Omfanget af rummet vanskeligt at forestille sig, og endnu sværere at lokalisere. Men takket være den geniale antagelser af fysikere, vi tror, vi har en god idé om, hvor stor plads. “Lad os gå gennem Universet,” — sådan en invitation blev foretaget af den Amerikanske astronom Harlow Shapley foran et publikum i Washington, D.C., i 1920. Han deltog i den såkaldte Store Debat om omfanget af Universet, sammen med sin kollega, Heber Curtis.
Shapley mente, at vores galakse, mælkevejen var 300 000 lysår i diameter. Det er tre gange mere end du tror nu, men på det tidspunkt målingerne blev ganske god. I særdeleshed, han har beregnet den samlede korrekte proportional afstande i mælkevejen — vores Søn i forhold til centrum af galaksen, for eksempel.
I begyndelsen af 20 århundrede, men er de 300.000 lysår syntes at mange samtidige Shapley nogle absurd stort antal. Og tanken om, at andre spiralgalakser som mælkevejen, som var synlig gennem et teleskop — var så stor i Almindelighed ikke blev taget alvorligt.
Ja, og Shapley troede, at mælkevejen skal være særlige. “Selv hvis spiraler er repræsenteret af stjerner, de er ikke sammenlignelige i størrelse på vores solsystem,” han sagde til sit publikum.
Curtis har ikke enig i. Han mente, at det var rigtigt, at Universet havde en masse andre galakser, der er spredt som vores. Men hans udgangspunkt var den antagelse, at mælkevejen var langt mindre end de anslåede Shapley. Ifølge beregninger foretaget af Curtis var mælkevejen kun er 30.000 lysår i diameter — eller tre gange mindre end moderne beregninger.
Tre gange tre gange mindre, vi taler om så store afstande, at det er helt klart, at de astronomer, der mediterede på dette emne et hundrede år siden, kan være forkert.
I dag er vi sikker nok på, at mælkevejen er et sted mellem 100 000 og 150 000 lysår i diameter. Observerbare univers, selvfølgelig, nnnoooooooo mere. Antag, at dens diameter er omkring 93 milliarder lysår. Men hvorfor skal en sådan tillid? Hvordan kan du måle noget fra Jorden?
Da Kopernikus erklæret, at Jorden er ikke centrum i solsystemet, vi altid har kopieret vores ideer om, hvad der er i Universet, og især hvor stor den kan blive. Selv i dag, som vi vil se, vi samle nye beviser, selv om det faktum, at hele universet kan være meget mere, end vi troede for nylig.
Kathleen Casey, en astronom ved University of Texas i Austin, til at udforske Universet. Hun siger, at astronomer har udviklet en række smarte værktøjer og måleudstyr til at beregne ikke kun afstanden fra Jorden til andre organer i vores solsystem, men forskellene mellem galakser og endda til enderne af det observerbare Univers.
Skridt til at måle alt dette gennem distance skala i astronomi. Det første skridt i denne skala er ganske enkel, og i vore dage bygger på moderne teknologi.
“Vi kan kun reflekterer radiobølger fra de nærmeste planeter i solsystemet, som Venus og Mars, og måle den tid, det tager disse bølger til at vende tilbage til Jorden,” siger Han. — Målinger vil derfor være meget præcise.”
Store radio-teleskoper som Arecibo i Puerto Rico kan gøre det — men de er også i stand til mere. Arecibo, for eksempel, kan opdage asteroider, der flyver omkring vores Sol system og endog skabe deres billeder, afhængigt af, hvordan radiobølger reflekteres fra overfladen af asteroiden.
Men bruger radiobølger til at måle afstande uden for vores solsystem upraktisk. Det næste trin i den kosmiske skala er en måling af, parallax. Vi gør det hele tiden uden selv at indse. Mennesket har, som mange dyr, som intuitivt forstår afstand mellem sig selv og de objekter, på grund af det faktum, at vi har to øjne.
Hvis du holder genstanden foran en — arm, for eksempel — og ser på ham med det ene øje åbent, og derefter skifte øjne, ser du, at din hånd er en smule forskudt. Dette kaldes parallakse. Forskellen mellem disse to observationer, der kan bruges til at bestemme afstanden til objektet.
Vores hjerne er dette naturligvis med oplysninger fra begge øjne, og astronomerne gør det samme med de nærmeste stjerner, kun bruge de andre sanser: teleskoper.
Forestil dig, at i rum flyder de to øjne på hver side af Solen. På grund af Jordens bane, vi har disse øjne, og vi kan iagttage den forskydning af stjernerne i forhold til objekter i baggrunden ved hjælp af denne metode.
