Карта вселенной: Создана самая большая и подробная 3D-карта Вселенной

Детальное изучение запечатленных объектов еще впереди, но
такой массив данных поможет астрофизикам узнать больше о расширении Вселенной.

Тема: Человек и космос

Новый астероид сблизится с Землей

Юпитер войдет в великое противостояние с Солнцем

Астрономы сообщили о дате весеннего равноденствия

Полвека спустя: Россия вернется на Луну

смотреть все

Наука

#Космос

Читайте также

Калибруем GPS: как улучшить навигацию на смартфонах Android

Однокомнатная берлога: как спят медведи

«Запорожец»: как устроен первый доступный автомобиль

В объективе 2020 года: самые невероятные фото живой природы

Новости Сибири

Самое популярное

Меркель призвала серьезно относиться к словам Путина о ядерной угрозе

Минобороны объяснило оставление российскими войсками Лимана

Новые каналы включат для абонентов Ростелекома

Как йодид калия спасает от радиации. СПРАВКА

Для просмотра комментариев включите JavaScript.

Актуальные темы

Военная мобилизация

Бывший СССР

Правила жизни

Русские машины

Человек и космос

Домострой

Кружочки и кубики: три самых быстрых блюда из кабачков

Интерьер с картинки: топ мобильных приложений

Маркировка и начинка: как выбрать качественную светодиодную лампу

Носки и уровень: как хозяйки «убивают» стиральные машины

Начинка и отверстие: чем отличаются манты и буузы

Незаменимая наждачка: чем отличается и где пригодится

Блог ростелекома

Как освободить место на диске средствами Windows 10

Как выбрать SD‑карту для смартфона

Одним касанием: как работает NFC

Chrome, Firefox или что‑то еще: какой браузер выбрать?

Мультимедиа

Ядерные силы стран мира в сравнении. ИНФОГРАФИКА

«Москвич» и его история. ФОТО

Тело мужчины: где заснули эрогенные зоны

Чем мерили до появления метра. ИНФОГРАФИКА

Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса / Пер. с англ. Натараджан П. ISBN 978-5-00139-052-7

Категории

Среднее профессиональное образование (14+) (1944)

Среднее профессиональное образование

СПО: Учебники и учебные пособия из списка ПООП (106)

Астрономия (8)

Биология (19)

Военное дело (11)

География, метеорология и картография (6)

Геология, геодезия и разведка полезных ископаемых (9)

Иностранные языки (89)

Информатика и вычислительная техника (116)

Информационная безопасность (2)

История и философия (31)

Лесное, парковое и охотничье хозяйство (18)

Математика и геометрия (15)

Медицина (104)

Обществознание (36)

Психология (17)

Русский язык и литература (41)

Социология и социальная работа (17)

Физика и математика (82)

Физкультура и спорт (5)

Философия (3)

Химия и технологии химической промышленности (21)

Экология и природопользование (19)

Электроника, радио-, электро- и схемотехника (83)

Юриспруденция и правоведение (78)

Естествознание (2)

Технология деревообрабатывающих производств, столярное дело. Мебельное производство. (7)

Укрупненная группа специальностей (УГС) (34137)

Укрупненная группа специальностей 

01.00.00 Математика и механика (1029)

02.00.00 Компьютерные и информационные науки (3014)

03.00.00 Физика и астрономия (520)

04.00.00 Химия (338)

05.00.00 Науки о Земле (333)

06.00.00 Биологические науки (312)

07.00.00 Архитектура (388)

08.00.00 Техника и технологии строительства (380)

09.00.00 Информатика и вычислительная техника (3711)

10.00.00 Информационная безопасность (337)

11.00.00 Электроника, радиотехника и системы связи (1202)

12.00.00 Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии (300)

13.00.00 Электро- и теплоэнергетика (319)

14.00.00 Ядерная энергетика и технологии (126)

15.00.00 Машиностроение (475)

16.00.00 Физико-технические науки и технологии (1212)

17.00.00 Оружие и системы вооружения (67)

18.00.00 Химические технологии (232)

19. 00.00 Промышленная экология и биотехнологии (234)

20.00.00 Техносферная безопасность и природообустройство (307)

21.00.00 Прикладная геология, горное дело, нефтегазовое дело и геодезия (944)

22.00.00 Технологии материалов (339)

23.00.00 Техника и технологии наземного транспорта (148)

24.00.00 Авиационная и ракетно-космическая техника (161)

25.00.00 Аэронавигация и эксплуатация авиационной и ракетно-космической техники (158)

26.00.00 Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта (75)

27.00.00 Управление в технических системах (386)

28.00.00 Нанотехнологии и наноматериалы (183)

29.00.00 Технологии легкой промышленности (371)

30.00.00 Фундаментальная медицина (255)

31.00.00 Клиническая медицина (494)

32.00.00 Науки о здоровье и практическая медицина (212)

33.00.00 Фармация (87)

34.00.00 Сестринское дело (45)

35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство (353)

36.00.00 Ветеринария и зоотехния (112)

37. 00.00 Психологические науки (1882)

38.00.00 Экономика и управление (6063)

39.00.00 Социология и социальная работа (610)

40.00.00 Юриспруденция (3694)

41.00.00 Политические науки и регионоведение (913)

42.00.00 Средства массовой информации и информационно-библиотечное дело (279)

43.00.00 Сервис и туризм (108)

44.00.00 Образование и педагогические науки (3055)

45.00.00 Языкознание и литературоведение (3669)

46.00.00 История и археология (660)

47.00.00 Философия, этика и религиоведение (747)

48.00.00 Теология (179)

49.00.00 Физическая культура и спорт (462)

50.00.00 Искусствознание (421)

51.00.00 Культуроведение и социокультурные проекты (563)

52.00.00 Сценические искусства и литературное творчество (73)

53.00.00 Музыкальное искусство (134)

54.00.00 Изобразительное и прикладные виды искусств (297)

55.00.00 Экранные искусства (115)

56.00.00 Военное управление (162)

57.00.00 Обеспечение государственной безопасности (64)

Контент с ограничением по возрасту 18+ (11)

Остаться в выбранном разделе

Назад к каталогу

ISBN 978-5-00139-052-7

Авторы: 

Натараджан П.

Тип издания: 

Дополнительная литература

Издательство: 

Москва: Альпина

Год: 

2019

Аннотация

Веками люди воспринимали космос как статичное холодное пространство. Совсем иным он предстает перед нами сегодня в свете новейших знаний в области космологии. Образование и рост черных дыр, облака темной материи, ускоряющееся расширение Вселенной, эхо Большого взрыва, открытие экзопланет и возможность существования других вселенных — вот некоторые из космологических головоломок начала XXI в. Астрофизик Приямвада Натараджан находится на переднем крае исследований, она в буквальном смысле создает карты Вселенной — схемы распределения темной материи. В своей книге Натараджан рассказывает об открытиях, изменивших наши представления о Вселенной в прошедшем веке, о науке, стоящей за ними, и о пути признания радикальных научных теорий; размышляет о том, почему новые идеи о Вселенной и нашем месте в ней часто встречают в штыки даже в научном сообществе. Ведь наука, всегда меняющаяся и неполная, какой она и должна быть, — это лучший способ понять нашу чудесную, таинственную Вселенную.

Библиографическое описание

Скопировать библиографическое описание

Натараджан П. Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса / Пер. с англ. / П. Натараджан. — Москва : Альпина, 2019. — 318 с. — ISBN 978-5-00139-052-7. — URL: https://www.ibooks.ru/bookshelf/376256/reading (дата обращения: 03.10.2022). — Текст: электронный.

1. Древние карты неба . Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

Первоначально человек владел всего одним инструментом для изучения космоса — своими глазами. Люди тех времен воспринимали мир через призму мифа, а не науки, и любые невидимые, таинственные, сверхъестественные силы, которые управляли движением планет и звезд, ассоциировались с деяниями богов. Когда в древности люди поднимали взгляд к небесам, они ожидали от них благоприятных и предсказуемых действий. И точно так же, как и мы сейчас, наши предки фиксировали результаты своих космологических изысканий: они создавали карты.

