Astronomijas sūtība

Tieši tāpēc pārmaiņas, kas notiek ar debesīs vērojamajiem objektiem, ir vienkāršas un cikliskas: Mēness regulāri dilst un aug; Saule, Mēness un zvaigznes, mūsu acīm skatoties, katru dienu noiet vienu apli ap debesu asi, un Saule ik gadu mēro ceļu cauri tiem pašiem zodiaka zvaigznājiem. Pat ar primitīviem instrumentiem šīs periodiskās pārmaiņas varētu pētīt - un pētīja - ar vērā ņemamu matemātisku precizitāti, krietni lielāku, nekā tas bija iespējams attiecībā uz zemes lietām, tādām kā putna lidojums vai ūdens plūdums upē.

Taču ir arī cits iemesls, kāpēc astronomijai bija tik ietekmīga loma senajā un viduslaiku zinātnē - tā bija praktiski daudz noderīgāka nekā tālaika fizika un bioloģija. Jau aizvēsturiskos laikos cilvēki noteikti izmantoja tik acīmredzamo Saules kustību vismaz kā primitīvu pulksteni, kalendāru un kompasu. Šīs funkcijas kļuva krietni precīzākas, kad tika izgudrots gnomons - šķiet, pats pirmais zinātniskais instruments; grieķi tā atklāšanu piedēvē gan Anaksimandram, gan babiloniešiem.

Gnomons ir pavisam vienkārša taisna kārts, kas vertikāli iesprausta līdzenā un saules stariem pieejamā zemes laukumiņā. Ik dienu brīdī, kad gnomona ēna ir visīsākā, iestājusies pusdiena. Grieķijas vai Mezopotāmijas platuma grādos gnomona ēna dienvidū rāda uz ziemeļiem, tāpēc iespējams precīzi iezīmēt visas četras debess puses. No dienas dienā vērojot ēnu, var atzīmēt tās dienas, kad dienvidus ēna ir visīsākā vai visgarākā. Pēc pusdienlaika ēnas garuma vasaras saulgriežos iespējams aprēķināt platuma grādus. Pavasarī un vasarā ēna, saulei norietot, ir vērsta nedaudz uz dienvidiem no austrumiem, bet rudenī un ziemā tā mazliet novirzās uz ziemeļiem; kad ēna saulrieta laikā rāda tieši uz austrumiem, iestājusies pavasara vai rudens ekvinokcija.

Izmantojot gnomonu kā kalendāru, Atēnu astronomi Metons un Eiktemons aptuveni 430. g.p.m.ē. izdarīja atklājumu, kas nodarbināja astronomu prātus vēl turpmākos divtūkstoš gadus: četriem gadalaikiem, kuru sākumu un beigas precīzi iezīmē saulgrieži un ekvinokcijas, ir nedaudz atšķirīgs garums. Tas izslēdza iespēju, ka Saule ap Zemi (vai Zeme ap Sauli) riņķo ar nemainīgu ātrumu un pa apļa trajektoriju, jo tādā gadījumā saulgrieži un ekvinokcijas gadu sadalītu precīzi četrās daļās. Tas bija viens no iemesliem, kas aptuveni 150. g.p.m.ē. pamudināja Nīkejas Hiparku, senās pasaules izcilāko astronomu un zvaigžņu vērotāju, nonākt pie idejas par epicikliem - domas, ka Saule (un planētas) virzās pa apļiem, kuru centri paši riņķo ap Zemi; pēc trim gadsimtiem šo priekšstatu pārņēma un tālāk izstrādāja Klaudijs Ptolemajs.

