Кластар галактыкі LCDCS-0829, як назіраецца ў касмічным тэлескопе Хабла. Гэты кластар галактык адыходзіць ад нас, і толькі праз некалькі мільярдаў гадоў ён стане недасягальным, нават пры хуткасці святла. Крэдыт малюнка: ESA / Hubble & NASA.

Як мы разумелі касмічную прорву?

Погляд у вялікую, змрочную невядомасць была таямніцай на працягу тысяч гадоў. Больш не!

"Навука не можа распавесці тэалогіі, як пабудаваць вучэнне пра стварэнне, але вы не можаце пабудаваць дактрыну стварэння без уліку ўзросту Сусвету і эвалюцыйнага характару касмічнай гісторыі". -John Polkinghorne

Позірк у начное неба выклікае мноства пытанняў, пра якія любы інтэлігентны цікаўны чалавек можа задацца пытаннем:

  • Якія гэтыя кропкі святла ў небе?
  • Ці ёсць такія нашы Сонечныя, і калі так, ці ёсць у іх планеты, як у нас?
  • Як далёка да зорак, і як доўга яны жывуць?
  • Што ляжыць за межамі нашай галактыкі Млечны Шлях?
  • Як выглядае ўвесь Сусвет?
  • І як гэта сталася такім?

Тысячы гадоў гэта былі пытанні паэтаў, філосафаў і тэолагаў. Але па-навуковаму, мы не толькі выявілі адказы на ўсе гэтыя пытанні, але і ў адказ на іх узніклі яшчэ большыя, якія мы ніколі не маглі прадбачыць.

Стандартная касмічная шкала гісторыі нашай Сусвету. Малюнак: NASA / CXC / M.Weiss.

За выключэннем некалькіх целаў у нашай Сонечнай сістэме, якія адлюстроўваюць святло нашага Сонца ў нас, кожная кропка бліскучага святла, якую мы бачым на начным небе, - гэта зорка. Яны бываюць розных колераў: ад чырвонага да аранжавага да жоўтага да белага да сіняга, і яны бываюць рознай яркасці, ад усяго толькі каля 0,1%, як наша Сонца, да літаральна мільёнаў разоў яркасці Сонца. Яны настолькі далёкія, што, падобна, яны знаходзяцца ў адным становішчы не толькі ноч за ноччу, але і год за годам. Самая першая спроба вымераць свае адлегласці была заснавана на адзіным меркаванні: калі б зоркі былі аднолькавымі Сонцу, наколькі яны былі б яркімі? Зыходзячы з нашага разумення таго, як на яркасць ўплывае адлегласць, найяскравейшая зорка начнога неба Сірыус, паводле ацэнак, складае 0,4 светлавых гадоў, велізарная адлегласць. Калі б у 1600-я гады ведалі, у колькі разоў ярчэйшы Сірыус, чым Сонца, ацэнка адлегласці была б знішчана менш чым на 10%.

Наша сонца - зорка класа G. Хоць вялікія і яркія з іх больш уражваюць, іх колькасць значна менш. Сірыюс, зорка A класа, у 20–25 разоў ярчэйшы за наша Сонца, але зоркі O, B і A складаюць толькі 1% ​​зорак * у галактыцы. Малюнак: Wikimedia Commons карыстальнік LucasVB.

Тое, што іншыя зоркі - гэта сонцы, падобныя да ўласных, не было даказана да вынаходства спектраскапіі, дзе мы маглі разбіць святло на асобныя даўжыні хваль і ўбачыць подпісы таго, што атомы і малекулы прысутнічалі. Каля 90% зорак менш і слабейшыя, чым у нас, каля 5% - больш масіўныя і яркія, а каля 5% - падобныя на сонца ў сваёй масе, памерах і яркасці. За апошнія 25 гадоў мы выявілі, што планеты - гэта норма вакол зорак, пацвердзіўшы больш за 3000 планет за межамі нашай Сонечнай сістэмы. Касмічны карабель НАСА "Кеплер" - на сённяшні дзень найвялікшы інструмент пошуку планеты, які мы калі-небудзь выкарыстоўвалі, выяўляючы каля 90% экзопланет, пра якія мы ведаем сёння.

