Droga Mleczna: źródło wielu naukowych rewolucji
Gdy Księżyc wschodzi późno, znajdź sobie ciemne miejsce, w którym widać wiele gwiazd, i spójrz w górę. Niemal bezpośrednio nad twoją głową zobaczysz na niebie szeroki, białawy pas, rozciągający się od północnego aż do południowego horyzontu, świecący słabym blaskiem niczym ledwie widoczna niebiańska rzeka.
To jest właśnie Droga Mleczna. Ciągły, 360-stopniowy okrąg na niebie otacza Ziemię niczym blady pierścień. Można ją zobaczyć zimą, przypatrując się znanym konstelacjom, takim jak Orion i Bliźnięta, jednak dla obserwatorów z półkuli północnej jest ona najjaśniejsza i najłatwiejsza do dostrzeżenia latem, kiedy jawi się jako szeroka, przecinająca niebo smuga światła. W pobliżu najjaśniejszej gwiazdy w gwiazdozbiorze Łabędzia – Deneba – Droga Mleczna wydaje się przecięta na pół przez ciemny pas zwany poetycko (jeśli nie złowieszczo) Wielką Szczeliną. Ta ciemna wyrwa ciągnie się w dół w kierunku południowego horyzontu, chociaż sama Droga Mleczna wyraźnie się rozszerza i wybrzusza, tworząc grudkowatą plamę w pobliżu Strzelca i Skorpiona.
Jest to jeden z moich ulubionych widoków na niebie. Strzelec jest zwykle przedstawiany jako łucznik, czyli centaur trzymający łuk. Jednak dla współczesnych oczu gwiazdy te mogą raczej przypominać imbryk, z tradycyjnym łukiem przedstawiającym dziobek. I faktycznie, poświata Drogi Mlecznej wygląda jak para wydobywająca się z przechylonego imbryka, z którego ma wylać się wrzątek na ogon Skorpiona!
To oczywiście tylko fantazyjna interpretacja. Ale kiedy zobaczysz to na własne oczy, docenisz, dlaczego starożytni mitologizowali sceny na niebie. Być może najbardziej znanym przykładem jest grecki mit, w którym Hera odpycha od swojego łona małego Heraklesa, a mleko z jej piersi rozlewa się od jednego horyzontu po drugi. Rzymianie nazwali to miejsce na niebie via lactea („mleczna droga”), i stąd też wzięła się jej współczesna nazwa. Grecy z kolei używali nazwy galaktikós kyklos („mleczny krąg”), co jest źródłem terminu „galaktyka”. Nazywanie obiektu galaktyką Drogi Mlecznej, jak robi to wiele osób, to masło maślane. (Mea culpa: mnie też to się zdarzało).
Ale co jest źródłem jej blasku? Astronomowie dowiedzieli się, że jej subtelny widok przeczy jej prawdziwej naturze. Przez wiele stuleci mnóstwo obserwatorów stawiało hipotezę, że delikatna luminescencja Drogi Mlecznej jest zbiorowym światłem wielkiej liczby gwiazd, które są zbyt słabe i znajdują się zbyt blisko siebie na niebie, aby można je było rozróżnić. Jednak szczegóły tej struktury pozostawały niejasne (przepraszam za grę słów) aż do 1610 roku, kiedy Galileusz udowodnił tę tezę, kierując swój niewielki teleskop na Drogę Mleczną i stwierdzając, że rzeczywiście składa się ona z niezliczonych (w tamtym czasie) gwiazd. (Teraz wiemy, że jest ich co najmniej 100 mld).
Prawdziwy kształt Drogi Mlecznej – sugerowany przez jej widok na niebie przypominający rzekę – również stanowi ważną wskazówkę. Gdyby nasza Galaktyka była ogromną kulistą strukturą gwiazd z Ziemią znajdującą się w pobliżu jej centrum, jej blask byłby we wszystkich kierunkach jednakowy. Jednak fakt, że wydaje się ona stosunkowo płaska, zasugerował XVIII-wiecznym astronomom, iż Droga Mleczna jest skupiskiem gwiazd w kształcie dysku, bardziej przypominającym naleśnik niż kulę.