Pat Koperniks, kurš neatteicās no domas par apļveida orbītām, savā teorijā paturēja epicikla jēdzienu. Tikai 17. gadsimta sākumā Johannesam Kepleram izdevās izskaidrot parādību, ko Hiparks un Ptolemajs bija piedēvējuši epicikliem. Zemes orbīta ap Sauli ir nevis aplis, bet gan elipse; Saule nav šīs elipses centrs - tā atrodas nedaudz sāņus novirzītā punktā, ko sauc par fokusu. Zemes ātrums nav vienmērīgs - tā kustas straujāk, kad nonāk tuvāk Saulei, un lēnāk, kad atrodas tālāk.

No manis iztirzāto cilvēcisko vajadzību viedokļa Saulei ir zināmi trūkumi. Lai noteiktu laiku un debess puses, to, protams, var izmantot tikai dienā, un līdz gnomona ieviešanai šī spīdekļa mērotais ceļš ļāva tikai aptuveni spriest par gadalaiku maiņu. Jau vissenākajos laikos cilvēki šos robus centās aizpildīt ar zvaigžņu palīdzību. Homērs zināja, ka naktīs tās var izmantot par kompasu. “Odisejā” Kalipso skaidro Odisejam, kā no viņas salas atrast ceļu uz austrumiem, uz Itaku - viņam esot jāpielūko, lai Lācis visu laiku paliek kreisajā pusē. “Lācis”, protams, ir Lielais Lācis, saukts arī par Lielajiem Greizajiem Ratiem - zvaigznājs, kas atrodas netālu no debess ziemeļpola un Vidusjūras platuma grādos nekad nenoriet aiz horizonta (jeb, Homēra vārdiem runājot, nekad nepeldas okeānā). Turoties pa labi no ziemeļiem, Odisejs kuģotu austrumu virzienā - uz mājām.

Zvaigznes izmantoja arī par kalendāru. Pēc visa spriežot, ēģiptieši jau ļoti sen prata prognozēt kārtējos Nīlas plūdus, novērojot Sīriusa parādīšanos pie debesu juma. Aptuveni 700. g.p.m.ē. grieķu dzejnieks Hēsiods savos “Darbos un dienās” iesaka zemniekiem art zemi, kad uzausis Sietiņš - proti, tajā gada dienā, kad pirms saullēkta pirmo reizi ieraugāms šis zvaigznājs. Visu minēto iemeslu dēļ, vērojot zvaigznes, daudzas agrīnās civilizācijas pamanīja piecas zvaigznes (grieķiem - planētas), kuras gada gaitā pārvietojas uz pārējo zvaigžņu fona, diezgan nemainīgi turoties pie tā paša ceļa, ko pa zodiaku noiet Saule, taču reizēm šķietami pagriežoties atpakaļgaitā. Šī kustība gadu tūkstošiem mulsināja astronomu prātus, līdz beidzot noveda pie mūsdienu fizikas dzimšanas Īzaka Ņūtona darbos.

Astronomijas lietderība bija nozīmīga ne jau tikai tāpēc, ka pievērsa pētnieku uzmanību Saulei, zvaigznēm un planētām un tādējādi uzvedināja uz zinātniskiem atklājumiem. Tās praktiskais pielietojums spēlēja svarīgu lomu zinātnes attīstībā vispār - galu galā, ja kāda zinātniska teorija tiek patiešām izmantota dzīvē, ne tikai teorētiskās pārdomās, tad no tā, cik tā pareiza, atkarīgs ļoti daudz. Ja Kalipso būtu likusi Odisejam turēties pa labi no Mēness, viņš būtu sācis kuģot pa apli un nemūžam nenonāktu mājās. Turpretim Aristoteļa mehānika varēja izdzīvot cauri viduslaikiem tikai tāpēc, ka netika praktiski izmantota veidā, kas liktu nākt gaismā tās aplamībai. Astronomi gan mēģināja pielietot Aristoteļa planētu sistēmas teoriju (sākotnēji pateicoties Platona skolniekam Eidoksam un viņa skolniekam Kallipam), kurā apgalvots, ka Saule, Mēness un planētas piestiprinātas pie caurspīdīgām sfērām, kas savukārt riņķo ap Zemi - teoriju, kura (atšķirībā no mācības par epicikliem) nebija pretrunā ar Aristoteļa fiziku.

