Az Univerzum története és szerkezete (infografika)

Az Univerzum szerkezete és története

Ha megnézhetnéd az univerzumon kívül, hogy néz ki, mit látnál? (Kép jóváírása: Illusztráció: Karl Tate, a Galaxy M74 (NASA, ESA és a Hubble Heritage Collaboration) fényképe és a Camille Flammarion „Atmosphere: Popular Meteorology” (A légkör: népszerű meteorológia) című metszete „Awakening of the Pilgrim” metszete alapján.

A megvilágított világegyetem

Utunk a világegyetem természetének megértése felé évezredekkel ezelőtt kezdődött, és gyökerei a vallásban és a filozófiában voltak.



Illusztráció: Karl Tate, a Galaxy M74 (NASA, ESA és Hubble Heritage Collaboration) fényképe és a Camille Flammarion „Atmosphere: Popular Meteorology” című filmjének „Awakening of the Pilgrim” gravírozása alapján, 1888

Utunk a világegyetem természetének megértése felé évezredekkel ezelőtt kezdődött, és gyökerei a vallásban és a filozófiában voltak. Körülbelül 2300 évvel ezelőtt a Földközi -tenger gondos megfigyelői arra a következtetésre jutottak, hogy a Földnek kereknek kell lennie, és a Nap körül kell keringnie.

Annak ellenére, hogy ezek a korai elméletek nem bizonyultak helytállónak, nem tudtak ellenállni annak a hízelgőbb elképzelésnek, miszerint a Föld áll mindennek a középpontjában, és hogy a kozmosz az emberi élet és sors támogatására létezik.

Amikor Galileo Galilei olasz csillagász feltalálta a csillagászati ​​távcsövet mintegy 1900 évvel később, végre sikerült pontos megfigyeléseket végezni a bolygókról és a csillagokról. Kialakult az egész világegyetem felépítésével és történetével foglalkozó tudomány, amelyet „kozmológiának” neveznek.ELSŐ: Amit most tudunk >>

Több mint hét napba telt, hogy létrehozzuk az univerzumot, ahogy ma ismerjük. A demokratija.eu az ég rejtelmeit vizsgálja nyolcrészes sorozatunkban: A kozmosz története és jövője. Ez a sorozat 4. része.

Az egész Enchilada

A világegyetem történetének jelenlegi megértése fent látható, az idő balról jobbra halad.

Hubble Űrtávcső Tudományos Intézet

A világegyetem történetének jelenlegi megértése fent látható, az idő balról jobbra halad. Úgy gondoljuk, hogy közvetlenül az ősrobbanás idején létrejöttét követően a világegyetem drámaian kitágult - ezt az eseményt inflációnak hívják.

Földünk akkor alakult ki, amikor a világegyetem 9,2 milliárd éves volt. A világegyetem tágulása ma is folytatódik és felgyorsul. Ebben az infografikai sorozatban először a világegyetem szerkezetét tekintjük meg egyre nagyobb léptékben, és megtudunk egy kicsit arról, hogyan jutottunk el a jelenlegi megértésünkhöz. Sorozatunk második részében az ősrobbanással kezdjük, és haladunk előre az időben, hogy megnézzük, hogyan fejlődött a világegyetem a mai napig.KÖVETKEZŐ: Első állomás, Föld >>

A Föld Kerek

Első állomásunk az a bolygó, amelyet hazánknak nevezünk.

Földkép: NASA; Eratoszthenész portréja: ismeretlen művész

Első állomásunk az a bolygó, amelyet hazánknak nevezünk. Az a tudat, hogy a Föld gömb alakú, valójában elég régi.

Körülbelül 2500 évvel ezelőtt a görög utazók arról számoltak be, hogy különböző csillagképek voltak láthatók az égen, amikor valaki messze északra vagy délre ment. Az éles megfigyelők azt is észrevették volna, hogy a holdfogyatkozás során a Föld árnyéka kerek élű. Néhány évszázaddal később a tudós, Eratoszthenész úgy becsülte meg a Föld méretét, hogy megjegyezte a különbséget a nap által árnyékolt hossza között néhány száz mérföldnyire egymástól.

Feltételezve, hogy a Nap olyan távol van, hogy fénysugarai párhuzamosak, Eratoszthenész egyszerű geometriával kiszámíthatta a Föld kerületét. Nem ismert, hogy a mérése mennyire volt pontos, de lehet, hogy legfeljebb néhány százalékponttal távolodott el a valós számtól.KÖVETKEZŐ: A Naprendszer >>

A Föld bolygó

Most visszahúzódunk, hogy a Földet a belső Naprendszer összefüggésében lássuk.

