CIEKAWOSTKI
(FIZYCZNE I NIE TYLKO)
OPRACOWANE PRZEZ BEATĘ TUDOROWSKĄ
NA PODSTAWIE PODANYCH ŹRÓDEŁ
Na motto niech posłużą słowa najwybitniejszych fizyków wszechczasów :
„ Nie wiem, kim wydaję się dla świata, dla siebie jestem małym chłopcem bawiącym się na
plaży, podczas gdy ocean prawdy leży niezbadany przede mną „
Isaac Newton
„ Najpiękniejszą rzeczą, której możemy doświadczyć
jest tajemnica. To ona jest źródłem całej nauki i sztuki „
Albert Einstein
Ciekawostki o Wszechświecie
Autor: Michał Nowak, klasa Ic
Ziemia
1. Co by się stało gdyby Ziemia nagle przestała się kręcić?
Pomijając inne niedogodności, przede wszystkim poprzewracalibyśmy się i poturlali
na wschód z prędkością około 1280 km/h. Ocean Spokojny zalałby Amerykę Północną i
Południową, a Atlantyk Europę i Afrykę.
Kiedy wszystko by się uspokoiło, ziemski dzień byłby równy ziemskiemu rokowi. Nie byłoby
tornad, huraganów, cyklonów i tajfunów.
2. Co by się stało z orbitą ziemską, gdyby jutro wybuchła któraś z planet?
Kosmiczny układ gwarantuje, że orbita Ziemi – w wypadku zagłady którejkolwiek z
pozostałych planet – zachowa swój dotychczasowy kształt z dokładnością do 99,999%.
3. Czy jest możliwe, że kiedyś jądro Ziemi wystygnie całkowicie? Jeśli tak, to jakie będą tego
konsekwencje?
Tak, jądro Ziemi wystygnie kiedyś całkowicie. Gdy to nastąpi nasza planeta stanie się
geologicznie martwa. Ustaną ruchy kontynentów, nie powstawać góry ani wybuchać
wulkany. A co najgorsze, nie będzie też gorących źródeł.
4. Przypuśćmy, że przez środek Ziemi przewiercono tunel wychodzący na drugą stronę. Co
stałoby się z człowiekiem, który wskoczyłby do tego tunelu?
Jeśli pominąć to, że wyparowałby w jądrze Ziemi, to od chwili, w której śmiałek
wskoczyłby do tunelu, jego prędkość staliby rosła, aż do momentu dotarcia do centrum Ziemi.
Tam siła grawitacji jest równa zeru. Mimo to, kontynuowałby on swój ruch. Przeleciałby
przez środek planety, ale odtąd jego prędkość zaczęłaby stale maleć. Dokładnie w chwili, w
której wynurzyłby się z drugiego końca tunelu, byłaby równa zero.
O ile nikt by go tam nie złapał, ponownie wpadłby do tunelu i poruszałby się w tę i z
powrotem w nieskończoność.
Podróż z jednej strony kuli ziemskiej na drugą zabrałaby mu około 45 minut.
5. Czy Ziemia obraca się coraz wolniej?
Tak, w ciągu 67 000 lat doba wydłużyła się o mniej więcej jedną sekundę.
6. Spłaszczenie Ziemi powoduje, że w styczniu nasza planeta jest najbliżej słońca a w lipcu
najdalej. Dlaczego nie odczuwamy w temperaturze tej zmiany? Pory roku zdawałby się
wskazywać, że jest na odwrót.
Zjawisko pór roku nie jest związane z odległością naszej planety od Słońca, lecz z
odchyleniem jej osi obrotu od prostopadłej do płaszczyzny orbity okołosłonecznej.
7. Dlaczego na szczytach górskich powietrze jest rzadsze niż na poziomie morza?
Kiedy znajdujemy się na szczycie góry, pod nami jest tysiące metrów ciężaru słupa
powietrza. Ta część słupa, która wznosi się nad naszą głową, waży więc mniej niż cały słup
nad poziomem morza. Cząsteczki powietrza są zatem słabiej ściskane.
