Nauka
Każdego roku zdobywamy nieco lepsze zrozumienie natury wszechświata i naszego miejsca w nim.
DLA WIĘKSZOŚCI NAS, technologia map, z której korzystamy na co dzień, jest ograniczona do urządzeń GPS montowanych na desce rozdzielczej.
Bez szacunku - mam na myśli, że zaledwie 10 lat temu byliśmy zależni od drukowanych atlasów drogowych, aby dotrzeć tam, dokąd zmierzamy; przełomowe oznaczało znalezienie trasy w Mapquest, a następnie wydrukowanie stron.
Ale kiedy to czytasz, setki zespołów naukowców pracuje nad znacznie bardziej złożonymi technologiami, aby zmapować wszystko, od dalekich krańców wszechświata po najbardziej nieskończenie małe cząstki w nim zawarte. Zaledwie kilka tygodni temu astronomowie korzystający z wciąż budowanego obserwatorium ALMA (na zdjęciu powyżej) dokonali ważnego odkrycia na temat pobliskiego systemu Fomalhaut - w zasadzie, że prawdopodobnie zawiera on kilka planet wielkości Ziemi.
Poniżej znajduje się lista równie doniosłych odkryć na temat budowy i układu naszego wszechświata oraz opis najnowszych technologii w astronomii, fizyce cząstek i naukach morskich, które umożliwiły je.
1. Następna generacja: James Webb Space Telescope
Kosmiczne Teleskopy Hubble'a i Spitzera kołyszą go odpowiednio od 22 i 9 lat. Są odpowiedzialni za tworzenie niesamowitych zdjęć w kosmosie, które wszyscy znamy, a niektóre z nich znajdują się poniżej. Ale Spitzer wyczerpał już swoje rezerwy ciekłego helu, niezbędnego do jego podstawowych operacji, i oczekuje się, że Hubble będzie trwał jeszcze tylko dwa lata. James Webb jest ich następcą.
Planowany termin zakończenia budowy kosmicznego teleskopu Jamesa Webba w 17 krajach to 17 etapów. W jego konstrukcji znajduje się 18 heksagonalnych, pokrytych złotem lusterek, które skupią światło z bardzo odległych źródeł docelowych i przechwycą światło widzialne i podczerwone o wysokiej rozdzielczości zdjęcia. Teoretycznie oznacza to, że będzie w stanie zobaczyć najodleglejsze obiekty we wszechświecie, takie jak pierwsze gwiazdy i galaktyki powstałe po Wielkim Wybuchu.
Na powyższym zdjęciu „Inżynier NASA, Ernie Wright, patrzy, jak główne sześć segmentów lustrzanego teleskopu kosmicznego Jamesa Webba przygotowanych do pierwszych sześciu lotów jest przygotowanych do rozpoczęcia ostatecznych testów kriogenicznych w Marshall Space Flight Center NASA w Huntsville, AL.” Funkcjonalność musi zostać przetestowana w warunkach podobnie jak na orbicie docelowej Jamesa Webba, 930 000 mil prosto.
2. Mapowanie naszej galaktyki
W oczywisty sposób Droga Mleczna jest galaktyką, którą znamy najlepiej. Wszystkie jego elementy składowe są znacznie, znacznie bliżej Ziemi niż ich odpowiedniki w obcych galaktykach. Ale jeśli chodzi o zrozumienie ogólnego kształtu i wyglądu Drogi Mlecznej, zadanie to zawsze było trudne - właśnie dlatego, że znajdujemy się w jego centrum.
Jeszcze w 1785 roku astronomowie zrobili to, zliczając pojedyncze gwiazdy widziane z Ziemi i wykreślając je na prymitywnej mapie galaktycznej. Później prawdziwy przełom nastąpił dzięki obserwacji innych galaktyk i uświadomieniu sobie, że w większości odpowiadają one jednemu z trzech głównych typów strukturalnych. Droga Mleczna była zdeterminowana jako spiralna odmiana, z grubym prętem przecinającym jej centralne wybrzuszenie.
