Perseidy, czyli rzecz o spadających gwiazdach – część 1

Wśród miłośników astronomii, sierpień jednoznacznie kojarzony jest z trzema zjawiskami. Pierwsze z nich, to powrót astronomicznych nocy, kiedy zachodzące Słońce chowa się co najmniej 18 stopni poniżej linii horyzontu. Po czerwcowo-lipcowych zmierzchach, kiedy tło nocnego nieba nigdy nie robi się odpowiednio ciemne, drugi miesiąc wakacji znów umożliwia komfortowe obserwowanie obiektów głębokiego nieba. Drugie zjawisko, wynikające z pierwszego, to możliwość obserwacji delikatnej poświaty Drogi Mlecznej, a zwłaszcza jej spektakularnych rejonów w kierunku centrum Galaktyki.

W obrębie konstelacji Strzelca, Skorpiona, Tarczy (Sobieskiego), czy Wężownika, odnajdziemy bowiem całe mnóstwo barwnych mgławic, gromad gwiazd i chmur gwiazdowych, świadczących o zagęszczaniu się materii wraz ze zbliżaniem ku jądru galaktycznego dysku. Lato dodatkowo sprzyja obserwacjom Drogi Mlecznej, gdyż ta wznosi się znacznie wyżej ponad horyzont niż w innych porach roku. Trzecie zjawisko, któremu poświęcona będzie pozostała treść tego artykułu, to meteory z roju Perseidów. To one, w drugiej dekadzie miesiąca, dają o sobie znać, a ich szybko pojawiające się i gasnące na nieboskłonie ślady, stanowią o wyjątkowej atrakcyjności nocnych sesji, nie tylko zresztą stricte astronomicznych. Podziwiać je bowiem można również w czasie biwaków, obozów wędrownych, przyjacielskich spotkań przy ognisku, czy romantycznych spacerów pod gwiazdami. W tym roku, według prognoz, możemy spodziewać się podwyższonej aktywności roju. To idealna okazja, aby zgłębić naturę okruchów materii międzyplanetarnej, kończących żywot w ziemskiej atmosferze. Kolejne akapity ukażą to fascynujące zagadnienie w szerszej perspektywie historycznej.

Poglądy i wierzenia na przestrzeni wieków

Kometa lub bolid wyryte w głazie przez prehistorycznego artystę (Keighley, Wielka Brytania)
Kometa lub bolid wyryte w głazie przez prehistorycznego artystę (Keighley, Wielka Brytania)

Meteory i meteoryty od dawien dawna przykuwały uwagę ludzi. W pierwotnych społeczeństwach, wszelkie znaki na niebie interpretowane były jako wyraz woli bogów, sposób w jaki komunikują się ze swoim ludem. Spektakularne bolidy, towarzyszące im grzmoty i huki, musiały wywierać kolosalne wrażenie na zupełnie nieświadomych faktycznej natury zjawiska. Podobnie zresztą rzecz miała się z kometami, które od stuleci uznawane były z jednej strony za zły znak, wróżący klęski żywiołowe, głód, przegrane bitwy, epidemie, śmierć ważnych postaci, a w innych kręgach kulturowych za emanację ludzkiej duszy, która po śmierci wędruje do nieba.

Stanowiska archeologiczne zawierają całkiem pokaźny zbiór odniesień do zjawisk meteorów, meteorytów i komet. Znamy więc naskalne rysunki przedstawiające kule ognia i gwiazdy z ogonami. Podobne motywy odnajdujemy również w postaci rytów na kościach i kamiennych siekierkach. Były one też przedmiotem pierwotnych wierzeń. Na Bliskim Wschodzie, spadające gwiazdy uważano za strzały miotane przez aniołów w walce z demonami. Indianie Ameryki Północnej twierdzili natomiast, że meteory są żmijami opuszczającymi niebo.  Ciekawostką jest fakt, że w starożytnych językach Persji, czy ludów Kaukazu, jednym słowem określano niebo i żelazo. Jest to silna poszlaka, że meteory, meteoryty i komety były tam stałym przedmiotem zainteresowania. Wskazuje też prawdopodobnie na świadomość ich pozaziemskiego pochodzenia.

Kształty głów i ogonów komet uwiecznione przez chińskiego astronoma ok. III wiek p.n.e.
Kształty głów i ogonów komet uwiecznione przez chińskiego astronoma ok. III wiek p.n.e.

Mitologia starożytnych cywilizacji zawiera wskazówki, że treść niektórych podań mogła być fantastyczną literacką interpretacją rozświetlających nieboskłon bolidów, czy upadków meteorytów. Przykładem tego jest słynny grecki mit o Faetonie, który na skrzącym iskrami i płomieniami rydwanie swojego ojca Heliosa, wzniósł się wysoko ponad Ziemię, gdzie bezmyślnie dawał upust swojej młodzieńczej energii. Za grożące pożarem świata fanaberie, został w końcu ukarany przez rozgniewanego Zeusa, który strącił go do morza. Biblijny mit o Sodomie i Gomorze, rozpustnych i występnych miastach zniszczonych niebiańskim ogniem, może mieć również podtekst meteorytowy. W chińskim kulcie latającego po nieboskłonie smoka, można doszukiwać się echa kosmicznej inspiracji, związanej z obserwowanymi skrupulatnie przez wieki meteorami lub kometami.

Sztylet Tutankhamona z ostrzem wykonanym z żelaza meteorytowego
Sztylet Tutankhamona z ostrzem wykonanym z żelaza meteorytowego

Meteoryty odnajdujemy również w starożytnych grobowcach. Oddawano im cześć jako przybyszom z innego świata, uważano też, że umieszczenie kosmicznego przybysza tuż obok zmarłego, będzie pewną przepustką do raju. Kamienie z nieba znajdowały też zastosowanie praktyczne. Przed epoką rozwoju metalurgii brązu i żelaza, kiedy twarde, kowalne, dające się ostrzyć i trwałe tworzywo było czymś rzadkim i pożądanym, meteoryty przekuwane były na ostrza, skrobaki, groty strzał, sztylety, czasem też miecze.

Meteoryt Casas Grandes odnaleziony w starożytnej świątyni w Meksyku w 1867 roku
Meteoryt Casas Grandes odnaleziony w starożytnej świątyni w Meksyku w 1867 roku

Nie zapominano o sztuce i rzemiośle artystycznym, czego dowodem jest meteorytowa biżuteria, która również współcześnie zdobywa coraz szersze grono odbiorców. Możliwość noszenia na szyi lub nadgarstku fragmentu kosmicznej skały, jest wyceniana w tych samych kategoriach jak najdroższe ziemskie kruszce i kamienie szlachetne. Nic dziwnego więc, że przedsiębiorczy jubilerzy umiejętnie wykorzystują ten fakt.

Wielką uwagę dawnych społeczności przykuwały deszcze meteorów, kiedy całe niebo stawało się areną iskrzących fajerwerków. Porównywano to do kosmicznej szarańczy, która chce zatracić Ziemię. Efektem deszczów meteorów były też amnestie, co szczególnie często miało miejsce w średniowiecznej Japonii. Niektóre plemiona afrykańskie uważały, że gwiazdy spadają z firmamentu za sprawą złych mocy, które odgonić można było splunięciem w kierunku zjawiska. W bliskim nam kręgu kulturowym zjawisko meteoru interpretowano dwojako, można powiedzieć nawet, że sprzecznie. Dla jednych, spadająca gwiazda zwiastowała śmierć jakiegoś człowieka. Inni, co przetrwało do dnia dzisiejszego, uważali, że zauważony na niebie meteor jest okazją do pomyślenia życzenia, które na pewno się spełni. Ze Słowiańszczyzny pochodzi też przesąd, że spadające gwiazdy mogą zwiastować udane zbiory i darzyć świadków finansowym powodzeniem.

W poszukiwaniu prawdy

Jasny bolid obserwowany w Anglii 18 sierpnia 1783 roku
Jasny bolid obserwowany w Anglii 18 sierpnia 1783 roku

Pierwsze próby naukowego podejścia do interesującej nas tematyki podjęli Babilończycy, którzy traktowali meteory i komety za ciała niebieskie widoczne dzięki ognistym zjawiskom w atmosferze. Problemem zajmowali się też uczeni starożytnej Grecji. Anaksagoras (500-427 p.n.e.) opisał zjawisko ogromnej kuli ognia, która przepasała niebo w mrowiu iskier i gorąca.

Dla niego rozżarzone meteory i meteoryty były tym samym, z czego zbudowane są gwiazdy, a więc również Słońce. Twierdził jednak, że pochodzą on z samej Ziemi, a wyniesione w sferę otaczającego świat eteru krążą wokół planety, rozgrzewają się, a następnie spadają z powrotem na powierzchnię.

Epikur (341-270 p.n.e.) i Plutarch (50-125) byli z kolei zwolennikami poglądu, że meteory pochodzą z kosmosu i nie mają nic wspólnego z Ziemią. Epikurejczyk Metrodoros (330-277 p.n.e.) był zdania, że komety są odbiciem światła słonecznego w wysokich chmurach. Swoje zdanie w dyskusji wyraził również Arystoteles (348-322 p.n.e.), dla którego meteory były zjawiskami czysto atmosferycznymi.

