Teadus
Igal aastal saame pisut paremini mõista universumi olemust ja oma kohta selles.
Enamiku USA jaoks on kaardistamistehnoloogia, mida me igapäevaselt kasutame, piiratud kriipsudega GPS-ühikutega.
Ei mingit lugupidamatust - ma mõtlen, et alles kümme aastat tagasi sõltusime me paberkandjal maanteeatlastest, et jõuaksime sinna; tipptasemel tähendas Mapquestis marsruudi leidmist ja seejärel lehtede printimist.
Kuid seda lugedes töötavad sajad teadlaste meeskonnad tohutult keerukamate tehnoloogiatega, et kaardistada kõike alates universumi kaugematest osadest kuni selle lõpmatuseni väikeste osakesteni. Alles mõni nädal tagasi alles ehitatava ALMA observatooriumi (ülal pildil) abil astronoomid tegid lähedal asuva Fomalhauti süsteemi kohta suure avastuse - põhimõtteliselt selle, et see sisaldab tõenäoliselt hunnikut Maasuuruseid planeete.
Järgnevalt on toodud loetelu sarnaselt silmapaistvatest avastustest meie universumi ülesehituse ja kujunduse kohta ning astronoomia, osakeste füüsika ja mereteaduse uusimate tehnoloogiate kirjeldused, mis on need võimalikuks teinud.
1. Järgmine põlvkond: James Webbi kosmoseteleskoop
Hubble'i ja Spitzeri kosmoseteleskoobid on seda õõtsutanud vastavalt 22 ja 9 aastat. Nende ülesandeks on uskumatute süvakosmosepiltide tootmine, millega me kõik oleme tuttavad, millest mõned on allpool. Kuid Spitzer on oma põhitegevuseks vajaliku vedela heeliumi varu juba ammendanud ning Hubble kestab eeldatavasti alles veel kaks aastat. James Webb on nende järeltulija.
James Webbi kosmoseteleskoobi valmimine on kavandatud 2018. aastal eri ehitusetappidega 17 riigis. Selle disainilahendusel on 18 kuldkattega kuusnurkset peeglit, mis fokusseerivad valgust kaugetest sihtallikatest ja hõivavad suure eraldusvõimega nähtavat ja infrapunakiirgust. pilte. Teoreetiliselt tähendab see, et see näeb universumi kõige kaugemaid objekte, nagu esimesed tähed ja galaktikad, mis pärast Suurt Pauku tekivad.
Ülaloleval pildil näeb NASA insener Ernie Wright, kui esimese kuue lennuvalmis James Webbi kosmoseteleskoobi esmased peegelsegmendid on ettevalmistatud, et alustada viimast krüogeenset testimist NASA Marshalli kosmoselennukeskuses (Huntsville, AL).”Funktsionaalsust tuleb testida tingimustes sarnaneb nendega, mida kogeti James Webbi sihtmärgi orbiidil, 930 000 miili otse üles.
2. Meie galaktika kaardistamine
Mõnel ilmselgel viisil on Linnutee galaktika, mida me kõige paremini tunneme. Kõik selle koostisosad on Maale palju-palju lähemal kui nende välismaistes galaktikates olevad kolleegid. Kuid kui rääkida Linnutee üldisest kujust ja meigist, on see ülesanne alati olnud keeruline - just seetõttu, et oleme õige selles osas.
Juba 1785. aastal tegid astronoomid seda, loendades üksikud Maast vaadatuna olevad tähed ja joonistades need töötlemata galaktikakaardile. Hiljem tulid tõelised läbimurded teiste galaktikate vaatlemisel ja mõistmisel, et nad vastavad enamasti ühele kolmest peamisest struktuuritüübist. Linnutee määrati spiraalselt, paks keskosa poolitas selle keskosa.
