Топ-10 астрономических открытий

Введение

Примечание редактора: В рамках научного уик-энда на телеканале Дискавери 20 февраля в 21:00 состоится премьера фильма «Телескоп», энергичное путешествие за кулисы следующего шага в эволюции телескопов – космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, снятый номинированным на Оскар режиссером Натаниелем Каном. Телескоп Джеймса Уэбба будет в 100 раз мощнее, чем НАСА/ЕКА космический телескоп Хаббл (изображенный здесь). «Телескоп» расскажет об этой эпической миссии и всей истории астрономии.

V-kosmose.com будут плотно следить за этим событием, и перед премьерой предоставят соответствующие статьи и галереи об истории астрономии и невероятные подвиги Хаббла, продолжающиеся уже более 25 лет после запуска. Прочитайте, вкратце, о 10 лучших моментах в истории астрономии, которые помогут нам понять конструкцию космического телескопа НАСА следующего поколения…

1. Небеса меняются и планеты движутся

Наши древнейшие предки полагались на небо в отслеживании изменения сезонов. По нему они знали, когда можно охотиться на определенные виды зверей. При достижении развития сельского хозяйства, как это было в Древнем Египте, звёзды использовали для прогноза, когда сеять зерно и когда его собирать. Мы используем небо, как огромные часы, чтобы определять время в течение года. Когда появлялись такие небесные явления, как затмения или кометы, они представлялись, как непредсказуемые события созданные богами. Сегодня мы знаем, что это происходит из-за вращений и гравитационных взаимодействий в космосе.

Со временем, некоторые умные люди заметили, что существуют звезды, движущиеся по небу по предсказуемому пути. Они путешествовали по тому же пути, что и Солнце, передвигаясь по звездному фону. Теперь мы называем эти объекты планетами (в вольном переводе с греческого – «странники»). Во многих культурах, планеты называли в честь богов.  Даже наши названия – Меркурий, Венера, Марс, Сатурн и Юпитер (пять планет известных в древние времена) - произошли в честь высших существ.

2. Земля (как и Солнце) не находится в центре Вселенной

Ранее верили (основываясь на религии), что Земля – это центр Вселенной. Когда древние астрономы наблюдали небо, было много вещей, которые они не понимали. Например, почему Марс иногда изменяет направление движения по небу, а потом возобновляет идти в том же направлении, что и другие планеты? Некоторые астрономы придумали сложные геометрические модели названые эпициклы, которые предназначались для предсказания хаотического движения планет.

Более простое решение было предложено Николаем Коперником в 16 веке, опубликовавшем материалы, где Солнце находится в центре Вселенной, а Земля вращается вокруг него, как и другие планеты. То же самое предполагал Аристарх Самосский в третьем веке, но его труды, в то время, не были хорошо известны в западном мире. Это решило проблему эпициклов, и было подкреплено другими доказательствами. Например, открытие Галилео лун, вращающихся вокруг Юпитера в 1610 году, доказывало, что не все вращается вокруг Земли. Религиозные власти были не довольны этим открытием, но со временем доказательства превысили аргументы.

По мере развития телескопических технологий, в конце концов, мы узнали, что Солнце не является центром Вселенной. В 1750 году, считалось, что Млечный путь это большое скопление звезд со своим центром. К началу 20 века, наблюдение новых звезд (звездообразований) в других галактиках показали, что они находятся намного дальше Млечного Пути. Позже астроном Эдвин Хаббл нашел доказательства того, что Вселенная постоянно расширяется, и у нее нет настоящего центра.

3. Все находится под воздействием гравитации

Хотя мы видели движение планет, что заставляет их двигаться, было мало изучено на протяжении тысячелетий. Все изменилось в 17 веке, когда Сэр Исаак Ньютон начал применять математические теории в наблюдении Вселенной. Он рассчитал три основных закона движения, а также закон всемирного тяготения, который говорит, что любые два объекта во Вселенной притягиваются друг к другу. У планет большая сила притяжения, а у небольших камней из кольца Сатурна маленькая.

В начале 20 века наше понимание гравитации изменилось с помощью наблюдений физиков, таких как Альберт Эйнштейн, который обнаружил, что время может изменяться в зависимости от вашего движения. Если вы путешествуете со скоростью близкой к скорости света, ваше чувство времени замедлится по сравнению с чувством людей на Земле. Время стало четвертым измерением (после длины, ширины и высоты), что позволило понять экстремальные гравитационные условия вокруг черных дыр и других объектов с массивной гравитацией. Гравитация объектов затем объяснялась как изменение пространства-времени во Вселенной, с объектами, измененными под действием силы тяжести.

