Universumi on valtava tila, joka on täynnä sumua, tähtiryhmiä, yksittäisiä tähtiä, planeettoja ja niiden satelliitteja, erilaisia komeeteita, asteroideja ja lopulta tyhjiötä sekä tummaa ainetta. Se on niin valtava, että vastauksemme täydellisyyteen kysymykseen siitä, kuinka suuri se on, valitettavasti rajoittaa nykyinen tekniikan kehitystasomme. Universumin koon ymmärtämiseen sisältyy kuitenkin useiden keskeisten tekijöiden ymmärtäminen. Yksi näistä tekijöistä on esimerkiksi ymmärrys siitä, kuinka kosmos käyttäytyy, sekä ymmärtäminen, että näkemämme on vain ns. "Havaittavissa oleva maailmankaikkeus". Emme voi selvittää maailmankaikkeuden todellisia ulottuvuuksia, koska kykymme eivät salli meidän nähdä sen "reunaa".
Kaikki näkyvän maailmankaikkeuden ulkopuolella on meille edelleen mysteeri, ja siitä käy loputtomia keskusteluja ja keskusteluja kaikkien raidojen astrofysiikkojen keskuudessa. Yritämme tänään selittää yksinkertaisilla sanoilla, mihin tiede on tähän mennessä saapunut maailmankaikkeuden ulottuvuuksien ymmärtämisen kannalta, ja yritämme vastata yhteen poltettavimmista ja monimutkaisimmista kysymyksistä sen luonteesta. Mutta ensin tarkastellaan perusperiaatteita, kuinka tutkijat määrittävät etäisyyden avaruudessa.
Paistaa
Yksinkertaisin menetelmä etäisyyden määrittämiseksi avaruudessa on valon käyttö. Jos kuitenkin otamme huomioon tavan, jolla valo liikkuu avaruudessa, niin on ymmärrettävä, että esineet, joita näemme maapallolta avaruudessa, eivät välttämättä näytä samalta. Itse asiassa, jotta etäisten esineiden valo pääsee planeetallemme, voi kestää kymmeniä, satoja, tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia vuosia.
Valon nopeus on 300 000 kilometriä sekunnissa, mutta avaruudessa, sellaisessa jättimäisessä tilassa, sekunnin käsite ei ole ihanteellinen arvo mitattavaksi. Tähtitiedessä on tapana käyttää termiä valovuosi etäisyyden määrittämiseen. Yksi valovuosi vastaa suunnilleen 9,460,730,472,580,800 metrin etäisyyttä ja antaa meille paitsi kuvan etäisyydestä, mutta voi myös kertoa kuinka kauan esineen valon saavuttaminen meihin vie.
Yksinkertaisin esimerkki aika- ja etäisyyseroista on Auringon valo. Keskimääräinen etäisyys meistä aurinkoon on noin 150 000 000 km. Oletetaan, että sinulla on oikea kaukoputki ja silmäsuoja aurinkoa tarkkailla. Tärkeintä on, että kaikki, mitä näet kaukoputken läpi, tapahtui tosiasiallisesti Auringolle 8 minuuttia sitten (tämä on kuinka paljon valoa vie maahan). Proxima Centaurin valo? Saavuttaa meihin vasta neljässä vuodessa. Tai ota ainakin niin suuri tähti kuin Betelgeuse, josta tulee pian supernova. Vaikka tämä tapahtuma tapahtuisi nyt, emme tietäisi siitä vasta 27. vuosisadan puoliväliin!
Mainosvideo:
Valolla ja sen ominaisuuksilla on ollut avainasemassa ymmärryksessämme siitä, kuinka suuri maailmankaikkeus on. Tällä hetkellä kykyjemme avulla voimme tutkia noin 46 miljardia valovuotta havaittavissa olevasta maailmankaikkeudesta. Miten? Kaikki kiitos fyysikkojen ja tähtitieteilijöiden käyttämästä etäisyysasteikosta.
Etäisyysasteikko
Teleskoopit ovat vain yksi väline kosmisten etäisyyksien mittaamiseen, eivätkä ne aina pysty selviytymään tästä tehtävästä: mitä kauempana kohde on, etäisyys, johon haluamme mitata, sitä vaikeampi on tehdä. Radioteleskoopit ovat hienoja etäisyyksien mittaamiseen ja havaintojen tekemiseen vain aurinkokuntamme sisällä. He kykenevät todella toimittamaan erittäin tarkkoja tietoja. Mutta heidän on vain ohjattava katseensa aurinkokunnan ulkopuolelle, koska niiden tehokkuus heikkenee huomattavasti. Kaikkien näiden ongelmien vuoksi tähtitieteilijät päättivät turvautua toiseen etäisyyden mittausmenetelmään - parallaksiin.
Mikä on Parallax? Selitetään yksinkertaisella esimerkillä. Sulje ensin toinen silmä ja katso jotakin esinettä, sulje sitten toinen silmä ja katso taas samaa kohdetta. Huomaa esineen pieni "aseman muutos"? Tätä "siirtymää" kutsutaan parallaksiksi, tekniikaksi, jota käytetään määrittämään etäisyys avaruudessa. Menetelmä toimii hyvin, kun kyse on tähtiä, jotka ovat suhteellisen lähellä meitä - suunnilleen 100 valovuoden säteellä. Mutta kun myös tämä menetelmä tulee tehottomaksi, tutkijat turvautuvat muihin.