Twierdził, że gdy ziemskie opary unoszą się w górę i napotykają ogień niebieski, rozpalają się dając zjawiska świetlne. Z Arystotelesem polemizował w późniejszych wiekach Seneka Młodszy (4 p.n.e.-65), który zauważył, że meteory i komety nie mogą być zjawiskami atmosferycznymi, gdyż nie ulegają działaniu wiatru. Nie uważał, że są tylko ogniem, ale że należą do osobnej kategorii ciał niebieskich. Pozostałością błędnych twierdzeń Arystotelesa jest pojęcie meteoru, które on sam użył na określenie wszelkich zjawisk zachodzących w ziemskiej atmosferze. Współcześnie rozumiemy je tylko mając na uwadze drobiny materii kosmicznej wchodzące w interakcję z otuliną gazową naszej planety.

Rozpad bolidu nad Kniaginią (Ukraina) 9 czerwca 1866
Rozpad bolidu nad Kniaginią (Ukraina) 9 czerwca 1866

W nauce europejskiej poglądy Arystotelesa przetrwały bardzo długo, bo aż do końca średniowiecza. Można nawet powiedzieć, że bezkrytyczne uwielbienie dla starożytnego filozofa zahamowało wszelką debatę naukową, nie tylko zresztą w dziedzinie astronomii. Tymczasem spadające gwiazdy wciąż śmigały nad głowami, spadały meteoryty, pojawiały się komety i deszcze meteorów. Jeszcze w połowie i pod koniec XVIII wieku publikowano naukowe memoriały, uważające doniesienia o spadku kamieni z nieba za bujdy ciemnego ludu, w które żaden szanujący się uczony nie powinien wierzyć. Przodowali w nich zwłaszcza francuscy astronomowie, chemicy i mineralodzy, członkowie Paryskiej Akademii Nauk, ze słynnym Antoine Lavoisierem (1743-1794) na czele. Ich zacietrzewienie było nawet przyczyną usuwania ze zbiorów mineralogicznych wszelkich okazów opisanych jako kamienie z nieba, aby nie kompromitować się w oczach kolegów.

Fragment meteorytu L’Aigle
Fragment meteorytu L’Aigle

Przełom w naukowym postrzeganiu meteorów wiąże się z pracami niemieckiego fizyka, prawnika, konstruktora instrumentów muzycznych i astronoma-amatora Ernesta Chladniego (1756-1827). Bazując na własnych badaniach kilkutonowej bryły meteorytu zdeponowanej w muzeum w Petersburgu doszedł do wniosku, że meteoryty są fragmentami pozaziemskiej materii, które spadły na powierzchnię Ziemi, a samo zjawisko meteoru polega na spalaniu się drobin tejże materii w atmosferze ziemskiej. Wyniki badań opublikował w 1794 roku w Rydze i z miejsca spotkał się z zarzutami o szerzenie kolejnej naukowej herezji. Na szczęście, już 9 lat później, w miasteczku L’Aigle pod Paryżem, spadło z nieba kilka tysięcy drobnych kamieni, czego świadkami było wiele poważanych osób. Ich pełnych emocji opowieści nie można było zbyć milczeniem. Za sprawą wysłanego na miejsce zdarzenia francuskiego astronoma Jean-Baptiste Biota (1774-1862), który wnikliwie zbadał ów przypadek i wydał werdykt potwierdzający idee Chladniego, wspomniana już akademia oficjalnie uznała, że meteoryty są przybyszami z kosmosu. Rok 1803 uważa się za początek nauki zwanej meteorytyką, a spektakularny deszcz Leonidów z roku 1833, potwierdził zasadność rozwoju nowej gałęzi astronomii.

Skąd się biorą meteory?

Rozpad komety Bieli na szkicu z 1845 roku
Rozpad komety Bieli na szkicu z 1845 roku

Na przełomie 1845 i 1846 roku, podczas kolejnego zbliżenia do Słońca, astronomowie z wypiekami na twarzy obserwowali rozpad okresowej komety, odkrytej w 1826 roku przez austriackiego miłośnika astronomii Wilhelma von Bielę (1782-1856). Dwa odrębne jądra komety Bieli, bo tak ją nazwano na cześć odkrywcy, wykształciły osobne warkocze i pojawiły się na niebie ponownie w 1852 roku, znacznie już od siebie oddalone. Kolejnych powrotów spodziewano się w latach 1859 i 1865, ale poszukiwania kosmicznego przybysza okazały się bezowocne. Gdy naukowy świat zapomniał już o komecie, a jej przewidywane pojawienie się w 1872 roku nie wzbudziło większego zainteresowania, listopadowe niebo zgotowało wyjątkowy pokaz kosmicznych fajerwerków. Według przekazów, po zapadnięciu mroku, z obszaru konstelacji Andromedy w ciągu minuty wybiegało kilkaset meteorów, a widowisko to trwało aż do północy.