Księżyc
8. Jak długo trwa pełnia?
Pełnia jest momentem, w którym Księżyc znajduje się dokładnie po przeciwnej stronie
Słońca w stosunku do środka Ziemi.
Księżyc wygląda jak w pełni mniej więcej przez całą noc, a oglądany nieuzbrojonym
okiem, może się wydawać w pełni przez kilka dni przed i po oficjalnej dacie, aż w końcu
zaczyna go ubywać.
9. Jak jasne jest światło Księżyca w czasie pełni?
Księżyc w pełni po zachodzie Słońca daje niemal tyle światła, co lampy uliczne na
przedmieściach, tylko że w odróżnieniu od lamp, jego blask rozjaśnia nocne ciemności
wszystkim ludziom na świecie jednocześnie.
Ś
wiatło księżyca powoduje powstawanie cieni, sprawia, że przestają być widoczne
tysiące dostrzegalnych zwykle gwiazd. Dzięki księżycowemu światłu rolnicy mogą spokojnie
kontynuować żniwa po zachodzie Słońca, złodziej dokonywać włamań, na biwaku można
zaoszczędzić baterie w latarkach, a zwyczajny wieczór nabiera romantyzmu i magii.
Przy okazji, Ziemia „w pełni”, obserwowana z Księżyca, jest przeszło 50 razy
jaśniejsza niż Księżyc w pełni, obserwowany z Ziemi.
10. Czy pełnia Księżyca ma wpływ na ludzkie zachowanie?
Według statystyk w czasie pełni Księżyca w niektórych miejscowościach rodzi się
więcej dzieci, niż w innych okresach a w dużych miastach rośnie liczba włamań.
Są to jednak bardzo przyziemne dane i fakt, że w czasie pełni rodzi się więcej dzieci,
ś
wiadczy więc raczej o tym, że więcej dzieci w czasie pełni się poczyna. No cóż, trudno
odmówić romantycznego czaru nocom rozświetlonym blaskiem księżycowej pełni...
11. Dlaczego, gdy widoczny jest zaledwie cieniutki rożek Księżyca, czasami można dostrzec
zarysy pozostałej części jego tarczy?
Ziemia „w pełni” oświetla ciemną powierzchnię Księżyca na tyle, że możemy dostrzec
jego zarysy.
12 Jak Księżyc wygląda w Chinach a jak w USA?
W Chinach Księżyc powinien wyglądać tak samo jak w Stanach Zjednoczonych.
13. Jak duże są kratery na Księżycu?
Kratery, doliny, łańcuchy górskie na Księżycu są większe, głębsze i dłuższe niż
odpowiadające im struktury na powierzchni Ziemi
Księżycowe kratery osiągają przeszło 300 km średnicy, a ich ściany wznoszą się na
wysokość przeszło 3000m powyżej otaczającego terenu.
14. Dlaczego Księżyc nie ma atmosfery, a Ziemia znajdująca się w przestrzeni kosmicznej
całkiem blisko niego, jest otoczona pokaźną atmosferą?
Ma to związek z grawitacją Księżyca i Ziemi. Grawitacja „Srebrnego Globu” jest 6
razy słabsza od ziemskiej. W rezultacie słabe przyciąganie Księżyca jest w stanie zatrzymać
jedynie najwolniejsze cząsteczki (azotu i tlenu).
15. Skoro grawitacja Słońca jest silniejsza od Ziemi, to dlaczego Księżyc krąży wokół Ziemi?
Księżyc również wędruje wokół Słońca, tyle że okrążając przy tym Ziemię.
16. Astronomowie twierdzą, że Księżyc oddala się centymetr po centymetrze od Ziemi.
Dlaczego tak jest?
Grawitacja Księżyca powoduje, że na Ziemię działają siły pływowe, spowalniając jej
wirowanie. W efekcie Księżyc zwiększa swój moment pędu kosztem momentu pędu Ziemi i
oddala się od niej o około 2,5 cm na rok.
Jest to zgodnie z zasadą fizyczną, zwaną zasadą zachowania momentu pędu.
