10 największych odkryć astronomicznych

Wprowadzenie

Uwaga redaktora: W ramach weekendu naukowego na Discovery 20 lutego odbędzie się premiera filmu „Telescope”, energiczna podróż za kulisy do następnego etapu ewolucji teleskopów - kosmiczny teleskop Jamesa Tebba z NASA, nakręcony przez reżysera Oscara Nathaniela Kahna. Teleskop Jamesa Webba będzie 100 razy silniejszy niż NASA / ESA Hubble Space Telescope (na zdjęciu). „Teleskop” opowiada o tej epickiej misji i całej historii astronomii.

V-kosmose.com będzie uważnie monitorować to wydarzenie, a przed premierą przedstawią odpowiednie artykuły i galerie na temat historii astronomii i niesamowitych wyczynów Hubble'a, które trwają od ponad 25 lat po premierze. Krótko mówiąc, przeczytaj o 10 najlepszych momentach w historii astronomii, które pomogą nam zrozumieć projekt teleskopu kosmicznego NASA nowej generacji ...

1. Zmieniają się niebiosa i poruszają się planety.

Nasi najstarsi przodkowie polegali na niebie w śledzeniu zmian pór roku. Według niego wiedzieli, kiedy można polować na niektóre rodzaje zwierząt. W osiąganiu rozwoju rolnictwa, jak miało to miejsce w starożytnym Egipcie, gwiazdy używane do przewidywania, kiedy należy siać ziarno i kiedy je zbierać. Używamy nieba jako ogromnego zegara, aby określić czas w ciągu roku. Kiedy pojawiły się takie zjawiska na niebie, jak zaćmienia lub komety, pojawiły się one jako nieprzewidywalne wydarzenia stworzone przez bogów. Dziś wiemy, że jest to spowodowane obrotami i oddziaływaniami grawitacyjnymi w przestrzeni.

Z czasem niektórzy inteligentni ludzie zauważyli, że gwiazdy poruszają się po niebie w przewidywalny sposób. Podróżowali tą samą drogą, co Słońce, poruszając się po gwiaździstym tle. Teraz nazywamy te obiekty planetami (luźno przetłumaczone z greckiego - „wędrowcy”). W wielu kulturach planety nazwano na cześć bogów. Nawet nasze imiona to Merkury, Wenus, Mars, Saturn i Jowisz (pięć planet znanych w starożytności) ) - nastąpiło na cześć istot wyższych.

1. Ziemia (jak Słońce) nie znajduje się w centrum Wszechświata

Wcześniej wierzyli (na podstawie religii), że Ziemia jest centrum wszechświata. Kiedy starożytni astronomowie obserwowali niebo, było wiele rzeczy, których nie rozumieli. Na przykład, dlaczego Mars czasami zmienia kierunek ruchu po niebie, a następnie powraca w tym samym kierunku, co inne planety? Niektórzy astronomowie wymyślili złożone modele geometryczne zwane epicyklami, które miały przewidzieć chaotyczny ruch planet.

Prostsze rozwiązanie zaproponował Nikołaj Kopernik w XVI wieku, który opublikował materiały, w których Słońce znajduje się w centrum Wszechświata, a Ziemia obraca się wokół niego, podobnie jak inne planety. To samo przyjęło Aristarchus z Samos w trzecim wieku, ale jego dzieła w tym czasie nie były dobrze znane w świecie zachodnim. Rozwiązało to problem epicyklów i zostało poparte innymi dowodami. Na przykład odkrycie księżyców Galileusza krążących wokół Jowisza w 1610 r. Udowodniło, że nie wszystko kręci się wokół Ziemi. Władze religijne nie były zadowolone z tego odkrycia, ale z czasem dowody przekroczyły argumenty.

Wraz z rozwojem technologii teleskopowej dowiedzieliśmy się, że słońce nie jest centrum wszechświata. W 1750 r. Wierzono, że Droga Mleczna jest dużym skupiskiem gwiazd z centrum. Na początku XX wieku obserwacja nowych gwiazd (formacji gwiazdowych) w innych galaktykach pokazała, że ​​są one znacznie dalej niż Droga Mleczna. Późniejszy astronom Edwin Hubble znalazł dowody na to, że wszechświat stale się rozwija i nie ma prawdziwego centrum.

