Felietony - A. Klimek
Felietony - A. Klimek
Sekunda na 300 lat
- Autor: Andrzej Klimek
- Odsłon: 4449
Od zarania dziejów przemijanie czasu mierzono na podstawie obserwacji zjawisk przyrodniczych zachodzących w sposób cykliczny, jednostajny i możliwie niezależny od chwilowych warunków. Najbardziej widocznym tego rodzaju zjawiskiem jest obrót Ziemi dookoła własnej osi; obrót, którego efektem jest następstwo dni i nocy. Ten właśnie ruch dzieli niejako w sposób naturalny czas na okresy światła i ciemności. W ten sposób powstała pierwsza w dziejach cywilizacji jednostka czasu.
Rychło jednak potrzebne stały się jednostki krótsze. Podzielono więc dobę na 24 części nazywając je godzinami. Ich upływ sygnalizował ruch Słońca po sferze niebieskiej, który to ruch można było śledzić za pomocą przesuwającego się cienia. W ten sposób powstały pierwsze zegary słoneczne. Niektóre z nich były nawet dość dokładne, ale działały tylko podczas słonecznej pogody, w dzień i w danym miejscu na kuli ziemskiej. Każda miejscowość wymagała zegara własnej konstrukcji, a przenoszenie momentów czasu było w praktyce niemożliwe.
Kto i kiedy skonstruował pierwszy zegar mechaniczny – pozostanie zapewne nigdy nie wyjaśnione. Wiemy tylko, że stało się to gdzieś na przełomie XIII i XIV wieku. Wówczas to pojawiły się zegary na wieżach kościelnych. Nie miały na ogół wskazówek, a czas odmierzały biciem dzwonu co godzinę.
Wydarzeniem przełomowym w dziedzinie pomiaru czasu było odkrycie w 1583 r. przez Galileusza prawa rządzącego ruchem wahadła. Ruch ten okazał się bowiem najbardziej regularnym zjawiskiem przyrody, w zasadzie niezależnym od warunków zewnętrznych. W połowie XVII wieku wahadło zostało zastosowane do budowy zegara mechanicznego. Dokładność zegarów wzrosła tym samym gwałtownie. Jeszcze w połowie naszego stulecia zegary wahadłowe były najdokładniejszymi urządzeniami do pomiaru i przechowywania czasu. Również stosowany w chronometrach oraz małych zegarkach kieszonkowych i naręcznych balans jest odmianą wahadła.
Mimo wszelkich udoskonaleń i coraz większej precyzji zegarów, ostatnie słowo w pomiarze czasu mieli do niedawna astronomowie. Wszystkie wzorcowe zegary były wciąż porównywane z ruchem ciał niebieskich. Specjalna służba czasu w obserwatoriach astronomicznych zajmowała się kontrolą zegarów wzorcowych, ustalając przynajmniej raz w ciągu doby poprawki do zegarów, by utrzymać ich synchronizację z najdoskonalszym rytmem przyrody – ruchem ciał niebieskich, a przede wszystkim obrotem Ziemi wokół własnej osi.
Druga połowa naszego stulecia przyniosła nową jakość również w dziedzinie pomiaru czasu. Do zegarów wkroczyła elektronika, powstały zegary kwarcowe, których dokładność wzrosła do 0,001 sekundy na dobę. Ale ostatnie, jak dotąd, słowo w tej dziedzinie powiedzieli atomiści. Najbardziej stabilnym zjawiskiem okazała się bowiem częstotliwość fali emitowanej w atomie wskutek przejścia elektronów między poszczególnymi poziomami energetycznymi. Atomowy wzorzec częstotliwości, wyposażony w dodatkową aparaturę elektroniczną, tworzy zegar mierzący czas z dokładnością 1 sekundy na 300 lat!
Zbudowanie zegarów atomowych po raz pierwszy oderwało służbę czasu od astronomii. W 1967 r. Międzynarodowa Konferencja Miar i Wag ustaliła nową definicję jednostki czasu – sekundy. Wynosi ona obecnie 9.192.631.770 okresów promieniowania spowodowanego przejściem między dwoma poziomami energetycznymi w atomie cezu.