“Vi måler stjernernes placering på himlen, sige, i januar, og derefter vente seks måneder, og måle det samme position af stjernerne i juli, når de er på den anden side af Solen,” siger Han.
Men der er en grænse, hvor objekter har hidtil, på omkring 100 lysår — at den observerede skævhed er for små til at give et nyttigt beregning. På denne afstand vil vi stadig være langt fra kanten af vores egen galakse.
Næste trin er at installere den primære sekvens. Han er afhængig af vores viden om, hvordan stjerner, af en vis størrelse, der er kendt som stjernerne på de vigtigste sekvens, der udvikler sig over tid.
Første, de skifter farve med alderen, bliver rødere. Præcist måling af farve og lysstyrke, og når man sammenligner det med, hvad der er kendt om de afstand til de vigtigste sekvens stjerner, som er målt med den metode, der af trigonometriske parallakse, kan vi estimere placeringen af disse fjernere stjerner.
Det princip, som ligger til grund for disse beregninger er, at stjerner af den samme masse og alder, vil blive vist lige så lyse for os, hvis det var den samme afstand fra os. Men fordi det er ofte ikke, vi kan bruge forskellen i målingerne for at finde ud af, hvor langt de egentlig er.
Stjerner i den primære sekvens, der anvendes til denne analyse, anses for at være en af de typer af “standard stearinlys” — af organer, af en størrelsesorden (eller lysstyrken) kan vi beregne matematisk. Disse stearinlys spredt i hele rummet og forudsigelig belyse Universet. Men stjernerne af de vigtigste sekvens er ikke de eneste eksempler.
Det er forståelsen af, hvordan lysstyrke er relateret til afstanden, giver os mulighed for at forstå afstande til fjernere objekter som stjerner i andre galakser. Tilgang med de vigtigste sekvens vil ikke længere fungere, fordi lyset af de stjerner, der er millioner af lysår væk, hvis ikke mere — vanskeligt at udføre.
Men i 1908, en forsker ved navn Henrietta Swan Leavitt af Harvard har udført en fantastisk opdagelse, som hjalp os med at måle disse enorme afstande. Swan Leavitt indset, at der er en særlig klasse af stjerner, Cepheide.
“Hun har bemærket, at en bestemt type af stjernede ændringer dens lysstyrke over tid, og denne ændring i lysstyrke, i pulseringer af disse stjerner er direkte relateret til, hvor de er lyse af naturen,” siger Casey.
Med andre ord, jo lysere stjerne klasse af Cepheider vil være “pulserende” langsomt (over mange dage) end de mere kedelige Cepheide. Fordi astronomer kan måle pulsen af Cepheider, de kan fortælle, hvordan en lysende stjerne. Derefter, ved at observere, hvor lyst der vises til os, kan de beregne afstanden til det.
Dette princip svarer til den tilgang, at de vigtigste sekvens i den forstand, at det centrale er lysstyrke. Det er dog vigtigt, at afstanden kan måles på forskellige måder. Og flere metoder til måling af afstand vi har, jo bedre kan vi forstå det sande omfang af vores kosmiske baghave.
Opdagelsen af sådanne stjerner i vores egen galakse overbevist om, Harlow Shapley i sin store størrelse.
I begyndelsen af 1920-erne Edwin Hubble opdagede Cepheider i de nærmeste til os, er Andromeda-galaksen, og den konkluderede, at det er bare en million lysår fra os.
I dag, efter vores bedste skøn, denne galakse er 2.54 millioner lysår fra os. Derfor, Hubble, var forkert. Men dette ændrer ikke ved hans resultater. Fordi vi stadig forsøger at beregne afstanden til Andromeda. 2.54 millioner år er antallet, i virkeligheden, er et resultat af relativt nylige forlig.
Selv nu, omfanget af Universet er det svært at forestille sig. Vi kan vurdere meget godt, men sandheden er, at præcist at beregne afstanden mellem galakser er meget vanskeligt. Universet er utrolig stor. Og vores galakse er ikke begrænset.
Hubble også målt lysstyrken af eksploderende hvide dværge — supernova type 1A. De kan ses i meget fjerne galakser, milliarder af lysår væk. Da lysstyrken af disse beregninger kan vi beregne, at vi kan afgøre, hvor langt de er, som vi har gjort med Cepheider. Type 1A supernovaer og Cepheider er eksempler på, hvad astronomerne kalder en standard lys.
Der er en anden funktion i Universet, der kan hjælpe os med at måle virkelig lange afstande. Denne red shift.