Raadioteleskoopide kasutuselevõtt 20. sajandi keskpaigas võimaldas astronoomidel mõõta galaktika eri sektorite vesiniku väljundit, mis viis spiraalivarre ja tõkkekeskuse täpsemini kaardistamiseni. Nagu paremal oleval joonisel on näha, asub meie päike Orioni harus. Kui näete öösel Linnuteed, siis vaatate Amburi, Scutum-Cruxi ja Norma Relvade suunas servast üles ja sissepoole tiheda galaktilise tuuma poole.
3. Linnutee keskpunkti lähem ülevaade
Kaasaegsed leiutised meie galaktika kohta tulenevad Hubble'i ja Spitzeri kosmoseteleskoopidest. Ülaltoodud infrapunakomposiit ühendab iga tehnoloogia kujutised, et luua kõige täpsem pilt, mis sellest kosmosepiirkonnast kunagi on jäädvustatud. Siia manustatud foto mõõtmed on 900 × 349 pikslit, kuid need tähistavad pindala 300 × 115 valgusaastat.
Galaktika keskus hõlmas teadaolevalt kolme suurt massiivsete tähtede klastrit, kuid sellel pildil on palju hiiglaslikumaid isendeid, kes asuvad klastrite piiridest kaugemal. Samuti on üldtunnustatud seisukoht, et supermassiivne must auk on kuskil selles keskosas peidus. Ülaltoodud suure eraldusvõimega mosaiigi genereerimiseks kulus Hubble'i 144 orbiiti Maa peal ja 2300 säritust.
4. Hubble'i kosmoseteleskoop
See on tükk tehnoloogiat, mis vastutab kõigi ilusate kosmosepiltide eest. Kinda näeb välja nagu plekkpurk, mille ühte otsa on mähitud foolium. Või tõesti väga kallis burrito.
Hubble'i ehitamiseks kulus 11 aastat ja see käivitati aastal 1990. Alles nädalaid pärast missiooni sai selgeks, et teleskoobi primaarse peegli mõõtmised olid välja lülitatud - 2, 2 mikromeetri võrra. Õnneks oli Hubble mõeldud orbiidil olevate teeninduste majutamiseks. 1993. aastal paigaldas Endeavouri meeskond korrigeeriva optika, viies instrumendi originaalsetele disainistandarditele vastavaks. Ülalolev foto on tehtud lõpliku plaanilise teenistusmissiooni ajal 2009. aastal.
Nii teaduse kui ka universumi mõistmisel tehtud edusammude osas on Hubble'i kosmoseteleskoop kahtlemata kõige olulisem kaardistamistehnoloogia, mida kunagi kasutatud.
5. Läheb ülimalt sügavaks
Hubble'i peamiste saavutuste hulgas on see uuring - 800 särituse segu, mis on tehtud 11 päeva jooksul ja mis on suunatud Fornaxi tähtkujus muidu “tühjale” taevakihile.
Kõik Hubble'i ülimalt sügava välja pildistamisel nähtavad valgusepunktid on galaktika väga-väga kaugel. Nende parempoolsel pildil olev valgus liikus 13 miljardit aastat, enne kui mõjutas Hubble'i andureid ja lõi selle pildi. See tähendab, et seda vaadates jälgite universumit, nagu see oli vaid 400–800 miljonit aastat pärast Suurt Pauku.
Pildil on 10 000 galaktikat. See näitab taeva pindala, mis on täiskuu läbimõõduga Maast vaadates vaid 1/10. Meele löömiseks ei pea te selleks matemaatikat tegema.
Tehke endale teene ja klõpsake selle laiendamiseks nuppu.
6. Universumi laienemise kiiruse mõõtmine
Hubble pole mitte ainult andnud meile sügavaima kujutise universumist, mis eales salvestatud, aidates astronoomidel täpsemini määrata universumi vanust, vaid sellel on olnud ka võtmeroll universumi laienemiskiiruse mõõtmisel.
