Wszystko co istnieje - skały, powietrze, rośliny, zwierzęta, Ziemia, planety, Słońce, gwiazdy, galaktyki oraz sama przestrzeń kosmiczna - składa się na to, co nazywamy Wszechświatem. Zasadniczo Wszechświat składa się z materii, energii oraz przestrzeni. Wszechświat jest niezwykle rozległy, nie jesteśmy w stanie wyobrazić sobie nawet w przybliżeniu jego ogromu. W naszym małym zakątku Wszechświata dominuje Słońce, lokalna gwiazda, która zgromadziła wokół siebie rodzinę planet wraz z innymi ciałami niebieskimi. Razem tworzą one Układ Słoneczny, który ma szacunkową rozpiętość około 15 000 milionów km. Ta odległość wydaje nam się olbrzymia. Jednak w porównaniu z innymi odległościami we Wszechświecie jest ona bardzo mała. Porównajmy ją z odległością do najbliższych gwiazd - 40 000 000 milionów km. Porównajmy ją z rozpiętością naszej galaktyki - 1 000 000 000 000 milionów km. Wreszcie porównajmy ją z odległością do najbardziej oddalonych od nas obiektów (kwazarów) możliwych do zaobserwowania na niebie - ponad 1 000 000 000 000 000 000 milionów km. Odległości podawane w kilometrach bardzo niewiele nam mówią i dlatego astronomowie często posługują się, jako podstawową miarą, rokiem świetlnym, czyli odległością, jaką światło pokonuje w ciągu jednego roku - 10 bilionów kilometrów. Wtedy podawanie odległości staje się łatwiejsze. Na przykład najbliższe gwiazdy znajdują się od nas w odległości nieco większej niż 4 lata świetlne, rozpiętość naszej galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. Najdalsze kwazary są położone ponad 10 000 milionów lat świetlnych od nas. Zdaniem astronomów Wszechświat narodził się około 15 miliardów lat temu w wyniku zdarzenia o charakterze kataklizmu, zwanego przez nich Wielkim Wybuchem. Wielki Wybuch zapoczątkował istnienie Wszechświata oraz jego rozszerzanie się (ekspansję). Rozszerzanie się Wszechświata objawia się obecnie przez oddalanie się galaktyk od siebie. Ta hipoteza nosi nazwę koncepcji rozszerzającego się Wszechświata.

Teoria wielkiego wybuchu.

Około 15 miliardów lat temu cała materia i energia, którą możemy dziś obserwować, skupiona w obszarze wielkości złotówki zaczęła się rozszerzać. Temperatura zaczęła spadać. Gdy spadła do 100 milionów razy większej, niż panująca we wnętrzu Słońca, siły przyrody miały charakter podobny do dzisiejszych. W tym czasie kwarki (cząstki elementarne) poruszały się swobodnie w morzu energii. Kiedy Wszechświat rozszerzył się i ostygł jeszcze tysiąckrotnie, cała materia zajmowała obszar wielkości Układu Słonecznego.

W tym momencie cząstki elementarne - kwarki zostały uwięzione we wnętrzu protonów i neutronów. Gdy Wszechświat znowu powiększył się tysiąc razy, protony i neutrony połączyły się ze sobą, tworząc jądra atomowe (np. jądra deuteru i helu). Wszystko to wydarzyło się w ciągu pierwszej minuty po Wielkim Wybuchu. Neutralne atomy zaczęły się skupiać, tworząc chmury gazów, z których później powstały gwiazdy. Kiedy Wszechświat osiągnął jedną piątą obecnej wielkości, gwiazdy uformowały grupy, w których można było rozpoznać wczesne galaktyki. Gdy Wszechświat był tylko dwa razy mniejszy niż jest dzisiaj, w reakcjach syntezy jądrowej w gwiazdach powstała już większość ciężkich pierwiastków, z których zbudowane są planety.

Nasz Układ Słoneczny powstał około 5 miliardów lat temu. W tym czasie Wszechświat osiągnął już 2/3 obecnej wielkości, a ciągły proces formowania się gwiazd doprowadził do wyczerpania zapasów gazu w galaktykach - populacja gwiazd zaczęła zanikać. Tak więc za 15 miliardów lat gwiazdy podobne do Słońca będą dość rzadkie i dla Nas - mieszkańców Ziemi Wszechświat stanie się dużo mniej dogodnym miejscem.

Rozmiary kosmosu.

1. Natura przestrzeni kosmicznej

Wszystko, co istnieje, tworzy to, co nazywamy wszechświatem. Najogólniej mówiąc, wszechświat składa się z materii, energii i przestrzeni. Ziemia i wszystko co się na niej znajduje - skały, powietrze, woda, rośliny, ludzie - jest częścią materii wszechświata. Są nią również inne planety, Księżyc, Słońce i gwiazdy, które widzimy na nocnym niebie. Wszystkie te formy materii pływają, czy raczej poruszają się, w przestrzeni kosmicznej. Ale jak wielka jest przestrzeń kosmiczna, czyli wszechświat?