Одним из первых изображений звездного неба стала выполненная из меди и золота чеканная пластина, датируемая периодом с 2000 по 1600 г. до н. э. Она относится к унетицкой культуре бронзового века. Находка была обнаружена в регионе Саксония-Анхальт на территории Восточной Германии. Судя по всему, на пластине изображено Солнце или полная Луна, лунный серп и звезды. С точки зрения современного человека, на ней также присутствуют Плеяды, что вполне возможно, так как это звездное скопление отчетливо видно на ночном небе даже невооруженным глазом. Металлический диск, вероятно, служил своего рода дневником наблюдений, в который с течением времени добавляли новую информацию. Одно такое дополнение выглядит как две золотые дуги по бокам диска, которые, судя по всему, обозначают местоположение закатного Солнца в дни летнего и зимнего солнцестояния, фиксируя, таким образом, позиции Солнца в самый длинный и самый короткий день в году. Также мы можем видеть дугу в нижней части диска, от которой расходятся многочисленные линии. Она имеет множество толкований: Млечный Путь, радуга или многовесельная солнечная лодка — мифологический способ передвижения Солнца. Мы почти ничего не знаем о способах использования этого предмета. Но можем предположить, что люди, которые пользовались пластиной, каким-либо образом связывали происходящее на Земле с небесными событиями.

Жители Вавилона, которые заинтересовались небом спустя приблизительно девять столетий после появления Небесного диска, с большой тщательностью относились к записи данных астрономических наблюдений. Британский археолог Остен Генри Лейард и его экспедиция, организованная в XIX в. с целью проведения раскопок на месте великих библейских городов в Месопотамии (Междуречье), обнаружили и восстановили целый клад, состоящий из скрупулезно систематизированных данных астрономических наблюдений. Их находка включала копии еще более древних наблюдений, которые были собраны и записаны жителями Месопотамии. Среди тысяч клинописных табличек, которые Лейард и его коллеги обнаружили на территории современного Ирака, был найден документ, содержащий наблюдения Венеры^{1}.

Археологи считают, что табличка с данными о Венере была создана во времена правления царя Амми-цадуки и что это один из сотен тысяч документов, которые демонстрируют степень интереса вавилонян к записи данных астрономических наблюдений. Переводы клинописной таблички показывают, что жители Вавилона понимали различие между мерцающими звездами и планетами, которые сияют, испуская ровный свет. Они знали, что на небе есть пять подобных блуждающих точек, которые двигаются отдельно от звезд. Слово «планета» отражает подобные ранние описания, так как происходит от греческого слова ???????? — «блуждающий». Одно из небесных тел двигалось с запада на восток относительно других звезд. Самым странным было то, что примерно каждые два года оно радикально меняло направление движения на 90 дней, а затем возвращалось к своему восточному маршруту. В Вавилоне зарегистрировали этот объект и его удивительный ход в обратную сторону. Сегодня мы понимаем, что такая особенность в движении Марса является результатом сочетания маршрутов двух планет: когда Земля и Марс проходят по своим орбитам вокруг Солнца, для наблюдателя с Земли Марс поворачивает в обратную сторону. Вавилоняне искали закономерности и вели подробные наблюдения за странным движением Красной планеты, включая ее необычный возвратный маршрут. Кометы, которые могут появиться на любом участке небосвода, считались предвестниками беды, плохими предзнаменованиями, предрекающими земные катаклизмы. На основании хронологии движения небесных тел в ночном небе можно догадаться, что многие древние цивилизации отмечали регулярность небесной активности и пытались предсказать будущее положение объектов. Вероятно, успех в данном мероприятии помогал им примириться с природой. Карты древности связывали мир небожителей с земным миром^{2}.

В наши дни данные астрономических наблюдений используются для подтверждения или опровержения астрофизических гипотез и моделей, в древности же человек видел куда более тесную связь небес с обыденными событиями. Фиксация текущих небесных явлений служила для предсказывания будущих событий, но древние не стремились объяснить закономерности или докопаться до причин. Их целью было отмечать передвижения небесных тел и разрабатывать описания, которые позволили бы точно предсказать будущее. Так была заложена основа астрономии — наблюдения. В конце концов из наблюдений и ведения соответствующих записей родилась эта наука, пусть даже первоначально толкования перемещений данных тел едва ли имели какое-либо отношение к научной сфере. Эта ранняя традиция, заключающаяся в сборе наблюдений за ночным небом, имела ключевое значение. Благодаря ей общество стало инстинктивно связывать наше место на планете с нашим местоположением в космосе.

Жители Вавилона были не способны понять научное значение блужданий небесных тел, однако данные их наблюдений служили не только религиозным, но и практическим целям. Например, закономерности в небесных явлениях имели огромное значение для сельскохозяйственных циклов. Обратите внимание на запись наблюдения на табличке Венеры: «На пятнадцатый день месяца Венера исчезла с небес и оставалась невидимой три дня. Затем на восемнадцатый день одиннадцатого месяца она вновь появилась на восточном краю неба. Заструились новые ручьи, бог Адад послал дождь, а бог Эа послал свои наводнения»^{3}. Обратное движение Венеры означало проливные дожди на Земле. В индуистской мифологии Индра, высшее божество и бог бури, имеет разные имена: Повелитель молнии, Собиратель бурь и Даритель дождя. Он вечно сражается с демонами подземного мира и борется со злом от имени сил добра. Он является Демиургом — фигурой ремесленника, который, по поверьям, вылепил физическую Вселенную, исключительно материальный мир. А Творец — это тот, кто вознес на небо зарю, поэтому ему необходимо поддерживать регулярную смену дня и ночи.

Поскольку в те времена никто не использовал данные наблюдений для поиска физических закономерностей, люди древности, не имея научных теорий и развитых технологий, изобрели астрологию. Например, согласно древнеиндийской астрологической традиции, ночное небо делилось на зодиакальные дома, которым соответствовало множество замысловатых мифологических историй, объяснявших их форму. У каждой планеты был свой правитель и соответствующий характер. Марс, например, обладал воинственным темпераментом, и его избранники (люди, рожденные на его участке натальной карты) были агрессивны, сварливы, обожали оружие и имели способности к технике и механике.

И только во времена древних греков человеческое мировоззрение стало опираться на логику, информацию и фактический материал. Их появление на мировой сцене пошатнуло теорию сотворения мира, согласно которой мироздание покоилось на спине черепахи, ее снизу поддерживала другая черепаха… и так далее. Этот образ (иногда с небольшими вариациями) господствовал вплоть до VI в. до н. э. Но в сравнении со знаменитыми городами и царствами Античности, среди которых Иерусалим и Вавилон, зарождающийся греческий мир нес в себе что-то совершенно иное, новое и стремительное. В отличие от античных царств он состоял из нескольких политически независимых городов-государств, которые имели свою автономию и существовали разобщенно. Активно формирующаяся культура, отличавшаяся открытостью для вопросов и споров, перестроила правящий небесами пантеон. Боги обрели новый облик, при этом к смертным перекочевали с небес власть и свобода воли. По сути, небожители несли в себе отражение человеческих пороков, и пропасть между божественной безупречностью и человеческим несовершенством стала уже.

В таком мире в 610 г. до н. э. на ионическом побережье в городе Милетус на территории современной Турции родился Анаксимандр. Ему приписывают создание картины мира, в которой Земля в виде цилиндра дрейфует в пространстве, окруженная небесами, и ни одно существо не держит ее сверху. Он считается первым человеком, сделавшим вывод о свободно подвешенном состоянии Земли. Это заметно изменило мировоззрение, будучи невероятным шагом вперед, который стал символом новой интерпретации космоса.

И хотя перемены были в высшей степени радикальными, толчком к изменению восприятия стали не только мысли Анаксимандра о связи между небом и Землей, но и интеллектуальный процесс, в ходе которого он вышел к своим идеям. Его учитель Талес, как считают, отказался от мифологических толкований, однако именно Анаксимандр запустил процесс переосмысления нашего мира, подвергнув сомнению то, что казалось незыблемым. Такой вид исследования — необходимый и определяющий элемент нашего нынешнего научного подхода. Попытка Анаксимандра объяснить мироздание и пролить свет на происхождение человека и возникновение мира с помощью одного всеобъемлющего описания была одной из самых впечатляющих и ранних, а может быть, и первой. Если в истории существует момент, который мы могли бы назвать поворотной точкой, то это время, когда Талес и Анаксимандр, оба жители Милетуса, разрабатывали новое фундаментальное мировоззрение. Анаксимандр не стал пассивно принимать статус-кво. Он стремился к знаниям и понимал, что они постоянно эволюционируют. Его понимание не было абсолютным или статичным. Оно требовало вопросов, сомнений и постоянных доработок^{4}.

