granice dla młodych umysłów

przestrzeń jest duża

Douglas Adams w swojej książce The Hitchhikers Guide to the Galaxy mówi: „przestrzeń jest duża. Przestrzeń jest naprawdę duża! Po prostu nie uwierzyłbyś, jak ogromnie jest to niesamowicie duże .”

on też nie żartował! Wyobraź to sobie w ten sposób. Udawaj, że jesteś na autostradzie w Niemczech. Jesteś w Ferrari, z prędkością 300 km / h (186 mph). Jeśli nie musisz się zatrzymywać, możesz okrążyć ziemię w około 133 h, czyli 5 i pół dnia. Teraz wyobraź sobie, że Twoje Ferrari nagle może podróżować do słońca., Dotarcie do słońca zajmie prawie 4000 razy więcej czasu niż okrążenie ziemi! To jest ~22,000 dni w Ferrari! Najbliższa gwiazda, która nie jest słońcem, nazywa się Alfa Centauri. Aby się tam dostać, to byłoby jak jazda do słońca prawie 300,000 razy! Najbliższa galaktyka, Andromeda, jest prawie 600,000 razy dalej niż alfa Centauri! Najdalsze galaktyki, które mierzę, są ponad 100 razy dalej niż Andromeda, a aby dotrzeć do końca widzialnego wszechświata, musisz iść prawie 150 razy dalej!,1 w każdym razie, jeśli chcesz jechać do końca widzialnego wszechświata, lub prawie wszędzie w kosmosie, zajęłoby to naprawdę dużo czasu.

pomiar przestrzeni za pomocą parseków

ponieważ przestrzeń jest tak duża, wielu astronomów nie lubi mówić, jak daleko rzeczy są za pomocą mil lub kilometrów. Zamiast tego używamy pomiaru, który nazywamy parsekiem. Pamiętasz Alfa Centauri, najbliższą gwiazdę? Jest to 1.347 parseków, czyli 41,560,000,000,000 (lub 41,56 bilionów) kilometrów stąd., Lubię parseki, ponieważ dla mnie są łatwiejsze w użyciu i zrozumiałe w porównaniu ze wszystkimi zerami, które są, gdy używamy kilometrów.

wyboiste galaktyki

fajnie, że przestrzeń jest tak ogromna, a przynajmniej tak mi się wydaje. Ale skąd w ogóle wiemy, jak duża jest przestrzeń? Istnieje wiele różnych sposobów mierzenia rzeczy w przestrzeni, ale skupiam się na pomiarze odległości do galaktyk za pomocą bardzo specjalnej metody zwanej fluktuacjami jasności powierzchniowej (SBF). Aby wyjaśnić, jak działa SBF, przyjrzyj się uważnie ekranowi telefonu lub komputera, na którym to czytasz., Jeśli ekran jest naprawdę blisko twarzy, będziesz mógł zobaczyć piksele lub małe światła, które tworzą obraz, który widzisz, na ekranie. Teraz cofnij się, dopóki nie będziesz już w stanie zobaczyć pikseli.

możesz rozpoznać piksele na ekranie, gdy jest on zamknięty, ponieważ ekran składa się tylko z wielu pikseli. Podobnie galaktyki są tylko gromadą gwiazd sklejonych ze sobą. Teraz galaktyka nie jest ekranem telefonu, ale zachowuje się w podobny sposób. Gdy galaktyki są blisko nas, widzimy większe nierówności pochodzące z tej galaktyki, ze względu na to, jak galaktyki gwiazdy są zorganizowane., Podobnie jak ekran, gdy galaktyki są dalej, wszystkie te gwiazdy zlewają się ze sobą, a galaktyka będzie wyglądać naprawdę gładko, podobnie jak piksele na ekranie zlewają się ze sobą, gdy siedzisz z tyłu od niego. Na rysunku 1 można zobaczyć, jak bliżej galaktyki wygląda bardziej wyboista niż ta, która jest dalej. Kiedy znamy rozmiar wybojów, ze względu na sposób, w jaki gwiazdy są zorganizowane w galaktyce, pomaga astronomom dowiedzieć się, ile gwiazd ma ta galaktyka.,