Oderwanie wzorca czasu od zjawisk astronomicznych doprowadziło wkrótce do wykrycia zakłóceń w przebiegu tych zjawisk. Gdy dokładność zegarów atomowych przewyższyła precyzję naturalnych zjawisk, na których opierano pomiar czasu przez wieki, okazało się, że nasza planeta obraca się nie całkiem równomiernie. Jej prędkość wirowania zwiększa się i zmniejsza wielokrotnie. Aby więc nie dopuścić do rozdźwięku między wskazaniami zegarów a zjawiskami astronomicznymi, znów ostatnie słowo w systemie dystrybucji czasu oddano astronomom. Zarządzają oni mianowicie co pewien czas przyspieszenie lub opóźnienie zegarów wzorcowych o jedną sekundę. Dzieje się tak z reguły na końcu lub w połowie roku. Jest to operacja konieczna dla zachowania zgodności rytmu życia z rytmem kosmosu.
Niespodzianki natury i uczonych
- Autor: Andrzej Klimek
- Odsłon: 4315
Clyde Tombaugh miał 12 lat, gdy obserwacje nieba pochłonęły jego umysł. Syn amerykańskiego farmera od młodych lat musiał pracować w gospodarstwie, ale każdą wolną chwilę spędzał z głową zadartą w chmury. Wreszcie nie wytrzymał pracy na roli i postanowił oddać się ulubionemu zajęciu. Opuścił rodzinną farmę i udał się na poszukiwanie miejsca swego życia.
Nie wiemy, jakich argumentów użył młody chłopak, dość, że przyjęto go do pracy w laboratorium Lowella w Flagstaff w Arizonie. Ta placówka badawcza, założona w 1893 r. przez amerykańskiego dyplomatę i astronoma Percivala Lowella, zdobyła sobie sławę wieloma znamienitymi odkryciami. To tutaj stwierdzono po raz pierwszy przesunięcie widm galaktyki ku czerwieni – zjawisko, na którym opiera się cała współczesna kosmologia.
Założyciel i szef obserwatorium w Flagstaff interesował się szczególnie ostatnią znaną wówczas planetą Układu Słonecznego – Neptunem. Odkrycie tej planety było w połowie XIX wieku wielkim sukcesem astronomów i matematyków, niezwykłym triumfem teorii powszechnego ciążenia, ukoronowaniem mechanicznej koncepcji Wszechświata. Neptun został bowiem odkryty za pomocą ołówka i papieru oraz myśli matematycznej.
Istnienie tej planety zostało udowodnione teoretycznie na podstawie zakłóceń w ruchu Urana. Teoretycznie też ustalono jej położenie na niebie. Zobaczenie tak określonego obiektu w polu widzenia teleskopu było już tylko formalnością. Odkrycie to wywołało ogromne wrażenie na współczesnych, kształtując w dużej mierze powszechną świadomość naukową oraz wiarę w nieograniczone możliwości nauki.
Percival Lowell od chwili uruchomienia swego obserwatorium zajął się obserwacjami nowo odkrytej planety. Wykonując skomplikowane obliczenia doszedł do wniosku, że po pierwsze – wpływem Neptuna nie da się wytłumaczyć wszystkich zakłóceń w ruchu Urana, a po drugie – orbita samego Neptuna też podlega jakimś zakłóceniom i nie jest zgodna z teoretycznymi obliczeniami. Obserwacje i obliczenia były dość trudne, bowiem ruch Neptuna jest bardzo wolny i pomiary muszą być niezwykle dokładne.
Lowell doszedł do wniosku, że również Neptun nie jest ostatnią planetą, lecz musi istnieć jeszcze następna. Idąc w ślady odkrywców Neptuna, uczony przeprowadził skomplikowane obliczenia, określił orbitę i położenie nowej planety. Prace trwały wiele lat, ostatecznie zakończono je w 1914 r. Od tego czasu wszyscy pracownicy Obserwatorium Lowella skierowali teleskopy w ten rejon nieba, w którym powinna się znajdywać tajemnicza „planeta X”.
