8.2. Zvijezde nastaju od masivnih oblaka prašine i plina Gravitacijski kolaps golemih hladnih molekularnih oblaka rađa zvijezde. Kako se oblak urušava, tako se dijeli na jezgre čija središnja područja postaju sve gušća i toplija. Iznad kritičnih vrijednosti temperature i pritiska, nuklearna fuzija počinje i rađa se zvijezda. Ta mlada zvijezda u početku je okružena protoplanetnim diskom prašine i plina. Kroz milijune godina, taj disk razdvaja se na planete i manja tijela. 8.3. Zemlji najbliža zvijezda je Sunce, koje je u usporedbi s ostalim zvijezdama umjerene veličine i mase. odnosno nije ni veliko ni malo S ekvatorijalnim promjerom od otprilike 1,4 milijuna kilometara, Sunce, zvijezda najbliža Zemlji, toliko je veliko da bi u njega moglo stati otprilike 1,3 milijuna Zemlji. Iako je naša zvijezda golema u odnosu na naš planet, u svemiru postoje mnogo veće zvijezde. Dosad najveća poznata zvijezda pregolemi je VY Canis Majoris, koji ima otprilike 1800 puta veći promjer od Sunca. Da ga se postavi u središte Sunčeva sustava, površina VY Canis Majorisa prostirala bi se izvan Jupiterove putanje. Postoje i zvijezde mnogo manje od Sunca. Našemu Suncu najbliža zvijezda, Proxima Centauri, crveni je patuljak promjera otprilike 200 000 kilometara odnosno samo 20 puta većeg od promjera Zemlje.
8.4. Boja zvijezde kazuje nam njezinu površinsku temperaturu Zvijezde mogu imati površinsku temperaturu od nekoliko tisuća stupnjeva Celzija do pedeset tisuća stupnjeva Celzija. Vruće zvijezde većinu svoje energije raspršuju u plavom i ultraljubičastom području elektromagnetskog spektra (pri kratkim valnim duljinama), i zbog toga se ljudskom oku čine plavičastima. Hladnije zvijezde čine se crvenkastima jer većinu energije raspršuju u crvenim i infracrvenim područjima elektromagnetskoga spektra (pri duljim valnim duljinama). 8.5. Prostor između zvijezda može većim dijelom biti prazan ili može sadržavati oblake plina, koji mogu proizvesti nove zvijezde Prostor između zvijezda sadržava sitne tragove tvari u obliku plina, prašine i elementarnih čestica („kozmičko zračenje”). Sadržaj te tvari naziva se međuzvjezdanim medijem. U različitim dijelovima galaksije on može biti gušći ili rjeđi. Međutim, čak su i najgušća područja međuzvjezdanog medija tisuću puta rjeđa od najboljeg vakuuma stvorenog u laboratoriju.
8.6. Zvijezda prolazi kroz životni ciklus koji umnogome određuje njezina početna masa Računalne simulacije otkrivaju da je životni vijek prvih zvijezda bio nekoliko milijuna godina. Suprotno tomu, prosječni očekivani životni vijek zvijezde slične Suncu iznosi otprilike 10 milijardi godina. Crvene patuljaste zvijezde male mase mogu živjeti bilijune godina. Zvijezda mase slične onoj našeg Sunca naposljetku će se razviti u crvenu divovsku zvijezdu i poslije će veći dio svoje mase izbaciti u svemir, ostavljajući za sobom zbijenu zvijezdu tipa bijeli patuljak, okruženu onim što nazivamo planetnom maglicom. Zvijezda koja ima najmanje osam Sunčevih masa razvit će se u crvenoga superdiva prije nego što eksplodira kao supernova, ostavljajući za sobom neutronsku zvijezdu ili zvjezdanu crnu rupu. 8.7. Masivne zvijezde završavaju svoj životni ciklus kao zvjezdane crne rupe Crna rupa područje je u svemiru čije ekstremno gravitacijsko polje sprečava da išta, pa čak i svjetlost, pobjegne nakon što prijeđe obzor. Obzor je područje koje okružuje crnu rupu, gdje je brzina potrebna da se pobjegne iz njezina gravitacijskog polja veća od brzine svjetlosti. Teorijski modeli predviđaju da u središtu crne rupe postoji singularitet, u kojem se gustoća tvari i zakrivljenost prostor-vremena približavaju beskonačnosti. Crne rupe zvjezdanih masa imaju masu reda veličine nekoliko desetaka Sunčevih masa, unutar područja promjera od otprilike nekoliko kilometara do nekoliko desetaka kilometara (ovisno o masi).