Hvis sirenen fra en ambulance eller politi bil nogensinde, der flyder forbi dig, du er fortrolig med Doppler-effekten. Når ambulancen nærmer sig, sirenen lyder skinger, og når det fjernes, sirenen dør ned igen.
Det samme sker med bølger af lys, kun på en lille skala. Vi kan lave denne ændring ved at analysere spektrum af lys fjernbetjening tlf I dette spektrum vil have mørke linjer, fordi nogle farver, der absorberes af de elementer i lyskilde og omkring overfladen af stjernerne, for eksempel.
Jo længere objekter fra os, jo længere mod den røde ende af spektret, vil skift i disse linjer. Og det er ikke kun fordi de objekter, der er langt fra os, men fordi de stadig er fjernet fra os i tiden, takket være udvidelsen af Universet. Og observation af røde skift af lys fra fjerne galakser, i virkeligheden, giver os med beviser, at universet faktisk udvider sig.
Kartik Sheth, NASA videnskabsmand, har følgende analogi: sted, et punkt på overfladen af ballonen — hver, som vil repræsentere galaxy og derefter at puste ballonen. Med udvidelsen af gummi, afstanden mellem punkter på overfladen øges. “Mens universet udvider sig, hver galakse bevæger sig væk fra andre. Typisk, den bølge skal være af samme frekvens som det blev afvist, men nu plads-selve tiden er strakt ud, så den bølge begyndte at synes længere.”
Jo hurtigere galaksen bevæger sig væk fra os, jo længere det skal være — og jo flere røde skift, vi kan finde det let, at få ham på Jorden. Igen, at Edwin Hubble opdagede proportional sammenhæng mellem Cepheider i fjerne galakser, og hvor meget lyset fra disse galakser, der er gået gennem den røde skift.
Nu nøglen til vores puslespil. Den stærke røde skift af lys, som vi kan opdage i det observerbare Univers viser, at lyset kom til os fra galakser, der 13,8 milliarder år.
Fordi det er det ældste lys, at vi fandt, det giver os også mulighed for at måle Universets alder i sig selv.
Men i løbet af de sidste 13,8 milliarder år universet er konstant at udvide — og i første han gjorde det meget hurtigt. Når dette tages i betragtning, at astronomerne har konkluderet, at galakser ved kanten af det synlige Univers, det lys, som kom hen til os for 13,8 milliarder år, skal være på 46.5 milliarder lysår fra os.
Er radius af det observerbare Univers. Gange og få en diameter på 93 milliarder lysår. Dette antal er baseret på mange andre målinger og den videnskabelige forskning, og er kulminationen på århundreders arbejde. Men som Han siger, rating er en smule hård.
På den ene side, i betragtning af kompleksiteten af nogle af de ældste galakser, som vi kan afsløre, at det er uklart, hvordan de kunne have dannet så hurtigt efter Big Bang. Måske nogle af vores beregninger er forkerte.
“Hvis et af trinene af omfanget af astronomiske afstande er galt med 10%, så andre er forkerte, fordi de er afhængige af hinanden,” siger Han.
Det bliver endnu mere kompliceret, når vi forsøger at tænke over det Univers, der ligger ud over det, som kan observeres. Om hele Universet. Afhængigt af hvilken teori, du kan lide mere, er et helt univers kan være endeligt eller uendeligt.
For nylig Mihran Vardanyan og hans kolleger fra University of Oxford i ENGLAND analyseret de kendte data om objekter i det observerbare Univers for at se, hvad der kan læres fra denne viden om form af hele Universet. Resultaterne har ført til ny skøn: hele universet er 250 gange mere observeret.
Vi vil aldrig være i stand til at se disse fjerne regionen. Men det observerbare Univers er nok for de fleste af os. For akademikere som Casey og Set, at det er uendeligt fantastisk.
“Alt hvad vi ved om Universet — hvor stor den er, hvordan awesome de objekter i det — vi gjorde det bare med at indsamle de fotoner af lys, der har passeret millioner og atter millioner af lysår for at komme til vores scannere og kameraer og til at dø,” siger Sheth.
“Det er ydmygende,” siger Han. — Astronomi har lært os, at vi er ikke i centrum af Universet, vi er ikke engang i midten af vores solsystem eller galaxy”.
Når vi kommer så langt ind i det Univers, som er svært at forestille sig. Så langt, vi kan kun se. Men at se kan være uendeligt langt væk.
Der er gået mange år, men nu kender vi størrelsen af Universet
Ilya Hel