj, kjer se tvorijo molekule in ostanejo v plinski fazi, in (3) topla direktno obsevana atmosfera sestavljena iz različnih atomov.
Vir: https://www.europhysicsnews.org/articles/epn/pdf/2020/01/epn2020-51-1.pdf
Protoplanetarni diski so neke vrste kozmične drevesnice, kjer mikroskopska prašna zrna prerastejo v kamenčke, planetezimale in tudi planete. Planeti, ki nastanejo od meje zmrzali proti centralni zvezdi, s časom postanejo kamniti planeti (recimo Zemlja), saj jim centralna zvezda večino lažjih atomov odpihne.

Protoplanetarni disk HL Tauri - izjemen posnetek ESO sistema radijskih teleskopov "Atacama Large Millimeter Array" (ALMA). V disku se vidijo sledi nastajajočih planetov.

Sonce (žareča krogla plazme) oddaja delce izjemno visokih energij – enormni zvezdni vetrovi, magnetni izbruhi koronarne mase (danes jih lahko preko H-alfa teleskopov za 400 eur spremlja kar že vsak učenec iz učilnice v »živo« in zakaj jih ne ...), tukaj so še razdiralna sevanja v različnih valovnih dolžinah (Stefan in Einstein sta nam povedala zakaj). Ti vetrovi, sevanja, so se izkazali za dovolj močne, da so odpihnili večino plinov iz štirih planetov, ki so najbližji Soncu in so tako postali veliko manjši, a hkrati veliko gostejši. Večinoma so v gmoti planetov ostale torej zgolj še skale in kovine ter še nekaj lažjih atomov vezanih v molekule ali plinske žepe prvotne strukture, kamenine. Zato jih tudi imenujejo kamniti ali zemeljski planeti. Tako – sedaj smo na »kratko« odgovorili na izjemno zanimivo in bistveno vprašanje, zakaj so nekateri otroci (planeti) Sonca po atomski sestavi tako zelo drugačni od starša (Sonce jim je odpihnilo bujno plinsko »frizuro«).

Štirje zunanji planeti pa so že toliko oddaljeni od Sonca, da sevanje, Sončev veter ni odpihnili njihovih plinov (saj ne v taki meri kot recimo Zemlji). Ostali so plinasti orjaki, večinoma le z (relativno) majhnimi kamnitimi jedri, lahko tudi kovinskimi, reda velikosti Zemlje (Saturn ima tako volumsko gledano okrog 96 % vodika, to so molekule H₂, potem sledi He, itn, Jupiter pa okrog 89 % H₂, 10 % He in še nekaj ostalih elementov, molekul – zgolj masni delež vodika in helija je že zelo podoben Soncu, vodika je na Saturnu celo nekaj več, kar 75 %). Ima pa Jupiter precej večji težnostni privlak od Zemlje, 2,53 g na ekvatorju (na plinskem robu), Saturn pa le nekaj malega več kot je g na Zemlji. Ker Jupiter približno v 10 urah naredi obrat (glede na velikost in na Zemljo zelo hitro rotira), je zaradi sredobežnih sil precej sploščen (kar se dokaj enostavno opazi že skozi manjše teleskope). Tudi Saturn rotira skoraj tako hitro kot Jupiter in je zato iz enakih razlogov vidno sploščen. Do Jupitra prispe samo še 51 W/m² gostote svetlobnega toka s Sonca. Površinska temperatura pa je okrog 165 K (-108 °C), kar je za okrog 20 °C več kot bi jo Jupiter imel zaradi dotoka energije s Sonca (lahko ocenite iz Stefanovega zakona, albedo je okrog 0,5). Ostalo energijo (za dodatnih 20 °C) torej pridobi iz notranjosti, najbrž zaradi krčenja (zadostovalo bi 1 mm krčenja na leto).

Jupiter s pojavom polarnega sija – posnel teleskop Hubble.

Temperature v sredicah obeh plinskih velikanov presegajo 10000 K, presegajo temperature na površini Sonca. Že na začetku so bili zunanji planeti sestavljeni iz nekaj več plina (in sicer vodika in helija), saj je Sončeva gravitacija v prvotnem disku razslojila snov. Večina težjega materiala je migrirala (kamnitih planetezimalov preko trenja, kot padajo sateliti proti, oz. na Zemljo) bolj proti centru – nastajajoči zvezdi, Soncu, notranjim planetom.