8.8. Nove zvijezde i njihovi planetni sustavi nastaju od tvari zaostale od prethodnih zvijezda u tom predjelu Osim vodika, većine helija i male količine litija, svi elementi sadašnjega svemira nastali su u zvijezdama. Zvijezde male mase, poput Sunca, nuklearnom fuzijom proizvode elemente do težine kisika, dok masivne zvijezde mogu stvarati elemente teže od kisika pa sve do onih koji imaju masu željeza. Elementi teži od željeza, poput zlata i urana, nastaju u visokoenergetskim eksplozijama supernova i zvjezdanim sudarima. Dok umiru, zvijezde oslobađaju većinu svoje mase u međuzvjezdani medij. Iz te tvari nastaju nove zvijezde, u kozmičkoj verziji procesa recikliranja. 8.9. Ljudsko tijelo sastoji se od atoma koji se mogu povezati s prijašnjim zvijezdama Elementi osim vodika i helija nastali su uglavnom u unutrašnjosti zvijezda i otpušteni su u svemir u posljednjim fazama života tih zvijezda. To je podrijetlo većine elemenata od kojih se sastoje naša tijela, primjerice kalcij u našim kostima, željezo u našoj krvi i dušik u našoj DNK. Tako su i elemente od kojih su sastavljene životinje, biljke i zapravo većina stvari koje vidimo oko nas proizvele zvijezde prije mnogo milijardi godina.
Poglavlje 9 U svemiru postoje stotine milijardi galaksija 9.1. Galaksija je velik sustav sastavljen od zvijezda, prašine i plina Galaksija sadržava između nekoliko milijuna do nekoliko stotina milijardi zvijezda, međusobno povezanih gravitacijskom silom. Zvijezde neke galaksije mogu biti dio zvjezdanih skupova ili veće populacije zasebnih zvijezda koje prožimaju galaksiju. Uz to, galaksija sadržava zvjezdane ostatke, prašinu, plin i tamnu tvar. Mnoge galaksije u središtu imaju supermasivnu crnu rupu. 9.2. Galaksije sadržavaju velike količine tamne tvari Tamna tvar hipotetska je vrsta tvari, koja ne emitira elektromagnetsko zračenje i ne interagira s njim, te ju je stoga nemoguće vidjeti izravnim
opažanjima. Iako se tamnu tvar ne može vidjeti, ona ima masu, a zaključak da ona postoji izveden je iz njezinih gravitacijskih utjecaja na vidljiva tijela. Takvi utjecaji uključuju gibanje vidljivih tijela ili izobličenje slika uslijed gravitacijskih leća. Galaksije su okružene mnogo većim vijencem (haloom) tamne tvari, što znači da bi se donekle moglo reći kako je dio galaksije koji vidimo samo vrh ledenoga brijega. 9.3. Nastanak galaksija evolucijski je proces Tijekom prvih stotina milijuna godina povijesti svemira, tamna tvar razvijala se u brojna velika, gušća područja, koja se nazivaju haloima. Kako su vodik i helij u plinovitom obliku padali u te haloe, tako su nastale prve galaksije i prve zvijezde. Veće spiralne galaksije, poput Mliječnoga puta, nastale su tako što su privlačile i sebi pripojile brojne manje galaksije. Velike eliptične galaksije nastale su kad su se masivnije galaksije sudarile i spojile. Ovisno o njihovim zalihama plina i zagrijavanju kroz eksplodirajuće zvijezde ili aktivnosti u središtu galaksije, te su galaksije, brže ili sporije, potaknule nastanak novih zvijezda. 9.4. Postoje tri glavna tipa galaksija: spiralne, eliptične i nepravilne