Alates Edwin Hubble'i 1920. aastate lõpu tööst oleme teadnud, et universum laieneb - iga universumi objekti vaheline kaugus suureneb. Selle suurenemise määra vaidlustati alles hiljuti. Viimase mitme aasta jooksul on Hubble'i teleskoobi andmed selliste astronoomiliste objektide nagu supernoovad (nagu näiteks ülaltoodud Krabi udukogu, 1054. aastal pKr toimunud täheplahvatuse jäänused) tulemusel Hubble'i konstandi, matemaatilise laienemise kiiruse esitus.
Teisisõnu, Hubble'i andmed loovad nii meie universumi üksikasjalikumaid kaarte kui ka aitavad meil mõista, kuidas need kaardid pidevalt muutuvad.
7. Vaatluskeskused Hawaii tipus
Hawaii suurel saarel asuva Mauna Kea tippkohtumisel 13.796 jalga peal asub see rahvusvaheliselt omandis olevate observatooriumide kollektsioon. See on tähistamise peamine koht, kuna piirkonna õhuniiskus on üldiselt madal ja ükskõik milline veeaur seal ripub enamasti tippude all pilvedes. Päikesetõusu eelne rajatise külastus on muutunud populaarseks turismitegevuseks.
Kokku on 13 teleskoopi, sealhulgas Kecki paar, mis on kaks suurimat optilist teleskoopi maailmas. Teadlased kasutavad observatooriumide kaardistamiseks kõike, alates Jupiteri ümbruse orbiidil olevatest äsja avastatud satelliitidest kuni meie päikese tunnusjoonteni ja lõpetades galaktikatega „alates pimedatest ajastutest”. Nad on loonud ka lainurkohal suurendatavad taevapildid.
8. Galaktilise naabri õppimine
Nagu Linnutee puhul, täiendavad uued tehnoloogiad meie arusaamist teistest läheduses asuvatest galaktikatest. Vasakpoolsel pildil on Suur Magellaani pilve (LMC) väike piirkond, mis on meie enda jaoks lähim galaktika umbes 160 000 valgusaasta kaugusel.
Täpsemalt näidatakse siin Tarantula udukogu. See on meie galaktiliste naabruste suurim ja aktiivseim tähte tootv piirkond, mis muudab selle uskumatult helendavaks ja pakub astronoomidele uskumatut huvi, kui nad uurivad, kuidas tähed tekivad, arenevad ja lõpuks surevad. Mõned näidatud eredad sinised tähed on seni suurimad, nende massid on üle 100 korra suuremad kui päikese oma.
LMC oli varajastele astronoomidele nähtav ebamääraselt ereda udusena - sellest ka „pilve” terminoloogia. Alles Hubble'is suutsime siiski lahendada üksikud tähed nagu Tarantula udukogu tihedad kobarad ja näha täpselt, mis selles nähtusterohkes galaktikas toimub.
9. Kosmiline kiirgus ja universumi areng
Enamik toimuvat universumi kaardistamist ei toimu nähtava valguse spektris ja selle tulemuseks pole tingimata atraktiivsed või juurdepääsetavad pildid.
ESA poolt 2009. aastal käivitatud Plancki satelliit mõõdab kosmilise mikrolaine tausta (CMB) - seda tüüpi kiirgust, mis tungib universumisse ja arvatakse olevat seotud sündmustega, mis toimusid Suure Paugu ajal ja vahetult pärast seda. Kogu taeva CMB lugemist silmas pidades on Plancki eesmärk vastata suurtele küsimustele: "Kuidas sai alguse universum, kuidas see kujunes selliseks seisundiks, mida me täna vaatleme, ja kuidas see tulevikus areneb?"
10. Maa-sarnaste planeetide otsing
NASA Kepleri missioonil, mis kasutab orbiidil olevat Kepleri teleskoopi, on seatud eesmärk avastada läheduses olevad Maa-sarnased planeedid, andes seeläbi täpsema hinnangu selle kohta, kui palju selliseid planeete võib Linnutee piirkonnas esineda.
