gränser för unga sinnen

rymden är stor

i sin bok, Hitchhikers Guide till galaxen, Douglas Adams säger, ”rymden är stor. Rymden är verkligen stor! Du skulle bara inte tro hur enormt mindbogglingly stor det är .”

han skämtade inte heller! Föreställ dig det så här. Låtsas att du är på Autobahn i Tyskland. Du är i en Ferrari, zoomar på 300 kph (186 mph). Om du inte behövde sluta, kan du gå runt jorden på cirka 133 h, eller 5 och en halv dag. Tänk om din Ferrari plötsligt kunde resa till solen., Det skulle ta nästan 4000 gånger längre tid att komma till solen än att köra runt jorden! Det är ~22,000 dagar i Ferrari! Den närmaste stjärnan som inte är solen kallas Alpha Centauri. För att komma dit skulle det vara som att köra till solen nästan 300 000 gånger! Den närmaste galaxen, Andromeda, är nästan 600 000 gånger längre än Alpha Centauri! De längsta galaxerna jag mäter är över 100 gånger längre än Andromeda, och för att komma till slutet av det synliga universum måste du gå nästan 150 gånger längre än så!,1 Hur som helst, om du ville köra till slutet av det synliga universum, eller ganska mycket någonstans ute i rymden, skulle det ta väldigt lång tid.

mäta utrymme med Parsecs

eftersom rymden är så stor, tycker många astronomer inte om att säga hur långt bort saker använder miles eller kilometer. Istället använder vi en mätning som vi kallar en parsec. Minns du Alpha Centauri, den närmaste stjärnan? Det är 1.347 parsecs, eller 41,560,000,000,000 (eller 41.56 biljoner) kilometer bort., Jag gillar parsecs eftersom, för mig, de är lättare att använda och förstå jämfört med alla nollor det finns när vi använder kilometer.

gropiga galaxer

det är ganska coolt att rymden är så stor, eller åtminstone tror jag det. Men hur vet vi ens hur stort utrymme är? Det finns många olika sätt att mäta saker i rymden, men jag fokuserar på att mäta avstånd till galaxer med hjälp av en mycket speciell metod som kallas ytliga ljusfluktuationer (SBF). För att förklara hur SBF fungerar, ta en närmare titt på telefonen eller datorskärmen du läser detta på., Om skärmen är riktigt nära ditt ansikte, kommer du att kunna se pixlarna, eller de små lamporna som utgör bilden du ser, på skärmen. Nu, backa tills du inte längre kan se pixlarna.

Du kan göra pixlar på skärmen när den är nära eftersom skärmen bara består av många pixlar. På samma sätt är galaxer bara en massa stjärnor klumpade ihop. Nu är en galax inte en telefonskärm men det beter sig på ett liknande sätt. När galaxer är nära oss ser vi större gupp som kommer från galaxen på grund av hur galaxernas stjärnor är organiserade., Precis som en skärm, när galaxer är längre bort, alla dessa stjärnor smälter samman, och galaxen kommer att se riktigt smidig, liknar hur pixlarna på en skärm smälter samman när du luta dig tillbaka från det. I Figur 1 kan du se hur en närmare galax ser bumpigare ut än en som är längre bort. När vi vet storleken på gupp, på grund av hur stjärnor är organiserade i en galax, det hjälper astronomer räkna ut hur många stjärnor som galaxen har.,

mäta gupp

för att mäta storleken på ”gupp” i en avlägsen galax, måste vi ta bort huvuddelen av galaxen från bilden för att fokusera på gupp. För att göra detta skapar en dator en bild av en riktigt slät galax som liknar den vi har tagit en bild av. Vi tar sedan den släta galaxbilden som genererades av datorn och subtraherar den från bilden i vår ursprungliga bild och lämnar bara galaxens stötar som visas i Figur 2., När vi har bara gupp i vår bild, vi nästa måste räkna ut något som kallas power spectrum. Power spectrum berättar hur många stora stötar en galax har, jämfört med hur många små stötar den har. Om power spectrum berättar för oss att det finns många detaljerade, skarpa stötar i bilden, kan det betyda att galaxen är närmare oss. Om samma galax är längre bort, visar kraftspektrumet bara mindre detaljerade, jämnare stötar i bilden., Om du känner till färgen på den galaxen och hur många stjärnor den har, kan du sedan räkna ut hur mycket ljus du ska se om det är ett visst avstånd bort.

färgglada galaxer

Föreställ dig att du är med dina vänner som sitter runt en lägereld och rostar några läckra marshmallows. Har du någonsin undrat varför vissa delar av elden är röda, vissa är orange, vissa är gula och några vita? Detta beror på att svalare delar av elden ser röda, varmare delar ser orange ut, ännu varmare delar ser gula ut och de hetaste är vita. Om du kunde få elden tillräckligt varm, skulle det till och med börja se blå ut (men det skulle också ge dig en mycket dålig solbränna). Galaxer är på samma sätt., Precis som eld, när galaxer innehåller kallare stjärnor, ser de röda ut. När de innehåller varmare stjärnor ser de blåare ut. När vi vet färgen på en galax, vet vi hur heta stjärnorna är. Från galaxens färg kan vi ta reda på hur mycket ljus stjärnorna i en galax skapar. När vi vet hur mycket ljus varje stjärna skapar, om vi vet hur många totala stjärnor Det finns kan vi räkna ut hur ljus galaxen ska vara på ett visst avstånd.