Seuraavaa menetelmää etäisyyden määrittämiseksi kutsutaan "pääsekvenssimenetelmäksi". Se perustuu tietoihimme, kuinka tietyn kokoiset tähdet muuttuvat ajan myötä. Tutkijat määrittävät ensin tähden kirkkauden ja värin ja vertaa sitten indikaattoreita läheisiin tähtiin, joilla on samanlaiset ominaisuudet, ja saavat näiden tietojen perusteella likimääräisen etäisyyden. Jälleen, tämä menetelmä on hyvin rajallinen ja toimii vain tähtiin, jotka kuuluvat galaksiimme, tai tähtiin, jotka ovat 100 000 valovuoden säteellä.
Tähtitieteilijät luottavat Cepheid-mittausmenetelmään tutkiakseen tarkemmin. Se perustuu amerikkalaisen tähtitieteilijän Henrietta Swan Leavittin löytölle, joka löysi suhteen kirkkauden muutoksen ajanjakson ja tähden kirkkauden välillä. Tämän menetelmän ansiosta monet tähtitieteilijät pystyivät laskemaan etäisyydet tähtiin paitsi galaksissamme, myös sen ulkopuolella. Joissakin tapauksissa puhumme 10 miljoonan valovuoden etäisyyksistä.
Ja silti emme ole vielä päässeet lähelle kysymystä maailmankaikkeuden koosta. Siksi siirrymme lopulliseen mittaustyökaluun, joka perustuu punasiirtymän (tai punansiirron) periaatteeseen. Punasiirtymän ydin on samanlainen kuin Doppler-ilmiön periaate. Ajattele rautatien ylitystä. Oletko koskaan huomannut, kuinka junan pillin ääni muuttuu etäisyyden myötä, vahvistuu lähestyessäsi ja hiljenee muuttuessasi?
Valo toimii suunnilleen samalla tavalla. Katso yllä olevaa spektrogrammaa, näetkö mustia viivoja? Ne osoittavat kemiallisten elementtien värin imeytymisrajat valonlähteessä ja sen ympäristössä. Mitä enemmän linjat siirtyvät spektrin punaiseen osaan, sitä kauemmin kohde meistä on. Tutkijat käyttävät myös näitä spektrogrammeja selvittääkseen kuinka nopeasti esine siirtyy meistä.
Joten me sujuvasti ja pääsimme vastaukseen. Suurin osa punaisesti siirretystä valosta tulee galakseista, jotka ovat noin 13,8 miljardia vuotta vanhoja.
Ikä ei ole pääasia
Jos lukemisen jälkeen olette tulleet siihen tulokseen, että tarkkailemanne maailmankaikkeuden säde on vain 13,8 miljardia valovuotta, niin olet jättänyt pois yhden tärkeän yksityiskohdan. Tosiasia on, että näiden 13,8 miljardin vuoden aikana Ison räjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus jatkoi laajentumistaan. Toisin sanoen tämä tarkoittaa, että maailmankaikkeuden todellinen koko on paljon suurempi kuin alkuperäisissä mittauksissamme ilmoitettiin.
Siksi maailmankaikkeuden todellisen koon selvittämiseksi on otettava huomioon toinen indikaattori, nimittäin kuinka nopeasti maailmankaikkeus on laajentunut Ison räjähdyksen jälkeen. Fyysikot sanovat pystyneensä vihdoin johtamaan tarvittavat numerot ja ovat vakuuttuneita siitä, että näkyvän maailmankaikkeuden säde on tällä hetkellä noin 46,5 miljardia valovuotta.
Totta, on myös syytä huomata, että nämä laskelmat perustuvat vain siihen, mitä me itse voimme nähdä. Tarkemmin sanottuna he kykenevät saamaan aikaan tilan syvyydessä. Nämä laskelmat eivät vastaa kysymykseen maailmankaikkeuden todellisesta koosta. Lisäksi tutkijat ihmettelevät joitain ristiriitaisuuksia, joiden mukaan kauempana olevat galaksit maailmankaikkeudessa ovat liian hyvin muodostuneita voidakseen katsoa, että ne ilmestyivät heti Ison räjähdyksen jälkeen. Tämä kehitystaso kesti paljon kauemmin.
Ehkä emme vain näe kaikkea?
Edellä mainittu selittämätön tosiasia avaa kokonaisen sarjan uusia ongelmia. Jotkut tutkijat ovat yrittäneet laskea, kuinka kauan näiden täysin muodostuneiden galaksien kehittyminen kestää. Esimerkiksi Oxfordin tutkijat päättelivät, että koko maailmankaikkeuden koko voi olla 250 kertaa tarkkailun koko.
Pystymme todellakin mittaamaan etäisyydet havaittavissa olevan maailmankaikkeuden esineisiin, mutta mitä tämän rajan ulkopuolella on, emme tiedä. Tietysti kukaan ei sano, että tutkijat eivät yritä selvittää sitä, mutta kuten edellä mainittiin, kykyämme rajoittaa teknisen kehityksen tasomme. Lisäksi ei pidä heti heittää pois olettamusta, jonka mukaan tutkijat eivät voi koskaan tietää koko maailmankaikkeuden todellista kokoa, ottaen huomioon kaikki tekijät, jotka ovat esteenä tämän asian ratkaisemiselle.
NIKOLAY KHIZHNYAK