Megéri, vagy egyáltalán szükség van kutatásra költeni az adófizetők pénzét? Milyen gyakorlati haszna származik abból az emberiségnek, hogy mindenféle távoli dolgokat vizsgál, elméleteket gyárt, és igyekszik azokat mérésekkel is bizonyítani? – A rövid válasz az „olcsóbb lesz-e a kenyér” kérdésre az, hogy nem, legalábbis nem most: nem ma, és nem is holnap. A csillagászat alapkutatás, amelynek a célja a minket körülvevő világ mélyebb megismerése, következésképpen nem az, hogy olcsóbb legyen tőle a kenyér, vagyis hogy a jelenben hasznot húzzunk belőle. Ez inkább egyfajta jövőbe való befektetés: a napjainkban folyó kutatások segítségével talán száz év múlva olcsóbb lehet a kenyér. És ma is olcsóbb a kenyér a 100, 200 vagy akár 1000 évvel ezelőtti csillagászati kutatások miatt. Rádiócsillagászat nélkül például nem lenne wifink, Einstein relativitáselmélete nélkül pedig nem tudnánk GPS-t használni. Ezek mind olyan dolgok, amik nélkül napjaink embere szinte moccanni sem tudna, viszont amikor a kialakulásukhoz vezető csillagászati felfedezések vagy műszerfejlesztések megtörténtek, még senki sem sejtette, hogy a későbbi időkben hogyan használjuk majd őket a mindennapokban. Következő cikkünkben igyekszünk egyfajta képet nyújtani arról, hogy a csillagászati kutatásoknak az alapkutatás jelleg mellett milyen gyakorlati haszna, hatása van napjainkra.
1. A csillagászat formálja a világképünket, rendszerezi mindennapjainkat
A csillagászat szinte magától értetődő módon már az ókori kultúrák életében is jelen volt, sőt talán mondhatjuk azt, hogy nagy jelentőséggel bírt. Akkoriban, például az egyiptomi vagy babilóniai kultúrában még nem léteztek a másodpercre pontos atomórák vagy a digitális naptárak, így a csillagászok legfontosabb feladata az idő pontos meghatározása, illetve a naptárkészítés volt. Egyiptomban például kifejezetten az idő megállapítására specializálódtak az úgynevezett órafigyelő papok, akik éjszaka a csillagok állása, nappal pedig a Nap látszó égi útja ismeretében készített napórák segítségével meg tudták állapítani az időt. Ehhez hasonlóan az év fontosabb dátumait, például az aratás kezdetét vagy a Nílus áradását is csillagok láthatóságához kötötték: a Sirius csillag Nappal együtt történő felkelése jelezte például az áradás közeledtét. A babilóniaiaktól ered az, hogy az évet 12 hónapra osztották a Hold változása alapján, hogy egy hetet 7 napnak tekintettek, illetve hogy egy napot 24 órára osztottak. Ezek napjainkban szinte olyannyira beleivódtak a köztudatba, hogy hajlamosak vagyunk alapértelmezettnek tekinteni őket.
Szintén a csillagászathoz köthető az ókori görögök által megalkotott, majd később Nikolausz Kopernikusz által bizonyított heliocentrikus, vagyis napközpontú világkép kialakulása, amely cáfolja azt, hogy a (sokszor laposnak feltételezett) Föld a világegyetem középpontja, mint ahogy azt korábban hitték, hiszen a Föld is csak egy a Nap körül keringő bolygók közül. Az égitestek naprendszerbeli mozgását a Newton által megalkotott fizikai törvények írják le. Az égi mechanika törvényeinek segítségével kiszámítható az égitestek pályája, egyenleteinek használatával számították ki a tudósok például a Halley-üstökös pályáját, vagy jósolták meg a Neptunusz bolygó jelenlétét a Naprendszerben még a felfedezése előtt. Szintén a Naprendszer vizsgálatához köthető a hélium, mint kémiai elem felfedezése is, amelyet először a Nap színképében mutattak ki – innen ered maga a hélium elnevezés is, amely Héliosz, a görög napisten előtt tiszteleg.
Később a newtoni fizikát felülírta Albert Einstein relativitáselmélete, amely szerint a gravitációs erő felfogható a téridő szövetének görbületeként. Ez talán első hallomásra absztraktnak tűnhet, de segítségével a kutatóknak sikerült többek között megmagyaráznia a Merkúr bolygó mozgásának korábban ismeretlen aspektusait, a gravitációs lencsézés hatását, illetve megalkotni a földrajzi hely pontos meghatározására szolgáló GPS műholdakat is.