Prema vizualnoj morfologiji, galaksije se dijele na spiralne, eliptične i nepravilne galaksije. Te vrste ne razlikuju se samo po obliku, nego i po sadržaju. Spiralne galaksije imaju spljoštene spiralne krakove i većinom su nastale od svijetlih, mladih zvijezda i velikih količina plina i prašine. Suprotno tomu, eliptične galaksije sadržavaju manje plina. Njihove zvijezde uglavnom su stare i jajastog su ili sferičnog oblika. Neke galaksije, uključujući većinu patuljastih galaksija, nisu nijednog od ovih dvaju standardnih oblika te se nazivaju nepravilnima. 9.5. Mi živimo u spiralnoj galaksiji koju smo nazvali Mliječni put Naš Mliječni put spiralna je galaksija s prečkom u središtu. Sunčev sustav udaljen je otprilike 25 000 svjetlosnih godina od središta, i nalazi se u spiralnome kraku. Vidljivi dio naše galaksije skup je zvijezda promjera otprilike 100 000 svjetlosnih godina i debljine samo (otprilike) 2000 svjetlosnih godina. Taj skup ima oblik diska. U njemu mlade zvijezde i prašina stvaraju spiralne krakove. Za mračne noći i s dovoljno mračnoga mjesta vidimo jedan djelić toga diska, s ukupno više od 100 milijardi zvijezda, kao magličasti pojas što se prostire preko neba. To je naš pogled iznutra – iz galaksije koja nam je dom. 9.6. Spiralni krakovi galaksija nastaju od nakupina plina i prašine
Općeprihvaćena teorija o stvaranju spiralnih krakova jest ta da su oni rezultat vala gustoće, koji se kreće kroz disk neke galaksije, uzrokujući nagomilavanje zvijezda, plina i prašine, nalik na zastoj u prometu na prometnoj autocesti. Tako nastaju gušća područja u disku, koja izgledaju kao spiralni krakovi. Ta područja velike gustoće sadržavaju mnogo plina i prašine, koji su bitni za nastanak novih zvijezda. Stoga, spiralni krakovi sadržavaju mnogo mladih svijetlih zvijezda, što pokazuje da je u tim područjima stopa nastanka zvijezda velika. 9.7. Većina galaksija u središtu ima supermasivnu crnu rupu Tipična galaksija sadržava otprilike 100 milijuna crnih rupa zvjezdanih masa. Te vrste crnih rupa nastaju kad neka masivna zvijezda prestane postojati u eksploziji supernovi. Supermasivne crne rupe nalaze se u središtima većine galaksija i najveća su vrsta crnih rupa, s masom između nekoliko milijuna i više od milijardu Sunčevih masa. Naš Mliječni put u svojemu središtu ima supermasivnu crnu rupu mase otprilike 4 milijuna Sunčevih masa. Prva izravna slika bliskog okruženja obzora crne rupe u središtu galaksije dobivena je 2019. godine, povezivanjem podataka s osam radioteleskopa diljem svijeta.
9.8. Galaksije mogu biti izrazito udaljene jedna od druge Mliječnom putu najbliži je susjed patuljasta galaksija Canis Majoris, udaljena otprilike 25 000 svjetlosnih godina. Daleke galaksije vrlo se slabo vide i zato ih je teško promatrati. Kako bismo dobili slike udaljenih galaksija, moramo se koristiti velikim teleskopima velike razlučive snage i snimati snimke s dugačkom ekspozicijom kako bi se prikupilo dovoljno svjetla s tih tijela. 9.9. Galaksije se skupljaju u skupove Galaksije nisu nasumično razbacane po svemiru, nego je prosječna galaksija dio skupa galaksija. Ti skupovi sastoje se od stotina pa čak i tisuća galaksija povezanih međusobnim gravitacijskim privlačenjem. I sami skupovi galaksija povezani su u veće strukture koje se nazivaju superskupovima. Mliječni put dio je naše lokalne skupine galaksija, koja sadržava više od 54 galaksije. Ta lokalna skupina rubni je član skupa Djevica, koji je dio superskupa Djevica, koji je pak dio superskupa Laniakea. 9.10. Galaksije međudjeluju kroz gravitaciju
Galaksijsko međudjelovanje utječe na izgled i razvoj galaksija. U prošlosti se vjerovalo kako bi se jedna vrsta galaksija za života mogla razviti u drugu, ali trenutačna znanstvena saznanja pokazuju da su neke vrste galaksija posljedica gravitacijskoga međudjelovanja. Primjerice, eliptične galaksije mogu nastati spajanjem velikih galaksija prethodnica, a istodobno ti događaji mogu potaknuti intenzivne epizode stvaranja zvijezda u međusobno djelujućim galaksijama.