Wprowadzenie radioteleskopów w połowie XX wieku pozwoliło astronomom zmierzyć moc wodoru w różnych sektorach galaktyki, co prowadzi do dokładniejszego mapowania ramion spiralnych i zakratowanego centrum. Jak pokazano na ilustracji po prawej, nasze słońce znajduje się w Ramieniu Oriona. Kiedy widzisz Drogę Mleczną w nocy, patrzysz prosto i do wewnątrz przez Strzelca, Scutum-Crux i Norma Arms w kierunku gęstego jądra galaktycznego.
3. Bliższe spojrzenie na środek Drogi Mlecznej
Współczesne odkrycia dotyczące naszej galaktyki pochodzą dzięki uprzejmości Kosmicznych Teleskopów Hubble'a i Spitzera. Powyższy kompozyt na podczerwień łączy obrazy z każdej technologii, aby stworzyć najbardziej szczegółowy obraz uchwycony w tym regionie przestrzeni. Chociaż osadzone tutaj wymiary zdjęcia wynoszą 900 × 349 pikseli, reprezentują one obszar o wielkości 300 × 115 lat świetlnych.
Wiadomo, że centrum galaktyki składa się z trzech dużych gromad masywnych gwiazd, ale ten obraz pokazuje o wiele więcej gigantycznych osobników rozmieszczonych daleko poza granicami gromad. Powszechnie przyjmuje się również, że supermasywna czarna dziura ukrywa się gdzieś w tym centralnym regionie. Aby wygenerować mozaikę wysokiej rozdzielczości powyżej, potrzebnych było Hubble 144 orbit Ziemi i 2300 ekspozycji.
4. Kosmiczny Teleskop Hubble'a
To technologia odpowiedzialna za wszystkie ładne zdjęcia kosmiczne. Trochę wygląda jak puszka z folią owiniętą wokół jednego końca. Lub naprawdę drogie burrito.
Budowa teleskopu zajęła 11 lat i rozpoczęła się w 1990 roku. Zaledwie kilka tygodni po rozpoczęciu misji stało się jasne, że pomiary zwierciadła głównego teleskopu były wyłączone - o 2, 2 mikrometra. Na szczęście Hubble został zaprojektowany do obsługi serwisów na orbicie. W 1993 r. Zespół Endeavour zainstalował optykę korekcyjną, co doprowadziło instrument do oryginalnych standardów projektowych. Powyższe zdjęcie zostało zrobione podczas ostatniej zaplanowanej misji serwisowej w 2009 roku.
Pod względem postępów dokonanych zarówno w naukowym, jak i świeckim zrozumieniu wszechświata, Kosmiczny Teleskop Hubble'a jest bez wątpienia najważniejszą kiedykolwiek stosowaną technologią mapowania.
5. Going Ultra Deep
Jednym z głównych osiągnięć Hubble'a jest badanie - złożone z 800 ekspozycji wykonanych w ciągu 11 dni, skierowanych na skądinąd „pusty” fragment nieba w gwiazdozbiorze Fornax.
Każdy punkt światła widoczny na zdjęciu Hubble Ultra Deep Field to galaktyka bardzo, bardzo daleko. Ich światło widoczne na zdjęciu po prawej wędrowało przez 13 miliardów lat, zanim uderzyło w czujniki Hubble'a i utworzyło ten obraz. Oznacza to, że patrząc na to, obserwujesz wszechświat, który miał zaledwie 400-800 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Na zdjęciu jest 10 000 galaktyk. Wyświetla obszar nieba zaledwie 1/10 średnicy księżyca w pełni widzianej z Ziemi. Nie musisz robić matematyki, żeby oszalało.
Zrób sobie przysługę i kliknij, aby ją rozwinąć.
6. Pomiar tempa ekspansji wszechświata
Hubble nie tylko dał nam najgłębszy obraz wszechświata, jaki kiedykolwiek zarejestrowano, pomagając astronomom dokładniej określić wiek wszechświata, ale także odegrał kluczową rolę w sposobie pomiaru szybkości ekspansji wszechświata.