A csillagászat rohamos fejlődésének köszönhetően ma már el tudjuk helyezni a Földet a világegyetemben: Napunk csupán egy a Tejútrendszer több milliárd csillaga közül, amelyek körül szintén – akár a Földünkhöz hasonló – bolygók keringenek. A Tejútrendszer pedig csupán egy a több milliárd galaxisból, amelyek halmazokba, majd halmazok halmazába, szuperhalmazokba csoportosulnak.
2. A katonaság, az ipar, illetve a biztonsági rendszerek is használnak csillagászati technológiákat, eszközöket
A csillagászati kutatások kéz a kézben járnak a műszerfejlesztéssel: ahhoz, hogy nagyobb felbontású képeket alkossunk a minket körülvevő világról, rakétáinkat, távcsöveinket, kameráinkat, egyéb eszközeinket is fejlesztenünk kell. Ma már tudjuk, hogy a katonai megfigyelő műholdak a csillagászati távcsövekkel párhuzamosan fejlődtek: a Föld különböző pontjainak katonai megfigyelése ugyanis jórészt a világűrből zajlik, csak a felbocsátott eszköz nem a csillagos égbolt felé fordul, hanem lefelé, a Föld irányába. Ezen kémműholdak közül vannak olyanok is, amelyek a bennük található csillagászati távcső, illetve kamera segítségével infravörös hullámhosszon működve képesek észlelni ballisztikus rakétákat vagy nukleáris robbantásokat. A különböző típusú rakéták megkülönböztetéséhez szintén egy csillagászatban használatos technikát, a spektroszkópiát alkalmazzák, amelynek segítségével meghatározható az adott rakéta által kibocsátott füst kémiai összetétele pontosan úgy, ahogy Napunk vagy egy távoli csillag légkörének összetétele. A Föld irányába néznek továbbá a mezőgazdasági céllal felbocsátott űreszközök is, amelyek infravörös hullámhosszon mintavételezik a termés minőségét.
Nemcsak a katonaságnál, hanem a reptereken, illetve némely metróhálózat esetén is gyakran használnak olyan megfigyelőkamerát, amelyet elsőként csillagászati céllal alkottak meg, űrtávcsövek számára ki az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) dolgozói. Ezek az eszközök terahertzes (THz) frekvencián működnek, és amellett, hogy a csillagászatban segítségükkel vizsgálják a fiatal csillagok körüli anyaggyűjtő korongot vagy a távoli galaxisok fényét, az emberi test által folyamatosan kibocsátott rádiósugárzás detektálására is kiválóan alkalmasak. Ilyen módon tehát ha egy ember egyik testrésze közelében a műszer nem érzékeli ezt a folyamatos rádiósugárzást, valami olyan tárgy – például akár fegyver – lapul a ruhája alatt, ami ezt leárnyékolja.
Érdekességként megjegyzendő, hogy a THz-es hullámhosszakon végzett mérések alkalmasak a klímaváltozás, illetve a légköri ózon mennyiségének mintavételezésére is.
A műszerfejlesztésen túl a csillagászok által megalkotott programozási nyelvek is hasznosnak bizonyulnak az emberiség számára: az IDL nevű, kifejezetten csillagászati célra írt programnyelvet használja például a General Motors nevű cég, az IRAF nevű, csillagászati képfeldolgozó programot pedig az AT&T nevű telekommunikációs cég alkalmazza adatelemzési feladatok elvégzéséhez.
3. A műholdak számos területen segítik az emberek mindennapjait
Talán a legtöbben hallottak már a GPS-ről, vagyis a globális helymeghatározó rendszerről, amely a Föld felett, kb. 20000 km magasságban keringő műholdak segítségével működtetnek. A helymeghatározási módszer alapja a műholdak pozíciójának pontos ismeretében rejlik: ennek teljesülésével az általuk kibocsátott jel kibocsátási és beérkezési idejének különbségéből meghatározhatjuk pontos pozíciónkat, amennyiben legalább 4 GPS műhold lát minket. A jel kibocsátása és beérkezése közötti időkülönbség precíz kiszámítása azonban lehetetlen lenne Einstein általános relativitáselmélete nélkül, amely szerint minél közelebb vagyunk egy nagy tömegű testhez, az idő annál lassabban telik. Ez az effektus már szerepet játszik a Földtől nem elhanyagolható távolságban lévő GPS műholdak esetén, így fedélzeti órájukat is ennek megfelelően kell beállítani.
A helymeghatározáson kívül műholdakat használunk a Föld különböző szféráinak, például a felszínnek, az óceánoknak vagy a légkörnek a megfigyelésére is. Segítségükkel nyomon követhetjük a klímaváltozás hatásait például a sarki jégsapkákra, a légkör állapotára.