Maa-sarnaseks peab planeedi suurus sarnanema meie omaga - suuri planeete on ilmselt lihtsam märgata, kuid need koosnevad tahketest materjalidest gaasist (nagu Saturn ja Jupiter). Lisaks - ja mis kõige tähtsam - peab planeet tiirlema oma tähe asustatavas tsoonis, mille pinnatemperatuur võimaldab vedela vee olemasolu.
2011. aasta lõpus teatati esimese sellise planeedi Kepler-22b kinnitamisest ja missioon on juba tuvastanud üle 2000 muu kandidaatplaneedi. Teadlased usuvad nüüd, et 30 valgusaasta kaugusel meist on arvatavasti umbes 100 Maa-taolist planeeti.
11. Kohaliku universumi tegevuskava
Galaktikate kaart 380 miljoni valgusaasta kaugusel. Pilt: Harvardi-Smithsoni astrofüüsika keskus
Kümne aasta pikkune taeva skaneerimine, mille läbi viisid 2MASS Redshift Survey (2MRS) maapealsed teleskoobid, andis 2010. aastal meie kohaliku universumi täpseima kaardi. Ülaltoodud 3D-pilt kujutab 43 000 galaktikat, nende kaugus meist on esindatud paremal all asuvas klahvis sisalduvate värvidega.
3D-vaatuse siia vaatamine on pisut keeruline. Gizmodost: „Salvestati iga galaktika 3D-koordinaadid, nii et lähteandmeid saaks potentsiaalselt kasutada universumi realistliku 3D-mudeli ehitamiseks. Visake mõni holograafiline tehnoloogia ja teil on midagi otse Star Treki juurest.”
12. Üksikute teleskoopide ühendamine võimsateks massiivideks
New Mexico väga suure massiivi 27 eraldiseisevat raadioantenni, millest igaüht ümbritseb läbimõõt 82 jalga, töötavad koos, et luua tõhusalt üks 22 miili läbimõõduga vaatlusantenn. VLA on täies mahus töötanud alates 1980. aastast ja eelmisel aastal valminud oluline riistvarauuendus on suurendanud selle tehnilisi võimalusi 8000 korda. Rajatis nimetati ümber selle olulise paranemise kajastamiseks (uus nimi on Karl G. Jansky väga suur massiiv).
Aastate jooksul on VLA kaardistanud kaugeid kvasare ja pulsaare, uurinud mustaid auke ja planeeti tootvaid tähesüsteeme ning jälginud vesiniku gaasi liikumist meie galaktika keskel. Hoolimata sellest, mida nägite Jodie Fosterit kontaktis tegemas, ei ole ta maavälise elu otsingutesse kaasatud.
13. Tõendid tumeaine olemasolu kohta
Praeguste teooriate kohaselt pole enam kui 80% universumi ainest selline, nagu me suhtleme või vaatleme iga päev. See üldlevinud aine on "tume" ja seda ei saa ühegi selles loendis sisalduva tehnoloogia abil otseselt jälgida.
Selle asemel peavad astronoomid mõõtma tumeda aine mõju galaktikatele ja muudele vaadeldavatele nähtustele. Ühte sellist efekti nimetatakse gravitatsiooniliseks läätseks, mis tekib siis, kui kaugete objektide valgus on selle objekti raskusjõu mõjul painutatud massiivse objekti (antud juhul tohutu hulga tumedat ainet) ümber, vaadates meile Maal, justkui see oleks läbides kõverdatud klaasitüki.
See on see, mis toimub Galaxy Cluster Abell 1689 pildil paremal. Meie vaadet nendele galaktikatele moonutab kobaras olev tumeaine (mida tähistab lilla kuma).
Kasutades Hubble'i ja muude allikate sarnaseid pilte ning võrreldes läätsede astet galaktikate normaalse väljanägemisega, on astronoomid loomas universumi tumeaine 3D-kaarti.
