J. Palous (foto J. Luner)Náš hvězdný ostrov, Galaxie  
Rozhovor s Janem Paloušem, ředitelem Astronomického ústavu v Ondřejově 
  
Fyzika naší Galaxie je mimo zorné pole popularizátorů i médií. Chtěl jsem vás proto nejdříve požádat, jestli byste nám ji nemohl představit. Tedy charakterizovat hvězdný ostrov, ve kterém žijeme. 
   
Když se řekne fyzika, tak se rozumí hlavně fyzikální zákony. V případě Galaxie se jedná především o gravitační zákon. Při studiu galaxií většinou nemusíme používat obecnou nebo speciální teorii relativity, vystačíme s Newtonovým gravitačním zákonem. Newtonovská fyzika je však neméně komplikovaná, galaxie jsou gravitující systémy složené z hvězd a mezihvězdné hmoty.  
Na počátku dvacátého století převládal názor, že Galaxie jsou složeny pouze z hvězd a že vystačíme s gravitací. Tato síla působí na velké vzdálenosti, neboť ubývá dosti pomalu, úměrně čtverci vzdálenosti, podobně jako síla elektromagnetická. U elektromagnetické interakce ovšem existuje něco, čemu se říká Debyova vzdálenost, nebo-li schopnost nábojů odstínit působení jiných nábojů. Přesněji řečeno, jestliže je někde v prostoru fluktuace, třeba negativní náboj, tak se okolo tohoto místa v Debyově vzdálenosti uskupí pozitivní náboje a celek se stane elektromagneticky neutrální. Celky větší než Debyova vzdálenost jsou neutrální a na velké vzdálenosti nepůsobí. Jelikož neznáme antigravitaci, gravitační působení nelze na rozdíl od elektromagnetického odstínit. To platí alespoň pro vzdálenosti srovnatelné s velikostí galaxií a tudíž gravitace působí na celou galaxii, každé zákoutí, každá malá hvězda cítí celou zbývající galaxii.  
To bylo známo již na počátku tohoto století. Ovšem teprve v jeho průběhu a na jeho konci  obzvlášť se začala objevovat dříve neznámá mezihvězdná hmota, která je dnes naprosto neopominutelnou částí Galaxie. Mezihvězdná látka je kolébkou, ze které hvězdy vznikají   a kam podstatnou část své hmoty, obohacené o těžké chemické prvky, vrací. Vývoj galaxií je určován výměnou látky mezi hvězdami i mezihvězdnou hmotou.   
Hubblova vidlicka, zdroj archiv IANKdyž dnes na konci 20. století hovoříme o fyzice galaxií, zdaleka se nejedná jen o gravitační fyziku, jak tomu bylo na počátku tohoto století. Je to také hydrodynamika nebo zářivá hydrodynamika. Jednou z hlavních otázek je, jakým způsobem je určována turbulence mezihvězdného prostředí. Zda hvězdy vznikají na hranách turbulentních elementů a za jakých okolností vrací materiál do mezihvězdného prostoru, jak se tato látka obohacená o produkty atomových reakcí ve hvězdách promíchává s okolním mezihvězdným prostředím. V tomto smyslu má galaktická fyzika daleko blíže normální fyzice, ať už se jedná o fyziku plazmatu nebo hydrodynamiku. 
  
Je naše Galaxie, ve které žijeme, typickou galaxií? 
  
Naše Galaxie je poměrně normální galaxií v té části vesmíru, která zahrnuje místní kupu galaxií, kupu galaxií v souhvězdí Panny a několik dalších kup galaxií. Při pohledu z prostoru by patrně byla klasifikována jako typ Sb. Místní skupina galaxií je malou kupou se dvěmi hlavními galaxiemi: naší a M 31. Je zde i řada dalších drobných galaxií, ale hlavní část hmoty je právě v těchto dvou. Pozorování prokázala, že Galaxie má příčku zhruba tři kiloparseky dlouhou. Pokud bychom se tudíž dívali nějakým infračerveným dalekohledem z galaxie v Andromedě, tak by byla naše Galaxie klasifikována jako SBb. 
  