pomiar wybrzuszeń

aby zmierzyć rozmiar „wybrzuszeń” w odległej galaktyce, musimy usunąć główną część galaktyki z obrazu, aby skupić się na wybrzuszeniach. Aby to zrobić, komputer tworzy obraz naprawdę gładko wyglądającej galaktyki, która przypomina tę, której zrobiliśmy zdjęcie. Następnie bierzemy gładki obraz galaktyki, który został wygenerowany przez komputer i odejmujemy go od obrazu z naszego oryginalnego obrazu, pozostawiając tylko nierówności galaktyki, jak pokazano na rysunku 2., Gdy mamy tylko wyboje na zdjęciu, musimy wymyślić coś, co nazywa się widmem mocy. Widmo mocy mówi nam, ile dużych wybojów ma galaktyka, w porównaniu z iloma małymi wybojami ma. Jeśli widmo mocy mówi nam, że na obrazie jest dużo szczegółowych, ostrych wybrzuszeń, może to oznaczać, że Galaktyka jest bliżej nas. Jeśli ta sama galaktyka znajduje się dalej, widmo mocy wyświetli tylko mniej szczegółowe, gładsze nierówności na obrazie., Jeśli znasz kolor tej galaktyki i ile ma gwiazd, możesz dowiedzieć się, ile światła powinieneś zobaczyć, jeśli jest w pewnej odległości.

kolorowe galaktyki

wyobraź sobie, że jesteś ze swoimi przyjaciółmi siedzącymi przy ognisku, piecząc pyszne pianki. Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego niektóre części ognia są czerwone, niektóre są pomarańczowe, niektóre są żółte, a niektóre białe? Dzieje się tak dlatego, że chłodniejsze części ognia wyglądają na czerwone, gorętsze części wyglądają na pomarańczowe, jeszcze gorętsze części wyglądają na żółte, a najgorętsze są białe. Jeśli można dostać ogień wystarczająco gorące, to nawet zacząć wyglądać niebieski (ale to również daje bardzo złe oparzenia słoneczne). Galaktyki są takie same., Podobnie jak ogień, gdy galaktyki zawierają chłodniejsze gwiazdy, wyglądają na czerwone. Gdy zawierają gorętsze gwiazdy, wyglądają bardziej niebiesko. Kiedy znamy kolor galaktyki, wiemy jak gorące są gwiazdy. Z koloru galaktyki możemy dowiedzieć się, ile światła tworzą gwiazdy w galaktyce. Kiedy wiemy, ile światła tworzy każda gwiazda, jeśli wiemy, ile łącznie gwiazd jest, możemy dowiedzieć się, jak jasna galaktyka powinna być w pewnej odległości.

kolor i guzki razem mogą dać dystans

wyobraź sobie, że siedzisz blisko ogniska., Kiedy jesteś tuż obok ognia, możesz poczuć jego ciepło, a nawet mieć wystarczająco dużo światła, aby przeczytać książkę. Ale wyobraź sobie, że zaczynasz odchodzić od ognia. Szybko poczujesz się zimniej i wkrótce będzie zbyt ciemno, aby przeczytać, co widać na rysunku 3. Ogień będzie również wyglądać jak to jest tylko jeden kolor, zamiast kilka kolorów. Nie dlatego, że ogień gaśnie lub dlatego, że jest teraz jednym kolorem, ale dlatego, że jesteście dalej od ognia., Jeśli dokładnie porównasz sposób, w jaki ogień wygląda, gdy jesteś obok niego, ze sposobem, w jaki wygląda z daleka, możesz obliczyć, jak daleko przeszedłeś. Podobnie jak w przypadku ogniska, widzimy mniej światła i szczegółów z galaktyk, im dalej są.

wyboistość galaktyki zależy zarówno od odległości, jak i jej koloru, dlatego potrzebne są oba rodzaje danych. Kolor galaktyki mówi nam, jak gorące są gwiazdy i ile światła produkują. Kiedy dowiemy się, jak gorące są gwiazdy i jakie są rozmiary wybojów galaktyki, możemy dowiedzieć się, ile gwiazd jest w tej galaktyce i ile światła tworzy galaktyka., Następnie astronomowie mogą w końcu obliczyć odległość galaktyki od Ziemi, ponieważ wiedzą, jak jasna galaktyka powinna wyglądać, gdyby znajdowała się w pewnej odległości, tak jak można było zmierzyć odległość, porównując światło pochodzące z ognia.

dlaczego odległości są ważne?

