Великие астрономические открытия всех времен

Интересно

Тысячи лет назад человек впервые взглянул на небо и, честно говоря, ничего не понял. Может быть, он увидел там Бога. Возможно, комета. Пусть историки разберутся. Прошли тысячи лет, и человек вновь взглянул на небо, уже с помощью, например, космического телескопа Хаббл.

Он видел там мириады звезд, квинтиллионы планет, гигантские расстояния и… ничего (темную материю, то есть). Мы быстро учимся. Космический телескоп Джеймса Уэбба будет в 100 раз мощнее Хаббла и покажет еще больше. Но мы обнаружили кое-что без него.

Небо меняется, планеты движутся

Наши древние предки отслеживали времена года по небу. Например, в нем говорилось, когда можно будет охотиться на определенные виды животных. Когда развивалось сельское хозяйство, такие цивилизации, как древний Египет, использовали звезды, чтобы определять, когда сажать урожай и когда собирать урожай. Мы используем небо как гигантские часы для измерения времени в течение года. Когда происходили затмения или кометы, они считались неожиданными событиями, знаком богов. Сегодня мы знаем, что они возникают из-за гравитационных взаимодействий и орбитального положения в космосе.

Со временем некоторые умные люди заметили, что звезды движутся по небу предсказуемо. Они шли по тому же пути, что и Солнце, и двигались на фоне других звезд. Теперь мы знаем, что это планеты (от греческого слова «странники»). Во многих культурах эти планеты были названы в честь богов. Меркурий, Венера, Марс, Сатурн и Юпитер, Нептун, Уран названы в честь высших существ, почитаемых в древности.

Земля и Солнце не являются центром Вселенной

Великие астрономические открытия всех времен

Ранние верования (в зависимости от религий) часто рассматривали Землю как центр вселенной. Но когда первые астрономы посмотрели на небо, они многого не поняли. Почему Марс, например, иногда меняет свой курс в небе, а затем снова начинает двигаться в том же направлении, что и другие планеты? Некоторые астрономы придумывали сложные геометрические построения — эпициклы, — которые должны были предсказывать хаотичное, на первый взгляд, движение планет.

Николай Коперник предложил простое решение в 16 веке, когда он поместил Солнце в центр Вселенной и позволил Земле вращаться вокруг него, как и другим планетам. (В 3 веке это также было предложено Аристархом Самосским из Греции, но его сочинения в то время не были широко известны в западном мире.) Такое расположение решило проблему эпицикла и было подтверждено другими доказательствами. Например, открытие Галилеем спутников Юпитера в 1610 году показало, что не все вращается вокруг Земли. Религиозные власти были недовольны, но со временем все встало на свои места.

По мере развития телескопических технологий мы также узнали, что Солнце не является центром Вселенной. В 1750-х годах Млечный Путь считался большим скоплением звезд с собственным центром. В начале 20 века наблюдения новых звезд в других галактиках показали, что они находятся дальше, чем Млечный Путь. Наконец, астроном Эдвин Хаббл нашел доказательства того, что Вселенная расширяется равномерно во всех направлениях, не имея истинного центра.

Читайте также:  15 крупнейших военных кораблей в истории, от которых захватывает дух

Все зависит от гравитации

Великие астрономические открытия всех времен

Хотя мы видим, как движутся планеты, на протяжении тысячелетий было неясно, почему они движутся. В 1600-х годах все изменилось, когда сэр Исаак Ньютон начал применять математическую теорию к наблюдениям за Вселенной. Он вычислил три основных закона движения, а также закон всемирного тяготения, согласно которому любые две вещи во Вселенной притягиваются друг к другу. У планет гравитация больше, у камешков в кольцах Сатурна меньше.

В начале 20 века наше понимание гравитации изменилось благодаря наблюдениям таких физиков, как Альберт Эйнштейн, которые обнаружили, что время может меняться в зависимости от системы координат. Если вы путешествуете со скоростью, близкой к скорости света, ваше чувство времени замедляется по сравнению с теми, кто живет на Земле. Время стало считаться четвертым измерением (после ширины, высоты и длины), и это привело к лучшему пониманию невероятных гравитационных условий вокруг черных дыр и других массивных гравитационных объектов. Гравитация объекта была результатом «искривления» пространства-времени.

В начале 2016 года обсерватория LIGO обнаружила гравитационные волны. Это рябь в пространстве-времени, вызванная взаимным вращением массивных объектов, таких как черные дыры. Эйнштейн предсказал их существование, а астрономы искали их более 50 лет.