1. Wszystko jest pod wpływem grawitacji

Chociaż widzieliśmy ruch planet, które sprawiają, że się poruszają, niewiele badano przez tysiące lat. Wszystko zmieniło się w XVII wieku, kiedy Sir Isaac Newton zaczął stosować teorie matematyczne w obserwowaniu Wszechświata. Obliczył trzy podstawowe prawa ruchu, a także prawo światowej szerokości, które mówi, że każde dwa obiekty we Wszechświecie są przyciągane do siebie. Planety mają dużą siłę przyciągania, a małe kamienie z pierścienia Saturna są małe.

Na początku XX wieku nasze rozumienie grawitacji zmieniło się dzięki obserwacjom fizyków, takich jak Albert Einstein , który odkrył, że czas może się różnić w zależności od ruchu. Jeśli podróżujesz z prędkością zbliżoną do prędkości światła, twoje poczucie czasu będzie wolniejsze niż uczucia ludzi na Ziemi. Czas stał się czwartym wymiarem (po długości, szerokości i wysokości), który umożliwił zrozumienie ekstremalnych warunków grawitacyjnych wokół czarnych dziur i innych obiektów z ogromną grawitacją. Grawitacja obiektów jest następnie wyjaśniana jako zmiana czasoprzestrzeni we Wszechświecie, z obiektami modyfikowanymi grawitacją.

Na początku 2016 r. Fale grawitacyjne zostały wykryte przez laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO). Jest to zasadniczo pulsacja w czasoprzestrzeni tworzona przez masywne obiekty obracające się wokół siebie, jak czarne dziury. Einstein przewidział ich istnienie, a astronomowie próbowali je wykryć przez 50 lat.

1. Istnieją planety poza Saturnem.

Teleskop umożliwił wykrycie wielu małych obiektów niedostępnych dla ludzkiego oka. William Herschel przypadkowo odkrył Urana w 1781 r., Kiedy sprawdził gwiazdy w katalogu, nie znalazł wartości 8 (słabszej od ludzkiego oka) lub jaśniejszej. W tym momencie Herschel zdał sobie sprawę, że Uranus porusza się po rozgwieżdżonym niebie. Planował nazwać to królem Jerzym III, ale inni astronomowie postanowili nazwać planetę na cześć Boga, jak wszyscy inni. Natychmiast nastąpiły inne odkrycia. Ceres (wtedy uznano ją za asteroidę, a nie planetę karłowatą) odkryto w 1801 roku, pierwszą z tysięcy znanych dzisiaj. Neptuna odkryto w 1846 r., A Plutona (pierwotnie uznanego za planetę) w 1930 r. Układ słoneczny stał się bardziej przestronny niż wcześniej sądzono. Z czasem modele przewidywały, że komety będą najprawdopodobniej znajdować się poza orbitą Neptuna, w rejonie lodowych obiektów, zwanych Pasem Kuipera. Na początku XXI wieku kilka nowych obiektów wielkości Plutona w Pasie Kuipera skłoniło Międzynarodową Unię Astronomiczną do stworzenia nowej kategorii obiektów - „planet karłowatych” i umieszczenia Plutona i Ceresa w tej kategorii.

Nie mniej uderzające było odkrycie planet poza naszym układem słonecznym. Po pierwsze, astronomowie znaleźli 3 planety krążące wokół pulsara PSR B1257 + 12 w 1992 r., Po ogromnej egzoplanecie krążącej wokół gwiazdy 51 Pegasusa w sekwencji głównej. Obecnie wiemy ponad 1000 potwierdzonych egzoplanet poza Układem Słonecznym z tysiącami nie potwierdzonymi. Główna ich część została wykryta za pomocą kosmicznego teleskopu NASA Kepler, uruchomionego w 2009 roku.

1. Istnieje kosmiczny limit prędkości

Używamy prędkości światła jako jedynej jednostki pomiaru wszechświata. Liczyliśmy to od wieków i wiemy, że prędkość światła w próżni wynosi około 300 tysięcy kilometrów (186 tysięcy mil) na sekundę. Słońce znajduje się w odległości 8 minut świetlnych od Ziemi. Odległość do najbliższego układu gwiazd (Alfa Centauri) wynosi około 4 lat świetlnych, a najbliższa duża galaktyka (Andromeda) wynosi 2, 5 milionów lat świetlnych. I chociaż mamy marzenia Star Trek o podróżowaniu przez Wszechświat do tych odległych miejsc, jesteśmy teraz ograniczeni prawami fizyki. Inne odkrycie Einsteina dotyczyło stosunku masy i energii, pokazanego w równaniu E = mc2. Jeśli lecisz z prędkością bliską prędkości światła, energia potrzebna do jego osiągnięcia zwiększa masę (i transport, którym podróżujesz). Przed osiągnięciem prędkości światła masa staje się równa nieskończoności. Nie można poruszać się szybciej.

