Grenzen für junge Köpfe

Abstract

Messen von Entfernungen zu anderen Galaxien ist ein wichtiger Teil unserer Fähigkeit zu verstehen, wie das Universum funktioniert. Astronomen können so genannte Oberflächenhelligkeitsschwankungen (kurz SBF) zusammen mit der Farbe einer Galaxie verwenden, um zu berechnen, wie weit sie von der Erde entfernt sind. Die meisten auf diese Weise gemessenen Galaxien sind Millionen von Lichtjahren entfernt.,

Platz ist Groß

In seinem Buch “ Der Anhalter durch die Galaxis, Douglas Adams sagt, „der Raum ist groß. Der Raum ist wirklich groß! Sie würden einfach nicht glauben, wie enorm mindbogglingly groß es ist .“

Er war auch kein Scherz! Stellen Sie es sich so vor. Tun Sie so, als wären Sie auf der Autobahn in Deutschland. Sie sind in einem Ferrari, Zoomen bei 300 km / h (186 mph). Wenn Sie nicht aufhören müssten, könnten Sie in etwa 133 h oder 5einhalb Tagen um die Erde gehen. Stellen Sie sich nun vor, Ihr Ferrari könnte plötzlich zur Sonne reisen., Es würde fast 4.000 Mal länger dauern, um zur Sonne zu gelangen, als um die Erde zu fahren! Das sind ~22.000 Tage im Ferrari! Der nächste Stern, der nicht die Sonne ist, heißt Alpha Centauri. Um dorthin zu gelangen, wäre es fast 300.000 Mal so, als würde man zur Sonne fahren! Die nächste Galaxie, Andromeda, ist fast 600.000 Mal weiter als Alpha Centauri! Die entferntesten Galaxien, die ich messe, sind über 100 Mal weiter als Andromeda, und um zum Ende des sichtbaren Universums zu gelangen, muss man fast 150 Mal weiter gehen!,1 Wie auch immer, wenn Sie bis zum Ende des sichtbaren Universums oder so ziemlich überall im Weltraum fahren wollten, würde es sehr lange dauern.

Messen des Weltraums mit Parsecs

Da der Weltraum so groß ist, sagen viele Astronomen nicht gerne, wie weit die Dinge Meilen oder Kilometer entfernt sind. Stattdessen verwenden wir eine Messung, die wir parsec nennen. Erinnerst du dich an Alpha Centauri, den nächsten Stern? Es ist 1.347 Parsecs oder 41.560.000.000.000.000 (oder 41.56 Billionen) Kilometer entfernt., Ich mag Parsecs, weil sie für mich einfacher zu verwenden und zu verstehen sind als alle Nullen, die es gibt, wenn wir Kilometer verwenden.

Holprige Galaxien

Es ist ziemlich cool, dass der Raum so groß ist, oder zumindest denke ich es. Aber woher wissen wir überhaupt, wie groß der Raum ist? Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Dinge im Raum zu messen, aber ich konzentriere mich darauf, die Entfernung zu Galaxien mit einer ganz speziellen Methode namens Surface Helligkeitsschwankungen (SBF) zu messen. Um zu erklären, wie SBF funktioniert, Schauen Sie sich das Telefon oder den Computerbildschirm an, auf dem Sie dies lesen., Wenn sich der Bildschirm wirklich nahe an Ihrem Gesicht befindet, können Sie die Pixel oder die winzigen Lichter, aus denen das Bild besteht, auf dem Bildschirm sehen. Jetzt zurück, bis Sie die Pixel nicht mehr sehen können.

Sie können Pixel auf Ihrem Bildschirm erkennen, wenn sie sich in der Nähe befinden, da Ihr Bildschirm nur aus vielen Pixeln besteht. Ebenso sind Galaxien nur ein Haufen zusammengeklumpter Sterne. Jetzt ist ein Galaxy kein Telefonbildschirm, aber es verhält sich ähnlich. Wenn Galaxien in unserer Nähe sind, sehen wir größere Unebenheiten, die von dieser Galaxie kommen, weil die Galaxiensterne organisiert sind., Genau wie ein Bildschirm, wenn Galaxien weiter entfernt sind, verschmelzen all diese Sterne miteinander, und die Galaxie wird wirklich glatt aussehen, ähnlich wie die Pixel auf einem Bildschirm zusammenpassen, wenn Sie sich zurücklehnen. In Abbildung 1 können Sie sehen, wie eine engere Galaxie holpriger aussieht als eine weiter entfernte. Wenn wir die Größe der Unebenheiten kennen, hilft es Astronomen herauszufinden, wie viele Sterne diese Galaxie hat, da Sterne in einer Galaxie organisiert sind.,