Od czasu pracy Edwina Hubble'a w późnych latach dwudziestych wiemy, że wszechświat się rozszerza - odległość między każdym obiektem we wszechświecie rośnie. Tempo tego wzrostu było jednak kwestionowane do niedawna. W ciągu ostatnich kilku lat dane teleskopu Hubble'a z obiektów astronomicznych, takich jak supernowe (takie jak Mgławica Kraba, na zdjęciu powyżej, pozostałości gwiezdnej eksplozji, która miała miejsce w 1054 r.), Doprowadziły do znacznie dokładniejszych pomiarów stałej Hubble'a, matematyki przedstawienie tempa ekspansji.
Innymi słowy, dane z Hubble'a zarówno tworzą bardziej szczegółowe mapy naszego wszechświata, jak i pomagają nam zrozumieć, w jaki sposób te mapy ciągle się zmieniają.
7. Obserwatoria na szczycie Hawajów
Na wysokości 13 796 stóp na szczycie Mauna Kea na Big Island of Hawaii znajduje się ta kolekcja międzynarodowych obserwatoriów. Jest to najlepsze miejsce do obserwowania gwiazd, ponieważ wilgotność w okolicy jest na ogół niska, a każda para wodna w większości wisi w chmurach poniżej szczytu. Wizyta w obiekcie przed wschodem słońca stała się popularną działalnością turystyczną.
W sumie jest 13 teleskopów, w tym para Keck, dwa największe teleskopy optyczne na świecie. Naukowcy wykorzystują obserwatoria do sporządzania map wszystkiego, od nowo odkrytych satelitów na orbicie wokół Jowisza, przez cechy naszego Słońca, po galaktyki „z czasów ciemnych”. Stworzyli także zdjęcia nieba z szerokim polem powiększenia.
8. Badanie galaktycznego sąsiada
Podobnie jak w przypadku Drogi Mlecznej, nasze zrozumienie innych pobliskich galaktyk jest stale rozwijane przez nowe technologie. Na zdjęciu po lewej stronie znajduje się niewielki region Wielkiej Chmury Magellana (LMC), trzecia najbliższa naszej galaktyka w odległości około 160 000 lat świetlnych.
W szczególności prezentowana jest tutaj Mgławica Tarantula. Jest to największy i najbardziej aktywny region produkujący gwiazdy w naszej galaktycznej okolicy, dzięki czemu jest niesamowicie świetlisty i niezwykle interesujący dla astronomów, którzy badają, w jaki sposób gwiazdy formują się, ewoluują i ostatecznie umierają. Niektóre z pokazanych jasnych niebieskich gwiazd są największymi jak dotąd zarejestrowanymi, o masach ponad 100 razy większych niż Słońce.
LMC była widoczna jako mgiełka dla wczesnych astronomów - stąd terminologia „chmury”. Jednak dopiero w Hubble'u byliśmy w stanie rozwiązać ciasne gromady, takie jak Mgławica Tarantula, jako pojedyncze gwiazdy i zobaczyć dokładnie, co się dzieje w tej bogatej w zjawiska galaktyce.
9. Promieniowanie kosmiczne i ewolucja wszechświata
Większość mapowania wszechświata, które ma miejsce, nie jest wykonywana w spektrum światła widzialnego i niekoniecznie skutkuje atrakcyjnymi lub dostępnymi obrazami.
Satelita Planck, wystrzelony w 2009 roku przez ESA, mierzy kosmiczne tło mikrofalowe (CMB) - rodzaj promieniowania przenikającego wszechświat i uważany za powiązany z wydarzeniami, które miały miejsce podczas Wielkiego Wybuchu i tuż po nim. Biorąc odczyty CMB całego nieba, Planck ma na celu odpowiedzieć na wielkie pytania: „jak powstał wszechświat, jak ewoluował do stanu, który obserwujemy dzisiaj i jak będzie ewoluował w przyszłości?”
10. Poszukiwanie planet podobnych do Ziemi
Misja Keplera NASA, która wykorzystuje orbitujący teleskop Kepler, ma na celu odkrycie pobliskich planet podobnych do Ziemi, tym samym dokładniej oszacowując, ile takich planet może istnieć w Drodze Mlecznej.