Četl jsem, že vesmír vyplňují trpasličí galaxie. Mají velmi malý jas a příliš toho o nich nevíme. Snad jen, že je jejich počet mnohonásobně větší než těch, které vidíme a které zdobí astronomické učebnice. Je to tak? 
  
Statistika galaxií není snadná. Najít vhodný soubor, se kterým by bylo správnou klasifikaci vhodné dělat, je obtížné. Doposud jsem hovořil ve smyslu Hubblovy klasifikace, do které jsou zahrnuty především jasné, silně zářící galaxie. Vedle klasické "Hubblovy ladičky" existuje i rozlehlý svět nepravidelných a málo zářících galaxií. Studium tvaru a struktury málozářících galaxií ukazuje, že počet malých, trpasličích galaxií je větší než kolik jsme si doposud mysleli. Přesto můžeme říci, že v  části vesmíru,  ve které je naše Galaxie, galaxie M 31 a kupa galaxií  v souhvězdí Panny, je naše Galaxie poměrně typická. To by ale určitě přestalo platit, kdybychom šli do ranného vesmíru, ve kterém jsou galaxie jiné než ty dnešní. Jsou menší a častěji se sráží. Pozorujeme tudíž více interagujících objektů, které jsou v našem okolí velmi vzácné. Současné galaxie vznikly z původních galaxií jejich spojováním a úkolem fyziky galaxií je objasnit, jak k tomu došlo. Vývoj Galaxie však není ukončen, dokonce máme důkazy o tom, že neustále na sebe další hmotu strhává.  
  
Naše Galaxie je ozdobena spirálami, tuším že dvěmi. Jak takový útvar vzniká? Existuje na to nějaká věrohodná teorie? 
  
Dovolte, abych vás trošičku opravil. Interpretace  rozložení neutrálního vodíku pozorovaného na vlnové délce 21 centimetrů, kterou v roce 1958 započal Jan H. Oort, je velmi obtížná záležitost. Jedno z nejlepších řešení předpokládá, že  v prostoru mezi centrální příčkou   a naším Sluncem lze rozložení neutrálního vodíku aproximovat čtyřmi spirálními rameny. Galaxie je tudíž nejpravděpodobněji čtyřramenná. Otázka, jakým způsobem taková ramena vznikají a dlouhodobě existují, také není jednoduchá. V zásadě můžeme hovořit o dvou typech řešení nebo o dvou přístupech. Skutečnost je pak  pravděpodobně kombinací obou.               
První model hovoří o spirální vlně hustoty a tudíž i gravitačního potenciálu hvězd a mezihvězdné hmoty, která se šíří diferenciálně rotujícím diskem. Viditelná ramena jsou soustředěním mezihvězdné hmoty, jakýmsi hřebenem na obtížněji zjistitelné vlně hustoty hvězd. Teorie hustotních vln v galaxiích vznikla počátkem šedesátých let a je spojena se jmény C.C. Lin, F. H. Shu a C. Yuan.  
J. Palous (foto IAN)Jak ovšem víte, vlny se na rezonancích tlumí a tudíž i zanikají. Takže potřebujeme nějaký mechanismus excitace vlnění. Takový impuls by mohl přicházet z vnějšku: např. přiblížení satelitní galaxie. U naší Galaxie to však pravděpodobně nejsou Malé ani Velké Magellanovo mračno, protože mají nepříznivou vzdálenost i sklon dráhy. Jiná varianta excitace hustotních vln je spojena s centrální příčkou. Příčka svým gravitačním působením vytváří spirální vlny v gravitačním potenciálu, které se šíří z centra do vnějších částí galaxie. V tomto případě musí existovat určitá proporce mezi rotační rychlostí příčky a rotační rychlostí spirální struktury. Je však známo, že příčka ve středu naší Galaxie rotuje velmi rychle, mnohem rychleji než spirální struktura,  která sahá až do okolí Slunce. Je tedy otázka, zda jsou tyto rychlosti v rezonanci nebo-li v poměru malých celých čísel. Odpověď na tuto otázku bychom rádi nalezli pomocí nových pozorování mezihvězdné hmoty prostřednictvím radioteleskopů.  
Druhý model vzniku spirálních ramen spočívá v šíření tvorby hvězd z jednoho místa galaxie na druhé. Diferenciální rotace pak může řetězcům míst tvorby hvězd dát formu spirál rozvíjejících se ve směru od středu na periferii galaxie. 
Myslím, že skutečnost je někde na pomezí mezi těmito modely. Nedá se přehlédnout, že tvorba hvězd je spojena se spirálními rameny. Většina mladých a jasných hvězd se nachází ve spirálních ramenech. Je však otevřenou otázkou, co je příčinou a co následkem: jestli tvorba hvězd je příčinou a následkem jsou spirální ramena nebo naopak.  
  