Viņi konstatēja, ka tā nedarbojas - Aristoteļa teorija, piemēram, nespēja izskaidrot, kāpēc periodiski mainās planētu spožums; Ptolemajs šīs pārmaiņas izskaidroja ar faktu, ka planētas visu laiku neatrodas vienādā attālumā no Zemes. Pateicoties Aristoteļa filozofijas prestižam, daži senās pasaules un viduslaiku filozofi un fiziķi (bet reti kurš astronomijas praktiķis) palika uzticīgi arī viņa Saules sistēmas teorijai, taču Galileja laikos to īpaši nopietni vairs neuztvēra. Kad Galilejs sarakstīja “Dialogu par divām svarīgākajām pasaules uzbūves sistēmām”, viņš tajā aplūkoja Ptolemaja un Kopernika teorijas, bet ne Aristoteļa piedāvāto.

Ir vēl kāds iemesls, kura dēļ astronomijas lietderība sekmēja zinātnes attīstību - tā rosināja valdības finansiāli atbalstīt zinātniskus pētījumus. Pirmais spožākais piemērs tam bija Aleksandrijas muzejs, ko grieķu izcelsmes Ēģiptes valdnieki nodibināja hellēnisma laikmeta pirmsākumos, ap 300. g.p.m.ē. Tas nebija muzejs mūsdienu izpratnē - vieta, kuru var apmeklēt, lai aplūkotu fosilijas un attēlus; Aleksandrijas muzejs bija pētnieciska iestāde, kas veltīta mūzām - to skaitā arī astronomijas mūzai Urānijai. Ēģiptes valdnieki atbalstīja katapultu un citu artilērijas ieroču būvēšanu Aleksandrijā, iespējams, pašā muzejā, kā arī no tiem raidītu objektu lidojuma izpēti. Taču muzejs nodrošināja algu arī Aristarham, kurš centās noteikt Saules un Mēness izmērus un abu attālumu no Zemes, kā arī Eratostēnam, kurš aprēķināja Zemes apkārtmēru.

Muzejs bija tikai pirmais no veselas virknes valsts finansētu zinātnisku centru, ieskaitot Bagdādes kalifa Al Mamuna 830. gadā dibināto Gudrības namu un Tiho Brahes observatoriju Uraniborgu, ko zinātnieks 1576. gadā uzcēla uz Dānijas karaļa Frederika II dāvinātās salas. Valsts sponsorētu zinātnisku pētījumu tradīcija turpinās arī mūsdienās - elementārdaļiņu fizikas laboratorijās, tādās kā CERN un Fermilab, arī Habla, WMAP un Planka automātiskajās orbitālajās observatorijās, ko kosmosā nosūtījušas NASA un Eiropas Kosmiskā aģentūra. Taisnību sakot, pagātnē astronomija bieži guvusi labumu no fakta, ka tās lietderība novērtēta pārāk augstu. No babiloniešiem hellēniskā pasaule mantoja ne tikai lielu precīzu astronomisku novērojumu datu krājumu (un, iespējams, arī gnomonu), bet arī pseidozinātni astroloģiju. Ptolemajs sarakstīja ne tikai izcilo astronomijas traktātu “Almagest”, bet arī astroloģijai veltītu darbu “Tetrabiblos”. Liela daļa no finansiālā atbalsta, ko viduslaikos un agrīnajos jaunajos laikos karaļnamu kases sniedza astronomisku datu apkopotājiem, izskaidrojama ar to, ka šos pašus datus lietā lika arī astrologi. Varētu likties, ka tas ir pretrunā ar manis teikto par to, cik svarīga praktiskajā pielietojumā bijusi zinātnisko faktu precizitāte, taču astronomijas jautājumos astrologi lielākoties nekļūdījās, vismaz attiecībā uz novērojamo planētu un zvaigžņu kustību; nespēju prognozēt cilvēku dzīves pavērsienus viņi varēja nomaskēt ar savu pareģojumu mīklainību.