Одним из столпов критического мышления, который представляет собой ключевой элемент всей астрономии, является желание ставить вопросы под влиянием любопытства. Другой столп — вечное желание человечества узнавать и создавать то, что мы называем картой. Мы не можем недооценивать значение данной буквальной и практической связи между небом и Землей, которая развивалась одновременно с геодезией — наукой о глобальном позиционировании. Магнитный компас, изобретенный в Китае примерно в 200 г. до н. э., стал инструментом, который в итоге оказал важнейшее влияние на геодезию. Изготовленные с использованием магнитного железняка, материала, который встречается в естественном виде в магнетитовой руде, такие приборы реагируют на магнитное поле Земли. Однако в те времена компасы использовались только в качестве инструментов фэншуй, для гармонизации окружающего пространства. И только приблизительно в 1040 г. н. э. китайцы стали использовать компасы для навигации по суше, в том числе в военных целях; при этом понадобилась еще сотня лет, чтобы компас вошел в обиход мореплавателей. Историки до сих пор спорят о том, как знания о магнетизме распространились из Китая на Запад, однако есть весомые доказательства, что именно китайцам принадлежит слава создателей компаса. Так что остальному миру появления компаса пришлось подождать, а для стремительного прорыва в развитии картографии — выйти за пределы земного и создать карту небес. Звезды в ночи помогали людям древности вести суда в океанах, а наше Солнце позволило измерить размер Земли^{5}.

Одной из первых вех в картографии стало измерение в 240 г. до н. э. окружности Земли греческим астрономом Эратосфеном. Он заметил, что в городе Сиена (современный Асуан) ежегодно в самый длинный день (летнее солнцестояние) в полдень отсутствует тень. Он знал, что в Александрии, его родном городе, расположенном ниже по Нилу на севере Египта, в этот же день Солнце находилось над городом не строго по вертикали, поэтому он измерил разницу в положении светила, посчитав угол, которую отбрасывала тень высокой башни в Александрии. С помощью геометрии и известного ему расстояния между городами он получил длину окружности Земли, всего на 16 % отличающуюся от имеющегося сегодня значения, близкого к 40 000 км.

Математика предоставила возможности для совершенно нового подхода к восприятию космоса — произошел сдвиг от мифоса к логосу, к физической и геометрической концепции астрономических явлений, которая позволила анализировать закономерности. Гиппарх из Никеи (190–120 гг. до н. э.) считается одним из величайших астрономов античного мира. Многие приписывают ему изобретение тригонометрии и создание первых эффективных моделей движения Солнца и Луны. Скорее всего, он пользовался вавилонскими хрониками затмений и положений планет. Основываясь на работах жителей Вавилона и Месопотамии, Гиппарх составил актуальный каталог звезд и разработал, как считают, первые количественные, геометрические и математические описания астрономических явлений. Во II в. н. э. астроном, математик, картограф и астролог греко-египетского происхождения по имени Клавдий Птолемей сделал следующий шаг в понимании движения небесных тел. Унаследовав от Гиппарха данные 300-летней давности, он сопоставил все астрономические таблицы и геометрические модели греческих ученых в виде всеобъемлющего трактата — «Альмагеста». Но Птолемей не просто собрал воедино данные — он создал новую модель неба, которая соответствовала всем имеющимся данным^{6}.

Физическая модель мира Птолемея состояла из встроенных сфер, и его комплексные таблицы позволяли производить расчет будущих положений планет. Для каждой планеты он использовал по четыре наблюдения за длительный период времени, что позволило получить максимальное преимущество при измерении их циклов. Самое раннее наблюдение, которое он взял для работы, относится к 700 г. до н. э. и, вероятнее всего, является результатом работы Гиппарха по сведению воедино вавилонских хроник. Если учесть, что ключевой интерес в отношении положений планет все еще был связан с прогнозированием земных явлений, никого не удивит, что Птолемей обратился также к земной картографии. В то время как «Альмагест» указывает положения планет на небе, а также лунные циклы, его аналог под названием «Географика» содержит местоположения городов и опознавательных ориентиров на Земле. Птолемей воспринимал обе карты в тандеме: выстроив порядок небесного царства с помощью вложенных сфер, он закрепил местоположения всех известных земных точек на сетке. Так как планеты и Солнце движутся по эклиптике, Птолемей воспользовался эклиптическими координатами — сеткой с Землей по центру в том виде, в котором она представляется с внешней стороны небесной сферы, — для создания карты звездного каталога. С этого момента Земля и небо проецировались с помощью координат на поверхности сферы. Птолемей создал карту небес на основании постоянной привязки к эклиптике, а карту Земли — к широте, измеренной от экватора. Возможность предсказывать положения небесных тел позволила «Альмагесту» сохранять значимость на протяжении Средних веков.

Греки также разработали математический аппарат для изучения дуг, составляющих половину круга, и углов, противолежащих хордам, которые соединяют центр круга с его окружностью. Но математика, конечно, черпала новое и за пределами Греции. Индийцы дополнили математику эллинов. В частности, математику Ариабхате, который занимался исследованиями в V в. н. э., приписывают описание тригонометрических функций через бесконечные ряды, что позволило ему разработать подробные таблицы значений для синусов и косинусов углов. Для отображения неба на небесном глобусе и Земли на земном глобусе требовалось приложить двумерную Евклидову геометрию к изогнутым поверхностям. В период с VII по XI в. арабы и индийцы создавали сферическую тригонометрию. Расширение геометрии для описания отношений между сторонами и углами треугольников на поверхности сферы имело решающее значение для астрономии, для определения местоположения звезд на глобусе, для геодезии, для понимания влияния кривизны Земли при навигации, так как отдаленные точки Земли теперь становились более доступными.

Развивающиеся торговые маршруты способствовали знакомству персидских и арабских математиков с новыми знаниями индийской математики, которые они транслировали и широко распространяли по всему средневековому исламскому миру. Математик Ал-Джайяни из Аль-Андалуса написал работу, которую считают первым всеобъемлющим трактатом по сферической тригонометрии, — это «Книга о неизвестных дугах сферы» («Китаб маджхулат киси ал-кура»). Применив теорему Птолемея, определяющую долготную разницу между двумя точками на Земле в терминах их разницы по широте и расстоянием по дуге большого круга между ними, математик Рейхан Аль-Бируни в XI в. использовал маршруты караванов для получения разницы в широте между Багдадом и другими городами^{7}.

Астрономии необходим синтез наблюдений с теоретической и математической базой, кроме того, требуется продуманный анализ причины и следствия. Хотя модель Птолемея могла отобразить движения планет и указать положение на карте самых ярких звезд, зафиксированных жителями Вавилона, он не искал пояснений для интересующего нас вопроса — причины движения планет.

И снова ключом к ответу были технологии, которые продолжали развиваться. Компас, изобретенный в 200 в. до н. э., появился в западном мире примерно 400 лет спустя. В трактате «О природе вещей» (De naturis rerum) Александр Неккам рассказывает о магнитном компасе и его употреблении в навигации примерно за 40 лет до упоминания о нем в персидской книге сказаний, датируемой 1232 г., «Книге сокровищ купцов» («Китаб канз ал-туяр фи мари фат ал-ахяр»), автором которой был Байлак Аль-Кибьяки из Каира^{8}.

Наработки в инструментах математики и картографии в итоге привели к появлению радикально нового вида карт — таких, которые соответствуют масштабу. Портуланы (морские карты) сочетали в себе установленные с помощью компаса направления и измеренные моряками морские расстояния. Развитие этих карт приблизило так называемую Эпоху открытий, обозначившую начало эры точных измерений в астрономии. Последовавшая охота за властью и добычей путешествующих по морю европейцев подогревала развитие науки и способствовала изобретению новых приборов. Как подразумевает само название, которое произошло от латинского слова, обозначающего «порт», портуланы были сосредоточены на деталях прибрежных линий и обозначенных с их помощью маршрутах: на картах были отмечены линии, соединяющие между собой известные прибрежные города и позволяющие произвести расчет расстояния, а также времени, необходимого для путешествия. Самый древний из сохранившихся портуланов — Пизанская карта, которую датируют 1296 г.

Если портуланы становились все более точными за счет использования звезд при создании карты Земли, карты неба не только сделались более выверенными, но и стали гораздо тщательнее отображать углубляющиеся объяснения космических явлений. Изменение в методах и возможностях толкования, которое отражало важные концептуальные метаморфозы, особенно заметно на картах неба. Рассмотрим для примера карту космоса, которая появляется в «Бревиарии любви» (Le Breviari d’Amor) — украшенной иллюстрациями рукописи, авторство которой приписывают Матфре Эрменгау де Безье, опубликованной в период между 1375 и 1400 гг.^{9}

Этот рисунок изображает аристотелевскую и птолемеевскую точки зрения на Вселенную; царство неподвижных, неизменных идеальных звезд четко отделено границей на верхнем ободе. Все несовершенства ограничены земной сферой, внутри которой находятся изменяющиеся элементы — Огонь, Вода, Земля и Воздух. Все остальное считается чистым и совершенным. Обратите внимание, как это изображение связывает видение небесной силы с механистическим восприятием: ежедневные перемещения Солнца и Луны показаны как результат работы ангелов, которая приводит к вращению Земли. Итак, здесь мы видим упорядоченный космос Птолемея, который тем не менее приводится в движение за счет ангелов — они изображены вращающими ручку, которая часто используется в качестве метафорического устройства. Эта карта демонстрирует жизнестойкость мифологии или духовных элементов, соседствующих с математическим представлением. Здесь ангелы занимают понятийный вакуум, который позже был заполнен гравитационными законами Исаака Ньютона. Ньютон, конечно, рассматривал гравитацию не как свойство материи, но как проявление высших сил. Он верил в высшие силы как фактор, ответственный за движение планет.