Poglavlje 10 Možda nismo sami u svemiru 10.1. Organske molekule otkrivene su izvan Zemlje Organske molekule sadržavaju ugljik koji je osnovna građevna jedinica života kakav poznajemo. Opažanja međuzvjezdanog medija pokazuju da su organske molekule, kao one jednostavnih aminokiselina, prisutne u svemiru. Organske molekule pronađene su i u kometima i meteoritima. Vrlo je vjerojatno da su takve molekule već bile prisutne u plinu i prašini iz kojih je nastao naš Sunčev sustav. 10.2. Na Zemlji postoje živući organizmi koji uspijevaju preživjeti u ekstremnim uvjetima Iako je većina života na Zemlji osjetljiva na uvjete u okolišu, otkriveno je da neki organizmi, ekstremofili, preživljavaju u ekstremnim uvjetima, što pokazuje da život može postojati i ondje gdje se to najmanje očekuje. Ti organizmi mogu biti vrlo otporni na širok raspon temperatura, tlaka, pH
vrijednosti i izlaganja zračenju. Neki od njih žive na mjestima poput pustinja, polova, duboko u oceanu, pa čak i u vulkanima. Jedan od najotpornijih poznatih organizama može preživjeti u vakuumskim uvjetima. Te činjenice razlozi su za suzdržani optimizam kada je u pitanju mogućnost života na drugim planetima ili mjesecima, gdje su okolišni uvjeti često razmjerno teški. 10.3. Tragovi tekuće vode daju naslutiti mogućnost postojanja primitivnoga života na Marsu Tekuća voda ključni je čimbenik za razvoj života kakav poznajemo. Zbog toga je potraga za tekućom vodom na drugim planetima i njihovim mjesecima važan cilj u potrazi za izvanzemaljskim životom. Godine 2015. na površini Marsa pronađena je tekuća voda, čime je potvrđena dugotrajna pretpostavka o njezinu postojanju na tom planetu. Premda je ta voda pomiješana sa solima i održava tekuće stanje samo u nekim posebnim uvjetima, njezino prisustvo daje nam dodatni razlog da vjerujemo kako su na Marsu jednostavni oblici života možda postojali ili još uvijek postoje. 10.4. Čini se kako neki prirodni sateliti u Sunčevu sustavu imaju uvjete za postojanje života
Među mnogo mjeseca koji kruže oko divovskih planeta u Sunčevu sustavu nalaze se i neki koji neke značajke dijele s terestričkim planetima. Neke od tih značajki su gusta atmosfera i vulkansko djelovanje. Europa, jedan od najvećih Jupiterovih mjeseca, ima zaleđenu površinu, koja možda prekriva tekući ocean. Znanstvenici vjeruju da taj ocean možda pruža prikladne uvjete za postojanje jednostavnih oblika života. Drugi kandidat za domaćina kakvome jednostavnom životu je Titan, jedan od najvećih Saturnovih mjeseca. Titan je bogat složenim organskim spojevima, ima gustu atmosferu, tekući metan na površini i pretpostavlja se da sadržava podzemni vodeni ocean. 10.5. Postoje brojni planeti, koji se nazivaju egzoplanetima, i koji kruže oko zvijezda koje nisu Sunce Od otkrića prvoga planeta koji je kružio oko neke zvijezde koja nije naše Sunce, otkrivene su još tisuće planeta koje kruže oko zvijezda koje nisu Sunce. Ti planeti nazivaju se egzoplanetima. Broj otkrivenih egzoplaneta sve brže raste te danas možemo dokučiti kakvi egzoplaneti postoje u Sunčevu susjedstvu. 10.6. Egzoplaneti mogu biti vrlo različiti i često su u sustavima