4. Csillagászati eszközökkel megvédhetjük a Földet
A kutatók napjainkban is több űreszközzel vizsgálják a Nap aktivitását, illetve az ehhez kapcsolódó űridőjárást. Ez kiemelten fontos a Föld biztonsága szempontjából (is), hiszen egy erősebb napkitörés vagy koronakitörés mágneses viharokat okoz bolygónkon, amelynek hatására meghibásodhatnak többek között elektromos és távközlésre használt eszközeink. A Nap aktivitásának előrejelzése kulcsfontosságú a napviharok által okozott károk minimalizálásában.
A sci-fi irodalomban is népszerű téma, hogy miként védenénk meg Földünket egy földközeli kisbolygó vagy egyéb égitest becsapódásától. Bár ezen események bekövetkezésének valószínűsége rendkívül kicsi, nem árt felkészülni rájuk, hiszen egy égitest becsapódása globális hatással lehet Földünkre. Például egy ilyen becsapódás következményeként haltak ki régen a dinoszauruszok is. Az ilyen eseményekre való felkészülés végett számos égboltfelmérés figyeli a Földhöz közeli kisbolygókat, hogy a kutatók elvégezhessék a megfelelő pályaszámításokat, és időben jelezzék a potenciálisan veszélyes kisbolygókat.
5. Csillagászati műszereket használunk a gyógyászatban
Az alapkutatás hozományait természetesen az orvostudomány is számos területen hasznosította. A csillagászati műszerfejlesztés vezetett később az MRI, illetve a CT nevű, az emberi testet vizsgáló képalkotó módszer születéséhez.
A különböző űreszközök, rakéták, űrtávcsövek elkészítéséhez használt technikákat és anyagokat szintén felhasználja az orvostudomány. Az űrtávcsöveket például úgynevezett tiszta szobákban gyártják, ahonnan fontos, hogy minden porszemet és egyéb aeroszolt kiszűrjenek. Az erre fejlesztett technikát alkalmazzák az orvosi steril szobákban. Szintén érdekes, hogy a művégtagokhoz használt öntőformák anyagát először szilárd hajtóanyagú rakéták esetében alkalmazták. Emellett bizonyos betegségek, például az Alzheimer-kór kutatását célzó kísérletek az űrben zajlanak, a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén.
6. A csillagászati eszközök megjelennek mindennapjainkban
Aki járt már repülőtéren, bizonyára emlékszik arra, amikor beszállás előtt a csomagokat röntgensugarakkal átvilágítják. Az ehhez használt detektort először a röntgencsillagászok fejlesztették ki az égitestek röntgenhullámhosszakon kibocsátott sugárzásának vizsgálatára.
Szintén csillagászati megfigyelésekhez fejlesztették ki a CCD-kamerát, amelyet napjainkban is széleskörűen használunk: fényképezőgépünkben, okostelefonunkban is ilyen vagy ehhez hasonló képalkotó kamera működik.
A 21. század embereiként a Földnek egyre több pontján van lehetőségünk csatlakozni a világhálóra a Wi-Fi segítségével. A Wi-Fi rádióhullámokat használva továbbítja az információt az eszközök között. Ma már ez az információátadás rendkívül gyors, régebben azonban több tényező is lassította, például a jel visszaverődése a falakról. Bár a problémára számos informatikai cég igyekezett megoldást találni, végül a fekete lyukak megfigyelésére specializálódott, csillagászokból álló kutatócsoportnak sikerült kidolgoznia a ma is használt technológiát.
A cikkben felsorolt példák megmutatják, hogy az alapkutatás, a csillagászat milyen sok formában van jelen mindennapi életünkben, hogyan teszi azt biztonságosabbá, kényelmesebbé, színesebbé. A tudomány napjainkban is rendkívüli ütemben fejlődik, így biztosak lehetünk abban, hogy a jövő embereinek életében jelentős szerepet játszanak majd azok az új elméletek, felfedezések is, amelyeknek most még nem látjuk gyakorlati hasznát.
A képek forrása:
1. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Geoz_wb_HE.svg,
2. https://web.stanford.edu/dept/news/pr/2005/pr-gpbempty-100505.html
3. https://kephost.net/p/2021/26/4759_dc6b846949e3.jpg
4. https://villanyautosok.hu/wp-content/uploads/2018/01/2017_01_23_gps_pontossag_05.png
5.https://cdn.cms.mtv.hu/wp-content/uploads/sites/7/2023/12/shutterstock_1666383277-scaled-e1702728034783.jpg
6. https://pcdn.hu/articles/images-xl/a/s/z/aszteroida-fold-getty-stock-505714.jpg
7.https://en.wikipedia.org/wiki/International_Space_Station#/media/File:ISS-08_Michael_Foale_conducts_an_inspection_of_the_Microgravity_Science_Glovebox.jpg
8. https://iho.hu/hirek/arckifejezes-iskola
Borítókép:https://hu.wikipedia.org/wiki/Csillag%C3%A1szat#/media/F%C3%A1jl:Hubble_01.jpg
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet