Rychlost Sluneční soustavy kolem středu Mléčné dráhy je tak vysoká, že vedle ní dálniční radar působí jako hračka. NASA uvádí přibližně 828 až 829 tisíc kilometrů za hodinu. Celá naše planetární soustava přitom jeden oběh kolem galaktického centra dokončí asi za 230 milionů let.
To číslo je skutečné. A právě proto se s ním dá tak dobře kouzlit.
Po internetu kolují animace, v nichž Slunce letí prostorem a planety za ním kreslí obří spirály. Často k tomu dostaneme ještě chytlavou lekci: takhle to funguje doopravdy, zatímco školní obrázek planet obíhajících kolem Slunce byl špatně.
Jenže mezi větou „Sluneční soustava se pohybuje Galaxií“ a větou „ve škole vás učili špatně“ je díra široká několik světelných let. První tvrzení je fyzika. Druhé vzniká hlavně tím, že se zamění jiný pohled na tentýž pohyb za odhalení nějaké hlubší pravdy.
Rychlost Sluneční soustavy: 828 tisíc km/h je skutečný řád
Začněme bez kliček. Slunce není nehybná žlutá koule zapíchnutá doprostřed vesmíru. Spolu s planetami, planetkami, kometami a dalším materiálem se pohybuje Mléčnou dráhou. NASA na své stránce o Sluneční soustavě uvádí rychlost oběhu kolem středu Galaxie asi 515 tisíc mil za hodinu, tedy přibližně 829 tisíc kilometrů za hodinu.
Za jednu sekundu je to přes dvě stě kilometrů. Než člověk dočte odstavec, Sluneční soustava je v galaktickém prostoru o tisíce kilometrů dál.
Jeden galaktický oběh jí podle NASA zabere přibližně 230 milionů let. A nejde jen o číslo vypočtené z obrázku Galaxie. Mise Gaia Evropské kosmické agentury dokázala z pohybů vzdálených kvasarů změřit i nepatrné zrychlení Sluneční soustavy způsobené zakřivením její dráhy kolem galaktického centra. ESA uvádí změnu rychlosti o pouhých 0,23 nanometru za sekundu každou sekundu. Směšně malé číslo, které se však po roce projeví změnou trajektorie v řádu desítek kilometrů.
Takže virální číslo nemusíme vyhazovat do koše. Naopak. Je na něm krásné právě to, že člověku na chvíli rozbije intuitivní představu o klidném Slunci a planetách, které kolem něj poslušně krouží.
Potíž začne až s tvrzením, že jsme tím našli jediný „skutečný“ pohyb.
Dvě slova, bez kterých je rychlost poloviční informace: vůči čemu?
Ve fyzice není rychlost osamělá veličina zavěšená ve vakuu. Pohyb popisujeme vůči nějakému referenčnímu rámci.
JPL například používá pojem heliocentrický referenční systém pro souřadnice vztažené ke Slunci. Když v něm sledujeme Zemi, dostaneme její oběh kolem Slunce. To je přesně perspektiva, ze které vzniká známý školní obrázek Sluneční soustavy.
Posuňme souřadnice ke Galaxii a obraz se změní. Slunce už není uprostřed. Pohybuje se a Země se pohybuje spolu s ním, zatímco jej zároveň obíhá. Dráha Země už proto nebude na takovém obrázku uzavřená elipsa na jednom místě.
Nic záhadného se ale se Zemí nestalo. Nikdo jí nevyměnil motor ani gravitační zákony. Změnili jsme souřadnice.
Tohle je v celé debatě podstatnější než stovky tisíc kilometrů za hodinu. Fyzika nemá jeden privilegovaný inerciální rámec, který by směla označit za absolutně nehybný a všechny ostatní za méně pravdivé. OpenStax to při výkladu speciální relativity formuluje přímo: rychlosti se měří vzhledem k určitému referenčnímu rámci a žádný inerciální rámec nemá status absolutního klidu.
Otázka tedy nezní, který obrázek je „doopravdy“. Otázka zní, co právě chceme měřit.
Spirála může být správná a přesto vyprávět blbý příběh
Tady je fér přiznat internetové animaci víc, než jí její kritici někdy chtějí nechat. Pokud spojíme oběh planety kolem Slunce s pohybem samotného Slunce prostorem, výsledná trajektorie planety v nově zvolených souřadnicích opravdu bude prostorová. V silně zjednodušeném zobrazení může připomínat šroubovici.
Samotná spirála tedy není automaticky podvod.
Zavádějící je teprve okamžik, kdy se z ní udělá náhradní učebnice a vedle ní se napíše, že předchozí model byl lež. Pravidelná pružina letící prostorem je vizuálně nádherná, jenže skutečný pohyb je méně poslušný. Slunce neletí po nekonečné rovné čáře, jeho galaktická trajektorie se zakřivuje a jednotlivé planetární dráhy mají svou geometrii. Čistá šroubovice je proto ilustrace určitého zjednodušení, ne otisk kolejí vyrytých do vesmíru.
Je to podobný rozdíl jako mezi souřadnicemi a fyzikou. Souřadnice můžeme měnit. Události, gravitační vazby a vzájemné pohyby těles tím nepřepisujeme.
A tady vzniká velmi moderní druh nesmyslu: není potřeba vymyslet falešné číslo. Stačí vzít správný údaj, přidat krásnou animaci a přeskočit jednu otázku, která by celý efekt pokazila.
Ani Slunce nesedí přesně na špendlíku uprostřed soustavy
Když už chceme školní obrázek zpřesňovat, můžeme pokračovat. Dokonce ani představa planet obíhajících kolem přesného středu Slunce není při jemnějším měřítku úplná.
Tělesa spojená gravitací se pohybují kolem společného těžiště, barycentra. JPL jej definuje jednoduše jako centrum hmotnosti soustavy těles. U Slunce a planet leží jeho poloha převážně velmi blízko Slunce, ale není přibitá na jedno místo.
Jupiter je dost hmotný na to, aby bylo společné barycentrum Slunce a Jupiteru dokonce těsně za povrchem Slunce. Když do výpočtu přidáme celou soustavu, společné barycentrum mění polohu podle toho, kde se právě planety na svých drahách nacházejí. NASA proto popisuje Slunce jako těleso, které kolem pohyblivého barycentra lehce „viklá“.
Je tedy školní obrázek definitivně usvědčen ze lži?
Ne. Jen znovu vidíme, co dělá každý použitelný model: zahodí detail, který v danou chvíli nepotřebujeme. Pro prvotní pochopení planetárního systému je heliocentrické schéma výborné. Pro přesné efemeridy, navigaci sond a jemnou nebeskou mechaniku už astronomové použijí sofistikovanější souřadnice a výpočty.
Model není podvod jen proto, že není současně modelem všeho.
Vůči reliktnímu záření letíme ještě rychleji
Nejzábavnější problém s hledáním „skutečné rychlosti“ Sluneční soustavy přijde ve chvíli, kdy se od Mléčné dráhy podíváme ještě dál.
Družice Planck velmi přesně změřila dipól kosmického mikrovlnného pozadí, tedy nepatrnou směrovou nerovnoměrnost reliktního záření. Ve standardní kinematické interpretaci odpovídá pohybu barycentra Sluneční soustavy rychlostí 369,82 ± 0,11 kilometru za sekundu vůči rámci kosmického mikrovlnného pozadí.
To je přibližně 1,33 milionu kilometrů za hodinu.
Najednou tedy 828 tisíc kilometrů za hodinu přestalo být tím ohromujícím konečným číslem. Máme jiné, ještě větší. A obě mohou být správně, protože každé odpovídá na jinou otázku.
Rámec kosmického mikrovlnného pozadí je pro kosmologii mimořádně užitečný. Ani on se ale nestává nějakou tajnou podlahou vesmíru, vůči které konečně změříme absolutní pohyb všeho. Moderní fyzika nepotřebuje zavést privilegovaný inerciální rámec absolutního klidu, aby dokázala popsat, co pozorujeme.
A právě tady se celé internetové „tak to opravdu funguje“ začne rozpadat. Kdybychom jeho logiku vzali důsledně, museli bychom každou další změnu referenčního rámce vydávat za opravu předchozí pravdy.
Školní obrázek odpovídal na jednu otázku. A odpovídal správně
Ve škole se Slunce kreslí doprostřed proto, že se vysvětluje Sluneční soustava. Chceme vidět, která planeta je blíž, která dál, jak obíhají a proč heliocentrický model překonal geocentrickou představu planetárního systému.
Kdyby do stejného obrázku učitel nacpal pohyb Slunce Mléčnou dráhou, barycentrum, orientaci planetárních drah, zakřivení galaktické orbity a rychlost vůči reliktnímu záření, nevznikl by pravdivější úvod do astronomie. Vznikl by obrázek, ze kterého začátečník nepochopí vůbec nic.
Věda stojí na modelech právě proto, že složitou skutečnost rozebírá podle otázky, kterou řeší. Dobré zjednodušení není lež. Je to nástroj s jasně daným rozsahem.
Číslo 828 000 km/h je přesto fantastické. Připomíná, že klid je ve vesmíru hlavně otázka perspektivy. Sedíme na planetě obíhající hvězdu, která se se svou soustavou pohybuje Galaxií, zatímco Galaxie sama není zavěšená na žádném kosmickém hřebíku.
Na tom není potřeba nic přibarvovat.
Ve chvíli, kdy z výměny souřadnic uděláme příběh o tom, že nám někdo celou dobu ukazoval špatnou Sluneční soustavu, přestáváme objevovat vesmír a začínáme objevovat jen kouzlo dobrého střihu.
Kam dál
- Maria Orsic a Vril: žena z Aldebaranu, kterou dějiny neumí najít
- Tepelná poklice: proč se Evropa vaří pod neviditelným víkem
- Kriminalita Ukrajinců v Česku: když strach zapomene dělit
Zdroje a rešerše
- NASA Science — Solar System Facts
- ESA / Gaia — Measuring the acceleration of the Solar System with Gaia
- Planck Collaboration — Planck 2018 results I
- NASA JPL Solar System Dynamics — Heliocentric reference system
- NASA JPL Solar System Dynamics — Barycenter
- NASA Space Place — What Is a Barycenter?
- OpenStax University Physics — Invariance of Physical Laws