17. Co by się stało, gdyby znikł Księżyc? Jaki miałoby to wpływ na Ziemię, oceany, pogodę,
ż
ycie roślin i zwierząt?
Zniknięcie Księżyca nie powinno mieć większego wpływu na pogodę, klimat, życie
roślin i procesy geologiczne.
Znacznie zmalałyby natomiast przypływy i odpływy oceanów – pozostałyby jedynie
pływy generowane przyciąganiem grawitacyjnym Słońca. Wolniej malałaby również
prędkość ruchu obrotowego Ziemi.
Planety
18. Czy kiedykolwiek wystąpiła jakaś zmiana kolejności planet wobec Słońca?
Pluton, pomijając to, że jest karłem, wskutek dużego spłaszczenia swej orbity, od 1979
roku do 1999 roku znajdował się bliżej Słońca niż Neptun.
Jest tak, gdyż Pluton ma spłaszczoną orbitę co sprawia, iż w ciągu swego 248 –
letniego okresu orbitalnego, przez 20 lat znajduje się bliżej Słońca niż Neptun.
19. Jakie są najpoważniejsze przeszkody w podjęciu załogowych lotów do sąsiednich planet?
Temperatura na powierzchni Merkurego i Wenus przekraczają 370 stopni C. Jeśli
chodzi o Wenus, dodatkowych problemów nastręcza ciśnienie atmosferyczne, które jest tam
90 razy większe niż na Ziemi. Na Marsie z kolei szaleją burze pyłowe, ale wybranie
właściwego czasu i miejsca lądowania pozwoliłoby ich uniknąć. Na planetach gazowych –
Jowiszu i Saturnie – nie ma „gruntu”, na którym można by wylądować i zatknąć flagę. Silna
grawitacja na powierzchni Jowisza sprawiłaby, iż astronauta ważący na Ziemi 80 kg tam
ważyłby przeszło 200 kg . Na Uranie, Neptunie i Plutonie panują przeraźliwe mrozy, poniżej
minus 200 stopni C.
20. Dlaczego na Wenus temperatura nie jest nieco cieplejsza niż na Ziemi, skoro znajduje się
„trochę bliżej” Słońca?
Przyczyną niewspółmiernie wysokiej temperatury na Wenus jest efekt cieplarniany,
wywołany dużą zawartością dwutlenku węgla w jej atmosferze. Światło widzialne przenika
przez grubą warstwę chmur otulającą planetę i nagrzewa jej skalistą powierzchnię. To ciepło
jest następnie wypromieniowywane w postaci fal w postaci fal podczerwieni i więzione prze
dwutlenek węgla w atmosferze.
21. Dlaczego Mars jest czerwony?
Powierzchnię Marsa tworzą skały bogate w cząsteczki tlenu żelaza (popularnie
zwanego „rdzą”), wymieszane z innymi składnikami powierzchni.
22. Dlaczego Mars jest tak bardzo zimny, skoro jego atmosfera zawiera, podobnie jak
atmosfera Wenus, głównie dwutlenek węgla?
Ciśnienie atmosferyczne na Wenus jest 15 tysięcy razy większe niż na Marsie. Każdy
centymetr sześcienny dolnych warstw wenusjańskiej atmosfery zawiera 10 tysięcy razy
więcej dwutlenku węgla niż centymetr sześcienny dolnych warstw atmosfery Marsa.
Nie zapominajmy też, że orbita Marsa jest średnio dwa razy bardziej oddalona od
Słońca niż orbita Wenus.\
23. Czy to możliwe, że Saturn jest tak lekki, iż mógłby unosić się na powierzchni wody?
Gdybyśmy umieścili Saturna w dostatecznie wielkiej wannie, rzeczywiście unosiłby
się na powierzchni wody.
Tak się składa, że gęstość Saturna jest nieco mniejsza od gęstości wody. Każde ciało,
które spełnia ten warunek – czy to kosmiczne, czy inne – na pewno nie zatonie.
24. Dlaczego Wenus, Uran i Pluton wirują w kierunku przeciwnym do kierunku ich ruchu
orbitalnego? Czy to możliwe, że istnieje jakieś powiązanie pomiędzy tymi odległymi
planetami?