W każdym razie naukowcy sugerują pewne sprytne racjonalne sposoby. Być może we wszechświecie istnieją tunele czasoprzestrzenne, dzięki którym można swobodnie podróżować w przestrzeni i czasie. Być może istnieją sposoby komunikowania się szybciej niż prędkość światła, więc splątane cząstki kwantowe mogą natychmiast oddziaływać na siebie, bez względu na to, jak daleko są od siebie (jest to często nazywane „straszną interakcją na odległość”). Ale o ile wiemy, prędkość światła jest najwyższą prędkością, z jaką można podróżować.

1. Widzimy echa Wielkiego Wybuchu

Jeśli Wszechświat rozpoczął się jako pojedyncza całość, a następnie zaczął się rozszerzać (zjawisko zwane Wielkim Wybuchem), musi to nastąpić z niewyobrażalną energią. Z czasem, gdy Wszechświat stał się większy, energia rozpraszana, chłodzona i skondensowana w materię, która wypełniała przestrzeń.

Jesteśmy teraz świadkami śladów tej ogromnej eksplozji, po przypadkowym odkryciu w 1965 roku. W czasie, gdy Ralph Alfer przewidywał promieniowanie tła w 1948 r., Dwóch badaczy z Bell Telephone Labs odkryło je zaledwie dziesięć lat później, kiedy znaleźli zakłócenia w budowanym odbiorniku radiowym. Arno Penzias i Robert Wilson dokonali odkrycia, w tym samym czasie, gdy drugi zespół próbował go znaleźć, w rezultacie w 1965 roku opublikowano dwa artykuły w Astrophysical Journal (od każdego z zespołów). Astronomowie wiedzą teraz, że niewielkie kosmiczne fluktuacje (zwane anizotropiami) istnieją w kosmicznym mikrofalowym tle, które pokazują fluktuacje nieznacznej gęstości wywołane w starożytnym Wszechświecie. Te drobne wibracje można wykryć za pomocą bardzo czułych instrumentów, takich jak sondy anizotropowe Wilkinson Space Microwave NASA i europejski teleskop kosmiczny Planck. Uważa się, że identyfikacja tych odchyleń pomoże zrozumieć, jak powstał wszechświat, dużą skalę jego struktury i naturę tworzenia starożytnych galaktyk.

1. Wszechświat rozszerza się i przyspiesza

W 1929 r. Edwin Hubble odkrył, że Wszechświat się rozszerza. Był aktywnym i sumiennym odkrywcą, używając nowego 100-calowego teleskopu umieszczonego na Mount Wilson w Kalifornii, dokonał wielu odkryć, w tym rzeczywistych odległości do galaktyk. Zrobił to, obserwując nowe gwiazdy w tych galaktykach, oceniając ich jasność, a następnie obliczył, jak jasność odnosi się do odległości. Następnie, w oparciu o pracę astronoma Vesto Slipfera, Hubble zmierzył ruch galaktyk i opublikował artykuł, który ostatecznie pokazał, że Wszechświat się rozszerza.

Odkrycie to było zdumiewające, ale niespodzianka trwała, gdy pod koniec lat 90. wszechświat przyspieszył podczas ekspansji. Astronomowie zmierzyli supernowe w odległych galaktykach i stwierdzili, że są one mniej jasne niż powinny, sądząc po ich czerwonym przesunięciu (wskazując, że oddalają się od nas). To odkrycie przyniosło naukowcom nagrodę Nobla.