Deszcz meteorów obserwowany był przez wielu astronomów, którym udało się wyznaczyć pozycję radiantu i zmiany jego położenia w czasie, co umożliwiło obliczenie orbity meteoroidów zanim weszły w ziemską atmosferę. Okazało się, że jest ona łudząco podobna do orbity zapomnianej komety Bieli! Było to pierwsze naukowe potwierdzenie wcześniejszych przypuszczeń, że źródłem meteorów są komety. Tezę tą postawił i wspierał swoim autorytetem słynny badacz „marsjańskich kanałów”, włoski astronom Giovanni Schiaparelli (1835-1910), który teraz mógł triumfować.

Dwa warkocze - jonowy (z lewej) i pyłowy (z prawej), słynnej komety Hale-Boppa z 1997 roku
Dwa warkocze – jonowy (z lewej) i pyłowy (z prawej), słynnej komety Hale-Boppa z 1997 roku

Komety, zwane potocznie gwiazdami z ogonem, są kilku- lub kilkunastokilometrowych rozmiarów, nieregularnymi bryłami zestalonych lodów, pyłów i skał. Pojawiają się na naszym niebie niespodziewanie, przemierzając ogromne odległości z rubieży Układu Słonecznego. Większość komet to ciała jednopojawieniowe, poruszające się po orbitach parabolicznych lub hiperbolicznych. Oznacza to, że po minięciu Słońca, oddalają się od niego na zawsze. Część komet została schwytana przez grawitację gwiazdy centralnej i planet, i obiega Słońce po mniej lub bardziej wydłużonych elipsach. Są to więc komety okresowe. Przykładami takich komet mogą być słynna kometa Halleya o okresie obiegu 75 lat, kometa Enckego o okresie 3,3 roku, kometa Swift-Tuttle’a o okresie 133 lat, czy kometa Tempel-Tuttle’a o okresie 33 lat. Wyjątkowo długi okres obiegu, idący w miliony lat, ma kometa Westa, która w punkcie odsłonecznym swojej orbity zapuszcza się na odległość blisko roku świetlnego.

Jądro komety okresowej Czuriumow-Gierasimienko, sfotografowane przez sondę Rosetta w 2014 roku
Jądro komety okresowej Czuriumow-Gierasimienko, sfotografowane przez sondę Rosetta w 2014 roku

Zbliżając się ku Słońcu jądro komety ogrzewa się, a jego lotne składniki zaczynają sublimować, otaczając jądro otoczką, z której wykształca się głowa. Ciśnienie wiatru słonecznego sprawia, że w kierunku odsłonecznym formuje się charakterystyczny warkocz jonowy. Drugi warkocz, zwany pyłowym, tworzy z jonowym pewien kąt, nie ulegając ciśnieniu wiatru słonecznego. Pomimo znikomej gęstości warkoczy, są one doskonale widoczne dzięki odbijaniu światła słonecznego. Głowy i warkocze kometarne mogą przybierać imponujące rozmiary, czasem osiągające odpowiednio miliony i setki milionów kilometrów. Materia uwolniona z jądra odkłada się wzdłuż orbity komety i pozostaje na niej przez bardzo długi czas. Zdarza się często, że nasza planeta podczas ruchu orbitalnego przecina orbitę komety. Sprawia to, że wzrastają szanse na jej spotkanie z drobinami kometarnej materii, które w krótkim błysku na nieboskłonie zakończą swój długi kosmiczny żywot. W ciągu roku możemy więc obserwować wiele rojów meteorów, związanych z różnymi kometami, ale także planetoidami. One również mogą być bogatym źródłem materii meteoroidowej, o czym jeszcze tu wspomnimy.

Uwalnianie materii z kometarnego jądra nie jest zjawiskiem regularnym i jednostajnym. Podlega fluktuacjom wynikającym z budowy wewnętrznej komety, stopnia zwięzłości jądra, zmieniającej się odległości od Słońca, perturbacjom grawitacyjnym i innym. Oznacza to, że strumień odłożonych wzdłuż orbity drobin może tworzyć lokalne zagęszczenia i przerwy. W związku z tym, cechą rojów meteorów jest nieprzewidywalność i kapryśność. Po latach względnie spokojnej aktywności, mogą nagle zadziwić deszczem meteorów, a obfite z kolei roje nagle okazać się wyjątkowo bladymi. Astronomowie są w stanie, oczywiście tylko do pewnego stopnia, przewidywać zachowanie danego roju. Ich obliczenia zawsze obarczone są jednak pewnym ryzykiem, które trzeba brać pod uwagę.

Link do części drugiej.

Przemysław Rudź

artykuł przygotowany na podstawie dokumentów udostępnionych przez Polską Agencję Kosmiczną w Gdańsku

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *