Strona głównaPytania → Jak porusza się Ziemia w...

Jak porusza się Ziemia w rozszerzającym się Wszechświecie?

Pytanie

Pyta ryszard

Czy według teorii rozszerzającego się Wszechświata można wyróżnić dla Ziemi (jako składowej Układu Słonecznego, galaktyki itd.), jakiś wyróżniony kierunek i zwrot jej ruchu? Skoro bowiem Wszechświat się rozszerza, a my jesteśmy w ruchu, to przecież nie ruszamy się we wszystkich kierunkach jednocześnie i równomiernie. To samo dotyczy obserwacji galaktyk: skoro podobno Mgławica Andromedy ma się zderzyć z naszą galaktyką, to albo mają różne prędkości ruchu i ten sam zwrot, albo przeciwne zwroty, co trochę trudno zrozumieć przy założeniu rozszerzania całego Wszechświata i założenia do obserwacji tych zjawisk o jego izomorficznosci.

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Wyobraźmy sobie kulisty balonik w kropki w trakcie jednostajnego nadmuchiwania. Każda kropka oddala się od każdej kropki, a prędkość oddalania (mierzona wzdłuż powierzchni balonika) jest proporcjonalna do odległości między nimi. Jednocześnie żadna kropka nie jest wyróżniona. Każda z nich czuje się jak najważniejszy punkt na powierzchni balonika, od którego wszystkie inne się oddalają. Jeśli balonik jest bardzo duży, kropka może nie być w stanie stwierdzić, że powierzchnia wokół niej jest zakrzywiona.

Podobna sytuacja ma miejsce we Wszechświecie opisywanym przy pomocy Ogólnej Teorii Względności, w której oddziaływania grawitacyjne są efektem zakrzywienia czasoprzestrzeni. Galaktyki lub ich gromady oddalają się od siebie jak kropki na nadmuchiwanym baloniku. Na ten globalny ruch nakładają się ruchy lokalne, będące wynikami fluktuacji gęstości. Dla galaktyk należących do tej samej gromady ruchy lokalne są często istotniejsze niż ruch związany z rozszerzaniem się Wszechświata. Takim ruchem lokalnym jest zbliżanie się galaktyki Andromedy do naszej Galaktyki (Drogi Mlecznej) z prędkością około 110 km/s. Ruchami lokalnymi są też ruchy wszystkich obiektów względem siebie w danej galaktyce.

Możemy więc zadać pytanie o kierunek i zwrot prędkości ruchu lokalnego naszej gromady galaktyk względem takiego układu odniesienia, którego prędkość lokalna jest zerowa. Najlepszą możliwością pomiaru tej prędkości jest wyznaczenie tzw. składowej dipolowej mikrofalowego promieniowania tła. Nasz ruch lokalny wywołuje bowiem zależne od kierunku skrócenia lub wydłużenia fal tego promieniowania na skutek efektu Dopplera. Otrzymana w ten sposób prędkość wynosi $627 \pm 22 km/s$, a jej kierunek można podać we współrzędnych galaktycznych: $(l,b) = (276 \pm 3, 30 \pm 3)$ stopnia.