В начале 2016 года, Лазерной Интерферометрической Гравитационно-волновой Обсерваторией (ЛИГО) были обнаружены гравитационные волны. Это, по существу, пульсация в пространстве-времени созданная вращающимися друг вокруг друга массивными объектами, как черные дыры. Эйнштейн предвидел их существование, и астрономы пытались их обнаружить в течение 50 лет.

4. За Сатурном есть планеты

Телескоп позволил обнаружить много мелких объектов не доступных человеческому глазу. Уильям Гершель случайно открыл Уран в 1781 году, когда проверял звезды по каталогу, он не нашел величиной 8 (слабее возможности человеческого глаза) или ярче. В этот момент Гершель понял, это Уран движется по звездному небу. Он планировал назвать её Король Георг III, но другие астрономы решили назвать планету в честь бога, как и все остальные.

Стремительно последовали другие открытия. Церера (тогда её считали астероидом, а не карликовой планетой) была открыта в 1801 году, первая из тысяч известных сегодня. Нептун был открыт в 1846 году, а Плутон (изначально признанный планетой) в 1930. Солнечная система стала более вместительной, чем считалось ранее. Со временем, модели спрогнозировали, что кометы, скорее всего, находятся за орбитой Нептуна, в районе ледяных объектов, названных Поясом Койпера. В начале 21 века, несколько новых объектов размером с Плутон в Поясе Койпера побудили Международный Астрономический Союз создать новую категорию объектов – «карликовые планеты», и поместить в эту категорию Плутон и Цереру.

Не менее поразительным было открытие планет за пределами нашей Солнечной Системы. Сначала астрономы нашли 3 планеты, вращающиеся вокруг пульсара PSR B1257+12, в 1992 году, после огромную экзопланету, вращающуюся вокруг звезды главной последовательности 51 Пегаса в 1995. Сейчас мы знаем более 1000 подтвержденных экзопланет за пределами Солнечной Системы, с тысячами не подтвержденных. Основная часть из них, были обнаружены с помощью космического телескопа НАСА Кеплера, запущенного в 2009 году.

5. Существует космическое ограничение скорости

Мы используем скорость света, как единственную единицу измерения Вселенной. Мы рассчитывали её на протяжении веков и знаем, что скорость света в вакууме около 300 тысяч километров (186 тысяч миль) в секунду. Солнце находится на расстоянии 8 световых минут от Земли. Расстояние до ближайшей звёздной системы (Альфа Центавра) приблизительно 4 световых года, а до ближайшей крупной галактики (Андромеда) 2,5 миллионов световых лет.

И хотя у нас существуют мечты "Звездного пути" о путешествиях через Вселенную к этим дальним пунктам назначения, сейчас мы ограничены законами физики. Другое открытие Эйнштейна было об отношении массы и энергии, показанное в уравнении E=mc2. Если вы летите со скоростью приближенной к скорости света, энергия необходимая для её достижения увеличивает вашу массу (и транспорт на котором вы путешествуете). Перед точкой достижения скорости света, масса становится равна бесконечности. Невозможно двигаться быстрее.

Все равно, ученые предполагают некоторые умные рациональные способы. Возможно, во Вселенной есть червоточины, по которым можно беспрепятственно путешествовать сквозь пространство и время. Возможно, существуют способы общения быстрее скорости света, так запутанные квантовые частицы могут мгновенно взаимодействовать, не зависимо как далеко находятся друг от друга (это часто называют «жуткое взаимодействие на расстоянии»). Но, насколько мы знаем, скорость света самая большая скорость, на которой можно путешествовать.

6. Мы видим отголоски Большого Взрыва

Если Вселенная началась как одно целое и потом начала расширяться (явление, называемое Большой Взрыв), это должно произойти при невообразимой энергии. Со временем, когда Вселенная стала больше, энергия рассеялась, охладилась и конденсировалась в материю, которая заполнила космос.

Сейчас мы наблюдаем следы этого огромного взрыва, после случайного открытия в 1965 году. В то время, когда фоновое излучение было предсказано Ральфом Альфером в 1948 году, два исследователя из Телефонной Лаборатории Белла нашли их только через десятилетие, когда обнаружили помехи на строившемся радиоприемнике. Арно Пензиас и Роберт Уилсон сделали открытие, в то же время, когда другая команда пыталась его обнаружить, в результате в 1965 году в Астрофизическом журнале опубликовали две работы (от каждой из команд).

Астрономы теперь знают, существуют крошечные колебания температуры (так называемые анизотропии) в космическом микроволновом фоне, которые показывают колебания незначительной плотности, вызванные в древней Вселенной. Эти крошечные колебания, могут быть обнаружены с помощью очень чувствительных приборов, таких как космический Микроволновой Анизотропный Зонд Вилкинсона НАСА и Европейский космический телескоп Планк. Считается, что выявление этих отклонений, поможет понять, как сформировалась Вселенная, крупномасштабность её структуры и природу создания древних галактик.

