Zapnijcie pasy, wszyscy i wybierzmy się na przejażdżkę wehikułem czasu wielkości wszechświata.
Przyszłość to śliska sprawa, ale czasami fizyka może pomóc. I choć
ludzkie przeznaczenie pozostanie na zawsze nieznane, los dwóch z naszych
artefaktów można obliczyć z oszałamiającą dokładnością.
fot. Zdjęcie jednej z okładek bliźniaczych Złotych Płyt, pokrytej złotem które to ma chronić powierzchnie przed niebezpieczeństwami kosmosu. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)
Tymi artefaktami są wygrawerowane "Złote Płyty" przypięte do
bliźniaczych statków kosmicznych Voyager NASA, które odleciały w
przestrzeń międzygwiezdną. Chociaż statki kosmiczne prawdopodobnie
zamilkną za kilka lat, zapisy pozostaną.
Nick Oberg, doktorant w Kapteyn Astronomical Institute w Holandii, wraz z
kolegą chcieli obliczyć, które (jeśli w ogóle) gwiazdy mogą napotkać
dwie sondy Voyager w dalekiej przyszłości naszej galaktyki.
Modele te pozwoliły im spojrzeć daleko w przyszłość. Oberg zaprezentował
swoją pracę na 237 spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa
Astronomicznego, które odbyło się w trybie pilnym z powodu pandemii
koronawirusa, 12 stycznia, gdzie opowiedział o przyszłości bliźniaczych
Voyagerów i ich Złotychj Płytach.
NASA wystrzeliła Voyagera 1 i Voyagera 2 w 1977 roku, aby przemierzyć
Układ Słoneczny. Na każdym z nich znajdował się 12-calowy (30
centymetrów) duży dysk z pozłacanej miedzi. Pomysłodawcą był słynny
astronom Carl Sagan. Na Złotych Płytach wygrawerowano muzykę i zdjęcia,
które miały reprezentować Ziemię i jej mieszkańców przed jakimikolwiek
inteligentnymi istotami, które sondy spotkają podczas swoich długich
podróży. Obie odwiedziły Jowisza i Saturna, po czym ich drogi się
rozeszły: Voyager 1 badał księżyc Saturna - Tytana, podczas gdy Voyager 2
przeleciał obok Urana i Neptuna.
W 2012 roku Voyager 1 przeszedł przez heliopauzę,
która wyznacza granicę wiatru słonecznego i wszedł w przestrzeń
międzygwiezdną; w 2018 roku Voyager 2 również to zrobił. Teraz te dwie
sondy przemierzają ogromne, zewnętrzne obszary Układu Słonecznego. Nadal
wysyłają sygnały z powrotem na Ziemię, informując ludzi o swoich
przygodach daleko poza planetami, chociaż te biuletyny mogą ustać za
kilka lat, ponieważ obie są na wyczerpaniu. Jednak ich podróże są
dalekie od zakończenia.
Oberg i jego współpracownicy połączyli śledzenie trajektorii Voyagerów z
badaniem środowiska, przez które przelecą statki kosmiczne, aby
oszacować szanse na to, że Złote Zapiski przetrwają swoje przygody i
pozostaną czytelne. Rezultatem jest prognoza, która wykracza nie tylko
poza prawdopodobne wyginięcie ludzkości, ale także poza zderzenie Drogi
Mlecznej z sąsiednią galaktyką Andromedy - a nawet poza wyginięcie
większości gwiazd.
Zwiedzanie Drogi Mlecznej
Ambicje badawcze duetu nie zaczęły się tak szeroko. Nowe badania zostały
zainspirowane przez drugą partię danych z sondy kosmicznej Europejskiej
Agencji Kosmicznej Gaia, która specjalizuje się w superprecyzyjnym
mapowaniu ponad miliarda gwiazd.
"Naszym pierwotnym celem było określenie z bardzo wysoką precyzją, które
gwiazdy Voyagery mogą pewnego dnia napotkać w pobliżu, korzystając z
nowo wydanego katalogu gwiazd Gaia" - powiedział Oberg podczas swojej
prezentacji. Tak więc on i jego współautor zaczęli od prześledzenia
dotychczasowych podróży Voyagerów i przewidywania ich trajektorii w
przyszłości.
Nie należy jednak ekscytować się nadchodzącymi kamieniami milowymi. Dopiero za około 20 000 lat Voyagery przejdą przez Obłok Oorta
- skorupę komet i lodowego gruzu, która krąży wokół Słońca w odległości
do 100 000 jednostek astronomicznych, czyli 100 000 razy większej niż
średnia odległość Ziemia-Słońce - ostatecznie machając na pożegnanie
swojemu układowi słonecznemu.
"W tym momencie po raz pierwszy statek zacznie odczuwać przyciąganie
grawitacyjne innych gwiazd silniej niż naszego własnego Słońca" -
powiedział Oberg.
Minie kolejne 10 000 lat zanim Voyager zbliży się do obcej gwiazdy, a konkretnie do czerwonego karła o nazwie Ross 248.
To przelot nastąpi za około 30 000 lat od teraz, powiedział Oberg,
chociaż może być przesadą stwierdzenie, że statek kosmiczny minie tę
gwiazdę. "W rzeczywistości będzie to raczej Ross 248 przelatujący obok
prawie nieruchomych Voyagerów," powiedział.
Za 500 milionów lat zarówno Układ Słoneczny, jak i Voyagery zakończą
pełną orbitę wokół Drogi Mlecznej. Nie ma sposobu na przewidzenie, co
wydarzy się na powierzchni Ziemi do tego czasu, ale jest to przedział
czasowy na skalę formowania się i niszczenia Pangea i innych superkontynentów, powiedział Oberg.
Podczas tej galaktycznej orbity, statek kosmiczny Voyager będzie
oscylował w górę i w dół, przy czym Voyager 1 będzie to robił bardziej
dramatycznie niż jego bliźniak. Zgodnie z tymi modelami, Voyager 1
będzie podróżował tak daleko ponad głównym dyskiem galaktyki, że będzie
widział gwiazdy o gęstości o połowę mniejszej niż my.
Szanse na zniszczenie
Ta sama różnica w ruchu pionowym wpłynie również na zróżnicowane szanse przetrwania Złotej Płyty każdego statku kosmicznego.
Płyty zostały zaprojektowane tak, by przetrwać, być może nawet miliard
lat w kosmosie: pod złotym połyskiem kryje się ochronna aluminiowa
obudowa, a pod nią wygrawerowane miedziane dyski. Ale aby naprawdę
zrozumieć, jak długo te obiekty mogą przetrwać, trzeba wiedzieć, jakie
warunki będą im towarzyszyć, a to oznacza, że trzeba wiedzieć, gdzie się
znajdą.
W szczególności, Oberg i jego współpracownicy musieli wiedzieć, jak dużo
czasu statek kosmiczny spędzi spowity w ogromnych chmurach pyłu
międzygwiezdnego Drogi Mlecznej, który nazwał "jednym z niewielu
zjawisk, które mogą faktycznie uszkodzić sondy".
Jest to ponury scenariusz, pył wbijający się w Voyagery z prędkością
kilku mil lub kilometrów na sekundę. "Ziarna będą działać jak stały
deszcz, który powoli odłupuje skórę statku kosmicznego," powiedział
Oberg. "Ziarno pyłu o średnicy zaledwie jednej tysięcznej milimetra
nadal pozostawi mały odparowany krater po uderzeniu".
Pionowe oscylacje Voyagera 1 oznaczają, że statek kosmiczny spędzi
więcej czasu nad i pod płaszczyzną galaktyki, gdzie chmury są
najgrubsze. Oberg i jego współpracownicy przeprowadzili tysiące
symulacji ścieżek obu Voyagerów i ich spotkań z chmurami pyłu, modelując
uszkodzenia, jakie Złote Płyty poniosą po drodze.
Praca ta wymaga również wzięcia pod uwagę możliwości, że grawitacja
chmury może wpłynąć na trajektorię jednego z Voyagerów, powiedział
Oberg. "Chmury mają tak dużą masę skupioną w jednym miejscu, że
faktycznie mogą działać tak, aby wygiąć trajektorię sondy i wyrzucić ją
na nową orbitę - czasami dużo dalej, czasami nawet głębiej w kierunku
galaktycznego jądra".
Oba Złote Zapisy mają duże szanse na zachowanie czytelności, ponieważ
ich wygrawerowane strony są schowane przy wenętrznych stronach pojazdów.
Zewnętrzna powierzchnia płyty Voyagera 1 jest bardziej podatna na
erozję, ale informacje na płycie Voyagera 2 są bardziej prawdopodobne,
że staną się nieczytelne, powiedział Oberg.
"Głównym tego powodem jest to, że orbita, na którą trafia Voyager 2 jest
bardziej chaotyczna i znacznie trudniej jest przewidzieć z jakąkolwiek
pewnością, przez jakie dokładnie środowisko będzie przelatywał,"
powiedział.
