Explorarea Universului

Oamenii au studiat cerul mai întâi cu ochiul liber, apoi cu lunete, telescoape și instrumente aflate în spațiu. Un telescop colectează lumină sau alte radiații venite de la corpurile îndepărtate; datele permit calculul poziției, mișcării și unor proprietăți ale acestora. Sondele spațiale ajung lângă planete și trimit măsurători și imagini, fără să aibă oameni la bord. Sateliții artificiali se deplasează pe orbite în jurul unui corp ceresc.

Câteva repere istorice: Sputnik 1 a devenit primul satelit artificial al Pământului în 1957; Iuri Gagarin a realizat primul zbor orbital uman în 1961; Apollo 11 a dus primii oameni pe Lună în 1969. Telescoapele spațiale Hubble, lansat în 1990, și James Webb, lansat în 2021, observă Universul în domenii de radiație diferite. Sondele Voyager, lansate în 1977, au studiat planetele exterioare și au continuat să transmită date dincolo de ele.

Explorarea nu înseamnă doar călătorie. Când un satelit măsoară norii sau temperatura oceanelor, rezultatele ajută la studierea Pământului. Pentru fiecare misiune, deosebește ce instrument a fost trimis, unde a ajuns și ce a măsurat: o fotografie a unei planete, un spectru al luminii și o măsurătoare a câmpului magnetic răspund la întrebări diferite.

Dumitru Prunariu a fost primul român în spațiu: a zburat cu nava Soiuz 40 în mai 1981 și a petrecut aproape opt zile pe orbită.

Observațiile pot fi făcute de la sol, din orbită sau de către o sondă care survolează ori aterizează pe un corp. Atmosfera absoarbe o parte a radiației electromagnetice; telescoapele spațiale pot observa în domenii greu accesibile de la sol. Măsurătorile spectrale arată compoziția și temperatura aproximativă, iar schimbarea poziției în imagini succesive arată mișcarea. Se deosebesc sondele de survol, care trec pe lângă un corp (Voyager, lansate în 1977), sondele orbitale, care se rotesc în jurul lui, și modulele de aterizare sau vehiculele de explorare (rovere), care lucrează pe suprafață. Sateliții artificiali sunt folosiți pentru telecomunicații, navigație, prognoza vremii și urmărirea suprafeței Pământului.

Stația Spațială Internațională se rotește în jurul Pământului la câteva sute de kilometri altitudine și este locuită continuu din noiembrie 2000. Românii au participat la explorarea spațiului prin zborul lui Dumitru Prunariu, care a pornit pe 14 mai 1981 cu Soiuz 40 spre stația Saliut 6, într-un program internațional de cooperare, și a revenit după 7 zile, 20 de ore și 42 de minute.

Exemplu real analizat. Telescoapele Hubble (lansat în 1990) și James Webb (lansat pe 25 decembrie 2021) au observații complementare: Hubble lucrează în ultraviolet, vizibil și infraroșu apropiat (circa 0,2–2,4 µm), iar Webb între 0,6 și 28 µm, adică de la roșu-portocaliu la infraroșu mijlociu. Webb are oglinda principală de 6,5 m, de aproximativ 2,7 ori mai mare ca diametru decât oglinda de 2,4 m a lui Hubble. Lumina infraroșie pătrunde mai bine prin unele regiuni de praf cosmic și ajută la studierea formării stelelor. Compararea rezultatelor depinde de lungimea de undă, nu de presupunerea că instrumentul mai nou anulează toate observațiile celui mai vechi.

Exemplu rezolvat 1 — orbitele stației. Stația face o orbită în aproximativ 90 de minute. Într-o zi sunt $24\cdot 60=1440$ de minute, deci $1440/90=16$ orbite, valoare dată și de NASA. Viteza de aproximativ 5 mile pe secundă este $5\cdot 1,609=8,05$ km/s, adică $8,05\cdot 3600\approx 28970$ km/h.

Exemplu rezolvat 2 — timpul unui semnal. Telescopul Webb se află la aproximativ 1,5 milioane km de Pământ, în jurul punctului Lagrange L2. Un semnal radio se propagă cu viteza luminii, 299 792 km/s, deci ajunge în $1500000/299792\approx 5$ s. Semnalul de la o stație din orbita joasă, aflată la sub 1 000 km, ajunge în câteva milisecunde.

Instrumentele se aleg după domeniul radiației studiate. Telescoapele optice colectează lumina vizibilă; radiotelescoapele colectează unde radio și au antene de zeci de metri; telescoapele în infraroșu trebuie ținute la temperaturi foarte joase, de aceea Webb este protejat de un scut solar mare. Sondele poartă spectrografe, camere, magnetometre și detectoare de particule, iar datele sunt trimise spre Pământ prin unde radio și prelucrate pe computere.

Greșeli frecvente

• Greșit: Orice satelit artificial are oameni la bord.
  Corect: Majoritatea sunt vehicule fără echipaj.
• Greșit: Un telescop mărește doar obiecte vizibile cu ochiul.
  Corect: Colectează radiație și poate observa și în afara luminii vizibile.
• Greșit: Prima aselenizare umană a fost în 1957.
  Corect: 1957 este anul lansării Sputnik 1; Apollo 11 a aselenizat în 1969.

Înainte și după