Measuring Bumps

Um die Größe der“ Bumps “ in einer fernen Galaxie zu messen, müssen wir den Hauptteil der Galaxie aus dem Bild entfernen, um uns auf die Unebenheiten zu konzentrieren. Zu diesem Zweck erstellt ein Computer ein Bild einer wirklich glatt aussehenden Galaxie, die der ähnelt, von der wir ein Bild gemacht haben. Wir nehmen dann das glatte Galaxienbild, das vom Computer generiert wurde, und subtrahieren es vom Bild in unserem Originalbild, wobei nur die Unebenheiten der Galaxie übrig bleiben, wie in Abbildung 2 gezeigt., Sobald wir nur die Unebenheiten in unserem Bild haben, müssen wir als nächstes etwas herausfinden, das als Leistungsspektrum bezeichnet wird. Das Leistungsspektrum sagt uns, wie viele große Unebenheiten eine Galaxie hat, verglichen mit wie vielen kleinen Unebenheiten sie hat. Wenn das Leistungsspektrum uns sagt, dass das Bild viele detaillierte, scharfe Unebenheiten aufweist, könnte dies bedeuten, dass die Galaxie näher an uns ist. Wenn dieselbe Galaxie weiter entfernt ist, zeigt das Leistungsspektrum nur weniger detaillierte, glattere Unebenheiten im Bild., Wenn Sie die Farbe dieser Galaxie kennen und wie viele Sterne sie hat, können Sie herausfinden, wie viel Licht die Sie sollten sehen, ob es eine bestimmte Entfernung entfernt ist.

Bunte Galaxien

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen mit Ihren Freunden am Lagerfeuer und rösten leckere Marshmallows. Haben Sie sich jemals gefragt, warum einige Teile des Feuers rot, einige orange, einige gelb und einige weiß sind? Dies liegt daran, dass kühlere Teile des Feuers rot aussehen, heißere Teile orange aussehen, noch heißere Teile gelb aussehen und die heißesten weiß sind. Wenn Sie das Feuer heiß genug bekommen könnten, würde es sogar blau aussehen (aber es würde Ihnen auch einen sehr schlechten Sonnenbrand geben). Galaxien sind auf die gleiche Weise., Genau wie Feuer, wenn Galaxien kältere Sterne enthalten, sehen sie rot aus. Wenn sie heißere Sterne enthalten, sehen sie blauer aus. Wenn wir die Farbe einer Galaxie kennen, wissen wir, wie heiß die Sterne sind. Anhand der Farbe der Galaxie können wir herausfinden, wie viel Licht die Sterne in einer Galaxie erzeugen. Sobald wir wissen, wie viel Licht jeder Stern erzeugt, können wir herausfinden, wie hell die Galaxie in einer bestimmten Entfernung sein sollte, wenn wir wissen, wie viele Sterne es insgesamt gibt.

Farbe und Unebenheiten zusammen können Abstand geben

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in der Nähe eines Lagerfeuers., Wenn Sie direkt neben dem Feuer sind, können Sie seine Wärme spüren und vielleicht sogar genug Licht haben, um ein Buch zu lesen. Aber stell dir vor, du fängst an, vom Feuer wegzulaufen. Sie werden sich schnell kälter fühlen und bald wird es zu dunkel sein, um zu lesen, was Sie in Abbildung 3 sehen können. Das Feuer wird auch so aussehen, als wäre es nur eine Farbe anstelle eines Farbbündels. Das liegt nicht daran, dass das Feuer ausgeht oder weil es jetzt eine einzige Farbe ist, sondern daran, dass Sie weiter vom Feuer entfernt sind., Wenn Sie die Art und Weise, wie das Feuer aussieht, wenn Sie sich daneben befinden, sorgfältig mit der Art und Weise vergleichen, wie es von weit weg aussieht, können Sie berechnen, wie weit Sie gegangen sind. Genau wie bei einem Lagerfeuer sehen wir weniger Licht und Details von Galaxien, je weiter sie entfernt sind.

Die Holprigkeit einer Galaxie hängt sowohl davon ab, wie weit sie entfernt ist, als auch von ihrer Farbe, weshalb beide Arten von Daten benötigt werden. Die Farbe einer Galaxie sagt uns, wie heiß die Sterne sind und wie viel Licht sie produzieren. Sobald wir wissen, wie heiß die Sterne sind und wie groß die Unebenheiten der Galaxie sind, können wir herausfinden, wie viele Sterne es in dieser Galaxie gibt und wie viel Licht die Galaxie erzeugt., Von dort aus können Astronomen endlich die Entfernung berechnen, die die Galaxie von der Erde entfernt hat, da sie wissen, wie hell die Galaxie in einer bestimmten Entfernung aussehen sollte, genau wie Sie messen können, wie weit Sie gegangen sind, indem Sie das vom Feuer kommende Licht vergleichen.

Warum sind Entfernungen wichtig?