Nekaj tega materiala pa je seveda ostalo v orbitah okrog Sonca (recimo asteroidi, ki se večinoma nahajao v asteroidnem pasu med Marsom in Jupitrom in kometi, kratkoperiodični kometi pod 200 let so v Kuiperjevem pasu na oddaljenosti približno od 30 AE do okrog 50 AE od Sonca, kjer so tudi čezneptunska telesa, recimo nesojeni planet Pluton in njegova luna Haron, dolgoperiodični kometi pa bi naj izhajalai iz Oortovega oblaka, ki bi naj bil na razdalji od 50 000 do 100 000 AE od Sonca). Nekateri asteroidi in kometi nas danes (kot že v preteklosti, izumrtje velikih plazilcev) potencialno ogrožajo ..., celo ogrožajo življenje na Zemlji ... Zelo svetel komet C/2020 F3 (NEOWISE), odlično viden poleti 2020, je recimo dolgoperiodičen z afelijem 725,5 AE s periodo okrog 7000 let. In še misel glede trkov z asteroidi in kometi, ki so nam že nekajkrat skoraj uničili življenje na Zemlji. Larry Niven pravi takole: "Dinozavri so izumrli, ker niso imeli vesoljskega programa. In če bomo mi izumrli, ker ne bomo imeli vesoljskega programa, si to zaslužimo."
PHO (Potentially hazardous object) - Potencialno nevaren objekt (PHO) je asteroid ali komet, ki zaradi svoje orbite in velikosti predstavlja tveganje za trk z Zemljo.
Šteje se, da je recimo asteroid potencialno nevaren, če je najkrajša razdalja med njegovo in Zemljino orbito manjša od 0,05 astronomskih enot (približno 7,5 milijonov km) in ima premer večji od 150 m. Tako da je velikost dovolj velika, da lahko povzroči znatno škodo (lokalno uničenje) v primeru trka. Tak trk se v povprečju zgodi približno enkrat na 10 000 let.
Novembra 2006 je NASA zabeležila 825 potencialno nevarnih asteroidov. V Sončevem sistemu naj bi bilo skupaj nad 2000 takih PHO teles - velja za leto 2020. Teles velikosti 1 km ali več pa okrog 160, te so lahko posebej usodne za cel planet. Računajo pa, da je vsaj 20 000 PHO. Iskanje PHO se nadaljuje in vsak odkriti asteroid je podrobno preučen, da se določi njegova orbita, velikost, sestava in rotacija. Pri teh iskanjih sodelujejo profesionalni in amaterski astronomi.
Zaradi gravitacijske sile drugih planetov in njihovih lun je orbite asteroidov težko napovedati.


Potentially Hazardous Asteroids - PHO orbite v letu 2013.

Pojavljajo se zmeraj novi potencialno nevarni asteroidi za Zemljo.
Pojavlja se veliko idej, kako dovolj zgodaj preusmeriti satelit iz nevarne orbite, od trkov, raketni vlek, eksplozij ... Sonda DART bo izvedla prvo tako vajo na dvojnem asteroidu Didymos (780 m in 140 m velikosti) - trk bo z manjšo komponento.


Slikovna šala iz predavanja Johanna Dietricha Wornerja, 16. feb. 2017 na FMF. Na splošno velja, da je izumrtje K-Pg (The Cretaceous–Paleogene (K–Pg) extinction event) povzročil udar masivnega kometa ali asteroida, premera od 10 do 15 km (6 do 9 milj), pred 66 milijoni let. Takrat se je začela doba sesalcev, posredno tudi nas ljudi (zanimiv preobrat evolucije).


Shematski prikaz, kako bi naj Oortov oblak izgledal od daleč in v njem Kuiperjev pas ...