Ale pomimo zagrożenia i potencjalnych utrudnień, "Jest wysoce
prawdopodobne, że obie Złote Płyty mogą przetrwać przynajmniej częściowo
nienaruszone do zakresu ponad 5 miliardów lat", powiedział Oberg.
Po śmierci Drogi Mlecznej
Po upływie tych 5 miliardów lat modelowanie jest trudne. To właśnie
wtedy Droga Mleczna ma zderzyć się ze swoją masywną sąsiadką, galaktyką
Andromedy, i sprawy zaczynają się komplikować. "Uporządkowany kształt
spirali zostanie poważnie wypaczony, a być może nawet całkowicie
zniszczony" - powiedział Oberg. Voyagery będą uwikłane w fuzję, a
szczegóły trudno przewidzieć z tak dużym wyprzedzeniem.
W międzyczasie, wirtualne zwiedzanie trwa. Oberg i jego kolega
obliczyli, że w tym modelu przyjaznego okresu 5 miliardów lat , każdy z
Voyagerów prawdopodobnie odwiedzi gwiazdę poza naszym Słońcem w
odległości około 150 razy większej niż odległość między Ziemią a
Słońcem, lub trzy razy większej niż odległość między Słońcem a Plutonem w
najbardziej odległym punkcie planety karłowatej.
Dokładne określenie, która to może być gwiazda, jest jednak trudne - może to nawet nie być gwiazda, którą znamy dzisiaj.
"Podczas gdy żaden z Voyagerów prawdopodobnie nie zbliży się do żadnej
gwiazdy przed zderzeniem galaktyk, sondy te prawdopodobnie przynajmniej
przejdą przez obrzeża jakiegoś systemu [gwiezdnego]" - powiedział Oberg.
"Bardzo dziwne jest to, że w rzeczywistości może to być system, który
jeszcze nie istnieje, gwiazda, która jeszcze się nie narodziła".
Takie są niebezpieczeństwa pracy w skali miliardów lat.
Stąd, los Voyagerów zależy od warunków galaktycznej fuzji, powiedział Oberg.
Samo zderzenie może wyrzucić sondę z nowo powstałej monstrualnej
galaktyki - jedna szansa na pięć, powiedział - chociaż utknie on w
sąsiedztwie. Jeśli tak się stanie, największym zagrożeniem dla Złotych Zapisów staną się zderzenia z wysokoenergetycznymi promieniami
kosmicznymi i dziwnymi cząsteczkami gorącego gazu, powiedział Oberg; te
uderzenia będą rzadsze niż pył, który charakteryzuje ich uszkodzenia
wewnątrz Drogi Mlecznej.
Wewnątrz połączonej galaktyki los Voyagerów będzie zależał od tego, jak
dużo pyłu pozostanie po fuzji; Oberg powiedział, że może on być
minimalny, ponieważ zarówno powstawanie gwiazd, jak i eksplozje
spowalniają, zmniejszając ilość pyłu wyrzucanego do galaktyki.
W zależności od szczęścia z tym pyłem, Voyagery mogą być w stanie
przeżyć tryliony trylionów trylionów lat, wystarczająco długo, aby odbyć
rejs przez prawdziwie obcy kosmos, powiedział Oberg.
"Tak odległy czas jest daleko poza punktem, w którym gwiazdy wyczerpały
swoje paliwo i formowanie gwiazd ustało w całości we wszechświecie,"
powiedział. "Voyagery będą dryfować przez to, co dla nas byłoby zupełnie
nierozpoznawalną galaktyką, wolną od tzw. gwiazd głównego ciągu,
zaludnioną niemal wyłącznie przez czarne dziury i pozostałości
gwiazdowe, takie jak białe karły i gwiazdy neutronowe".
To mroczna przyszłość, dodał Oberg. "Jedynym źródłem znaczącego
oświetlenia w tej epoce będą supernowe, które są wynikiem kolizji
pomiędzy tymi gwiezdnymi pozostałościami raz na bilion lat, które wciąż
zaludniają galaktykę" - powiedział. "Nasza praca, znajdująca się na tych
płytach, może być świadkiem tych osamotnionych błysków w ciemności".
Autor: Meghan Bartels, tłumaczenie @ntdc
fot.Pale Blue Dot – fotografia Ziemi wykonana przez sondę kosmiczną Voyager 1, opuszczającą Układ Słoneczny.
Zdjęcie to zostało wykonane z rekordowej odległości od Ziemi – około 6,4
mld km (ponad 43 au). Pomysłodawcą zdjęcia był astronom Carl Sagan, a jego tytułu użył w 1994 roku dla swojej książki Błękitna kropka. Człowiek i jego przyszłość w kosmosie.