Kiedy patrzymy na nocne niebo, zaglądamy w niewielką cząstkę wszechświata. Zajęta jest ona przez gwiazdy, które wydają się być zawieszone w smolistej czerni przestrzeni kosmicznej. Przez nasze teleskopy, niezależnie od tego jakie są potężne, gwiazdy zawsze wydają się maleńkimi świetlnymi punkcikami. Jednakże wiemy, że gwiazdy są w rzeczywistości innymi Słońcami, wielkimi kulami rozpalonego gazu o średnicy milionów kilometrów. A zatem, skoro wydają się maleńkimi punkcikami, muszą znajdować się bardzo daleko.I rzeczywiście tak jest. Astronomowie mówią nam, że nawet najbliższe gwiazdy znajdują się w odległości większej niż 40 milionów milionów kilometrów. A najdalsze systemy gwiezdne, lub galaktyki, znajdują się jeszcze tysiące milionów razy dalej! Takie odległości to więcej niż ludzki umysł może pojąć, czy nawet sobie wyobrazić. A zatem na pytanie: Jaki duży jest wszechświat? musimy odpowiedzieć: Większy niż możemy sobie wyobrazić.

Ale możemy wyrobić sobie pojęcie wielkości wszechświata, jeżeli odbędziemy podróż w wyobraźni w statku kosmicznym, rozpoczynając z Ziemi i podróżując przez układ słoneczny do gwiazd i jeszcze dalej.

2. Układ słoneczny

Zwykła rakieta taka jak wahadłowiec nie nadaje się do naszej podróży w przestrzeni kosmicznej - jest zbyt wolna. Musimy podróżować w super statku kosmicznym, który może poruszać się z najwyższą możliwą prędkością. Jest to prędkość światła. Światło porusza się z prędkością 300 000 km na sekundę lub 1080 milionów km na godzinę.Statki kosmiczne w opowiadaniach science fiction i filmach napędzane są rakietami fotonowymi, które osiągają prędkość światła promieniując ze swych silników potężne strumienie światła. W serii filmów przygodowych "Star Trek" występuje najbardziej z nich znany statek kosmiczny Enterprise. Na jego cześć NASA nazwała pierwszy prototyp wahadłowca imieniem Enterprise.

Rozpoczynamy naszą podróż z Ziemi i najpierw odwiedzimy Księżyc. Księżycowa podróż, z prędkością światła, kończy się w mgnieniu oka, zajmuje niewiele więcej niż sekundę. Naszym następnym celem jest Słońce odległe o prawie 150 milionów km. Dostaniemy się tam w 8 1/2 minuty.Stąd odważymy się na podróż na planetę Pluton, na krańcach układu słonecznego. Planetę tę, znajdującą się aktualnie w odległości około 4 400 milionów km, osiągamy zaledwie w cztery godziny.

3. Podróż do gwiazd

Na Plutonie, chociaż jesteśmy na granicy układu słonecznego, gwiazdy nie wydają się bliższe. Są ciągle tylko punkcikami światła. Ale my bierzemy kurs na małą ciemnoczerwoną gwiazdę w konstelacji Centaura. Nazywamy ją Proxima Centauri. Jest to najbliższa nas gwiazda. Podróż na Proxima Centauri zajmie nie godziny, nie dni, nie miesiące, ale lata. W rzeczywistości około cztery lata i trzy miesiące (4,28 lat)! Tak długo zajęło nam, podróżując z prędkością światła, pokonanie odległości do najbliższej gwiazdy. I oczywiście jest to również czas. w jakim światło z tej gwiazdy dociera do Ziemi. A zatem możemy powiedzieć, że gwiazda ta znajduje się w odległości 4,28 lat od Ziemi, podróżując z prędkością światła. Możemy również powiedzieć, że znajduje się w odległości 4,28 razy większej od odległości, którą światło pokonuje w ciągu roku. Astronomowie stosują odległość, jaką światło pokonuje w ciągu roku jako wygodną jednostkę do pomiaru odległości w przestrzeni kosmicznej. Nazywają ją rokiem świetlnym. Równa jest ona około 9,5 miliona milionów km. Stosując tę jednostkę, można łatwiej wyrazić odległości w przestrzeni kosmicznej. A zatem Proxima Centauri znajduje się w odległości 4,28 lat świetlnych, co jest łatwiej pojąć niż mówiąc, że znajduje się w odległości 40 milionów milionów kilometrów.

Z Proxima Centauri, jednej z najciemniejszych gwiazd na naszym nocnym niebie, podróżujemy do jednej z najjaśniejszych, Deneb w gwiazdozbiorze Cygnus (Łabędź). Osiągnięcie tej błyszczącej supergigantycznej gwiazdy zajmuje ponad 1.600 lat. Jednakże Deneb jest ciągle bliskim sąsiadem w systemie gwiezdnym albo galaktyce, którą zamieszkujemy. Nasza galaktyka, którą nazywamy Drogą Mleczną, mierzy nie mniej niż 100.000 lat świetlnych szerokości. A zatem podróż z jednego jej krańca na drugi zajęłaby nam 100.000 lat.

4. Podróż do innych galaktyk

Kiedy rozważamy podróże do innych galaktyk, odległości i czas naszej podróży rośnie zawrotnie szybko. Dotarcie do najbliższej galaktyki, Wielkiego Obłoku Magellana, zajęłoby 170 000 lat. Podróż do galaktyki Andromedy zajęłaby 2.000.000 lat. A są to jeszcze, jeżeli chodzi o wszechświat, nasi sąsiedzi! Najodleglejsze ciała niebieskie, jakie możemy zobaczyć na naszym nocnym niebie, moglibyśmy osiągnąć gdybyśmy podróżowali przez 15.000 milionów lat. A jest to ten sam czas, jaki upłynął od czasu stworzenia wszechświata!