W przestrzeni kosmicznej nie brakuje zadziwiających obiektów. Galaktyki, kwazary, pulsary czy czarne dziury są podobne pod jednym względem – obracają się tak jak nasza Ziemia. Łatwo zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, przypominając sobie ogólną teorię względności Alberta Einsteina.
Wynika z niej, że przestrzeń jest zakrzywiana przez grawitację – siłę wytwarzaną przez każdą masę obecną we Wszechświecie. Wyobraźmy sobie gumową błonę (np. taką, z jakiej wykonane są balony) rozpiętą na poziomej ramce. Po takiej błonie możemy toczyć kulki. Jeśli położymy na niej ciężki obiekt, ugnie się ona i utworzy lej, a tory kulek będą zakrzywione. To samo dzieje się w kosmosie, tyle że mówimy o trójwymiarowej przestrzeni, powykrzywianej i powyginanej przez mnóstwo różnych masywnych obiektów.
Początek Wszechświata: wielki zderzacz wszystkiego
Teraz cofnijmy się do początku wszystkiego, czyli okresu tuż po Wielkim Wybuchu, ok. 14 mld lat temu. Wszechświat był wówczas bardzo mały i całkowicie wypełniały go cząstki elementarne. Nie mogły istnieć planety, gwiazdy ani galaktyki, bo cała materia była ciasno upakowana. Ta sytuacja zmieniała się w miarę rozszerzania się Wszechświata. Cząstki poruszały się i oddziaływały na siebie – głównie grawitacyjnie. Zachowywały się jak kulki na powyginanej gumowej błonie: część z nich się zderzała, niektóre łączyły się na stałe, okrążając się wzajemnie, inne przelatywały obok siebie, lekko tylko zmieniając kierunek swojego ruchu.
Te procesy trwały miliony lat. Poruszające się cząstki zaczęły tworzyć chmury, które astronomowie nazywają mgławicami. Im więcej było materii w takim obłoku, tym silniejsza była grawitacja zmieniająca tory ruchu cząstek. Przestrzeń uginała się coraz silniej, tworząc grawitacyjny „lej”.
Czy wszystko we Wszechświecie obraca się w tę samą stronę?
Nie. Np. część galaktyk kręci się zgodnie z ruchem wskazówek zegara („w prawo”), zaś część w przeciwnym kierunku („w lewo”). Kiedyś zakładano, że powinno być ich w kosmosie tyle samo. Jednak z analiz przeprowadzonych kilka lat temu wynika, że „lewoskrętne” galaktyki – takie jak nasza Droga Mleczna – mają przewagę. Niedużą, bo zaledwie ok. 7-procentową, ale to dla naukowców ważna wskazówka. „Możliwe, że Wszechświat kręcił się od samego początku – tuż po Wielkim Wybuchu – właśnie w tym kierunku. Dlatego do dziś jest on częściej spotykany” – wyjaśnia prof. Michael Longo, fizyk z University of Michigan.
Układy słoneczne: wirujący łyżwiarze i efekt pizzy
W tym momencie do głosu doszły dwa zjawiska fizyczne. Pierwsze to zasada zachowania pędu. Doskonale znają ją łyżwiarze figurowi. Chcąc wykonać efektowny skok, po wprawieniu ciała w rotację zbliżają jak najbardziej ręce do osi obrotu. Zmniejszona odległość powoduje szybsze kręcenie się. Chcąc zakończyć skok, odsuwają ręce – obroty zwalniają i można bezpiecznie wylądować. Podobne zjawisko zachodzi w gęstniejącej mgławicy. Im bliżej jej centrum znajdują się cząstki, tym szybciej zaczynają okrążać wspólny środek masy. Oczywiście na początku dotyczy to wszystkich kierunków, lecz jeśli mamy do dyspozycji miliony lat, sprawa zaczyna wyglądać inaczej. Cząstki biegnące w przeciwnych kierunkach zderzają się, tworząc związki chemiczne i kosmiczny pył. W końcu zdecydowana większość materii kręci się w tę samą stronę.
Teraz do głosu dochodzi „efekt pizzy”. Jak wiadomo, pracujący w pizzerii kucharz po wyrabianiu ciasta drożdżowego zaczyna nim obracać. W efekcie powstaje płaski placek. W przypadku mgławicy coraz szybsze tempo obrotu (wynikające z zasady zachowania pędu) połączone z naturalnym wzmocnieniem jednego jego kierunku powoduje spłaszczenie i rozciągnięcie dysku materii. W centrum tego obłoku grawitacja ściska cząstki tak mocno, że rozpoczynają się reakcje termojądrowe i powstaje gwiazda – oczywiście obracająca się wokół własnej osi. Otaczająca ją mgławica staje się dyskiem protoplanetarnym.
Światło młodej gwiazdy zawiera mnóstwo cząstek o dużej energii. To wiatr słoneczny, który wydmuchuje lżejszą materię mgławicy do jej zewnętrznych obszarów. Tam sytuacja powtarza się, tyle że już w mniejszej skali. Wirujące pyły i gazy zderzają się i zagęszczają, tworząc planety. A jeśli wystarczy materii, wokół planet w podobny sposób powstają księżyce. Każdy z tych obiektów „dziedziczy” ruch obrotowy po mgławicy, od której się to wszystko zaczęło.
Wenus i Uran: dwoje odmieńców
No dobrze, wszystko się kręci, ale czy zawsze w tym samym kierunku? Otóż nie i mamy na to dowody na własnym podwórku, czyli w Układzie Słonecznym. Chodzi o Wenus i Urana.
Wszystkie inne planety, księżyce, a także samo Słońce kręcą się w tę samą stronę. Jednak te dwa obiekty wyróżniają się. Oś obrotu Wenus to 179 stopni, co oznacza, że kręci się wokół własnej osi w przeciwną stronę, niż porusza się dookoła Słońca. Jeszcze dziwniej wygląda rotacja Urana, którego oś jest przechylona o blisko 90 stopni. Uran toczy się więc „bokiem” po wspólnej płaszczyźnie obrotu wszystkich planet wokół Słońca, zwanej ekliptyką.
Skąd te wyjątki? Astronomowie tłumaczą je zderzeniami planet w przeszłości z masywnymi asteroidami spoza Układu Słonecznego. Ale tak naprawdę nie do końca wiadomo, co spowodowało, że Wenus i Uran są takimi ekscentrykami.
Czytaj więcej: 12 rzeczy, których nie wiesz o kosmosie
DLA GŁODNYCH WIEDZY:
- Nasz artykuł o kształcie Wszechświata – www.bit.ly/fc13uniw
- Czy cały kosmos się kręci? – www.bit.ly/kosmobr