Egzoplaneti pokazuju širok raspon fizičkih i orbitalnih svojstava. Mase od Merkurove do nekoliko puta veće od Jupitera, egzoplaneti mogu imati polumjer od stotine kilometara do nekoliko puta polumjera Jupitera. Ophodno vrijeme egzoplaneta može biti i samo nekoliko sati, a njihova orbitalna ekscentričnost jednako visoka kao i ekscentričnost kakvoga kometa u Sunčevu sustavu. Većina egzoplaneta obično se nalazi u sustavima koji se sastoje od nekoliko planeta koji kruže oko iste zvijezde. 10.7. Blizu smo otkrića planeta nalik na Zemlju Poboljšavajući preciznost metoda otkrivanja, sada možemo pronaći planete čija je masa jednako mala kao jedna Zemljina masa i veličine otprilike polumjera Zemlje. Naša dosadašnja potraga, ma kako ograničena ona bila, pokazala je da je okolica Sunca prepuna planeta. Neki od tih planeta čak kruže u takozvanoj zoni nastanjivosti oko zvijezde domaćina. Prema definiciji, planet koji kruži unutar zone nastanjivosti od svoje zvijezde prima upravo onoliko zračenja koliko omogućuje postojanje tekuće vode na njegovoj površini. 10.8. Znanstvenici traže izvanzemaljsku inteligenciju
Jedan način potrage za izvanzemaljskim civilizacijama jest traženje signala koje nijedna astronomska pojava nije mogla prirodno proizvesti. Sustavna potraga za takvim signalima poznata je kao „potraga za izvanzemaljskom inteligencijom” (engl. akronim SETI). Dosad takvi signali nisu pronađeni, ali antene SETI i dalje promatraju nebo, tražeći bilo kakav trag razvijenoga života izvan Zemlje.
Poglavlje 11 Moramo sačuvati Zemlju, naš jedini dom u svemiru 11.1. Svjetlosno onečišćenje utječe na ljude, mnoge životinje i biljke Milijunima godina život na Zemlji razvijao se bez umjetnoga svjetla, a vrste su se prilagođavale dnevnim ili noćnim aktivnostima. Od otkrića struje, ljudi umjetnim svjetlima sve više onečišćuju noćnu tamu, zbog čega nastaju ozbiljni problemi svjetlosnoga onečišćenja, koji umnogome utječu na Zemljin okoliš. Utječu i na divlje životinje jer umjetna svjetla mijenjaju stanište neke životinje i izravno remete njezinu fiziologiju. Primjerice, neke vrste grabežljivaca love samo po mraku, dok se druge vrste životinja služe tamom kako bi se od grabežljivaca sakrile. Osim toga, svjetlosnim onečišćenjem gubimo i mračno nebo u kojemu su uživali naši preci. U mnogim gradskim i prigradskim sredinama Mliječni je put noću gotovo nemoguće vidjeti.