7. Вселенная расширяется и ускоряется

В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. Он был активным и усердным исследователем, используя новый 100-дюймовый телескоп, находящийся на горе Уилсон в Калифорнии, он сделал много открытий, включая реальные расстояния до галактик. Он сделал это, наблюдая новые звезды в этих галактиках, оценивая их яркость, а потом вычислял, как яркость относится к расстоянию. Затем, основываясь на работах астронома Весто Слайфера, Хаббл измерил движение галактик и опубликовал статью, которая в итоге показала, что Вселенная расширяется.

Это открытие было поразительным, но удивление продолжилось, когда позже в конце 1990-х, установили, что Вселенная ускоряется во время расширения. Астрономы измерили сверхновые в дальних галактиках и обнаружили, что они менее яркие, чем должны были быть, судя по их красному смещению (указывая на то, что они движутся от нас). Это открытие, в итоге, принесло исследователям Нобелевскую Премию.

8. Мы не можем увидеть большую часть материи Вселенной

Ускоряемое расширение Вселенной было загадкой для астрономов, и они предположили, что должна быть сила, которая толкает её вперед. На сегодня главная теория состоит в том, что существует сила, называемая тёмная энергия, которую невозможно обнаружить современными астрономическими технологиями.

Существует несколько теорий, что такое темная энергия. Возможно это само космическое пространство. Во время расширения пространства, создается больше темной энергии, распространяя расширение ещё дальше. Другое возможное объяснение происходит от теории квантовой материи, по которой квантовые частицы появляются и исчезают, создавая энергию.

Считается, что темная энергия составляет около 68% от массы известной Вселенной, а темная материя 27%. Ученые не уверены, что такое темная материя, но они осознают, что по гравитационным расчетам большая часть Вселенной не видима нам. Мы можем косвенно наблюдать темную материю по влиянию силы тяжести. Одним из примеров, является преломление света, через такое явление, как гравитационная линза. Остальная часть Вселенной, менее 5%, состоит из энергии и материи, которую мы можем видеть с помощью телескопов.

9. Существует водяной лед в других мирах

Вода считается ключевым элементом жизни, и с течением времени мы узнаем, что это универсальный элемент в Солнечной Системе, и во всей Вселенной. Первые наблюдения космических аппаратов в 1970-х и 1980-х годах, показали существование ледяных миров за пределами Земли. Открытие ледяных спутников вблизи Юпитера и Сатурна и за их пределами стало неожиданностью, так как мы привыкли наблюдать лишенный атмосферы спутник Земли, но со временем научились оценивать их сложный химический состав.

Эти миры (как Европа Юпитера и Энцелад Сатурна) считаются наиболее пригодными для жизни вне Земли, которые мы знаем в Солнечной Системе. Также можно отметить, что вода может быть внутри этих спутников в жидком виде. Одним из примеров является Титан Сатурна, который наполнен углеводородами (один из строительных элементов жизни) и существует вариант, при которой может существовать жидкий океан под его поверхностью.

Более современные наблюдения в 1990-х и в последующий период выявили водяной лед в некоторых неожиданных местах. Оказалось, что водяной лед может сохраниться на безвоздушном спутнике и даже на Меркурии (ближайшая планета к Солнцу), пока он находится в затененных кратерах или под защитным слоем пыли. Марс также имеет полярные шапки, частично состоящие из водяного льда. Водяной лед присутствует на кометах и некоторых небольших мирах, наподобие карликовой планеты Церера.

10. Предстоит ещё много открытий

Астрономия только собирается узнать много интересного, после улучшения телескопов для зондирования происхождения Вселенной, и поиска других миров. Например, планируется запустить Космический Телескоп Джеймса Уэбба НАСА (приемник Космического Телескопа Хаббла) в 2018 году, чтобы посмотреть на происхождение и эволюцию галактик, как появились звезды, и обстоятельство происхождение «первого света» (когда сразу после образования Вселенной появился первый луч света).

Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп, который собираются закончить в 2024 году, будет отслеживать секреты Вселенной с Pемли. С помощью него планируют рассмотреть экзопланеты, ранние дни Вселенной, сверхмассивные черные дыры и таинственную природу темной материи и темной энергии. ЕЧБТ, Джеймс Уэбб и следующее поколение телескопов будут искать планеты похожие на Землю в других звездных системах, включая изучение их происхождения, атмосфер и орбит.

Недавнее открытие гравитационных волн, являющихся ключевым компонентом общей теории относительности Эйнштейна предсказанных 100 лет назад, может создать новый вид астрономии – гравитационно-волновую астрономию. Независимо от электромагнитного спектра (видимый свет, рентгеновские и инфракрасные лучи), гравитационно-волновая астрономия сможет измерить пульсацию в космическом пространстве, открыв массивные объекты, которые в противном случае остались бы невидимые.