За Сатурном есть планеты

Великие астрономические открытия всех времен

Телескоп показал множество мелких объектов, недоступных невооруженному глазу. Уильям Гершель случайно открыл Уран в 1781 году, когда он каталогизировал все звезды, которые он мог найти, которые имели 8-ю величину или ярче. Именно тогда он обнаружил движение Урана на фоне звезд. Он планировал назвать ее в честь короля Георга III, но другие астрономы решили назвать планету в честь бога, как и остальных.

За этим открытием вскоре последовали другие: Церера (тогда она называлась астероидом, а не карликовой планетой) была открыта в 1801 году, Нептун — в 1846 году, а Плутон (первая планета) — в 1930 году раньше думал.. Со временем модели предположили, что кометы живут за пределами орбиты Нептуна, среди других ледяных объектов, в поясе Койпера. В начале 2000-х годов в поясе Койпера было обнаружено несколько новых объектов размером с Плутон, что позволило Международному астрономическому союзу создать новую категорию объектов, «карликовые планеты», и поместить в эту категорию Плутон и Цереру.

Не менее удивительным было открытие планет за пределами нашей Солнечной системы. Сначала астрономы обнаружили три планеты рядом с пульсаром PSR B1257+12 в 1992 году, затем большую экзопланету возле звезды главной последовательности 51 Пегаса в 1995 году. Сегодня мы знаем о более чем 1000 планет за пределами Солнечной системы, и еще тысячи ждут своего часа крылья. Большинство из них были обнаружены космическим телескопом НАСА «Кеплер», запущенным в 2009 году.

Существует космический предел скорости

Великие астрономические открытия всех времен

Мы используем скорость света как один из способов измерения Вселенной. На протяжении веков мы уточняли его скорость, и сегодня он колеблется в вакууме на уровне около 300 000 километров в секунду. Солнце находится в восьми световых минутах от Земли. Ближайшая звездная система (Альфа Центавра) находится на расстоянии четырех световых лет, а ближайшая главная галактика (Андромеда) — на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

Читайте также:  «Тепло может быть лекарством от одиночества»: 15 цитат Тальмы Лобель о важности физических ощущений в нашей жизни

Хотя мы все мечтаем о варп-двигателе из «Звездного пути», который позволил бы нам преодолевать большие расстояния в мгновение ока, мы ограничены физическими ограничениями. Другим открытием Эйнштейна было уравнение E = mc2, определяющее эквивалентность массы и энергии. Когда вы летите со скоростью, близкой к скорости света, необходимая вам энергия увеличивает вашу массу. В точке непосредственно перед нарушением светового предела масса становится бесконечной. Двигаться быстрее просто невозможно.

Однако теоретическая физика предлагает остроумные способы. Возможно, во Вселенной есть червоточины, через которые можно путешествовать легко и непринужденно, преодолевая огромные расстояния за минуты. Возможно, есть способы общаться хотя бы со скоростью света, поскольку запутанные квантовые частицы могут общаться мгновенно, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Но насколько нам известно сейчас, скорость света равна максимально возможной скорости движения.

Мы видим эхо Большого Взрыва

Великие астрономические открытия всех времен

Если бы Вселенная начиналась как сингулярность, а затем расширялась, согласно теории Большого Взрыва, она должна была бы быть окружена невообразимой энергией. Со временем, по мере роста Вселенной, эта энергия рассеивалась, охлаждалась и конденсировалась в материю, заполнявшую космос.

Мы можем видеть остатки этого огромного взрыва благодаря случайному открытию в 1965 году. Хотя Ральф Альфер впервые предположил существование фонового излучения в 1948 году, двое ученых из Bell Telephone Laboratories открыли его только спустя десятилетия, когда они обнаружили помехи в новый радиоприемник. Арно Пензиас и Роберт Уилсон вместе с другой группой обнаружили радиацию, в результате чего в 1965 году в Astrophysical Journal были опубликованы две статьи (по одной от каждой группы.

Астрономы теперь знают о существовании небольших температурных флуктуаций (анизотропии) в космическом микроволновом фоне (CMB), которые обнаруживают тонкие флуктуации плотности в ранней Вселенной. Эти небольшие колебания можно обнаружить с помощью очень чувствительных инструментов, таких как WMAP и Европейский космический телескоп Планка. Считается, что эти вариации многое говорят о формировании ранней Вселенной, крупномасштабной структуре Вселенной и природе первых галактик.