11.2. U Zemljinoj orbiti nalazi se mnogo otpada koji su proizveli ljudi S razvojem svemirske tehnologije, ljudi su uspjeli raketama u svemir poslati brojna tijela. Od početka razdoblja istraživanja svemira, količina otpada koji su proizveli ljudi, a završio je u svemiru, primjerice komada raketa ili starih satelita, izrazito se povećala. Danas pretpostavljamo da oko Zemlje kruži otprilike 500 000 komada takvog otpada, poznatog i pod nazivom svemirsko smeće. Budući da svemirsko smeće putuje velikim brzinama, svaki sudar s kakvom svemirskom letjelicom ili satelitom može izazvati ozbiljnu štetu. To je posebno opasno za Međunarodnu svemirsku postaju i druge svemirske letjelice s ljudskom posadom. 11.3. Pratimo svemirska tijela koja bi mogla biti opasna
Tijekom ranih faza nastanka Sunčeva sustava, novonastali planeti često su udarali manja tijela, poput asteroida. Neki krateri na Zemljinoj površini i svi koji se vide s Mjeseca, izravan su dokaz da ti udari mogu biti vrlo opasni. Premda se to i dalje istražuje i još je predmet rasprava, vjeruje se da su dinosauri možda izumrli zbog toga što je prije otprilike 65 milijuna godina jedan veliki asteroid udario u Zemlju. Premda je danas vjerojatnost udara takve jačine vrlo mala, bitno je pratiti sva nebeska tijela koja bi mogla postati prijetnja životu na Zemlji. Unutar sljedećih nekoliko godina, programi svemirskih agencija, zvjezdarnica i drugih ustanova koje se bave praćenjem nebeskih tijela, trebali bi biti u stanju identificirati sve potencijalno opasne asteroide veće od jednog kilometra. Nijedan od danas poznatih asteroida nije na putanji sudara sa Zemljom. 11.4. Ljudi imaju velik utjecaj na Zemljin okoliš Industrijsko društvo donijelo nam je brojne prednosti, ali je uzrokovalo i nekoliko problema u Zemljinu okolišu. Krčenjem šuma i zagađivanjem rijeka, mora i atmosfere, oštećujemo ključne izvore čistoga zraka i vode, bez kojih život na Zemlji ne bi bio moguć. Zbog ljudi su izumrle brojne vrste, a ljudi nastavljaju tražiti minerale i izvore energije u ugroženim područjima. Globalno zagrijavanje u velikoj mjeri mijenja naš okoliš, ugrožavajući našu i mnoge druge vrste.
11.5. Ljudsko djelovanje izrazito utječe na klimu i atmosferu Da nema atmosferu, naš planet bio bi ledeni svijet s prosječnom temperaturom od -18 °C. Međutim, staklenički plinovi u atmosferi djelomično upijaju toplinsko zračenje koje se izdiže iz tla i ponovo ga zrače prema Zemljinoj površini, zbog čega se na Zemlji može živjeti. Ljudsko djelovanje izrazito je povećalo razinu glavnih stakleničkih plinova u Zemljinoj atmosferi, zbog čega je došlo do neravnoteže u Zemljinim zalihama energije. Zbog povećanja ovih plinova, više energije ostaje zarobljeno na Zemlji, zbog čega prosječna temperatura raste. Zemlja ne može izračiti višak energije kroz svoje prirodne sustave te se zbog toga mijenjaju globalni klimatski obrasci, osjetljivi na energijsku neravnotežu. 11.6. Globalna perspektiva neizostavna je želimo li sačuvati naš planet Baš svaka osoba stanovnik je ovoga planeta. Pojmovi globalnoga upravljanja i odgovornosti mogu nam pomoći shvatiti kako se svatko može angažirati, kao dio neke skupine ili pojedinačno, i pomoći u rješavanju globalnih
problema. Moramo sačuvati Zemlju za svoje potomke. U ovom trenutku, Zemlja je jedini planet u svemiru za koji sa sigurnošću možemo reći da je život na njemu održiv. 11.7. Astronomija nam pruža jedinstvenu kozmološku perspektivu koja osnažuje savez nas stanovnika Zemlje Svi ljudi na Zemlji žive pod istim nebeskim svodom i dijele pogled u dubine svemira. Fotografije iz svemira, na kojima se vidi plava kugla planeta Zemlje, omogućuju nam novo shvaćanje naše zajedničke svemirske letjelice. Gledane izvana, granice između pojedinih zemalja čine se nevažnima. Fotografije snimljene sa svemirskih letjelica poput Voyagera 2 i Cassinija, pomažu nam da shvatimo kako je svijetloplava točka samo jedno zrnce u golemu prostranstvu svemira.