Karl Tate, demokratija.eu; Johannes Kepler portréja: ismeretlen művész

Most visszahúzódunk, hogy a Földet a belső Naprendszer összefüggésében lássuk. A nap, a Föld és a bolygók mozgásával kapcsolatos korai elképzelések teológiai, asztrológiai és filozófiai elképzelésekből származtak, hogy Isten hogyan rendelte el a világot.

Nicolaus Copernicus lengyel csillagász az 1500-as évek közepén felháborodást keltett azzal, hogy azt sugallta, hogy a Föld a Nap körül mozog, és nem, ahogy a kereszténység vezetői tanították, a Nap a Föld körül. A bolygókról évszázadokon át azt gondolták, hogy mozognak, mert beágyazott „kristálygömbökbe” ágyazódtak, amelyek egy központi pont körül forogtak.

A 16. században azonban megjegyezték, hogy az üstökösök úgy mozogtak, hogy összeütköztek a kristálygömbökön. A gömbök helyettesítése az „epiciklusok”, körökre helyezett körök ötlete volt, amelyek matematikailag befolyásolták egymást, hogy a megfigyelt bolygómozgásokat eredményezzék.

Végül 1609 -ben Johannes Kepler német matematikus közzétette a bolygómozgással kapcsolatos elméleteit, amelyek megállapították, hogy Naprendszerünk testei inkább ovális, mint kör alakú pályákon mozognak.KÖVETKEZŐ: A bolygók más világok >>

A bolygók világok

Az emberi történelem legkorábbi korszakaitól kezdve úgy gondolták, hogy az egész világegyetem csak a szabad szemmel látható elemeket foglalja magában.

Karl Tate, demokratija.eu; Galileo Galilei: Ottavio Leoni portréja

Az emberi történelem legkorábbi korszakaitól kezdve az egész világegyetemről csak a szabad szemmel látható elemeket gondolták: a Földet, annak holdját és napját, öt mozgó és „bolygónak” nevezett fénypontot, valamint egy távoli gömböt amelyre a csillagok és a Tejút izzó sávja ágyazódott.

Az asztrológia és később a csillagászat elméleteit ezen égitestek mozgásának magyarázatára találták ki, de valódi természetüket csak találgatni lehetett. Amikor 1609 -ben Galilei olasz csillagász végre kiképezett egy nyers teleszkópot az égen, felfedezte, hogy a bolygók más világok. E világok közül többnek saját holdja volt.

A távcső segítségével korábban ismeretlen bolygókat fedeztek fel Naprendszerünkben: Uránusz 1781 -ben és Neptunusz 1846 -ban. A távcsővel lehetővé vált kisebb testek, például üstökösök és aszteroidák, valamint a távoli csillagok és ködök tanulmányozása. éggömb.KÖVETKEZŐ: A csillagok tengere >>

A Csillagok Napok

A 17. században Galilei feltalálta a távcsövet, és Kepler felfedezte a mozgástörvényeket, és felismerte, hogy a csillagok olyanok, mint a nap.

A helyi sztárok diagramja: Karl Tate, nyilvánosan hozzáférhető adatok alapján; Friedrich Bessel portréja: Christian Albrecht Jensen

A 17. században a távcső Galilei általi feltalálása és a mozgás törvényeinek Kepler általi felfedezése arra késztette a felismerést, hogy a csillagok olyanok, mint a nap, és ugyanazoknak a fizikai törvényeknek engedelmeskednek. A 19. században a spektroszkópia - a tárgyak által kibocsátott fény hullámhosszainak tanulmányozása - lehetővé tette a csillagok által alkotott gázok vizsgálatát.

A tudósok a 19. században is rájöttek, hogyan mérik a csillagoktól való távolságot. Amikor egy objektumot különböző nézőpontokból néznek, úgy tűnik, hogy az objektum eltolódik a távolabbi háttérhez képest. Az eltolást parallaxisnak hívják. Ahogy a Föld kering a Nap körül, változó kilátást nyújt a csillagok megfigyelésére. Mivel a csillagok sokkal távolabb vannak, mint a saját Naprendszerünk tárgyai, a parallaxis eltolódás nagyon kicsi és nehezen mérhető.