Aby być „ziemską”, planeta musi mieć rozmiar podobny do naszego - duże planety są oczywiście łatwiejsze do wykrycia, ale składają się z gazu (jak Saturn i Jowisz) w przeciwieństwie do materiałów stałych. Ponadto, a co najważniejsze, planeta musi krążyć wokół „strefy zamieszkiwalnej” swojej gwiazdy, z temperaturami powierzchniowymi, które pozwoliłyby na obecność ciekłej wody.
Pod koniec 2011 roku ogłoszono potwierdzenie pierwszej takiej planety, Kepler-22b, a misja zidentyfikowała już ponad 2000 innych planet kandydujących. Naukowcy uważają teraz, że w promieniu 30 lat świetlnych od nas znajduje się prawdopodobnie około 100 planet podobnych do Ziemi.
11. Mapa drogowa wszechświata lokalnego
Mapa galaktyk w odległości 380 milionów lat świetlnych. Zdjęcie: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Dziesięć lat skanowania nieba przeprowadzonego przez naziemne teleskopy 2MASS Redshift Survey (2MRS) zaowocowało w 2010 r. Najbardziej kompletną jak dotąd mapą naszego wszechświata lokalnego. Obraz 3D powyżej pokazuje 43 000 galaktyk, a ich odległość od nas jest reprezentowana przez kolory w kluczu w prawym dolnym rogu.
Trochę trudno jest spojrzeć na trójwymiarowość tutaj. Z Gizmodo: „Współrzędne 3D każdej galaktyki zostały zapisane, więc surowe dane mogą potencjalnie zostać wykorzystane do zbudowania realistycznego modelu 3D wszechświata. Dodaj trochę holograficznej technologii, a otrzymasz coś prosto z Star Trek.”
12. Łączenie poszczególnych teleskopów w potężne tablice
27 oddzielnych anten radiowych z Very Large Array w Nowym Meksyku, każda otoczona anteną o średnicy 82 stóp, współpracują ze sobą, aby skutecznie stworzyć jedną masywną antenę obserwacyjną o średnicy 22 mil. VLA działa w pełni od 1980 roku, a znacząca modernizacja sprzętu zakończona w ubiegłym roku zwiększyła swoje możliwości techniczne 8000 razy. Nazwa obiektu została zmieniona, aby odzwierciedlić tę znaczącą poprawę (nowa nazwa to bardzo duża tablica Karla G. Jansky'ego).
Z biegiem lat VLA sporządził wykresy na odległość odległych kwazarów i pulsarów, badał czarne dziury i układy gwiezdne wytwarzające planety, a także śledził ruch wodoru w centrum naszej galaktyki. Nie bierze udziału - niezależnie od tego, co widziałeś Jodie Foster w kontaktach - w poszukiwaniu życia pozaziemskiego.
13. Dowody na istnienie ciemnej materii
Obecne teorie mówią, że ponad 80% materii we wszechświecie nie przypomina rzeczy, z którymi wchodzimy w interakcje lub które obserwujemy na co dzień. Ta wszechobecna materia jest „ciemna” i nie może być bezpośrednio zaobserwowana przez żadną technologię z tej listy.
Zamiast tego astronomowie muszą mierzyć wpływ ciemnej materii na galaktyki i inne obserwowalne zjawiska. Jeden taki efekt nazywa się soczewkowaniem grawitacyjnym, które występuje, gdy światło odległych obiektów jest wyginane wokół obiektu masywnego (w tym przypadku ogromnej ilości ciemnej materii) przez grawitację tego obiektu, patrząc na nas na Ziemi, jakby to było przechodząc przez zakrzywiony kawałek szkła.
Tak dzieje się na zdjęciu Galaxy Cluster Abell 1689 po prawej stronie. Nasz widok na te galaktyki jest zniekształcony przez ciemną materię obecną w gromadzie (przedstawioną jako purpurowy blask).
Wykorzystując takie obrazy z Hubble'a i innych źródeł oraz porównując stopień soczewkowania z normalnym wyglądem galaktyk, astronomowie tworzą trójwymiarową mapę ciemnej materii wszechświata.