21 планета Кеплера выяўлена ў жылых зонах сваіх зорак, не больш чым у два разы больш дыяметра Зямлі. (Проксима b, не выяўленая ў Кеплера, дасць колькасць да 22). Большасць гэтых светаў арбіты чырвоных карлікаў, бліжэй да

Вымераючы, як зорка рухаецца з-за гравітацыйнага перацягвання сваіх планет, мы можам зрабіць выснову аб іх масе і арбітальным перыядзе. Вымераючы, колькі святла зоркі цьмянее за кошт планеты, якая праходзіць перад ёй, мы можам вымераць як яе перыяд, так і яго фізічны памер. На сённяшні дзень больш за 20 камяністых, прыблізна памераў Зямлі былі знойдзены ў зонах "патэнцыйна заселеных" вакол іх зорак, гэта значыць, што калі ў гэтых светах ёсць атмасфера, падобная на Зямлю, яны будуць мець патрэбную тэмпературу і ціск на вадкую ваду. на іх паверхні. Зусім нядаўна ў Проксіме Кентаўры, бліжэйшай да нашага Сонца зорцы, было знойдзена, магчыма, самая падобная на Зямлю планета, усяго за 4,2 светлавых гадоў.

Прадстаўленне мастака Проксімы Кентаўры, як відаць з

Для дакладнага вымярэння адлегласці да зорак, найлепшым метадам з'яўляецца вымярэнне іх пазіцый максімальна дакладна на працягу ўсяго года. Калі Зямля рухаецца па арбіце вакол Сонца, праехаўшы за 300 мільёнаў кіламетраў ад свайго месцазнаходжання за шэсць месяцаў да гэтага, бліжэйшыя зоркі, як мяркуецца, зрушацца, сапраўды гэтак жа, як ваш вялікі палец, як зрушыцца, калі ўтрымліваць яго на адлегласці далоні і закрыць спачатку вочы, потым адчыніце яго і зачыніце другі.

Метад паралакса, які выкарыстоўваецца GAIA, уключае ў сябе заўважнае змяненне становішча суседняй зоркі ў параўнанні з больш далёкімі, фонавымі. Малюнак: ESA / ATG medialab.

Гэты феномен, вядомы як паралакс, упершыню быў дакладна вымераны да сярэдзіны 19 стагоддзя, даючы нам адлегласць да бліжэйшых зорак. Пасля таго, як вы ведаеце, як далёка знаходзіцца зорка, і вы вымяраеце іншыя яе ўласцівасці, вы можаце выкарыстоўваць гэтую інфармацыю для ідэнтыфікацыі іншых зорак, як гэта, і, такім чынам, вызначыць, наколькі далёка ўсё, што вы можаце ўбачыць у Сусвеце. Мы можам перайсці ад найбліжэйшых зорак да ўсіх зорак нашай галактыкі да зорак у галактыках, якія выходзяць за межы нашай уласнай да самых далёкіх назіраных галактык.

Глыбокае поле Hubble eXtreme (XDF), якое выявіла прыблізна на 50% больш галактык на квадратны градус, чым папярэдняе поле Ультра-глыбокае. Малюнак: НАСА; ESA; Г. Ілінгворт, Д. Мэгі і П. Эш, Універсітэт Каліфорніі, Санта-Крус; Р. Бувенс, Лейдэнскі універсітэт; і каманда HUDF09.

Гэта працуе так жа, як лесвіца, дзе вы наступаеце на першы прыступку і карыстаецеся гэтым крокам, каб дабрацца да наступнага перагону, і кожны раз вы атрымліваеце крыху далей у сваім шляху. Спадарожнік GAIA Еўрапейскага касмічнага агенцтва, запушчаны ў 2013 годзе, імкнецца вымераць становішча паралаксаў мільёнаў зорак, даючы нам найбольш бяспечную "першую стужку" на лесвіцы касмічнай адлегласці ўсіх часоў і народаў.

Карта зорнай шчыльнасці ў Млечным Шляху і навакольным небе, наглядна дэманструючы Млечны Шлях, вялікія і малыя магеланавыя аблокі, і калі прыгледзецца больш уважліва, NGC 104 злева ад SMC, NGC 6205 крыху вышэй і злева ад ядро галактыкі, а NGC 7078 крыху ніжэй. Малюнак: ESA / GAIA.

Зоркі спальваюць сваё паліва гэтак жа, як і Сонца: шляхам ператварэння вадароду ў гелій у ядрах. Гэты працэс ядзернага сінтэзу выпраменьвае вялікую колькасць энергіі Эйнштэйнам E = mc ^ 2, бо кожнае ядро ​​гелія, якое вы выпрацоўваеце з чатырох ядраў вадароду, на 0,7% лягчэйшае, чым вы пачалі. За 4,5 мільярда гадоў гісторыі нашага Сонца ён страціў прыблізна масу Сатурна ў працэсе ззяння, як ён гэта робіць. Але ў нейкі момант у Сонца і кожнай зоркі ў Сусвеце скончыцца паліва ў сваёй сутнасці.

Анатомія Сонца, уключаючы ўнутранае ядро, якое з'яўляецца адзіным месцам, дзе адбываецца зліццё. Малюнак: NASA / Джэні Мотар.