Ne visi tikpat atzinīgi vērtējuši astronomijas praktisko aspektu. Platona “Valstī” atstāstīta diskusija par izglītību, kāda būtu jāsaņem nākotnes valdniekiem filozofiem. Sokrats izsakās, ka programmā vajadzētu iekļaut arī astronomiju, un viņa rokaspuisis Glaukons steigšus piebalso, jo “ne jau tikai zemniekiem jāseko gadalaiku, mēnešu un fāžu maiņai; tikpat svarīgi tas ir arī karavadoņiem”. Nabaga Glaukons - Sokrats nosauc viņu par naivu dvēseli un paskaidro, ka īstenais iemesls, kāpēc vajadzētu mācīties astronomiju, ir tāds, ka šī mācība liek prātam raudzīties augšup un domāt par lietām, kas ir cildenākas par mūsu ikdienas pasauli.

Lai gan allaž iespējami kādi pārsteigumi, attiecībā uz manu galveno pētījumu lauku - elementārdaļiņu fiziku, jāteic, ka tai nav nekāda prognozējama tieša pielietojuma, tāpēc par lietderības lomu zinātnes vēsturiskajā attīstībā es spriežu bez īpašas sajūsmas. Mūsdienās tīrās zinātnes nozares, tādas kā elementārdaļiņu fizika, izstrādājušas pierādījumu standartus, kas mūs piespiež strādāt godīgi (vismaz mums pašiem tīk tā domāt) arī bez praktiskā pielietojuma pārbaudes, un intelektuālais azarts, ko tās uzkurina, ir pietiekams, lai aizrautu zinātniekus arī bez mazākajām izredzēm kādreiz savus atklājumus likt lietā. Tomēr tīrās zinātnes projektiem tik un tā par valsts atbalstu jāsacenšas ar zinātnēm, kuru noderīgums ir daudz uzskatāmāks, piemēram, ar ķīmiju un bioloģiju.

Ja runājam par astronomijas konkurētspēju cīņā par valsts finansējumu, manis iztirzātie pielietojumi gan diemžēl lielā mērā kļuvuši nevajadzīgi. Mēs šodien skaitām laiku ar atompuksteņiem, turklāt tik precīzi, ka varam piereģistrēt vissīkākās izmaiņas dienas un gada garumā. To, kāds šodien datums, varam noskaidrot, iemetot aci rokas pulkstenī vai datora monitorā. Un pēdējā laikā zvaigznes zaudējušas savu agrāk tik svarīgo lomu pat navigācijā.

2005. gadā es, devies izpriecu braucienā pa Egejas jūru, nonācu uz barkas Sea Cloud. Kādu vakaru mēs ar kuģa kapteini sākām runāt par navigāciju. Viņš man parādīja, kā lietot sekstantu un hronometru, lai uzzinātu konkrētu atrašanās vietu jūrā. Ar sekstantu kādā noteiktā hronometra uzrādītā brīdī izmērot leņķi starp horizontu un izraudzītu zvaigzni, iespējams noteikt, ka jūsu kuģis patlaban atrodas kaut kur uz kādas zemeslodes kartē attēlotas līknes. Atkārtojot šo procesu ar citu zvaigzni, iegūstam citu līkni. Abu līkņu krustpunkts ir jūsu atrašanās vieta. Veicot to pašu vēlreiz ar trešo zvaigzni un konstatējot, ka trešā līkne krustojas ar abām pirmajām tajā pašā punktā, var pārliecināties, ka nav pieļauta kļūda. To visu nodemonstrējis, mans draugs, Sea Cloud kapteinis, sāka sūdzēties, ka jaunie flotes virsnieki, kas sāk karjeru tirdzniecības flotē, vairs neprotot noskaidrot savu atrašanās vietu ar sekstanta un hronometra palīdzību. Globālās pozicionēšanas satelītu uzvaras gājiens padarījis astronavigāciju nevajadzīgu.

Vienu no pielietojumiem astronomijai tomēr nevar atņemt: tā turpina pildīt būtisku lomu dabas likumu izpētē. Kā jau minēju, tieši planētu kustības problēma uzvedināja Ņūtonu uz domām par kustības un gravitācijas likumiem. Fakts, ka atomi izstaro un absorbē gaismu tikai zināmā viļņu garumā - tas pats, kurš 20. gadsimtā noveda pie kvantu mehānikas rašanās -, tika atklāts 19. gadsimta sākumā, pētot Saules spektru. Vēlāk 19. gadsimtā šie paši novērojumi ļāva secināt jaunu, līdz šim uz Zemes nepazīstamu elementu, piemēram, hēlija eksistenci. Divdesmitā gadsimta sākumā ar astronomijas palīdzību tika pārbaudīta Einšteina vispārīgā relativitātes teorija - vispirms salīdzinot tās prognozes ar praktiski novērojamo Merkura kustību, pēc tam veiksmīgi paredzot, kā Saules gravitācijas lauks lauzīs zvaigžņu gaismas starus.

Kad bija izdevies apstiprināt vispārīgo relativitātes teoriju, fundamentālā fizika iedvesmojošu datu meklējumos uz laiku novērsās no astronomijas, ieinteresējoties vispirms par atomfiziku, tad - no 30. gadiem - par kodolfiziku un elementārdaļiņu fiziku. Taču elementārdaļiņu fizikā progress kļuvis gausāks kopš 60. un 70. gadiem, kad tika formulēts elementārdaļiņu Standartmodelis - tas izskaidroja visus tolaik pieejamos datus par elementārdaļiņām.

Vienīgie pēdējo gadu elementārdaļiņu fizikas atklājumi, kas neiekļaujas Standartmodelī, ir dažāda veida neitrīno mazās masas, un tās sākotnēji tika pamanītas kādā astronomijas projektā, meklējot Saules izstarotos neitrīno. Lietojot nu jau par banalitāti kļuvušo apzīmējumu, mēs šobrīd dzīvojam kosmoloģijas zelta laikmetā. Astronomiskie novērojumi un kosmoloģijas teorija savstarpēji tik ļoti bagātinājušies, ka nu jau mēs, aci nepamirkšķinājuši, varam paziņot, ka Visums savā pašreizējā izplešanās stadijā ir 13, 73 miljardus gadu vecs - plus vai mīnus 0, 16 miljardi gadu. Kļuvis zināms, ka tikai apmēram 4, 5 % Visuma enerģijas atrodama parastas matērijas - elektronu un atomu kodolu - formā. Aptuveni 23 % no kopējā enerģijas daudzuma ir tā saucamās “tumšās matērijas” daļiņu masās; tās ir daļiņas, kas nemijiedarbojas ar parastu matēriju vai radiāciju un kuru eksistence pagaidām konstatējama vienīgi, novērojot to gravitācijas spēku iedarbību uz parasto matēriju un gaismu. Visuma enerģijas budžeta lauvas tiesa, 72 %, ir “tumšā enerģija”, kas mājo nevis kādu daļiņu masās, bet pašā izplatījumā, un tas izraisījis pašreizējo Visuma izplešanās paātrinājumu. Patlaban elementārdaļiņu fizikas nopietnākais uzdevums ir izskaidrot tumšo enerģiju.

Lai cik aizraujoši arī tas viss būtu, tiklab astronomijai, kā elementārdaļiņu fizikai arvien sīvāk jācīnās par valsts finansiālo atbalstu.

1993. gadā ASV Kongress apturēja programmu, kas paredzēja būvēt jaudīgu elementārdaļiņu paātrinātāju - Supravadošo superkolaideru (SSC); tas būtu ievērojami paplašinājis to jauno daļiņu klāstu, ko iespējams radīt, varbūt ieskaitot pat tumšās matērijas daļiņas. Šo uzdevumu pārņēmusi Eiropas Kodolpētījumu organizācija CERN, taču tās jaunais daļiņu paātrinātājs, Lielais hadronu kolaiders, spēs izpētīt tikai trešdaļu no superkolaideram pieejamā masu klāsta, turklāt arvien apšaubāmāka liekas iespēja, ka nākotnē varētu tikt atbalstīta jauna paātrinātāja būve. Savukārt astronomijas lauciņā NASA samazinājusi budžetu savām programmām Beyond Einstein un Explorer, nopietniem astronomiskiem pētījumiem, kādi savulaik padarījuši iespējamu pēdējo gadu iespaidīgo kosmoloģijas progresu.

Protams, ir daudz cienīgu pretendentu uz valsts finansējumu. Taču daudziem zinātniekiem īpaši kremt kāda ārkārtīgi dārga Kosmosa aģentūras programma, kas bieži maskējas par zinātni. Es, protams, te runāju par pilotēto kosmisko lidojumu programmu. 2004. gadā ASV prezidents Bušs ierunājās par jaunu skatījumu uz kosmosa izpēti, pieminot astronautu atgriešanos uz Mēness, kam sekotu pilotēts lidojums uz Marsu. Jau pēc dažām dienām NASA paziņoja, ka samazināts finansējums tās automātiskās kosmosa izpētes programmām Beyond Einstein un Explorer, jo tās neesot saskaņā ar prezidenta “jauno skatījumu”.

Zinātniskos pētījumos astronauti ir neefektīvi.

Par līdzekļiem, kas būtu jātērē, lai astronautus sveikus un veselus nogādātu uz Mēness vai kādas planētas un pēc tam atkal atpakaļ, kosmosā varētu aizsūtīt simtiem robotu, kuri pētījumiem dotu daudz vairāk. Orbitējošā astronomiskā observatorijā astronauti radītu vibrācijas un izstarotu siltumu, bet tas izjauktu ārkārtīgi precīzos astronomiskos mērījumus. Visi satelīti, kam varam pateikties par pēdējā laika kosmoloģijas sasniegumiem, tādi kā Habla kosmiskais teleskops, COBE, WMAP vai Planka observatorija, darbojušies bez cilvēka klātbūtnes. Pilotējamajā Starptautiskajā orbitālajā stacijā nav noticis neviens nopietns zinātnisks pētījums, un arī nākotnē grūti iedomāties kādu nozīmīgu darbu, ko nebūtu iespējams daudz lētāk paveikt ar automātiska kosmiska aparāta palīdzību.

Mēdz teikt, ka pilotējamie kosmiskie lidojumi zinātnei ir nepieciešami, jo bez tiem sabiedrība vienkārši neatbalstītu nekādas kosmiskās programmas, tajā skaitā automātiskās misijas, tādas kā Habla teleskops vai WMAP, kas nodarbojas ar īstu zinātni. Es šaubos. Manuprāt, astronomiju vispār un jo sevišķi kosmoloģiju - pat neņemot vērā tādu skatītāju sportu kā pilotējamie kosmiskie lidojumi - apvij gluži dabiska satraukuma aura. Lai to ilustrētu, beigšu ar Klaudija Ptolemaja vārdiem: “Es zinu, ka esmu mirstīgs un esmu vienas dienas radība, taču, kad es vēroju, kā debesīs griežas zvaigžņu apļi, manas kājas vairs neskaras pie zemes; nostājies līdzās pašam Zevam, es cik tīk baudu dievu ēdienu ambroziju.”

No angļu valodas tulkojusi Sabīne Ozola

The New York Review of Books,

2009. gada 22. oktobrī