14. Bliżej domu: Mapowanie dna oceanu
Podczas gdy imponująca gama technologii jest skierowana w górę, aby pogłębić nasze zrozumienie wszechświata poza nią, podejmowane są równie intensywne badania w celu uzupełnienia luk w naszej wiedzy o tej planecie.
Dopiero kilka dziesięcioleci umożliwiło naukowcom stworzenie dokładnych map dna morskiego i różnorodności znalezionych tam funkcji, poczynając od zastosowania opracowanego wojskowo sonaru po II wojnie światowej. Obecnie tradycyjny sonar stosuje się w połączeniu z innymi technikami, takimi jak mapowanie magnetyczne.
Jest to jedna z możliwości autonomicznego podwodnego pojazdu Sentry (AUV). Jednak podczas gdy poprzednie instrumenty do badań magnetycznych były holowane za statkami na poziomie powierzchni, Sentry jest zaprojektowany do działania 100 m nad dnem morskim, na głębokościach do 5 km. Ta bliskość w połączeniu z superczułym magnetometrem tworzy mapy dna morskiego o niespotykanej dotąd szczegółowości.
Sentry został wykorzystany do mapowania potencjalnych miejsc podwodnego obserwatorium u wybrzeży stanu Waszyngton. Jego czujniki środowiskowe zostały również wykorzystane podczas badań wycieków ropy Deepwater Horizon.
15. Nurkowanie na dno świata
Deepsea Challenger. Zdjęcie: Mark Thiessen / National Geographic
26 marca reżyser James Cameron przeszedł do historii, stając się pierwszą osobą, która samodzielnie nurkowała w Challenger Deep, najodleglejszym obszarze rowu Mariana i najgłębszym miejscu na Ziemi (siedem mil w dół).
Cameron zrobił to w swoim własnym głębinowym podwodnym podwodnym Deepsea Challenger, zbudowanym w tajemnicy przez ostatnie osiem lat. Podczas gdy podobno nie widział wiele podczas siedmiogodzinnego nurkowania, jego zespół wrócił bez niego kilka dni później i uchwycił zdjęcie po prawej stronie, które przedstawia Deepsea Challenger i zostało zrobione przez bezzałogowego towarzysza „lądownika głębinowego,”, Którego przynęta jest prawdopodobnie odpowiedzialna za przyciąganie stworzenia widocznego na obrazie.
Aby znaleźć zabawne odniesienie do tego, jak głęboko mówimy, sprawdź tę grafikę. Na wysokości 35 756 stóp Challenger Deep jest głębszy niż Everest wysoki, a mile do stracenia. To znacznie dalej niż głębokość, na której „jeśli strzelasz do dziury w butli z butlą pod ciśnieniem, zamiast wypływającego powietrza, woda wpada do środka”. Znacznie głębiej niż tam, gdzie walczą gigantyczne kałamarnice i kaszaloty, i ponad dwukrotnie głębiej niż miejsce spoczynku Titanica, które Cameron odwiedził w 1995 roku.
Trwają inne projekty mające na celu zaprojektowanie i zbudowanie jednostek pływających na samym dnie oceanu, w szczególności DeepFlight Challenger Virgin Group. Być może możliwość zawarcia umowy na lot suborbitalny z Virgin Galactic i podróż Marianą z Virgin Oceanic nie jest tak daleko.
16. Z czego to wszystko jest zrobione
Od map ze skalami nieskończenie dużymi po te nieskończenie małe. Wielki Zderzacz Hadronów, uruchomiony w 2008 roku jako największy na świecie akcelerator cząstek, stara się udowodnić istnienie hipotetycznej, ale jak dotąd nieobserwowanej cząstki bozonu Higgsa.
Wszystko jest połączone. Ciemna materia, która stanowi 83% wszechświata, składa się z cząsteczki subatomowej, o której nie sposób teoretycznie zinterpretować. Elektron na orbicie wokół atomu w twoim ciele może jednocześnie znajdować się na orbicie wokół centrum galaktyki.
Patrząc na tę listę i myśląc o tym, jak daleko zaszła technologia nawet w ciągu ostatnich 10 lat, nie można przewidzieć objawień następnych 10.