Пасля гэтага ён пашырыцца і ператворыцца ў чырвонага гіганта, зліваючы гелій у вуглярод. Яшчэ больш масіўныя зоркі будуць распальваць вуглярод у кісларод, кісларод у крэмній, серу і магній, а самыя масіўныя зоркі будуць зліваць крэмній у жалеза, кобальт і нікель. Зоркі, такія як наша Сонца, будуць мякка паміраць, узрываючы свае знешнія пласты ў планетарнай туманнасці, у той час як самыя масіўныя зоркі загінуць пры катастрафічным выбуху звышновай, адначасова перапрацоўваючы цяжкія элементы, якія ўтвараюцца назад у міжзоркавую сераду.

Нашае Сонца будзе мець агульную жыццё каля 12 мільярдаў гадоў, у той час як зоркі з найменшай масай (каля 8% ад масы нашага Сонца) будуць гарэць сваім палівам марудней, жывучы больш за 10 трыльёнаў гадоў: шмат разоў цяперашняя эпоха Сусвету. Але самыя масіўныя зоркі спальваюць сваё паліва хутчэй, некаторыя зоркі жывуць толькі за некалькі мільёнаў гадоў, перш чым яны паміраюць і выкідваюць свае цяжкія элементы назад у Сусвет.

Рэшткі звышновай N 49, знойдзены ў межах нашага Млечнага Шляху. Крэдыт малюнка: NASA / ESA і каманда па спадчыне Хабла (STScI / AURA).

Такія цяжкія элементы, як вуглярод, кісларод, азот, фосфар, крэмній, медзь і жалеза не толькі важныя для жыцця як мы ведаем, але для стварэння скальных планет у першую чаргу. Некалькі пакаленняў зорак жывуць, спальваючы сваё паліва, гінуць і перапрацоўваюць гэтыя інгрэдыенты назад у космас, дзе яны дапамагаюць фарміраваць зоркі наступных пакаленняў, каб стварыць такі свет, як Зямля. І тут, з нашага пункту гледжання, мы змаглі зазірнуць у Сусвет не толькі праз вялікія касмічныя адлегласці, але і назад у мінулае Сусвету.

Галактыка NGC 7331, з больш аддаленымі галактыкамі і бліжэй, зоркі пярэдняга плана таксама ў кадры. Крэдыт малюнка: Адам Блок / Mount Lemmon SkyCenter / Універсітэт Арызоны.

Тое, што хуткасць святла з'яўляецца канчатковай і пастаяннай і складае 299,792,458 м / с, не азначае толькі затрымкі ў адпраўцы сігналаў на вельмі вялікія адлегласці. Гэта азначае, што, калі мы глядзім на далёкія аб'екты, мы бачым іх не такімі, якімі яны ёсць сёння, а як яны былі ў далёкім мінулым Сусвету. Паглядзіце на зорку 20 светлавых гадоў, і вы бачыце яе як 20 гадоў таму. Паглядзіце на галактыку, якая праходзіць 20 мільёнаў светлавых гадоў, і вы бачыце яе 20 мільёнаў гадоў таму.

Галактыкі падобныя на Млечны Шлях, як яны былі ў больш раннія часы ў Сусвеце. Малюнак: НАСА, ЕКА, П. ван Докум (Ельскі ўніверсітэт), С. Патэль (Універсітэт Лейдэна) і каманда 3D-HST.

Мы змаглі азірнуцца так далёка назад, дзякуючы такім магутным тэлескопам, як Хаббл, што нам удалося праглядаць галактыкі ў Сусвеце такімі, як яны былі мільярды гадоў таму назад, калі Сусвет складала ўсяго некалькі адсоткаў ад свайго цяперашняга часу узрост. Мы бачым, што ў мінулым галактыкі былі меншымі, менш масіўнымі, больш блакітнымі ва ўласнай афарбоўцы, утвараючы зоркі хутчэй, і былі менш багатыя гэтымі цяжкімі элементамі, якія нам патрэбныя для фарміравання планет. Мы таксама бачым, што з цягам часу гэтыя галактыкі зліваюцца паміж сабой і ўтвараюць вялікія структуры. Мы можам сабраць усю гэтую карціну і ўявіць, як эвалюцыянуе Сусвет, каб стаць такім, якім ён ёсць у цяперашні час.