Трактовки Вселенной становились более подробными пропорционально развитию миропонимания. Аналогичным образом изменения в восприятии Вселенной также отображались в рамках картографии. Некоторые из особенно витиеватых средневековых толкований космоса можно найти в «Каталанском атласе» (Catalan Atlas), опубликованном в 1375 г. Это одна из наиболее значительных компиляций времен Средневековья, которая отображает концепции Земли и неба. Автором данного атласа считают еврейского астронома и картографа Авраама Крескеса. Земля на изображении окружена кольцами, олицетворяющими четыре ключевых элемента и семь сфер, которые обозначают орбиты известных на тот момент планет. За их пределами находятся Луна, Солнце и неподвижные звезды. Эта карта свидетельствует о переходе от эпохи ангелов к эпохе инструментов. Ангелы больше не приводят в движение космос, вместо этого мы видим, как возрастает значение научных инструментов, в частности астролябии, которую держит в руках похожий на ученого мужа персонаж в центральной части карты.

Хотя считается, что астролябия как прибор для измерения местоположения изобретена древними греками и принадлежит авторству Птолемея, она была усовершенствована в средневековом мусульманском мире. Ученые Востока с их знанием тригонометрии ответственны за добавление в инструмент угловых шкал. Астролябию использовали для определения положения Солнца, Луны и звезд, а также местного времени на указанной широте с помощью таблицы широт многих известных городов, добавленной к прибору в виде отдельных съемных пластин. В мусульманском мире сферическая астролябия также применялась для определения направления, в котором располагалась Мекка, и времени регулярных молитв для истовых верующих. Первая западная металлическая астролябия была изготовлена в X в. в Испании, поэтому неудивительно, что инструмент появляется в «Каталанском атласе». На карте Крескеса время становится математическим понятием, которое можно сопоставить с вечностью. Влияние математических расчетов приобретает центральное значение и выходит на передний план. В более ранних представлениях о космосе на изображениях часто встречались бородатые люди, олицетворяющие собой богов, которые контролировали происходящее. На закате эпохи Возрождения ангелы и херувимы исчезают с места действия и их заменяют аллегорические человеческие фигуры, олицетворяющие четыре времени года.

Николай Коперник, астроном эпохи Возрождения, осуществил следующий решительный шаг в 1514 г. в своей рукописи на 20 страницах, которая в некотором роде стала предвестницей будущих сенсаций. Позже получившая название «Малый комментарий» (Commentariolus) и распространявшаяся исключительно среди друзей астронома, эта работа была посвящена пересмотру господствовавшего на тот момент птолемеевского взгляда на космос. Коперник предложил перестроить небеса, создав новую систему координат, в которой в центре располагалось Солнце, а не Земля.

Несомненно, система Коперника подрывала все прежние понятия о небесах — она не только говорила о том, что Земля обращается вокруг Солнца, но и предполагала, что, так как для наблюдателя местоположение звезд осталось неизменным (то есть отсутствует параллакс), звезды оказались значительно дальше, чем считалось ранее, несмотря на движение Земли по ее предполагаемой орбите. Небесная граница отодвинулась еще дальше. Боясь негативной реакции, Коперник вплоть до 1543 г. колебался относительно издания полного трактата на эту тему под названием «О вращении небесных сфер» (De revolutionibus orbium coelestium). Наконец, епископ его поддержал, и Коперник посвятил трактат папе римскому. Лишь спустя 70 лет, в 1616 г., книгу запретила католическая инквизиция и трактат отдали «на правку». Был издан список «правок», где удалили несколько кусков текста (примерно в 10 местах), включая отрывки, в которых новое положение Земли представлялось в виде факта, а не гипотезы. Целью изменений было представить гелиоцентризм просто как удобный способ описания движения планет — как точку зрения, но не реальную действительность. Мы увидим во многих следующих главах, что похожие приемы часто были необходимы для того, чтобы представлять радикальные идеи чем-то более приемлемым.

Оуэн Джинджерич, выдающийся историк астрономии, отследил почти каждый существующий экземпляр работы Коперника и, проведя небольшое детективное расследование, оценил долю книг, сохранившихся к настоящему времени. Он пришел к выводу, что от 400 до 500 экземпляров, скорее всего, были напечатаны в первом издании и еще 500 или около того — во втором издании, которое было осуществлено в 1566 г. Джинджерич расписывает поиски этих экземпляров в своей книге с ироничным названием «Никем не прочитанная книга» (The Book Nobody Read) и отмечает, что половина имеющихся в Италии книг содержит правки, в то время как в других местах на территории континентальной Европы подобных экземпляров крайне мало^{10}.

Несмотря на то что влиятельный кардинал Беллармин в итоге инициировал обвинение в отношении гелиоцентризма, не один лишь католический мир испытывал дискомфорт от изменившейся картины мира. На самом деле против гелиоцентризма возражал и Мартин Лютер. Конечно, церковная доктрина в те времена гласила, что Земля, а не Солнце находится в центре мира. Карта Коперника объясняла общие принципы движения блуждающих небесных тел, однако не могла спрогнозировать хаотичное движение Марса или Венеры с большей точностью, чем господствующая модель. А для противников его теории отсутствие параллакса — потенциального сдвига, который являлся следствием изменения местоположения Земли, — мог означать не удаленное положение звезд, но просто-напросто то, что Земля оставалась совершенно неподвижной. Новый космический порядок Коперника явился настоящим озарением. Безусловно, дело было не только в отсутствии достаточного количества данных. Часть проблемы лежала на технологиях. Наблюдения были настолько неточными, что допускались очень приблизительные прогнозы. Со времен Птолемея в сфере измерений не произошло никаких реальных усовершенствований^{11}. Новая концепция космоса в качестве подтверждения нуждалась в более точных данных. Между тем Коперник, как это было свойственно его времени, попеременно именовался то астрологом, то астрономом — хотя он никогда не составлял гороскопы.

Новая гегемония эмпирических данных обозначила важный поворот в истории космологии как науки, а также в истории ее идей, и отсюда возник новый стандарт в теории познания. Наметился переход от нематериального к материальному в построении базы знаний. Астрономия была на передней границе этой эмпирической революции. Наблюдатели могли спустя какое-то время дублировать свои исследования и выявлять лежащие в их основе модели, и все это также способствовало становлению этапа развития интеллектуального научного сообщества. Изобретение печатного пресса обеспечило возможность быстрого распространения информации и предложило новые средства передачи идей, инициируя диалог между учеными. Астрономы писали книги, которые шли в печать и далее циркулировали в среде их коллег^{12}.

Различные печатные карты и другие изображения космоса XVI и XVII вв. свидетельствуют о последующей концептуальной борьбе между конкурирующими небесными моделями. И только появление в XVI в. датского астронома Тихо Браге способствовало радикальным изменениям в этой области. Обладая богатыми ресурсами для последовательного создания и совершенствования астрономических инструментов, Браге был помешан на повышении точности наблюдений. Он был очень организованным человеком, и наблюдения имели для него первостепенное значение. Астроном подготавливал целые комплексы мероприятий и эффективно собирал данные в периоды, когда планеты находились в интересных геометрических конфигурациях, например в противофазе. Браге продолжал собирать наблюдения для поддержания или опровержения старых моделей. Он был последним в списке великих астрономов, которые проводили свои исследования без помощи специальных приборов. Ученый тщательно следил за кометами и, таким образом, развенчал популярную в те времена аристотелевскую концепцию идеальной, неподвижной и незыблемой Вселенной за пределами орбиты Луны. Но, подвергнув сомнению старую систему понятий, Браге болезненно относился к перестановке Земли и Солнца, которую предложил Коперник. Он изобрел альтернативную систему, в которой все планеты (кроме Земли) вращались вокруг Солнца, которое, в свою очередь, вращалось вокруг Земли вместе со своей свитой планет. Работа Андреаса Целлариуса «Гармония Макрокосмоса» (Harmonia Macrocosmica) иллюстрирует данную концепцию. Подобная компромиссная модель представляет собой типичную уловку в ситуации, когда радикальная идея подвергает сомнению господствующее мнение. Часто тектонический сдвиг концепции является следствием не единичного характерного события или четкого переломного момента, а скорее медленного и последовательного накопления веских подкрепляющих доказательств, которые приводят к смене мнений.