Sam Lowell nie doczekał swego sukcesu. Zmarł w 1916 r. nie zobaczywszy swojej hipotetycznej planety. Wielu jego następców zwątpiło w możliwość jej ujrzenia. Nie miał natomiast żadnej wątpliwości Clyde Tombaugh – farmer i równocześnie astronom-amator. Po rozpoczęciu pracy w obserwatorium wszystkie swe siły poświęcił nowej planecie.
W lutym 1930 r., po przebadaniu ponad 400 tys. gwiazd uwiecznionych na kliszach 33-centymetrowej kamery, Tombaugh pokazał swym kolegom nową planetę. Odkrycie zostało ogłoszone w 75. rocznicę urodzin Lowella, a nowa planeta otrzymała miano mitologicznego władcy piekieł – Plutona. Skromny farmer – miłośnik astronomii mianowany został profesorem uniwersytetu w Nowym Meksyku.
Na podstawie pierwszych obserwacji orbitę nowej planety obliczył Tadeusz Banachiewicz, ówczesny dyrektor Obserwatorium Krakowskiego. Było to zadanie nader trudne, gdyż okres pełnego obiegu Plutona wokół Słońca wynosi przeszło 247 lat i uczony dysponował tylko kilkoma punktami jego orbity blisko siebie leżącymi.
Aby uporać się z zadaniem, Banachiewicz wymyślił zupełnie nową metodę matematyczną, nazwaną później rachunkiem krakowianowym. Metoda ta okazała się zresztą bardzo przydatna w rozwiązywaniu wielu problemów z dziedziny astronomii, geodezji, mechaniki nieba i matematyki.
Rachunek krakowianowy jest nadal używany do rozwiązywania układów równań liniowych z dowolną liczbą niewiadomych. Nawiasem mówiąc okazało się, że Pluton jest za mały, by wywołać wszystkie istniejące zakłócenia ruchu Plutona i Neptuna. A więc nie jego dotyczyły obliczenia Lowella i jego odkrycie było właściwie przypadkowe. Przyroda spłatała kolejnego figla uczonym...
W ostatnim czasie Pluton znów znalazł się w centrum zainteresowania nie tylko astronomów. Wpierw wykryto satelitę tej planety, którego nazwano Charonem. Krąży on wokół swej planety w odległości zaledwie 19 tys. km. Średnica Plutona wynosi najprawdopodobniej 4000 km, zaś jego satelity – 2000 km. Różnica jest więc (w skali kosmicznej) stosunkowo niewielka i właściwie oba te ciała stanowią swoisty układ, który można potraktować jako podwójną planetę. Powstaniu tego niezwykłego układu towarzyszyły prawdopodobnie nadzwyczajne okoliczności. Niektórzy przypuszczają, że Pluton był niegdyś jednym z satelitów Neptuna i obiegał planetę wraz z pozostałymi dwoma jej księżycami – Trytonem i Nereidą.
Kiedyś na peryferiach Układu Słonecznego wydarzyła się katastrofa: może przeszła w pobliżu jakaś gwiazda, a może inne ciało niebieskie? Ruch planet został zakłócony, nastąpiło zderzenie Plutona z Trytonem i ten pierwszy wyrzucony został na orbitę okołosłoneczną. Od tego czasu Tryton krąży zresztą wokół Neptuna w dziwny sposób – w kierunku odwrotnym do obrotów planety. A może obiektem zakłócającym ruch planet i satelitów jest nieznana nam dotąd dziesiąta planeta Układu Słonecznego?
Przed kilkoma miesiącami astronomowie zafundowali nam zresztą kolejną niespodziankę. Metodą głosowania ustalili mianowicie większością głosów, że Pluton już nie jest planetą. Wprawdzie nadal znajduje się w naszym Układzie i krąży wokół Słońca, ale teraz moźna go nazwać co najwyżej planetą karłowatą, jedną z kilku odnalezionych dotychczas na peryferiach Układu Słonecznego. No cóż, demokratycznej większości nie można kwestionować, ale Tombaugh z pewnością nie byłby z tego zadowolony. Na szczęście, nie zdążył doczekać swojej hańby, gdyż zmarł w 1997 r.