Wraz z rozwojem teleskopów astronomowie zaczęli dostrzegać na niebie wiele małych spiralnych i eliptycznych „mgławic” (nazwanych tak, gdyż przypominają mgiełki). Immanuel Kant spekulował, że obiekty te mogą być „wszechświatami wyspowymi”, a Droga Mleczna jest tylko jednym z wielu. Ale możliwe było również, że mgławice są małymi obłokami wewnątrz Drogi Mlecznej, która stanowi cały Wszechświat. Tak czy inaczej, trzeba było rozwiązać istotną kwestię: jakie jest nasze położenie w Drodze Mlecznej? Jaką pozycję zajmuje Słońce? Aby się tego dowiedzieć, w 1785 roku rodzeństwo astronomów William i Caroline Herschel użyło sprytnej metody: policzyli gwiazdy w różnych częściach nieba. Zakładali, że jeśli Droga Mleczna ma wydłużony kształt, więcej gwiazd znajdzie się wzdłuż jej dłuższej osi niż wzdłuż krótszej. Mapa, którą stworzyli na podstawie tych obserwacji, pokazuje Drogę Mleczną jako nieregularny kleks z atramentu ze Słońcem w pobliżu środka.
W latach 20. XX wieku astronom Jacobus Kapteyn poszedł o krok dalej. Aby stworzyć dokładniejszą mapę, mierzył prędkości i jasności gwiazd. Jego wyniki w większości zgadzały się z wynikami Herschelów.
Obie metody były jednak obarczone istotnym błędem: zakładały, że przestrzeń między gwiazdami jest pusta, tymczasem zaśmiecają ją nieprzezroczyste obłoki kosmicznego pyłu – drobnych mineralnych lub grafitowych ziaren – które zasłaniają nam widok na to, co znajduje się poza nimi. Wielka Szczelina, rozdzielająca Drogę Mleczną w Łabędziu, to rozległy zbiór takich obłoków, których sylwetki pojawiają się na tle bardziej odległych gwiazd. Obłoki te są powodem, dla którego metody zliczania gwiazd zawiodły: w niemal każdym miejscu w Galaktyce przesłaniają one linię widzenia, tworząc iluzję spoglądania z pobliża centrum. W rzeczywistości Słońce nie znajduje się szczególnie blisko środka Drogi Mlecznej, lecz umieszczone jest prawie w połowie drogi do krawędzi dysku Galaktyki.
W latach 20. astronomowie Edwin Hubble i Vesto Slipher wykazali, że niektóre mgławice spiralne i eliptyczne są bardzo odległe i dlatego nie znajdują się wewnątrz Drogi Mlecznej. Kant miał rację: takie mgławice naprawdę są wszechświatami wyspowymi, a Droga Mleczna jest tylko jednym z wielu. Obecnie nazywamy je ogólnie galaktykami, przenosząc tę nazwę z naszej własnej.
Minęło wiele dziesięcioleci, zanim poznano prawdziwy kształt Drogi Mlecznej. Stało się to wtedy, gdy radioastronomowie zaczęli wyznaczać ruch i odległości obłoków w naszej Galaktyce. Ponieważ fale radiowe mogą przenikać przez pył bez szwanku, badania radioastronomiczne były w stanie przebić zasłony stworzone przez Wielką Szczelinę i inne obłoki międzygwiazdowe blokujące światło gwiazd. Ujawniły, że nasza Galaktyka jest rozległym dyskiem z centralnym zgrubieniem – grudkowatym kleksem widocznym w kierunku Strzelca – wokół którego wiją się roziskrzone gwiazdami ramiona spiralne. Wiele innych galaktyk spiralnych rozsianych jest po całym niebie, a te, które widzimy z boku, przypominają rozgwieżdżone pasmo Drogi Mlecznej na naszym niebie. Według najnowszych pomiarów średnica dysku wynosi aż 120 tys. lat świetlnych. Większość gwiazd znajduje się tak daleko od Ziemi, że ich widoma jasność stanowi jedynie mikroskopijny ułamek ich prawdziwego blasku.
Tak więc, gdy jesteś na dworze i podziwiasz Drogę Mleczną świecącą nad głową, pamiętaj, że mieszkasz na gwiezdnych przedmieściach ogromnej galaktyki spiralnej, o średnicy przekraczającej trylion kilometrów, pełnej setek miliardów gwiazd i być może bilionów planet. A nasz kosmiczny dom jest tylko jedną z niezliczonych galaktyk rozrzuconych po całym Wszechświecie.