14. Kodule lähemal: ookeanipõhja kaardistamine
Ehkki muljetavaldav hulk tehnoloogiaid on suunatud ülespoole, et edendada meie arusaamist universumist kaugemal, tehakse sama intensiivseid uuringuid, et täita lüngad meie teadmistes selle planeedi kohta.
Alles paar aastakümmet on teadlased suutnud koostada täpsed merepõhja kaardid ja seal leiduvate mitmesuguste funktsioonide kohta, alustades sõjaliselt välja töötatud sonari kasutamisest Teise maailmasõja järel. Tänapäeval kasutatakse traditsioonilist sonarit koos teiste tehnikatega, näiteks magnetilise kaardistamisega.
See on üks Sentry autonoomse veealuse sõiduki (AUV) võimalustest. Ent kui varasemaid magnetilisi mõõteriistu pukseeriti laevade taga pinnal, on Sentry kavandatud töötama 100 m merepinnast kõrgemal, kuni 5 km sügavusel. See lähedus koos ülitundliku magnetomeetriga annavad enneolematute üksikasjadega merepõhjakaardid.
Sentry on kasutatud Washingtoni osariigi ranniku lähedal asuva veealuse vaatluskeskuse võimalike kohtade kaardistamiseks. Selle keskkonnaandureid kasutati ka Deepwater Horizon õlireostuse uuringute käigus.
15. Sukeldumine maailma põhja
Deepsea väljakutsuja. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
26. märtsil tegi filmirežissöör James Cameron ajaloo, saades esimeseks isikuks, kes sukeldus Challenger Deepi, Mariana kraavi kõige kaugemasse piirkonda ja Maa sügavaimasse kohta (seitse miili otse alla).
Cameron tegi seda oma enda süvamerealuse sukelaparaadi Deepsea Challenger sees, mis on viimase kaheksa aasta jooksul salaja ehitatud. Ehkki ta väidetavalt ei näinud seitsmetunnise sukeldumise ajal palju, naasis tema meeskond paar päeva hiljem ilma temata ja jäädvustas paremale pildi, millel on kujutatud Deepsea Challengerit ja mille võttis enda alla mehitamata kaaslane “süvamere maandur,”Kelle sööt tõenäoliselt vastutab pildil nähtud olendi meelitamise eest.
Selle graafilise pildi kohta saate lõbusat võrdlusraami selle kohta, kui sügavalt me räägime. 35 756 jalga kõrguselt on Challenger Deep Everestist sügavamal sügavam, vaja on veel miili. See on kaugemal sügavusest, kus “kui õhurõhu asemel õhk välja paiskab auku, tormab vesi sisse.” Seda sügavamale, kus hiiglaslikud kalmaarid ja spermavaalad võitlevad, ja rohkem kui kaks korda sügavamale kui Titanicu puhkekoht, mida Cameron külastas 1995. aastal.
Käimas on muud projektid laevade projekteerimiseks ja ehitamiseks, mis võivad reisida ookeani kõige põhja, eriti Virgin Groupi DeepFlight Challenger. Võib-olla pole paketttehingu võimalus suborbitaalsel lennul Virgin Galaktikaga ja reisil mööda Marianat alla Virgin Oceanicuga nii kaugel.
16. Millest see kõik tehtud on
Alates lõpmata suurte skaaladega kaartidest kuni lõpmatuseni väikesteni. 2008. aastal veebis maailma suurima osakestekiirendina turule toodud Hadron Collider püüab tõestada hüpoteesitud, kuid seni seni tähelepanuta jäetud Higgsi bosoniosakese olemasolu.
See kõik on ühendatud. Tume mateeria, mis moodustab 83% kogu universumist, koosneb subatomilisest osakestest, millest saab vaevalt teoretiseerida. Teie keha aatomi ümber orbiidil olev elektron võib samal ajal olla ka galaktika keskpunkti ümber orbiidil.
Seda nimekirja vaadates ja mõeldes sellele, kui kaugele on tehnoloogia jõudnud isegi viimase 10 aasta jooksul, on võimatu ennustada järgmise 10 ilmutusi.