Jaký astronomický objev dvacátého století považujete za nejdůležitější a jakého astronoma za nejvýznamnějšího?  
   
To je těžká otázka. Máme několik nepochybných velikánů zasahujících z jednoho oboru do druhého. Nejsou však takoví univerzálové, jako byl např. Johanes Kepler či jiní. Jedním z nich je S. Chandrasekhar, jenž zasáhl do mnoha oborů astronomie a astrofyziky a podstatně přispěl také ke hvězdné dynamice. Jeho kniha "Stellar Dynamics" z roku 1943 je například neustále základní učebnicí tohoto oboru. Osobně mám velký vztah k Janu H. Oortovi, který by se dal označit za hlavního, vůdčího astronoma tohoto století, nejen proto, že se narodil roku 1900 a zemřel roku 1992, takže celý jeho život spadá do dvacátého století, ale především proto, že první velký objev publikoval někdy v roce 1926 a až do roku 1992 produkoval jeden převratný článek za druhým. A jaký objev je objevem století? Snad je to objev neutrálního vodíku v mezihvězdném prostoru, který září v čáře s vlnovou délkou 21 cm. 
  
Děkuji za rozhovor. 
Na Astronomickém festivalu 1999 se ptal Jiří Dušek. 
 
Neupravený záznam originálního rozhovoru je ve formátu mp3 a má velikost 4,5 MB (19 minut) 
  
  
Považujete současnou strategii NASA "lépe, rychleji, levněji" za smysluplnou? 
Vaše komentáře 
  • ale co se svlece, neutece... Ale mam pocit, ze borci v NASA se snazi uplist z h... (penez) bič! A to nedelalo nikda dobrotu. 
  • Levneji a rychleji jeste nemusi znamenat uspesneji!!! 
  • A aky komentar mate na mysli
  • jak v čem 
  • OK, vivat NASA!
  • Myslím, že kdyby NASA vkládala do vesmírných projektů více peněz a všechno dělala rozvážněji určitě by projekty měly větší naději uspět.
  • Cena neúspěchů levnějšího je někdy příliš vysoká.
  • jednoznacne nie
  • strategie NASA = počet doláčů, takže bohužel...
  • ne všechno lze udělat "lépe,rychleji a laciněji", něco je prostě potřeba udělat pořádně. Myslím, že hodně by udělalo také větší zaměření na standardiz
  • možná by se mohli poučit příslovím "Dvakrát měř a jednou leť" a vše by možná bylo jiné :-).... 
  • byla by smysluplnna, kdyby zlevneni skutecne znamenalo znasobeni poctu experimentu. Jenze ono jde spis o preziti bez penez (znate to s tou kozou?)
  • Ja jesem s United States e ja teho ne rozumem (smysluplna??)
  • Vsak oni si nejak poradi!
  • Pre mna, za mna, nech si volia strategiu aku chcu, ale hlavne aby im to fungovalo.
  • a co taky ze, pane Dusku