Bardzo możliwe, że we wczesnym okresie istnienia Układu Słonecznego każda z nich
miała zderzeni z jakąś dużą planetoidą. Jeśli do takiej kolizji dochodzi z dostatecznie wielką
energią, oś obrotu planety z łatwością może się przekręcić, co powoduje zmianę kierunku
wirowania.
25. Który księżyc w Układzie Słonecznym jest największy?
Największy jest Ganimedes – księżyc Jowisza o średnicy 5230 km, drugie miejsce
zajmuje Tytan – księżyc Saturna, o średnicy 5120 km . Księżyc ziemski zajmuje 6 miejsce
(ma średnicę 3450 km).
Słońce
26. Jaka jest temperatura Słońca?
W skali Celsjusza temperatura Słońca zmienia się od dość męczącego upału w jego
wnętrzu – 15 000 000° , do całkiem rześkiej temperatury 5700° na powierzchni (zwanej
fotosferą)
Korona słoneczna, czyli rzadka atmosfera Słońca, jest gorętsza od fotosfery – jej
temperatura wynosi 2 miliony stopni.
27. Co to jest „wiatr słoneczny”? Jaka jest jego prędkość?
W każdej sekundzie z korony słonecznej ucieka w przestrzeń kosmiczną około miliona
ton materii w postaci strumieni wysokoenergetycznych cząstek – elektronów oraz jąder
wodoru i helu; jest to tak zwany wiatr słoneczny. W pobliżu Ziemi prędkość tych cząsteczek
wynosi około 400km/s.
28. Gdyby Słońce nagle znikło, ile mielibyśmy czasu, aby o tym pomyśleć?
Gdyby Słońce znikło w chwili, gdy czytasz te słowa, jeszcze przez 500 sekund nic by
na Ziemi się nie zmieniło. Światło i oddziaływanie grawitacyjne rozchodzą się z prędkością
300 tys. Km/s i na pokonanie odległości równej promieniowi orbity ziemskiej potrzebuje 8
minut.
Po tym czasie nagle zrobiłoby się ciemno, temperatura zaczęłaby szybko spadać, a
Ziemia uleciałaby w przestrzeń kosmiczną po stycznej do orbity.
29. Czy pod koniec życia Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma? Co się stanie wtedy z
Ziemia?
Za około 5 miliardów lat Słońce wyczerpie zapas wodoru w jądrze i zmieni się w
czerwonego olbrzyma. Jego zewnętrzne warstwy rozszerzą się 1000 razy i obejmą
wewnętrzne planety Układu. Oceany wyparują a temperatura Ziemi wzrośnie do 2700°C.
Gwiazdy
30. Dlaczego gwiazdy migoczą?
Gwiazdy na ogół znajdują się w tak dużej odległości od Ziemi, że powinny wyglądać
na niebie jak maleńkie świecące punkciki. Zanim jednak ich światło do nas dotrze, najpierw
musi pokonać miliardy kilometrów kosmicznej pustki, a na koniec przedrzeć się przez
kilkusetkilometrową warstwę powietrza, otaczającego naszą planetę. Światło zostaje
niejednokrotnie załamane co w efekcie obraz gwiazdy docierający do naszych oczu jest już
bardzo poważnie zaburzony i zniekształcony.
31. Skoro ziemska atmosfera powoduje migotanie gwiazd, dlaczego w ten sam sposób nie
wpływa na wygląd planet?
Obrazem gwiazdy jest punkt. Przejście światła przez atmosferę ziemską powoduje
drgania tego obrazu większe od jego średnicy, co rejestrujemy okiem jako migotanie.
Natomiast obrazem planety jest wyraźny dysk. Niewielkie zmiany położenia
poszczególnych punktów tego dysku są niemal niezauważalne, ponieważ są mniejsze od jego
ś
rednicy. Właśnie dlatego planety w porównaniu z gwiazdami prawi wcale nie migoczą.