färg och stötar tillsammans kan ge avstånd

Tänk dig att du sitter nära en lägereld., När du är precis bredvid elden, kan du känna sin värme och du kan även ha tillräckligt med ljus för att läsa en bok. Men föreställ dig att du börjar gå bort från elden. Du kommer snabbt att känna dig kallare och snart blir det för mörkt att läsa som du kan se i Figur 3. Elden kommer också att se ut som om det bara är en färg, istället för en massa färger. Det beror inte på att elden går ut, eller för att det nu är en enda färg, men för att du är längre bort från elden., Om du noggrant jämförde hur elden ser ut när du är bredvid den med hur det ser ut från långt bort, kan du beräkna hur långt du gick. Precis som med en lägereld ser vi mindre ljus och detaljer från galaxer ju längre bort de är.

en galaxens ojämnhet beror både på hur långt bort det är och dess färg, varför båda typerna av data behövs. Färgen på en galax berättar hur heta stjärnorna är och hur mycket ljus de producerar. När vi väl vet hur heta stjärnorna är och storleken på galaxens stötar, kan vi räkna ut hur många stjärnor Det finns i den galaxen och hur mycket ljus galaxen skapar., Därifrån kan astronomer äntligen beräkna avståndet galaxen är från jorden, eftersom de vet hur ljus galaxen ska se ut om den var på ett visst avstånd bort, precis som hur du kunde mäta hur långt du gick genom att jämföra ljuset som kommer från elden.

Varför är avstånden viktiga?

det finns många anledningar att mäta avstånd till galaxer, även om det kan vara mycket arbete., Om vi inte vet avståndet till en galax, kan vi inte räkna ut hur stor galaxen är, vi skulle inte veta hur stor galaxens svarta hål är, eller hur mycket saker är i den galaxen, bland så många saker. Det är mycket svårt att testa andra häftiga teorier som astronomer har, såsom teorier om mörk materia, mörk energi och andra mysterier i universum, om vi inte vet hur långt bort saker är! Om vi aldrig räkna ut hur man mäter avstånd i rymden, skulle vi inte kunna förstå vad universum är verkligen som.,

Jag har också frågats, ” Varför är det viktigt att veta hur universum är?”Det är viktigt att förstå hur universum fungerar, för när vi gör det kan vi använda den kunskapen för att skapa och göra fantastiska saker. För över 300 år sen kom Sir Isaac Newton på hur planeterna kretsar runt solen. Det var en ganska cool upptäckt, men det som de flesta inte inser är att han vid denna upptäckt också utvecklade kalkyl4., Kalkyl är en typ av matematik som har hjälpt människor att uppfinna saker som satelliter, datorer, telefoner, internet och verktyg för läkare att rädda liv! Även maten du äter och kläderna du bär är där eftersom forskare gjort häftiga upptäckter om hur vårt universum fungerar.

Så vi vet att förstå avstånd i rymden är viktigt, eftersom den här informationen hjälper oss att lära oss hur universum fungerar. Men varför är SBF viktigt att använda? Om du kommer ihåg hur stort utrymme är och hur allt är super långt borta är det verkligen svårt att mäta avstånden till avlägsna galaxer., Vi vet hur långt bort vissa galaxer är, men i allmänhet, de vi vet om är riktigt nära jorden. Om vi vill mäta avståndet till en galax som ligger längre bort kan vi jämföra dess färg och ojämnhet med de egenskaper hos galaxer som är närmare och sedan göra en avståndsmätning från dessa data. Så, SBF kan ge oss avståndet till en galax som vi annars inte skulle ha kunnat mäta.

så, vad är nästa?

eftersom det tar mycket arbete har SBF endast utförts på vissa galaxer., Det kommer att finnas många nya teleskop i framtiden, tar massor av bilder,så vi kommer att ha många fler bilder då vi har nu. Jag arbetar med datorprogram som gör det mycket snabbare att analysera dessa bilder och göra avståndsmätningar, så att astronomer kan mäta avstånd till så många galaxer som möjligt!

ordlista

Alpha Centauri: den närmaste stjärnan till vårt solsystem. Det är 1.37 parsecs, eller 41.53 biljoner kilometer, från jorden.

galax: en massa stjärnor, kanske till och med biljoner som alla klumpar ihop och är i omloppsbana runt varandra.,

Andromeda Galaxy: en av de närmaste galaxerna till vår egen galax, Vintergatan.

Parsec: ett sätt som astronomer beskriver avstånd i rymden. En parsec är densamma som 30.86 biljoner kilometer.

fluktuationer i Ytans ljusstyrka (SBF): hur ojämn ljus visas i en bild av en galax från plats till plats. Det är vad vi mäter för att avgöra en galaxens avstånd.

Pixel: ett mycket litet ljus som är en enda del av en skärm. En TV består av många pixlar tillsammans.,

Power Spectrum: detta ger information om storleken på alla stötar vi ser i en bild av en galax.

Galaxy Color: färgen på en galax berättar hur heta stjärnorna i den galaxen är.

kalkyl: den super användbara math Isaac Newton uppfann och används för att göra astronomi.

intressekonflikt

författaren förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.

fotnoter

1 Jag fick alla mina nummer från denna webbplats:https://www.wolframalpha.com/., Skriv bara in namnet på en stjärna eller galax som du vill veta mer om.

2http://www.gemini.edu/ är en webbplats där du kan lära dig mer om Gemini-teleskopet.

3 Denna webbplats kan berätta mer om Hubble: http://hubblesite.org/

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