Es gibt viele Gründe, Entfernungen zu Galaxien zu messen, obwohl dies eine Menge Arbeit sein kann., Wenn wir die Entfernung zu einer Galaxie nicht kennen, können wir nicht herausfinden, wie groß die Galaxie ist, wir würden nicht wissen, wie groß das Schwarze Loch der Galaxie ist oder wie viel Zeug unter so vielen Dingen in dieser Galaxie ist. Es ist sehr schwierig, andere coole Theorien zu testen, die Astronomen haben, wie Theorien über Dunkle Materie, dunkle Energie und andere Geheimnisse des Universums, wenn wir nicht wissen, wie weit die Dinge entfernt sind! Wenn wir nie herausfinden würden, wie wir Entfernungen im Weltraum messen können, könnten wir nicht verstehen, wie das Universum wirklich ist.,

Ich wurde auch gefragt: „Warum ist es wichtig zu wissen, wie das Universum ist?“Es ist wichtig zu verstehen, wie das Universum funktioniert, denn wenn wir es tun, können wir dieses Wissen nutzen, um erstaunliche Dinge zu erschaffen und zu tun. Vor über 300 Jahren hat Sir Isaac Newton herausgefunden, wie die Planeten um die Sonne kreisen. Das selbst war eine ziemlich coole Entdeckung, aber was die meisten Leute nicht wissen, ist, dass er bei dieser Entdeckung auch calculus4 entwickelte., Kalkül ist eine Art Mathematik, die Menschen dabei geholfen hat, Dinge wie Satelliten, Computer, Telefone, das Internet und Werkzeuge für Ärzte zu erfinden, um Leben zu retten! Sogar das Essen, das Sie essen, und die Kleidung, die Sie tragen, sind da, weil Wissenschaftler coole Entdeckungen darüber gemacht haben, wie unser Universum funktioniert.

Wir wissen also, dass das Verständnis von Entfernungen im Weltraum wichtig ist, da diese Informationen uns helfen werden zu lernen, wie das Universum funktioniert. Aber warum ist SBF wichtig zu verwenden? Wenn Sie sich erinnern, wie groß der Weltraum ist und wie alles super weit weg ist, ist es wirklich schwierig, die Entfernungen zu fernen Galaxien zu messen., Wir wissen, wie weit einige Galaxien entfernt sind, aber im Allgemeinen sind die Galaxien, die wir kennen, wirklich nahe an der Erde. Wenn wir die Entfernung zu einer weiter entfernten Galaxie messen möchten, können wir ihre Farbe und Unebenheit mit den Eigenschaften von Galaxien vergleichen, die näher sind, und dann aus diesen Daten eine Entfernungsmessung durchführen. SBF kann uns also die Entfernung zu einer Galaxie geben, die wir sonst nicht hätten messen können.

Also, Was kommt als Nächstes?

Da es viel Arbeit erfordert, wurde SBF nur an einigen Galaxien durchgeführt., Es wird in Zukunft viele neue Teleskope geben, die viele Bilder aufnehmen, also werden wir noch viele Bilder haben, die wir jetzt haben. Ich arbeite an Computerprogrammen, die es viel schneller machen, diese Bilder zu analysieren und Entfernungsmessungen durchzuführen, damit Astronomen Entfernungen zu so vielen Galaxien wie möglich messen können!

Alpha Centauri: Der nächste Stern unseres Sonnensystems. Es ist 1,37 parsec, oder 41.53 Billionen Kilometer, von der Erde aus.

Galaxie: Ein Haufen Sterne, vielleicht sogar Billionen, die alle zusammenklumpen und sich im Orbit umeinander befinden.,

Andromeda-Galaxie: Eine der nächsten Galaxien unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße.

Parsec: Eine Art, wie Astronomen Entfernungen im Weltraum beschreiben. Ein Parsec entspricht 30, 86 Billionen Kilometern.

Surface Helligkeitsschwankungen (SBF): Wie holpriges Licht in einem Bild einer Galaxie von Ort zu Ort erscheint. Es ist das, was wir messen, um die Entfernung einer Galaxie zu bestimmen.

Pixel: Ein sehr kleines Licht, das ein einzelner Teil eines Bildschirms ist. Ein Fernseher besteht aus vielen Pixeln zusammen.,

Leistungsspektrum: Dies gibt Auskunft über die Größe aller Unebenheiten, die wir auf einem Bild einer Galaxie sehen.

Galaxienfarbe: Die Farbe einer Galaxie sagt uns, wie heiß die Sterne in dieser Galaxie sind.

Kalkül: Die super nützliche Mathematik, die Isaac Newton erfunden und zur Astronomie verwendet hat.

Interessenkonflikt

Der Autor erklärt, dass die Forschung ohne kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.

Fußnoten

1 Ich habe alle meine Nummern von dieser Website erhalten: https://www.wolframalpha.com/., Geben Sie einfach den Namen eines Sterns oder einer Galaxie ein, über die Sie mehr wissen möchten.

2 http://www.gemini.edu/ ist eine Website, auf der Sie mehr über das Gemini-Teleskop erfahren können.

3 Dieser website erfahren Sie mehr über die Hubble: http://hubblesite.org/

4 https://web.physics.wustl.edu/alford/general/newton.html