32. Ile gwiazd można zobaczyć gołym okiem?
Na całym niebie nieuzbrojonym okiem można dostrzec od 5 do 6 tysięcy gwiazd. W
danej chwili widzimy oczywiście połowę tych gwiazd, ponieważ znajdując się w
jakimkolwiek miejscu na Ziemi, mamy nad sobą tylko jedną półkulę niebieską.
33. Ile jest gwiazdozbiorów? Wydaje się, że całkiem sporo.
Międzynarodowa Unia Astronomiczna oficjalnie uznała 88 gwiazdozbiorów, które
pokrywają całe niebo.
34. Gdyby się stanęło dokładnie na równiku, czy można byłoby zobaczyć gwiazdozbiory nieba
południowego i północnego?
Tak. Mieszkańcy okolic równika są jedynymi ludźmi na Ziemi, którzy w ciągu roku
mogą zobaczyć całe niebo północne i południowe.
35. Czy jest możliwe, że pewnego dnia jakaś gwiazda zderzy się ze Słońcem?
Tak. Gdyby jednak w całych Stanach Zjednoczonych żyły tylko cztery ślimaki, które
wędrowałyby w losowy sposób po całym kontynencie, prawdopodobieństwo, że dwa z nich
się spotkają, byłoby większe niż prawdopodobieństwo zderzenia Słońca z inną gwiazdą.
36. Co się dzieje z planetami, księżycami i innymi ciałami niebieskimi w bezpośrednim
otoczeniu gwiazdy, która zmienia się w supernową?
W wyniku wybuchu, wszystkie ciała niebieskie w otoczeniu supernowej otrzymują
potężną dawkę promieniowania z całego zakresu widma elektromagnetycznego – zwłaszcza
promieniowania nadfioletowego, rentgenowskiego i gamma. Fala uderzeniowa wywołana
przez promieniowanie powoduje rozpad s rozproszenie wszystkich obłoków gazu w okolicy
gwiazdy. Warstwy powierzchniowe planet i księżyców wyparowują, a pozostałości po nich
zostają wyrzucone w przestrzeń międzygwiazdową.
37. Gdyby w pobliżu wybuchła jakaś supernowa, z pewnością byśmy to zobaczyli, ale czy
również usłyszelibyśmy huk eksplozji?
W przestrzeni kosmicznej nie słychać ani odgłosów wybuchów, ani krzyków
przerażenia.
W przeciwieństwie do światła, dźwięk rozchodzi się za pośrednictwem ośrodka
materialnego. Przestrzeń kosmiczna jest na tyle pusta by „pominąć milczeniem” taki
kataklizm.
Grawitacja
38. Skoro siła odśrodkowa działa w przeciwnym kierunku niż grawitacja, to o ile maleje
ciężar ludzi wskutek ruchu obrotowego Ziemi?
Na równiku gdzie siła odśrodkowa jest największa, ciężar zmniejsza się o 0,1%. Na
biegunie siła odśrodkowa jest równa 0.
39. Jak szybko maleje siła ziemskiego przyciągania w miarę wzrostu odległości od Ziemi?
Zastosowanie prawa powszechnego ciążenia do człowieka prowadzi do wniosku, że
jeśli odległość między nim i środkiem Ziemi wzrośnie 3 razy, jego ciężar zmniejszy się 9
razy. Czterokrotny wzrost odległości powoduje szesnastokrotne zmniejszenie ciężaru ciała
itd.
40. Czy przyciąganie grawitacyjne Słońca sięga tylko do orbity Plutona?
Gdyby tak było, już w 1979 roku stracilibyśmy Neptuna, gdyż wtedy Pluton przeciął
jego orbitę i stał się ósmą planetą Układu Słonecznego, licząc od Słońca.
Mniej więcej w połowie między Słońcem a najbliższymi gwiazdami znajduje się
obszar, gdzie krążą resztki materii z mgławicy, z której powstał Układ Słoneczny. Obszar ten
jest głównym źródłem komet.
Światło i teleskopy
41. Skoro światło Słońca i Księżyca może spowodować powstanie tęczy, to czy tak samo jest
ze światłem gwiazd?