Friedrich Bessel német matematikus és csillagász volt az első, aki sikeresen mérte a 61 Cygni csillag parallaxisát, és 10,4 fényévre becsülte a Földtől való távolságát. (A későbbi becslések szerint ez a távolság 11,4 fényévre módosult.)KÖVETKEZŐ: A galaxis és a sötét anyag >>

Egy galaxis, amelyet a Dark Matter tart össze

Galaxisunk elrendezését nehéz kitalálni a nézőpontunkból, amely be van ágyazva

Tejút -galaxis térkép: Robert Hurt; Fritz Zwicky fotó a Virginia Egyetem Csillagászati ​​Tanszékén keresztül

Galaxisunk elrendezését nehéz kitalálni a nézőpontunkból, amely bele van ágyazva. A távoli galaxisok alakjának tanulmányozásával és a saját galaxisunkban látott tárgyak gondos mérésével arra a következtetésre jutottunk, hogy a miénk korlátos spirálú galaxis.

A csillagokból álló központi rúd alakú magot (és rendkívül nagy fekete lyukat rejt) spirális karok veszik körül, szintén csillagokból, valamint gázból és porból. Sarkon vagy ágon helyezkedünk el, amely a fő spirálkarok között húzódik. A spirális karok pontos konfigurációjáról még mindig vitatkoznak a csillagászok, de egy friss felmérés szerint a Tejút galaxisunknak két nagy karja van, amelyek kifelé négy karra oszlanak.

Galaxisunk spirális karjait egyfajta sűrűséghullámnak tartják, amely a lapos korong körül jár. Az anyag felhalmozódik, és a karok mentén csillagok képződnek. A galaxisban minden a középpontja körül kering, és a karok nem szilárd szerkezetek. Naprendszerünk a spirális karokba be- és kilép, miközben kering.

A galaxisok forgásának tanulmányozása során megjegyezték, hogy nem úgy forognak, ahogy azt elvárnánk tőlük, a látott anyag gravitációs vonzása alapján. Fritz Zwicky svájci csillagász 1934 -ben azt javasolta, hogy nagy mennyiségű láthatatlan vagy „sötét” anyagnak kell jelen lennie, ami a spirális galaxisokat tömegesebbé teszi, mint amilyennek látszik.

Azóta az asztrofizikusok keresik ezt a sötét anyagot, gyakran azt sejtve, hogy egzotikus részecskékből állhat, ellentétben a Földön ismertekkel. A jelenlegi becslések azt mutatják, hogy világegyetemünk többnyire a sötét anyag és a sötét energia ismeretlen formáiból áll, az ismerős atomok csak egy töredéke a teljes mennyiségnek.KÖVETKEZŐ: Csillagokkal teli galaxisok >>

A galaxisok csillagokból állnak

A Tejút, az égbolton átívelő halvány fényszalag, a történelem során ismert.

Tejút -galaxis térkép: Robert Hurt; Edwin Hubble fotó a NASA -n keresztül

A Tejút, az égbolton átívelő halvány fényszalag, a történelem során ismert. Valódi természetét csak a 17. században fedezték fel, amikor Galileo Galilei távcsővel tanulmányozta a Tejutat, és megállapította, hogy a szalag csillagok sokaságából áll. Kis homályos fényfoltok láthatók az égen; ezeket ködnek nevezték.

A 18. században feltételezték, hogy a Tejút egy hatalmas csillagrendszer, amelyet a gravitáció kötött össze, de a ködök természete ismeretlen maradt. Lehettek kis gázfelhők a Tejútrendszerben, vagy talán kívül estek a galaxisunkon. Nem lehetett bizonyítani, hogy a Tejút képezte -e az egész univerzumot.

Edwin Hubble amerikai csillagász a Kaliforniai Mount Wilson Obszervatóriumban újonnan épített 100 hüvelykes teleszkóp segítségével tanulmányozta a Cepheids nevű csillagokat, amelyek a belső fényességükhöz hasonlóan világosodnak és halványodnak, így alkalmassá válnak a kozmikus távolságok becslésének mércéjeként. Hubble egy 1925 -ös dokumentumban arra a következtetésre jutott, hogy a ködök egy része kívül esik a Tejútvonalon, és önmagukban óriási galaxisok, amelyek a saját otthoni galaxisunknál sokkal nagyobb univerzumot tárnak fel.KÖVETKEZŐ: Az Univerzum szerveződik >>

Masszív szervezet

A 19. század második felében észlelték először, hogy a Szűz csillagképben nagy számú köd található. Később kiderült, hogy ezek a ködök külön galaxisok a Tejútrendszerünkön kívül.