Вселенная расширяется (и все быстрее)

Великие астрономические открытия всех времен

В 1929 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. Он был усердным и прилежным наблюдателем со своим 100-дюймовым телескопом на горе Вилсон, Калифорния, и сделал много открытий, таких как истинное расстояние до галактик. Он посмотрел на новые звезды в этих галактиках, оценил их яркость, а затем рассчитал, насколько эта яркость будет уменьшаться с расстоянием. Затем, опираясь на работу астронома Весто Слифера, Хаббл измерил движение галактик и опубликовал статью, в которой, наконец, показано расширение Вселенной.

Открытие было шумным, но еще больше астрономы были удивлены в конце 1990-х годов, когда обнаружили, что расширение ускоряется. Астрономы, измерившие сверхновые в далеких галактиках, обнаружили, что эти сверхновые были тусклее, чем ожидалось, исходя из их красного смещения (что указывает на то, что они удаляются от нас). Это открытие в итоге принесло ученым Нобелевскую премию.

Мы не сможем увидеть большую часть материи во Вселенной

Великие астрономические открытия всех времен

Ускоряющееся расширение Вселенной было загадкой для астрономов, но они предположили, что должна существовать какая-то сила, которая «толкает» Вселенную. Ведущей теорией сегодня является темная энергия, которую нельзя обнаружить напрямую современными астрономическими методами.

Читайте также:  Напечатай светодиод

Есть также несколько теорий о том, чем может быть эта темная энергия. Это может быть свойство самого пространства-времени. По мере расширения пространства рождается больше темной энергии, что способствует дальнейшему расширению. Другое возможное объяснение связано с квантовой теорией материи, которая допускает появление и исчезновение частиц, порождающих энергию.

Считается, что темная энергия составляет 68% массы известной Вселенной, а темная материя — 27%. Ученые не уверены в природе темной материи, но они знают о ее существовании благодаря гравитационным воздействиям. Мы видим, как он отклоняет свет из-за гравитационного линзирования. Остальная часть Вселенной, менее 5%, состоит из обычной энергии и материи, которые мы можем наблюдать в телескопы.

На других мирах есть вода и лед

Великие астрономические открытия всех времен

Вода считалась одним из ключевых элементов для жизни, и со временем мы пришли к выводу, что это универсальный элемент в Солнечной системе и во Вселенной в целом. Первые наблюдения космических аппаратов в 1970-х и 1980-х годах показали существование ледяных миров за пределами Земли. Открытие ледяных спутников вблизи Юпитера, Сатурна и других объектов стало неожиданностью, поскольку мы привыкли видеть безвоздушную Луну рядом с Землей. Со временем в этих мирах проявилась сложная химия.

Европа, спутник Юпитера, и Энцелад, спутник Сатурна, считаются наиболее перспективными для жизни за пределами Земли, по крайней мере, в Солнечной системе. Кроме того, внутри этих лун может существовать вода в жидкой форме. Спутник Сатурна Титан богат углеводородами, и под его поверхностью может скрываться жидкий океан.

Более продвинутые наблюдения в 1990-х годах и позже обнаружили водяной лед в самых неожиданных местах. Оказалось, что водяной лед может быть на безвоздушной Луне и даже на Меркурии, ближайшей к Солнцу планете, если он находится в постоянно закрытых от Солнца кратерах или под защитным слоем пыли. На Марсе имеются полярные ледяные шапки, частично состоящие изо льда. Лед есть на кометах и ​​на маленьких мирах, таких как карликовая планета Церера.

Впереди нас ждет много интересного

Великие астрономические открытия всех времен

Астрономия только начинает становиться интересной, поскольку телескопы становятся все лучше и лучше, и появляются новые способы исследовать нашу вселенную. Ожидается, что один из телескопов, который будет запущен в 2018 году, «Джеймс Уэбб», будет в 100 раз мощнее своего предшественника, телескопа «Хаббл.

Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, строительство которого будет завершено в 2024 году, если все пойдет по плану, будет изучать тайны Вселенной с Земли. По плану он будет искать экзопланеты, наблюдать за ранними днями Вселенной, сверхмассивными черными дырами и таинственной темной материей. Телескопы следующего поколения также будут искать планеты, похожие на Землю, в других солнечных системах, изучая их атмосферы, орбиты и происхождение.

Недавнее открытие гравитационных волн, ключевого компонента общей теории относительности Эйнштейна, проложило путь к новому типу астрономии — гравитационно-волновой астрономии. Независимо от электромагнитного спектра, гравитационно-волновая астрономия будет измерять рябь в пространстве-времени и выявлять массивные объекты, невидимые для оптических телескопов.

Фонтан

Оцените статью
Добавить комментарий