istnieje wiele powodów, aby mierzyć odległości do galaktyk, mimo że może to być dużo pracy., Jeśli nie znamy odległości do galaktyki, nie możemy dowiedzieć się, jak duża jest galaktyka, nie wiemy, jak duża jest czarna dziura w galaktyce, ani ile rzeczy znajduje się w tej galaktyce, wśród tak wielu rzeczy. Bardzo trudno jest przetestować inne fajne teorie, które mają astronomowie, takie jak teorie ciemnej materii, ciemnej energii i innych tajemnic wszechświata, jeśli nie wiemy, jak daleko są rzeczy! Jeśli nigdy nie dowiemy się, jak mierzyć odległości w przestrzeni, nie będziemy w stanie zrozumieć, jaki naprawdę jest wszechświat.,

zapytano mnie również: „dlaczego ważne jest, aby wiedzieć, jaki jest wszechświat?”Ważne jest, aby zrozumieć, jak działa wszechświat, ponieważ kiedy to robimy, możemy wykorzystać tę wiedzę do tworzenia i robienia niesamowitych rzeczy. Ponad 300 lat temu, Sir Isaac Newton odkrył, jak planety krążą wokół Słońca. To samo było całkiem fajnym odkryciem, ale większość ludzi nie zdaje sobie sprawy, że dokonując tego odkrycia, on również rozwijał calculus4., Rachunek różniczkowy to rodzaj matematyki, który pomógł ludziom wynaleźć takie rzeczy, jak satelity, komputery, telefony, internet i narzędzia dla lekarzy, aby ratować życie! Nawet jedzenie, które jesz i ubrania, które nosisz, są tam, ponieważ naukowcy dokonali fajnych odkryć o tym, jak działa nasz wszechświat.

wiemy więc, że zrozumienie odległości w przestrzeni jest ważne, ponieważ te informacje pomogą nam dowiedzieć się, jak działa wszechświat. Ale dlaczego SBF jest ważne w użyciu? Jeśli pamiętasz, jak duża jest przestrzeń i jak wszystko jest bardzo daleko, naprawdę trudno jest zmierzyć odległości do odległych galaktyk., Wiemy, jak daleko znajdują się niektóre galaktyki, ale generalnie te, o których wiemy, są naprawdę blisko Ziemi. Jeśli chcemy zmierzyć odległość do galaktyki, która jest dalej, możemy porównać jej kolor i wyboistość do tych cech galaktyk, które są bliżej, a następnie dokonać pomiaru odległości od tych danych. SBF może więc dać nam odległość do galaktyki, której w przeciwnym razie nie bylibyśmy w stanie zmierzyć.

co dalej?

ponieważ wymaga to dużo pracy, SBF został wykonany tylko na niektórych galaktykach., W przyszłości będzie wiele nowych teleskopów, robiących dużo zdjęć, więc będziemy mieli o wiele więcej zdjęć niż mamy teraz. Pracuję nad programami komputerowymi, które znacznie przyspieszą analizę tych zdjęć i pomiary odległości, aby astronomowie mogli mierzyć odległości do jak największej liczby galaktyk!

Słowniczek

Alfa Centauri: najbliższa gwiazda naszego Układu Słonecznego. Znajduje się 1,37 parseków, czyli 41,53 biliona kilometrów od Ziemi.

galaktyka: kilka gwiazd, a może nawet tryliony, które wszystkie zlewają się ze sobą i znajdują się na orbicie wokół siebie.,

galaktyka Andromedy: jedna z najbliższych galaktyk naszej własnej galaktyki, Drogi Mlecznej.

Parsec: sposób, w jaki astronomowie opisują odległości w przestrzeni. Jeden Parsek jest taki sam jak 30,86 biliona kilometrów.

fluktuacje jasności powierzchniowej (SBF): jak wyboiste światło pojawia się na zdjęciu galaktyki z miejsca na miejsce. To jest to, co mierzymy, aby pomóc określić odległość galaktyki.

piksel: bardzo małe światło, które jest pojedynczą częścią ekranu. Telewizor składa się z wielu pikseli razem.,

widmo mocy: to daje informacje o rozmiarach wszystkich wybojów, które widzimy na zdjęciu galaktyki.

Kolor galaktyki: kolor galaktyki mówi nam, jak gorące są gwiazdy w tej galaktyce.

rachunek: super przydatna matematyka Isaac Newton wynalazł i używał astronomii.

konflikt interesów

autor oświadcza, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Przypisy

1 mam wszystkie numery z tej strony: https://www.wolframalpha.com/., Wystarczy wpisać nazwę gwiazdy lub galaktyki, o której chcesz wiedzieć więcej.

2http://www.gemini.edu/ to strona, na której można dowiedzieć się więcej o teleskopie Gemini.

3 ta strona może powiedzieć więcej o Hubble: http://hubblesite.org/

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