Diagram: Karl Tate a NASA illusztrációja alapján; Brent Tully fotó a Hawaii Egyetem Csillagászati ​​Intézetén keresztül

A 19. század második felében észlelték először, hogy a Szűz csillagképben nagy számú köd van. Később kiderült, hogy ezek a ködök külön galaxisok a Tejútrendszerünkön kívül.

Száz évvel később a csillagászok azt feltételezték, hogy ezeknek a galaxisoknak a látszólagos igazodása a kozmikus szerkezet magasabb szintjére utalhat, amelyet különbözőképpen „metagalaxiának” vagy „szuperhalmaznak” neveznek. 1982 -ben R. Brent Tully csillagász közzétett egy elemzést a szuperhalmazú galaxisoktól való távolságokról, kimutatva, hogy ezek valóban egy nagyobb szervezet részei.

A távolságokat a galaxisok fényspektrumának vöröseltolódásával vettük figyelembe. (Lásd a 'Time Zero: The Big Bang' című részt később ebben a galériában a vöröseltolódás teljesebb magyarázatáért.)KÖVETKEZŐ: A legnagyobb szerkezetek az űrben >>

A legnagyobb épületek az űrben

Hitel: 2dF Galaxy Redshift Survey, Anglo-Australian Observatory; Margaret Geller fotó a Harvard Egyetem Csillagászati ​​Tanszékén keresztül

Hitel: 2dF Galaxy Redshift Survey, Anglo-Australian Observatory; Margaret Geller fotó a Harvard Egyetem Csillagászati ​​Tanszékén keresztül

A legnagyobb szerkezetek, amelyeket ismerünk, a galaktikus szálak - más néven szuperhalmaz komplexek -, amelyek hatalmas űrt vesznek körül az űrben. Az izzószál galaxisait a gravitáció köti össze.

Amikor 1989 -ben Margaret Geller és John Huchra felfedezte az első ilyen szerkezetet, azt „Nagy Falnak” nevezték el. J. Richard Gott III és Mario Jurić 2003 -ban fedezte fel egy sokkal nagyobb szerkezetet, a „Sloan Great Wall” -t.

Az univerzum nagyszabású szerkezetére vonatkozó jelenlegi kutatások a vöröseltolódásos felmérések, például a Sloan Digital Sky Survey által gyűjtött adatokat használják fel. Ezek a törekvések digitális fényképezőgép-érzékelőkkel fényképezik az égbolt régióit, milliónyi távoli objektumot rögzítenek a 3D-s térben való feltérképezéshez szükséges adatokkal együtt.KÖVETKEZŐ: A legtávolabbi, amit láthatunk >>

A legtávolabb, amit láthatunk

A megfigyelhető világegyetem minden, amit észlelni tudunk.

A megfigyelhető univerzum szimulációja: Karl Tate, demokratija.eu; Alan Guth fotó a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumon keresztül

A megfigyelhető világegyetem minden, amit észlelni tudunk. A gömb 93 milliárd fényév átmérőjű, a Föld középpontjában. Nem tudjuk egyszerre érzékelni az egész világegyetemet, mivel a fénysebesség lassú a világegyetem hatalmas léptékéhez képest.

Miközben kinézünk az űrbe, olyan tárgyakat látunk, amelyek a történelem korábbi és korábbi időszakaiban voltak. Továbbá a világegyetem gyorsuló tágulása miatt a távoli tárgyak sokkal távolabb vannak, mint a koruk gondolná. Például a megfigyelhető világegyetem széle a becslések szerint körülbelül 46 milliárd fényévre van, annak ellenére, hogy maga az univerzum mindössze 13,7 milliárd éves.

Az univerzum valódi kiterjedése ismeretlen. Sokkal nagyobb lehet, mint a megfigyelhető univerzum - talán végtelen méretű is. A legtávolabbi régiókból származó fény azonban soha nem érhetne el minket; a tér, amin át kell mennie, egyszerűen túl gyorsan tágul.

A megfigyelhető világegyetemről alkotott jelenlegi képünk sokat köszönhet Alan Guth amerikai fizikusnak, aki az 1980 -as években kidolgozta, hogyan keletkezhetett a sajátunkhoz hasonló univerzum az ősrobbanás eseményéből. Ezután visszaállítjuk az órát nullára, és megnézzük, hogyan fejlődött az univerzum a kezdetektől napjainkig.KÖVETKEZŐ: Az ősrobbanás >>