1. Nie możemy zobaczyć większości materii wszechświata

Przyspieszona ekspansja wszechświata była tajemnicą dla astronomów i zasugerowali, że powinna istnieć siła, która popycha ją do przodu. Dziś główna teoria głosi, że istnieje siła zwana ciemną energią, której nie można wykryć za pomocą nowoczesnych technologii astronomicznych. Istnieje kilka teorii na temat ciemnej energii. Być może jest to sama przestrzeń kosmiczna. Podczas ekspansji przestrzeni powstaje więcej ciemnej energii, co jeszcze bardziej rozszerza ekspansję. Inne możliwe wyjaśnienie pochodzi z teorii materii kwantowej, zgodnie z którą cząstki kwantowe pojawiają się i znikają, tworząc energię.

Uważa się, że ciemna energia stanowi około 68% masy znanego wszechświata, a ciemna materia 27%. Naukowcy nie są pewni, czym jest ciemna materia, ale zdają sobie sprawę, że według obliczeń grawitacyjnych większość Wszechświata nie jest dla nas widoczna. Możemy pośrednio obserwować ciemną materię pod wpływem grawitacji. Jednym z przykładów jest załamanie światła przez takie zjawisko jak soczewka grawitacyjna. Reszta wszechświata, mniejsza niż 5%, składa się z energii i materii, które widzimy za pomocą teleskopów.

1. W innych światach jest lód wodny

Woda jest uważana za kluczowy element życia, az czasem dowiadujemy się, że jest to element uniwersalny w Układzie Słonecznym i w całym Wszechświecie. Pierwsze obserwacje statków kosmicznych w latach 70. i 80. pokazały istnienie lodowych światów poza Ziemią. Odkrycie satelitów lodowych w pobliżu Jowisza i Saturna i poza nimi było niespodzianką, ponieważ obserwowaliśmy satelitę Ziemi, który był pozbawiony atmosfery, ale z czasem nauczyliśmy się oceniać ich złożony skład chemiczny.

Te światy (jak Europa Jowisz i Enceladus Saturn) są uważane za najbardziej odpowiednie do życia poza Ziemią, które znamy w Układzie Słonecznym. Można również zauważyć, że woda może znajdować się w tych satelitach w postaci ciekłej. Jednym z przykładów jest Titan Saturna , który jest wypełniony węglowodorami (jednym z elementów życia) i istnieje opcja, w której pod powierzchnią może znajdować się ciekły ocean. Bardziej nowoczesne obserwacje z lat 90. i późniejszych ujawniły oblodzenie w niektórych nieoczekiwanych miejscach. Okazało się, że lód wodny może przetrwać na bezpowietrznym satelicie, a nawet na Merkurym (najbliższej planecie do Słońca), podczas gdy znajduje się w cienistych kraterach lub pod ochronną warstwą pyłu. Mars ma również czapki polarne, częściowo złożone z lodu wodnego. Lód wodny jest obecny na kometach i niektórych małych światach, takich jak planeta karłowata Ceres.

1. Nadal istnieje wiele odkryć

Astronomia nauczy się tylko wielu interesujących rzeczy, po ulepszeniu teleskopów, by zbadać pochodzenie wszechświata i poszukać innych światów. Na przykład, NASA NASA (odbiornik Kosmicznego Teleskopu Hubble'a) planuje uruchomienie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w 2018 r., Aby przyjrzeć się pochodzeniu i ewolucji galaktyk, jak pojawiły się gwiazdy i pochodzenie „pierwszego światła” (kiedy pierwszy promień światła pojawił się natychmiast po utworzeniu Wszechświata).

Europejski Ekstremalnie Duży Teleskop, który ma zostać ukończony w 2024 roku, będzie śledził tajemnice Wszechświata z Ziemi. Za jego pomocą planowane jest rozważenie egzoplanet, wczesnych dni Wszechświata, supermasywnych czarnych dziur i tajemniczej natury ciemnej materii i ciemnej energii. ECBT, James Webb i teleskopy następnej generacji będą szukać planet podobnych do Ziemi w innych systemach gwiezdnych, w tym badania ich pochodzenia, atmosfery i orbit.

Niedawne odkrycie fal grawitacyjnych, które są kluczowym elementem ogólnej teorii względności Einsteina przewidywanej 100 lat temu, może stworzyć nowy rodzaj astronomii - astronomię fal grawitacyjnych. Niezależnie od widma elektromagnetycznego (światło widzialne, promieniowanie rentgenowskie i promienie podczerwone), astronomia fal grawitacyjnych będzie w stanie zmierzyć pulsację w przestrzeni, ujawniając masywne obiekty, które w przeciwnym razie pozostałyby niewidoczne.