Jupiter in Saturn sta zaradi velikosti, številnih spremljajočih lun, atmosferskih podrobnosti - Saturn je objet še z izjemnim sistemom prstanov (tudi Jupiter, a jih iz Zemlje ne zaznamo) - priljubljeni tarči tako amaterskih kot profesionalnih astronomov. Ob začetku uporabe teleskopov (S. Marius, G. Galilei, v letih 1609, 1610), to je bil velikanski optični preskok, ki je ob opazovanju neba, zvezd, Lune, planetov, tudi Saturna in Jupitra ter njegovih štirih največjih lun, pomenil hkrati velikanski miselni preskok v prid pravilnejši sliki gibanja nebesnih teles. Opazovana dinamika dogajanj v atmosferi Jupitra pa je še danes plod novih in novi modelov, ugibanj. Že velika rdeča (oranžna) pega velikosti Zemlje na Jupitru, ki jo opazujemo že stoletja, nam še ni odstrla skrivnosti – zakaj je toliko časa relativno stabilna. To je področje visokega pritiska, anticiklona s periodo rotacije 6 dni (sama rotacija anticiklona, pege, je posledica rotacije Jupitra in posledično Coriolisove sile – enako je s tvorbo ciklonov in anticiklonov na Zemlji). Hitrosti vetrov lokalnih robnih nevihtah dosegajo vrednosti 600 km/h in več, pojavljajo se dolge strele v 40 km visokih oblakih – posledica konvekcije zaradi izrazito tople notranjosti planeta. Ena izmed razlag stabilnosti, in da »nevihta«, anticiklon obstaja že stoletja, je, da ni klasične planetarne površine, ki bi zagotavljala trenje (le Jupitrovo tekoče jedro vodika skrito globoko v sredici je premalo). Obtočni plini vztrajajo zelo dolgo, ker torej ni dovolj velikih navorov, ki bi zmanjšali vrtilno količino pege. Vrhovi »oblakov« okrog pege so dvignjeni nekaj nad pego. Sam nastanek pege pa je morebiti povezan s trkom kometa, asteroida z Jupitrom, morebiti pa z lastnimi nihanji same povrhnjice ali nesimetrijo znotraj Jupitra. Pega se zmanjšuje – nekateri trdijo, da bo čez nekaj 10 let izginila – bomo videli ... Si predstavljate, da bi se recimo nad Evropo nekaj sto let vrtel anticiklon (pojav podoben kot na Jupitru) – to pomeni na Zemlji področje brez oblakov (smo kamniti planet), brez padavin. V primeru ciklona pa bi imeli nekaj stoletne padavine, nevihte. A zaradi trenja vsak ciklon na Zemlji slej ko prej izgine – izgubi energijo. Na Zemlji igra glavno energijsko vlogo pri nastanku ciklonov, anticiklonov, vodnega kroga, samo Sonce (z gostoto svetlobnega toka 1366 W/m²), ki pa do Jupitra pade zgolj na (1AE/5.2AE)²*1366 W/m2 = 51 W/m². Na Jupitru tako pomemben delež k tvorbi vremena prispeva vroča notranjost – sredica Jupitra ima temperaturo okrog 36000 K (ne manjka mu veliko, da bi postal pritlikava zvezda s fuzijo). Jupiter ima tudi izrazito magnetno polje in posledično polarne sije.

Mnoge sonde in teleskopi ga preiskujejo (so ga), recimo: Pioneer 10 in 11, Voyager 1 in 2 (kjer je bil pomemben inženir Slovenec Anton Mavretič), vesoljski teleskop Hubble, sonda Galileo, Cassini, New Horizons, Juno ..., naslednji misiji bosta evropska Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE, 2022), NASA-ina Europa Clipper.

Primerjava Zemlje in rdeče pege – anticiklona na »površini« Jupitra. Pega se za opazovalce z dobrim vidom opazi že pri povečavah okrog 100x. V času Galileja in Keplerja je bila 2x večja. Seveda je cel Jupiter posejan s cikloni in anticikloni, podnebnimi pasovi (dobro vidnimi progami že pri skromnih povečavah). Primerjalno tudi takoj opazimo, da na obeh planetih vidimo podobne atmosferske vzorce, ciklone, anticiklone, le da je Zemlja precej manjša, kamnita, ker je zaradi bližine Soncu ob nastanku izgubila večino vodika in helija ..., obdaja jo le tanek plinski plašč, atmosfera, ki pa nam (poleg še premnogih ostalih nujnih dejavnikov) omogoča življenje.

3D podatke velike Jupitrove pege je zbrala sonda Juno z mikrovalovnim detektorjem (Microwave Radiometer - MWR), ki lahko "pogleda" skozi Jupitrove oblake preko analize različnih dolžin mikrovalov. Najbolj znana »nevihta« Sončevega sistema premera skoraj ena in pol Zemlje, ima korenine, ki prodrejo približno 300 km v ozračje planeta. Sonda Juno je tako ugotovila, da korenine velike rdeče pege segajo 50 do 100 krat globlje od Zemljinih oceanov (vsaj 300 km globoko), in da je snov v notranjosti pričakovano toplejša kot na vrhu.

Jupiter ima (trenutno) kar 79 naravnih satelitov, od tega jih ima kar 63 premer manjši od 10 km in so bili odkriti po letu 1975. Najbolj so znane štiri največje lune, vidne že z navadnim daljnogledom (baje nekatere izmed njih vidijo Aborigini s prostim očesom), imenujejo jih tudi Galilejeve lune, čeprav jim je imena dal Simon Marius (Jo, Evropa, Ganimed, Kalisto).

Saturn s pojavom polarnega sija – posnel teleskop Hubble. Potepuh Saturn je ikona Sončevega sistema, kralj prstanov. S srednje velikimi teleskopi razločimo tudi atmosferske proge, vrzeli v sistemu prstanov, Saturnove lune. In še - ob dobrih atmosferskih pogojih slika v okularju ni veliko slabša od objavljene (teleskopi premera 20 in več cm) – le polarnega sija ne vidimo. Saturn je, poleg Lune in Sonca v H-alfa svetlobi, eden najbolj hvaležnih objektov za astronomska opazovanja – opazovalci prvič vidijo celo več od pričakovanj – in to skoraj nobenega ne pusti ravnodušnega.

Saturn ima trenutno 82 poznanih lun in zraven še ogromno manjših satelitov, pod 500 m premera, tudi v Saturnovih obročih. Največja med lunami je Titan (je druga luna po velikosti v Osončju, takoj za Jupitrovim Ganimedom, obe sta večji od Merkurja, Titan ima izrazito atmosfero). Večje Saturnove lune so: Titan, Rea, Diona, Tetija, Enkelad, Japet, Mimas, Hiperion, Pan, Atlas, Prometej, Pandora, Epimetej, Jan, Telesto, Kalipso, Helena, Fojba. Vsaj prvih 6 ali 7 naštetih lun lahko vidimo s srednje velikim teleskopom premera 25 cm – seveda, pri mirnem in temnem ozračju. Luna Titan se večkrat omenja kot nov možen dom življenja. Ko se bo namreč čez nekaj milijard let naše Sonce napihnilo do orbite Zemlje (oceani izparijo v vesolje ...) in naprej do Marsa, bo zato potrebno iskati nova zatočišča za naše življenje (in kakšne bodo takrat življenjske oblike, če nam ga uspe ohraniti?).

Glede nastanka Saturnovih prstanov smo lahko več prebrali v članku »Ali se upočasnjuje vrtenje Zemlje okrog lastne osi in ali se Luna oddaljuje od Zemlje?« (Spika, marec 2000). Plimske sile planetov so tiste, ki na bližnji razdalji ne dovolijo tvorbe večjih lun, gradniki le teh se tako razporedijo v tanek sistem obročev. Saturnovi obroči so tako rekoč, skupaj s samim Saturnom, poleg našega planeta, ikona Sončevega sistema, na nek način celo vesolja kot takega. Večino, ko jih prvič zagledajo v okularju teleskopa, za zmeraj prevzamejo. Tudi na Saturnu lahko spremljamo atmosferske vremenske fenomene, oblake, ima šibko magnetno polje in posledično polarne sije. Je nekoliko manjši od Jupitra (na ekvatorju ima polmer 9.45 Zemljinega), a je v povprečju zelo redek, je edini planet z gostoto manjšo od vode (690 kg/m3). Ima maso 95 zemeljskih, Jupiter pa kar 318. Temperature na Saturnu so pričakovano nizke -185 ° C, južni polarni pol pa ima »topel« vrtinec (vortex, edini tak na planetih, da ima povišano temperaturo), kjer temperature pogosto dosežejo vrednosti -122 ° C. Kamnito in kovinsko jedro Saturna je 20x masivnejše od Zemlje.

Povsod na potepuhih, planetih, torej srečamo podobne vzorce. Večinoma imajo magnetno polje, posledično polarne sije, jedra imajo večinoma obdana s plini, tako seveda opazimo vremenske vzorce, planeti se ločijo po velikosti, temperaturah, količini lahkih elementov. Tisti, ki so bližje Soncu, so kamniti, smo povedali zakaj … in podobno logiko in sliko pričakujemo tudi pri eksoplanetih ... Še enkrat poudarimo, da pa le kamniti planeti, na ravno pravšnji razdalji od centralne zvezde, načeloma lahko gostijo življenje, kot ga poznamo na Zemlji. Vsekakor hladni plinski velikani niso primerni za življenje, morebiti delno kakšna od njihovih lun (recimo kdaj Titan).