Gdyby gwiazdy byłyby dostatecznie jasne – od miliona do miliarda razy jaśniejsze,
niż są w rzeczywistości – również mogłyby powodować powstanie tęczy.
42. Czy światło nadfioletowe i widzialne rozchodzi się prędzej niż podczerwone?
Nie. Wszystkie rodzaje promieniowania elektromagnetycznego rozchodzą się w próżni
z taką samą prędkością – prędkość światła, różnią się natomiast energią.
43. Ile fotonów emituje Słońce w ciągu sekundy?
Słońce emituje około
fotonów na sekundę.
Galaktyki
44. Jak najbardziej odległy obiekt można zobaczyć gołym okiem?
W bardziej sprzyjających okolicznościach można dostrzec Wielką Mgławicę w
Andromedzie, która oddalona jest od Ziemi o 2 miliony lat świetlnych. To właśnie
najodleglejszy obiekt widoczny z Ziemi nieuzbrojonym okiem.
45. Ile istnieje galaktyk we Wszechświecie?
Według najnowszych ocen, liczba galaktyk wynosi od 10 do 100 miliardów.
46. Ile lat ma Słońce, jeśli liczyć jego wiek liczbą okrążeń wokół środka Galaktyki?
Słońce obiega środek Galaktyki z prędkością 200 km/s, ale mimo to w ciągu 5
miliardów lat istnienia Układu Słonecznego zdążyło okrążyć środek Drogi Mlecznej dopiero
20 razy. Jest zatem bardzo młode – ma zaledwie 20 galaktycznych lat.
Czarne dziury, Kwazary i Wszechświat
47. Co to jest właściwie czarna dziura? Jak duże są czarne dziury? Z czego są zbudowane?
Czarne dziury mogą mieć dowolne rozmiary. Pole grawitacyjne czarnej dziury jest tak
silne, że wskutek zakrzywienia przestrzeni nie może się z niej wydostać nawet światło. A
jeżeli światło nie może z niej uciec, to znaczy, że nic nie może z niej uciec.
Niektóre czarne dziury stanowią ostatnią fazę ewolucji gwiazd o masie 10 razy
większej od Słońca.
Im większa jest masa czarnej dziury, tym większy jej promień. Supermasywne czarne
dziury, o masie od miliona do miliarda (!) razy większej od masy Słońca, kryją się zapewne
wewnątrz kwazarów i licznych „aktywnych” galaktyk. Powiększają one swoje rozmiary,
pożerając każdą gwiazdę, która zbliży się na zbyt małą odległość.
Podróż do czarnej dziury to wyprawa w jedną stronę – powrócić z niej nie można.
48. Gdyby Słońce zmieniło się w czarną dziurę, co stałoby się z orbitą Ziemi?
Gdyby Słońce zmieniło się w czarną dziurę o takiej samej masie, Ziemia nadal
krążyłaby po dotychczasowej orbicie, natomiast wschody Słońca byłyby zupełnie nieciekawe.
49. Kwazary słyną z tego, że są bardzo jasne i odległe. Czy w naszej Galaktyce są jakieś
kwazary? Jaka jest odległość do najbliższego kwazaru?
Gdyby w naszej Galaktyce był jakiś kwazar, z pewnością byśmy to odczuli, ginąc z
powodu promieniowania o dużej energii.
Pomimo stosunkowo małych rozmiarów, kwazary świecą setki, a nawet tysiące razy
mocniej niż cała Droga Mleczna. Najbliższy kwazar to 3C273, od którego dzieli nas
bezpieczna odległość 1,5 miliarda lat świetlnych.
50. Jaki jest promień znanego Wszechświata? Czy teoretycznie jest ograniczony?
Dokładna długość promienia wciąż jest przedmiotem dyskusji, ale z najnowszych
pomiarów wynika, że wynosi od 12 do 16 miliardów lat świetlnych.
Informacja:
Wszystkie informacje zostały zaczerpnięte z książki „Wędrówki z Merlinem po
Wszechświecie”
autorstwa Neila de Grasse Tysona.