Úkol 7: Balónkový model rozpínání vesmíru

Rozpínání vesmíru není vůbec jednoduché si představit. I my se omezíme jen na základní charakteristiky. Uplatňuje se jen na velkých vzdálenostech a mezi objekty, jejichž vzájemné gravitační přitahování lze zanedbat, typicky mezi galaxiemi ve vzdálenostech desítek miliónů světelných let a větších. Naopak v rámci sluneční soustavy, Mléčné dráhy nebo místní skupiny galaxií je nepozorujeme a nemusíme ani uvažovat, tam je gravitace rozhodující (např. galaxie M31 z naší místní skupiny se od Mléčné dráhy nevzdaluje, naopak asi za miliardu let se s ní srazí).

Cíl aktivity

Cílem aktivity a pracovního listu je vytvořit představu o vzájemném vzdalování galaxií. Situaci lze je přirovnat k rozinkám v kynoucím těstě (viz obr. 8). Gumový balónek používaný v aktivitě je jako pomůcka snadno dostupný, ale oproti našemu vesmíru s třemi prostorovými rozměry se plocha balónku liší tím, že má jen rozměry dva. Na modelu vidíme, že z hlediska plochy balónku nemá smysl ptát se po nějakém středu rozpínání, ten na povrchu určitě neleží (u balónku bychom ho hledali „uvnitř“, u vesmíru ale žádné takové „uvnitř“ vidět nemůžeme, stejně jako by ho neviděl mravenec na povrchu balónku). Namísto značek kreslených fixou nebo značkovačem můžeme použít malé samolepky (např. cenové etikety nebo vánoční samolepky s hvězdičkami; pak bychom ale měli obzvláště připomenout, že rozpínání se týká vzdáleností mezi galaxiemi, nikoli hvězdami v rámci galaxie).Určování vzdáleností ve třech po sobě následujících krocích by mělo ukázat, že čím jsou galaxie (značky na balónku) dále od naší Galaxie, tím se zvětšení vzdálenosti po každém přifouknutí větší (a tedy i rychlost vzdalování).

Zvídavějším žákům lze doplnit, že pro rychlost vzdalování galaxií v platí poměrně jednoduchý Hubbleův zákon:

kde d je vzdálenost galaxie a H je tzv. Hubbleův parametr, jehož hodnota se s časem mění. Současnou hodnotu označujeme jako Hubleovu konstantu H₀ a její hodnota se pohybuje okolo 70 km/s na Mpc. V jednotce tak vidíme i typické jednotky – rychlost v km/s a vzdálenost v Mpc. Rychlost vzdalování dovedeme určit ze spektra elektromagnetického záření. Protože nejde o vlastní pohyb galaxií prostorem, ale rozpínání samotného prostoru, může dokonce překročit rychlost světla (pro hodně vzdálené galaxie). Právě pomocí rychlosti vzdalování a Hubbleovy konstanty odhaduje největší vzdálenosti ve vesmíru, kdy už si nemůžeme pomoci žádnou jinou metodou.