Jupitru in Saturnu sledita Uran in Neptun – hladna plinska potepuha, ki se ju ne da videti s prostim očesom (Uran teoretično celo ja, je na meji vidnosti z magnitudo okrog 6). Uran ima ekvator nagnjen iz ravnine kroženja kar za 97,8 °, os vrtenja tako skoraj leži v ravnini potovanja okrog Sonca (nekateri mu pravijo tudi prevrnjen planet). Če bi bila Zemlja tako nagnjena, bi bil ekvator ujet v led, kako bi bilo z letnimi časi, menjavanjem dneva in noči, z življenjem na Zemlji ...?

Strnjen opis planetov ima torej skupno izhodišče, preprosto vprašanje, kako bi se počutili in preživeli na ostalih potepuhih, v resnici zelo bližnjih svetovih - a po pogojih za življenje tako strašno tujih in neprijaznih (strupeno vročih bližje Soncu in morbidno hladnih plinskih velikanih tam daleč od Sonca). In če bi že samo majčkeno spremenili orbitalne spremenljivke Zemlje, Lune (druge razdalje – orbite, nagnjenost osi – letne čase, frekvenco rotacije, torej dolžino dneva in noči ...), kaj bi se zgodilo z nami! Že samo »majčken« Sončev mrk nam dnevno temperaturo zmanjša skoraj za stopinjo (Spika 12, 2017). Ko torej iščemo razvito življenje tam daleč v hladnem vesolju, se moramo tega še kako zavedati, in ko uničujemo ta naš planet, naš genom – še toliko bolj. Potepuhi so torej simbolno hkrati tudi prvi ekologi našega Osončja – sporočajo nam, da tako lepo kot je pri vas, ni nikjer, lahko nas obiščite, a s sabo prinesite praktično vse kar rabite, mi vam ne moremo nudi prav veliko, torej prinesite s sabo del Zemlje (zrak, vodo, hrano ..., bivališče, ki bo preživelo pogoje, ki vladajo na našem planetu) ...! Smo na začetku vesoljskih potovanj in kljub tujosti ostalih svetov, ne smemo odnehati.

Potrebujemo pa preboj na področju raketnega pogona – recimo pogon na plazmo se zdi trenutno zelo obetajoča rešitev – do Marsa samo v 39 dneh. A pri plazmi je še zmeraj problem velika poraba energije za njeno tvorbo (predlagani jedrski reaktorji so lahko zelo sporni).

Med zadnjim notranjim planetom Marsom in prvim zunanjim planetom Jupitrom leži območje, napolnjeno z milijoni asteroidov - majhnih skalnih, ledenih in kovinskih teles, ki so ostali od nastanka Osončja. Na tem območju ni oblikovan noben planet. Astronomi domnevajo, da je Jupitrova gravitacija vplivala na to regijo do te mere, da se noben večji planet ne bi uspel oblikovati. Jupiter je 11-krat večji od (premera) Zemlje in več kot dvakrat (2,46 X) masivnejši od vseh ostalih planetov skupaj. Jupiter je skoraj dovolj velik, da bi postal zvezda (masa Jupitra je enaka 318 masam Zemlje).

Od štirih skalnih planetov je Merkur najmanjši, približno dve petini velikosti Zemlje. Zemlja in Venera sta skoraj enake velikosti, medtem ko Mars meri približno polovico velikosti Zemlje. Astronomi še ugibajo, da je moral nekoč manjši predmet zadeti Merkur, izpariti njegovo skorjo in pustiti samo večje železno jedro. Zajeten skupek asteroidov, malih planetov pa je, kot smo že omenili, med tirnicama Marsa in Jupitra. Planetoidni pas se je torej oblikoval skupaj z drugimi deli Sončevega sistema, gravitacijski vpliv Jupitra (sila plimovanja) pa je na tej orbiti onemogočila tvorbo planeta, omejil je širino pasu in določil vrzeli v njem (Kirkwoodove vrzeli – nastanejo zaradi orbitalnih resonanc s periodo Jupitra, recimo v razmerjih 3:1 ali 5:2).

Zorko Vičar
Korona pomlad 2020