Дебаты, которые в итоге возникли между сторонниками моделей Коперника и Браге, а также соответствующих космических концепций, стали предметом множества художественных изображений. Карты отражают конфликт между данными мировоззрениями. Они стали площадками для распространения новых идей, а также инструментами интеллектуального влияния.

Возьмем, к примеру, адаптацию модели Браге авторства итальянского астронома и иезуитского священника Джованни Баттиста Риччоли, которую он обсуждает в своем трактате «Новый Альмагест» (Almagestum Novum). Иллюстрация Урании, божественной музы астрономии, служит обложкой для книги. На картинке она в буквальном смысле сравнивает на весах систему Коперника (с левой стороны) и модель Браге, адаптированную Риччоли (с правой стороны). Весы на книге Риччоли (естественно) склоняются в пользу его собственной теории, где Меркурий, Венера и Марс вращаются вокруг Солнца, оно, в свою очередь, вращается вокруг Земли, аналогично Юпитеру и Сатурну, которые остаются на своих геоцентричных орбитах Птолемеевой системы. В левой части изображен многоглазый Аргус, держащий телескоп и указывающий на изобилие новых небесных объектов, которые стали видны благодаря этому инструменту. Мы также видим Птолемея в виде старца, он низведен до роли зрителя, а его списанная геоцентрическая модель Солнечной системы лежит на земле.

За пределами карт теологическая принадлежность и политическое верноподданство также оказывали влияние на баланс на весах Урании. Помимо разумного возражения в виде отсутствия доказательств параллакса антикоперниковская позиция Браге могла похвастаться своим политическим преимуществом как созвучная католической догме, предписывающей Земле неподвижное положение. Данная догма возникла в ходе буквального прочтения Библии, новой практики, которая появилась в ответ на вопросы, поднятые Реформацией. Немалое число астрономов XVII в., которые не могли смириться с коперниковской картиной мира, купились на концепцию Браге. Но вскоре у Браге появился новый соперник среди ближайших соратников — его коллега и соавтор научных работ Иоганн Кеплер^{13}.

Вплоть до этого момента предполагаемое местоположение Земли относительно Солнца и, следовательно, земной орбиты не соответствовало действительности. Даже для Коперника оставался загадкой эксцентриситет ее орбиты вследствие фактора 2. Более точные данные Браге позволили скорректировать орбиту Земли, и это имело решающее значение для выводов Кеплера относительно движения по эллиптическим орбитам.

Вслед за правильным расчетом земной орбиты и разработкой законов Кеплера появилось решение для загадки Марса. Земля и Венера вращались вокруг Солнца по орбитам, которые крайне незначительно, почти незаметно отклонялись от идеального круга, что соответствовало Птолемеевой картине мира. Для Марса, с другой стороны, характерен значительно больший эксцентриситет его орбиты, который был далек от орбиты круговой.

Кеплер являлся убежденным последователем Коперника и никогда не воспринимал комбинированную модель, предложенную Браге. Но даже у него не было уверенных объяснений, почему движутся планеты, если не брать в расчет идею Птолемея о некой «первичной движущей силе», которая вращает небесные сферы. Несмотря на это, Кеплер первым занялся поисками причинно-следственной связи, говоря современными научными терминами. Он настаивал на идее наличия физической причины и пытался разработать принципы физики небесных тел. Помимо вращения Солнца он рассматривал магнетизм в качестве возможной силы, ответственной за планетные движения. В классической теории вплоть до Коперника еще никогда не пытались искать физическую причину того, почему планеты движутся именно так, а не иначе. Несмотря на эту новаторскую попытку, Кеплер быстро сдался, так как не понимал роли инерции. Причина рассматривалась скорее как философская, а не астрономическая. Конечно, астрономия была частью натурфилософии. Во многом астрономия оказалась той интеллектуальной дисциплиной, которая ускорила разделение натурфилософии и формирующейся области знаний, которую мы в наши дни называем современной наукой.

Отслеживание происхождения новой идеи — задача непростая. Как мы видим на примере развития моделей, которые я только что описала, карты показывают нам состояние знаний в конкретный момент времени и служат действенными маркерами эволюции, в процессе которой происходит представление, распространение, обсуждение и оспаривание новых идей, сочетающих в себе исследование, технологии и осознание.

В то время как люди древности могли надеяться только на свои глаза, современные астрономы располагают телескопами на Земле и в космосе, что значительно расширило возможности для наблюдения за объектами ближнего и дальнего космоса. Карты звездного неба несут в себе отпечаток этой трансформации, фиксируя в графическом виде, как человеческое восприятие неба от воображаемого и мифологического перешло к реальному и логичному. Хотя Кеплер предоставил убедительную схему движения планет, понадобились новые инструменты для научных исследований и новые идеи для того, чтобы раз и навсегда разрешить этот вопрос. Подзорная труба, продававшаяся в 1608 г. на рынке Амстердама, после того как ее приспособили для новой цели, превратилась в телескоп, который позволил обозревать в ночном небе далекие объекты. Галилео Галилей считается изобретателем астрономического телескопа — усовершенствованной обычной подзорной трубы, — которым пользовался, когда открывал спутники Юпитера, пятна на Солнце и фазы Венеры, а также при картографировании поверхности Луны. Галилео также способствовал продвижению понятия небесной механики. Следующий значительный шаг оставался за английским физиком Исааком Ньютоном и его изданием «Математические начала натуральной философии» (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) 1687 г., которое часто называют просто «Начала» и которое очерчивает основные принципы закона всемирного тяготения. Этот трактат был бы невозможен без открытия Кеплером трех законов. Ньютон совершил самый дерзкий на тот момент скачок, объединив земное и небесное законом всемирного тяготения. Он стер различия между небом и Землей и показал, что в обеих сферах работают одни и те же законы. Именно в это время, в 1600-х гг., начала появляться методологическая система, которую мы теперь называем наукой.

Радикальные метаморфозы картины мира, провозглашенные Коперником и получившие поддержку в процессе наблюдений в телескоп Кеплера, Галилео и многих других, возродили к жизни древние догадки о структуре большого космоса. Эта эволюция привела к возврату интереса к вопросу, существуют ли другие миры за пределами Солнечной системы. Гравюра конца XVII в., созданная французским художником Бернаром Пикаром, раскрывает его идею о множественности миров, которые могут существовать во Вселенной, иначе говоря, многообразии других звезд за пределами Солнца, которые могли бы стать домом для собственных планетарных систем, похожих на нашу Солнечную систему. Когда вопрос с Солнечной системой прояснился, астрономы устремили взоры за ее пределы, чтобы переосмыслить и отметить на карте то, что может находиться за пределами нашей планетной системы.

Как и многие современные астрономы, я унаследовала этот древний интерес к созданию карт и их истории. Хотя вместо астролябий можно строить модели с помощью компьютеров, мы остаемся исследователями космоса. Рубеж неизведанного — это уже не границы мира, изучаемого с борта каравеллы, но границы нашей Вселенной, которую можно разглядеть через самые мощные телескопы, созданные человечеством. Мы рисуем и перерисовываем наши космологические карты с помощью все более и более сложных инструментов. Отныне можно увидеть рубежи, которые уходят далеко за пределы нашего воображения — к дальним областям космоса и назад во времени, к лепету юной Вселенной вскоре после Большого взрыва, когда она была создана. Продолжается традиция, которая возникла при вступлении в мир логоса и к настоящему времени преобразовалась в мир научного метода. Мы увидим это развитие на следующих страницах — как конкурируют друг с другом результаты наблюдений и новые теории и как те и другие совершенствуют радикальные концепции нашего места в мире, которое уточняется по мере развития космологии.

Эйнштейн ошибся? Карта темной материи приоткрывает новые тайны Вселенной

28 мая 2021

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, N Jeffrey/Dark Energy Collaboration

Подпись к фото,

Вот так выглядит новая карта темной материи. Яркие вспышки — это места, где темная материя достигает наибольшей концентрации

Международная команда исследователей создала самую большую и подробную на сегодняшний день карту распределения во Вселенной так называемой темной материи. Результат их работы оказался неожиданным, поскольку выяснилось, что она распределена в космосе равномернее, чем предсказывала теория.

Наблюдения не совпадают с теорией относительности Эйнштейна, что создает головоломку для ученых.

Карта опубликована сообществом исследователей темной материи Dark Energy Survey Collaboration, объединяющим более 400 физиков и астрономов из 25 научных организаций в семи странах.

Темная материя — разновидность материи, недоступная прямому наблюдению: она не взаимодействует с электромагнитными волнами, а следовательно, ее нельзя обнаружить при помощи существующих приборов. Принято считать, что на нее приходится около 27% всей массы видимой Вселенной — то есть её в пять с лишним раз больше, чем привычного нам вещества.

Астрономы установили, что она существует, благодаря тому, что темная материя искажает свет, исходящий от далеких звезд. Чем сильнее искажение, тем выше ее концентрация.

Автор фото, Reider Hahn/Fermilab

Подпись к фото,

Для создания карты телескопом в Чили было исследовано 100 миллионов галактик

Доктор Нейл Джеффри из парижского университета École Normale Supérieure, собравший данные воедино, говорит, что результат создает серьезную проблему для физиков.

«Если он верен, значит, Эйнштейн, возможно, ошибся, — заявил он Би-би-си. — Вы можете сказать, что это очень плохо, что вся физика опрокинута. Но для физика это потрясающая новость. Она означает, что мы можем узнать что-то новое о том, как действительно устроена Вселенная».

Профессор Карлос Френк из Даремского университета, один из ученых, создавших современную космологию на основе теории относительности, говорит, что испытывает смешанные чувства.

«Я отдал всю жизнь этой работе, и мое сердце не желает, чтобы все сделанное развалилось. А разум говорит, что наблюдения точны, и нам надо считаться с возможностью возникновения новой физики», — заявил он.

«Тогда у меня начинает сосать под ложечкой, потому что мы пока не имеем теории, которая направляла бы наши исследования. Я нервничаю и боюсь, потому что мы вступаем в совершенно новую область, и неизвестно, что там обнаружим».

Автор фото, Dark Energy Survey Consortium

Подпись к фото,

Овал — это все небо, а пурпурный — это область, которая до сих пор исследовалась на предмет темной материи. Яркая арка образована из самых ярких звезд на ночном небе

При помощи телескопа имени Виктора Бланко в Чили команда ученых проанализировала свет, исходящий от 100 млн галактик.

На карте видно, как распределена во Вселенной темная материя. Черные пятна — это огромные области абсолютной пустоты и небытия, называемые «войдами», где могут действовать другие физические законы.

Светлые пятна — места концентрации темной материи. Ученые именуют их «гало». Внутри их существует знакомая нам реальность, в том числе галактики, такие как наш Млечный Путь, сверкающие, как крошечные драгоценные камни на черном фоне космоса.

По словам доктора Джеффри, который преподает также в Университетском колледже Лондона, карта ясно показывает, что галактики являются частью более крупной структуры, невидимой глазу.

Автор фото, REIDAR HAHN

Подпись к фото,

Ученые говорят, что новая карта приведет к большим изменениям в наших знаниях о космосе

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

«Никто до нас не устанавливал распределение темной материи с такой степенью точности. Астрономы получали картины небольших полосок, а мы открыли огромные новые слои, что позволяет понять структуру в большей полноте. В первый раз мы увидели другую Вселенную», — говорит он.

Но карта показала совсем не то, что ожидали увидеть ученые.

До сих пор их представления о том, как возникла и распространилась во Вселенной темная материя через 350 тыс. лет после Большого Взрыва, основывались на данных, полученных орбитальной обсерваторией «Планк» Европейского космического агентства.

Обсерватория замеряла сохранившееся с тех пор реликтовое излучение, космический микроволновый фон, который поэтично зовут «закатной зарей Творения».

Основываясь на идеях Эйнштейна, астрономы, такие как профессор Френк, создали математическую модель распространения темной материи в следующие 13,8 млрд лет. Однако новая карта показывает, что она распространилась равномернее, чем говорили расчеты.

Профессор Френк говорит, что грядут большие перемены в нашем понимании космоса.

• Ученые нашли галактику без темной материи
• Темной энергии не существует? Новые свидетельства, опровергающие принятую модель устройства Вселенной
• В паутину гигантской черной дыры попали целые галактики. Ученые разглядели это в гигантский телескоп

«Мы, возможно, открыли что-то фундаментальное о той ткани, из которой построена Вселенная. Современная теория мироздания держится на нескольких колоннах, возведенных на песке. Одна из них рушится у нас на глазах», — говорит он.

Другие, как профессор Офер Лахав из Университетского колледжа Лондон, держатся более консервативных взглядов.

«Совершенна ли теория Эйнштейна — большой вопрос, — рассуждает профессор Лахав. — До сих пор она проходила все экспериментальные проверки, но с небольшими отклонениями то там, то здесь. Возможно, галактической астрофизике иногда нужна встряска. Бывало, что проблемы оказывались несуществующими, бывало, наше понимание вещей менялось. Будет любопытно увидеть, приведет ли возникшая теперь напряженность в космологии к такому сдвигу».

О Google Sky

Путешествие к звездам еще никогда не было таким легким

Чтобы помочь вам исследовать дальние уголки нашей вселенной, мы
объединился с астрономами в некоторых из крупнейших обсерваторий
в мире, чтобы подарить вам новый взгляд на небо.
Используя Карты Google, этот инструмент обеспечивает захватывающий способ просмотра
и исследовать вселенную. Вы можете ознакомиться с позициями
планеты и созвездия на небе и даже наблюдая за
рождение далеких галактик глазами космического телескопа Хаббл.

Мы особенно рады возможности просматривать
Вселенная на разных длинах волн, чтобы увидеть, как она будет выглядеть
если бы наши глаза работали в рентгеновском или инфракрасном диапазоне. Когда вы исследуете
эти новые слои, поиграйте с прозрачностью, чтобы смешать
различных длинах волн и посмотреть, как разные части
Вселенная светится на разных длинах волн

Если вам интересно, что происходит на небе сегодня вечером или
в течение следующих нескольких месяцев, а затем читайте подкасты с Земли.
и небо или найдите положение вашей любимой планеты.

1. На что я смотрю?

Google Sky включает в себя несколько различных способов изучения
вселенная. Начальный вид показывает видимую Вселенную и представляет собой
мозаика изображений Слоановского цифрового обзора неба,
Цифровой обзор неба и космический телескоп Хаббл. Выбирать
эскизы изображений в нижней части дисплея, чтобы вызвать
планеты, созвездия, блики с Хаббла
Космический телескоп, известные звезды, галактики и туманности, взгляды
Вселенной в рентгеновском, ультрафиолетовом и инфракрасном и
подкасты о предстоящих астрономических событиях из
Земля и небо
Подкасты. Другие элементы, доступные через Google Sky:

• Инфракрасный — Инфракрасный вид
  небо с инфракрасного астрономического спутника (IRAS). Изменять
  прозрачность этого слоя, переместив ползунок в
  смешать оптическое и инфракрасное.

• Микроволновая печь — Вид на микроволновую печь
  небо от НАСА Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP),
  который показывает вселенную такой, какой она была 380 000
  лет после большого взрыва.

• Исторический — Небо, нарисованное
  Джованни Мария Кассини (напечатано в 1792 г.) с изображением
  созвездия в их классической форме из коллекций
  Дэвида Рамси

2. Отличается ли изображение от изображения неба в Google Планета Земля?

Изображения, увиденные в Google Sky
идентичны найденным в Sky в Google Earth. У нас есть
изменена проекция для отображения этих изображений в Google
Карты (проекция Меркатора). Как и в случае с Google Maps, это означает
что мы не можем видеть северный и южный небесные полюса.

3. Откуда взялись все эти данные?

Снимки для Google Sky поступают из крупнейших
наземные и космические астрономические исследования.

Видимые данные поступают из комбинации опросов:
Цифровой обзор неба Слоана,
Консорциум Digital Sky Survey, который
вы можете найти больше о на:
http://www.stsci.edu,
http://www.caltech.edu,
http://www.roe.ac.uk и
http://www.aao.gov.au;
Космический телескоп Хаббл НАСА и ЕКА, о котором вы можете найти
больше на
Научный институт космического телескопа
и
Космический телескоп ЕКА Хаббл
домашняя страница. Более подробную информацию об этих обсерваториях можно найти
на нашей
страница партнеров.

Дополнительные слои для неба пришли из ряда космических орбит.
обсерватории: рентгеновские данные НАСА
спутник Чандра,
ультрафиолетовые снимки НАСА
спутник ГАЛЭКС,
инфракрасные изображения, полученные совместными усилиями НАСА, Нидерландов и Великобритании.
Инфракрасный астрономический спутник (IRAS)
и микроволновое небо от НАСА
Микроволновый датчик анизотропии Wilkinson (WMAP)
спутник.