Уся Сусвет - гэта велізарнае касмічнае палатно, дзе ў месцах перасячэння гэтых касмічных нітак утвараюцца галактыкі і навалы галактык. Паміж імі існуюць велізарныя касмічныя пустэчы, пазбаўленыя зорак і галактык, дзе гравітацыя ў больш шчыльных рэгіёнах выцягнула гэтую матэрыю для выкарыстання ў іншых мэтах. Мы бачым, што гэта адбываецца ў нашым маштабе сёння, калі галактыкі ў лакальнай групе рухаюцца адна да адной. У нейкі момант, на чатыры-сем мільярдаў гадоў у будучыні, наш бліжэйшы буйны сусед Андрамеда аб'яднаецца з нашым Млечным Шляхам, стварыўшы гіганцкую эліптычную галактыку: Milkdromeda.

Серыя здымкаў, якія паказваюць зліццё Млечнага Шляху-Андрамеды, і як неба будзе здавацца розным ад Зямлі, як гэта адбываецца. Малюнак: НАСА; Z. Levay і R. van der Marel, STScI; Т. Галас; і А. Мелінгер.

І ўвесь гэты час Сусвет працягвае пашырацца да лёсу больш халоднага, пустога і больш далёкага. Галактыкі па-за межамі нашай лакальнай групы адыходзяць ад нас саміх і адзін ад аднаго. Рэчы, якія гравітацыйна звязаны - планеты, зоркі, сонечная сістэма, галактыкі і галактыкі - будуць заставацца звязанымі да таго часу, пакуль зоркі будуць гарэць у нашай Сусвеце. Але кожная асобная група галактык або кластар будзе адступаць ад усіх астатніх, паколькі з цягам часу Сусвет становіцца халадней і самотней.

Дапускаюцца чатыры магчымыя лёсы Сусвету, толькі матэрыя, выпраменьванне, скрыўленне і касмалагічная канстанта. Ніжняя

А гэта азначае, што калі мы вернемся да самага пачатку і спытаем, як гэта ўсё атрымалася, мы маем:

  • назіральная Сусвет, якая пачыналася з гарачага, шчыльнага, пераважна аднастайнага стану, вядомага як Вялікі выбух;
  • які астуджаецца, што дазваляе рэчывам і антыматэрыялам знішчыць, пакідаючы толькі невялікую колькасць рэчывы;
  • які астуджаецца дадаткова, дазваляючы пратонам і нейтронам злівацца разам з геліем, не разрываючыся;
  • што астуджаецца яшчэ больш, што дазваляе ствараць устойлівыя нейтральныя атамы;
  • там, дзе гравітацыйныя недасканаласці раслі і раслі, што прывяло да зліцця газаў у некаторых рэгіёнах, якія сталі досыць шчыльнымі, каб утварыць першыя зоркі;
  • там, дзе самыя масіўныя зоркі гарэлі сваім палівам, гінулі і перапрацоўвалі свае цяжкія элементы назад у міжзоркавую сераду;
  • невялікія зорныя навалы і галактыкі зліваліся разам і раслі, выклікаючы новыя хвалі адукацыі зорак;
  • дзе праз мільярды гадоў утвараюцца новыя зоркі з камяністымі планетамі і інгрэдыентамі для жыцця;
  • дзе галактыкі, якія размяшчаюць іх, перараслі ў спіральныя і эліптычныя гіганты, якія мы маем сёння;
  • і дзе праз 9,2 мільярда гадоў пасля Вялікага выбуху ў ізаляванай спіральнай галактыцы фармуецца зорны кластар, які працуе на млыне, дзе 2% элементаў цяжэй вадароду і гелія;
  • адным з якіх бывае наша Сонца;
  • і там, дзе пасля дадатковых 4,54 (ці каля таго) мільярдаў гадоў узнікае разумны выгляд, які можа пачаць збіраць часткі нашай касмічнай гісторыі разам, разумеючы, адкуль мы ўзяліся ўпершыню.
Фрэска Берціні Галілея Галілея, якая паказвае Венецыянскаму дожу, як выкарыстоўваць тэлескоп 1858 года.

Мы даведаліся больш прадметаў, пра якія мы даведаліся, і больш глыбіні вывучэння гэтых праблем. (Мая першая кніга "За межамі Галактыкі" робіць менавіта гэта.) Так, ёсць пытанні, над якімі мы ўсё яшчэ працуем, напрыклад, як узнікала асіметрыя матэрыі / антыматэрыі, як наладжваўся і пачынаўся Вялікі выбух і як дакладна Сусвет сустрэне свой канчатковы лёс. Але на пытанні пра тое, як выглядае Сусвет, як яно стала такім і што гэта фізічна робіць, адказалі не філосафы, паэты ці тэолагі, а навуковыя намаганні. І калі на новыя вялікія пытанні трэба адказваць - на адказы на папярэднія вялікія пытанні - гэта зноў будзе навука, якая паказвае нам шлях.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!