Исторические созвездия
слой создаются из исторических карт, доступных на
Коллекция исторических карт Дэвида Рамси.

Слои были созданы в сотрудничестве с
Небесная команда Вашингтонского университета.

4. Могу ли я узнать, где сегодня вечером находятся планеты на небе?

Абсолютно, введите имя
планеты в поле поиска, и Google Sky приведет вас к
где его можно найти на небе. В качестве альтернативы, если вы нажмете
на значке «Наша Солнечная система» на начальном экране миниатюры
появляются выдающиеся объекты Солнечной системы. Щелкнув один из
эти миниатюры перенесут вас к текущему местоположению этого
планета на небе.

5. Как мне найти свое любимое место на небе?

Если вы знаете название
звезду или галактику, которую вы ищете, просто введите ее в
окно поиска (например, Плеяды или Мессье 85). Не волнуйся
об орфографических ошибках Google Sky проверит это за вас. Если
вы хотите найти определенное положение на небе, вы также можете
введите координаты (прямое восхождение и склонение) в
поисковая строка.

6. Могу ли я использовать надстройки для Sky из Галереи Google Планета Земля?

Некоторые файлы KML и KMZ будут работать в Google Sky (в том числе
найденные в галерее). Чтобы загрузить файл KML, просто введите
его URL-адрес в поле поиска и нажмите «Поиск». Гугл Карты
поддерживает функции KML, такие как метки, многоугольники и изображения
накладки. KML-файлы с привязкой ко времени и региональные изображения не
в настоящее время поддерживается. Подробнее о функциях
можно найти
здесь.

7. Могу ли я создать свой собственный вид неба?

Да! Изображения для Google
Sky доступен так же, как Google Maps. Вы можете встроить
свой собственный вид неба на любой веб-странице и настроить вид
чтобы показать ваш любимый аспект астрономии. Узнать больше
загляните в этот блог Maps API
почта.

8. Как узнать больше об этих данных или об астрономии в целом?

Есть много мест на
Интернет, чтобы узнать больше об астрономии и изображениях, которые мы
использовать в Google Sky. Хорошим местом для начала являются домашние страницы
наших партнеров, перечисленных выше, или на странице астрономии на
Википедия.
Также есть
довольно хороший поисковик
которые могли бы помочь вам в ваших поисках.

Логарифмическая карта всей наблюдаемой Вселенной

Визуализация: население мира составляет 8 миллиардов

В какой-то момент в конце 2022 года в мир войдет восьмимиллиардный человек, что станет новой вехой для человечества.

Всего за 48 лет население мира удвоилось, увеличившись с четырех до восьми миллиардов. Конечно, люди неравномерно распределены по планете, и страны принимают все формы и размеры. Визуализации в этой статье направлены на создание контекста того, как восемь миллиардов человек распределены по всему миру.

Для более подробного освещения этого момента и того, что он значит для мира, вы можете получить доступ к нашему полному отчету и вебинару, подписавшись на VC+ , нашу премиальную рассылку.

Теперь посмотрим на население каждой страны по состоянию на сентябрь 2022 г.:

Ниже представлена ​​разбивка населения по регионам.

Население Африки по странам

По состоянию на 2022 год общая численность населения Африки составляет 1,4 миллиарда человек. Многие из стран с самыми высокими темпами роста расположены в Африке, и к 2050 году ожидается, что население континента подскочит до 2,5 миллиардов человек.

Нигерия — самая густонаселенная страна Африки с крупнейшей экономикой. Судя по текущим темпам роста, крупнейший город Нигерии, Лагос, к концу столетия может даже стать крупнейшим мегаполисом мира.

В Африке самый низкий средний возраст среди всех других континентов.

Население Азии по странам

Азия с населением 4,7 миллиарда человек в 2022 году, безусловно, является самым густонаселенным регионом мира.

На континенте преобладают два огромных населенных пункта Китая и Индии. В 2023 году произойдет большой сдвиг: Индия превзойдет Китай и станет самой густонаселенной страной в мире. Китай веками занимал первое место, но несоответствие между темпами роста двух стран сделало достижение этой вехи лишь вопросом времени.

Азия — это контрастный регион, когда речь идет о приросте населения. С одной стороны находятся такие страны, как Сингапур и Япония, которые на самом деле сокращаются. С другой стороны, страны Ближнего Востока, такие как Оман и Катар, имеют высокие темпы роста населения на уровне 4-5%.

Вьетнам находится на пороге того, чтобы стать 15-й страной, население которой превысило отметку в 100 миллионов человек.

Население Европы по странам

Население Европы в 2022 году составляет 750 миллионов человек, что более чем в два раза превышает численность населения Соединенных Штатов.

Столетие назад население Европы составляло около 30% населения мира. Сегодня эта цифра составляет менее 10%. Отчасти это связано с ростом населения в других регионах мира.

Что еще более важно, население Европы сокращается в ряде мест, в частности в Восточной Европе. Многие из стран с самыми медленными темпами роста расположены на Балканах и в странах бывшего советского блока.

Россия остается крупнейшей страной Европы по численности населения. Хотя территория страны простирается через всю Азию, три четверти населения России проживает на европейской стороне страны.

Германия является второй по величине страной в Европе, за ней следуют Великобритания, Франция и Италия.

Украина является седьмым по величине населенным пунктом в Европе, но еще предстоит выяснить, как нынешний конфликт с Россией повлияет на долгосрочные перспективы населения страны.

Население Северной Америки по странам

Население Северной Америки составляет 602 миллиона человек по состоянию на 2022 год.

На континенте доминируют Соединенные Штаты, которые составляют более половины всего населения. Население Америки по-прежнему скромно растет (по мировым стандартам), но, возможно, более интересны модели внутренней миграции. В таких штатах, как Техас и Флорида, наблюдается приток населения из других штатов.

Канада имеет один из самых высоких темпов прироста населения среди крупных развитых стран благодаря международной миграции.

Мексика в настоящее время является 10-й по численности населения страной, но в конечном итоге будет выбита из списка 10 самых быстрорастущих африканских стран.

Население Южной Америки по странам

Население Южной Америки в 2022 году составляет 439 миллионов человек. Бразилия составляет почти половину этого общего количества.

Где-то в этом десятилетии столица Колумбии Богота станет пятым мегаполисом региона (население которого составляет 10 миллионов человек и более). Сан-Паулу, Рио-де-Жанейро, Буэнос-Айрес и Лима — современные мегаполисы Южной Америки.

Население Океании по странам

Население региона Океании составляет 44 миллиона человек, что лишь немного превышает население Калифорнии.

Австралия, Новая Зеландия и Папуа-Новая Гвинея составляют львиную долю населения этого региона.

Интересно, что многие из самых маленьких стран по численности населения также можно найти в этом регионе.

Когда население Земли достигнет 9 миллиардов?

Следующий рубеж в населении планеты — девять миллиардов — вероятно, будет достигнут где-то в 2030-х годах.

Ожидается, что население Земли будет продолжать расти, пока не достигнет пика в какой-то момент в 2080-х годах — возможно, более 10 миллиардов человек.

Откуда берутся эти данные?

Источник: Организация Объединенных Наций, Департамент по экономическим и социальным вопросам, Отдел народонаселения, через онлайн-трекер Worldometer (по состоянию на 27 сентября 2022 г.).

Контекст: По оценкам ООН, 15 ноября 2022 года будет дата, когда население мира официально достигнет 8 миллиардов человек.

Карта каждого объекта в нашей Солнечной системе

Визуализация: население Земли составляет 8 миллиардов

В какой-то момент в конце 2022 года в мир войдет восьмимиллиардный человек, что станет новой вехой для человечества.

Всего за 48 лет население мира удвоилось, увеличившись с четырех до восьми миллиардов. Конечно, люди неравномерно распределены по планете, и страны принимают все формы и размеры. Визуализации в этой статье направлены на создание контекста того, как восемь миллиардов человек распределены по всему миру.

Для более подробного освещения этого момента и того, что он значит для мира, вы можете получить доступ к нашему полному отчету и вебинару, подписавшись на VC+ , нашу премиальную рассылку.

Теперь посмотрим на население каждой страны по состоянию на сентябрь 2022 г.:

Ниже представлена ​​разбивка населения по регионам.

Население Африки по странам

По состоянию на 2022 год общая численность населения Африки составляет 1,4 миллиарда человек. Многие из стран с самыми высокими темпами роста расположены в Африке, и к 2050 году ожидается, что население континента подскочит до 2,5 миллиардов человек.

Нигерия — самая густонаселенная страна Африки с крупнейшей экономикой. Судя по текущим темпам роста, крупнейший город Нигерии, Лагос, к концу столетия может даже стать крупнейшим мегаполисом мира.

В Африке самый низкий средний возраст среди всех других континентов.

Население Азии по странам

Азия с населением 4,7 миллиарда человек в 2022 году, безусловно, является самым густонаселенным регионом мира.

На континенте преобладают два огромных населенных пункта Китая и Индии. В 2023 году произойдет большой сдвиг: Индия превзойдет Китай и станет самой густонаселенной страной в мире. Китай веками занимал первое место, но несоответствие между темпами роста двух стран сделало достижение этой вехи лишь вопросом времени.

Азия — это контрастный регион, когда речь идет о приросте населения. С одной стороны находятся такие страны, как Сингапур и Япония, которые на самом деле сокращаются. С другой стороны, страны Ближнего Востока, такие как Оман и Катар, имеют высокие темпы роста населения на уровне 4-5%.

Вьетнам находится на пороге того, чтобы стать 15-й страной, население которой превысило отметку в 100 миллионов человек.

Население Европы по странам

Население Европы в 2022 году составляет 750 миллионов человек, что более чем в два раза превышает численность населения Соединенных Штатов.

Столетие назад население Европы составляло около 30% населения мира. Сегодня эта цифра составляет менее 10%. Отчасти это связано с ростом населения в других регионах мира.

Что еще более важно, население Европы сокращается в ряде мест, в частности в Восточной Европе. Многие из стран с самыми медленными темпами роста расположены на Балканах и в странах бывшего советского блока.

Россия остается крупнейшей страной Европы по численности населения. Хотя территория страны простирается через всю Азию, три четверти населения России проживает на европейской стороне страны.

Германия является второй по величине страной в Европе, за ней следуют Великобритания, Франция и Италия.

Украина является седьмым по величине населенным пунктом в Европе, но еще предстоит выяснить, как нынешний конфликт с Россией повлияет на долгосрочные перспективы населения страны.

Население Северной Америки по странам

Население Северной Америки составляет 602 миллиона человек по состоянию на 2022 год.

На континенте доминируют Соединенные Штаты, которые составляют более половины всего населения. Население Америки по-прежнему скромно растет (по мировым стандартам), но, возможно, более интересны модели внутренней миграции. В таких штатах, как Техас и Флорида, наблюдается приток населения из других штатов.

Канада имеет один из самых высоких темпов прироста населения среди крупных развитых стран благодаря международной миграции.

Мексика в настоящее время является 10-й по численности населения страной, но в конечном итоге будет выбита из списка 10 самых быстрорастущих африканских стран.

Население Южной Америки по странам

Население Южной Америки в 2022 году составляет 439 миллионов человек. Бразилия составляет почти половину этого общего количества.

Где-то в этом десятилетии столица Колумбии Богота станет пятым мегаполисом региона (население которого составляет 10 миллионов человек и более). Сан-Паулу, Рио-де-Жанейро, Буэнос-Айрес и Лима — современные мегаполисы Южной Америки.

Население Океании по странам

Население региона Океании составляет 44 миллиона человек, что лишь немного превышает население Калифорнии.

Австралия, Новая Зеландия и Папуа-Новая Гвинея составляют львиную долю населения этого региона.

Интересно, что многие из самых маленьких стран по численности населения также можно найти в этом регионе.

Когда население Земли достигнет 9 миллиардов?

Следующий рубеж в населении планеты — девять миллиардов — вероятно, будет достигнут где-то в 2030-х годах.

Ожидается, что население Земли будет продолжать расти, пока не достигнет пика в какой-то момент в 2080-х годах — возможно, более 10 миллиардов человек.

Откуда берутся эти данные?

Источник: Организация Объединенных Наций, Департамент по экономическим и социальным вопросам, Отдел народонаселения, через онлайн-трекер Worldometer (по состоянию на 27 сентября 2022 г.).

Контекст: По оценкам ООН, 15 ноября 2022 года будет дата, когда население мира официально достигнет 8 миллиардов человек.

30 лет открытиям Хаббла

Космос

Посмотреть полноразмерную версию инфографики

Исследование космоса: 30 лет открытий Хаббла

Просмотрите полноразмерную версию инфографики, нажав здесь.

На протяжении веков мы были очарованы космосом, но телескопы действительно открыли нам глаза на то, что находится за пределами наших границ.

В течение 30 лет космический телескоп Хаббла был нашим спутником, помогая нам изучать космическое пространство, прокладывая путь ко многим важным научным открытиям.

Окно во Вселенную

Хаббл запущен 24 апреля 1990 года и с тех пор находится на нашей орбите. Тем не менее, у него было что-то вроде шаткого начала. Из-за ошибки в его главном зеркале он возвращал много шатких и размытых изображений — до сервисной миссии 19 декабря.93 решил проблему.

Невероятная карта Today была создана Нади Бремер из Visual Cinnamon для научного журнала Physics Today. Он включает в себя более 550 000 научных наблюдений, чтобы показать различные объекты, захваченные Хабблом в период с 1990 по 2019 год.

Определенные созвездия были включены, чтобы помочь разместить эти находки, многие из которых также видны невооруженным глазом. Вот основные категории с цветовой кодировкой, найденные на карте:

• Желтый: Звезда/Звездное скопление
  Пример: V838 Единорога, который включает в себя красную звезду и световое эхо.
• Красный: Галактика/ Скопления галактик
  Пример: Спиральная галактика M81 размером в половину Млечного Пути.
• Зеленый: Межзвездная среда (ISM)
  Пример: Туманность Орла, величественный шпиль из космической пыли и газа, напоминающий столбы и простирающийся на 4-5 световых лет.
• Синий: Солнечная система
  Пример: Большое красное пятно Юпитера, буря высокого давления в атмосфере планеты.
• Розовый: калибровка/неопознанный (например, обзоры Hubble Deep Field) 900:50 Пример: сверхглубокое поле, в ходе которого за 11 дней было снято изображение 10 000 галактик, некоторые из которых датируются ранним миллиардом лет существования Вселенной.

НАСА считает телескоп «Хаббл» «наиболее значительным достижением в астрономии со времен телескопа Галилея» и не без оснований — его общее количество наблюдений превышает 1,3 миллиона.

Наблюдения Хаббла по категориям

Путешествие на этом не заканчивается. Бремер также посмотрел на частоту Хаббла 9. 4137 наблюдений, произошедших в каждой из этих категорий, в диапазоне от 1000 до 20 000.

Источник: Physics Today

Каждая категория включает несколько отличительных описаний. Например, галактики можно разделить на спиральные, ядерные, эллиптические и многие другие.

Растущее наследие Хаббла

Изображения, отправленные Хабблом за эти три десятилетия, предназначены не только для эстетических целей. Телескоп также внес огромный вклад в астрономию: было опубликовано около 13 000 научных статей с использованием Хаббл в качестве источника на сегодняшний день.

Крупнейший научный прорыв? Осознание того, что наша Вселенная расширяется с ускорением благодаря силе, называемой темной энергией.

Хаббл действительно открыл нам всю вселенную так, как никто другой.

— Коллин Хартман, бывший заместитель директора Центра космических полетов имени Годдарда НАСА

Понятно, что «Хаббл» уже имеет впечатляющее наследие, и ожидается, что он не будет выведен из эксплуатации как минимум до 2025 года. объединится с новыми Космический телескоп Джеймса Уэбба , который будет запущен в марте 2021 года. Следующее поколение космических энтузиастов может вместо этого смотреть в небо на Уэбба .

Для истинных данных, а именно для ботаников среди нас, вот подробный пост в блоге, в котором подробно описывается создание карты звездного неба с нуля.

Разное

Все содержимое Вселенной в одном изображении

Мы изучаем предельный рубеж: состав всей известной Вселенной, некоторые из которых до сих пор исследуются.

Все содержимое Вселенной в одном изображении

Ученые согласны с тем, что Вселенная состоит из трех отдельных частей: обычной видимой (или измеримой) материи и двух теоретических компонентов, называемых темной материей и темной энергией.

Последние два являются теоретическими, поскольку их еще предстоит измерить напрямую, но даже без полного понимания этих загадочных частей головоломки ученые могут сделать вывод, что состав Вселенной можно разложить следующим образом:

Рассмотрим каждый компонент более подробно.

Темная энергия

Темная энергия — теоретическая субстанция, противодействующая гравитации и вызывающая быстрое расширение Вселенной. Это самая большая часть композиции Вселенной, пронизывающая каждый уголок космоса и диктующая, как она себя ведет и как она в конце концов закончится.

Темная материя

Темная материя, с другой стороны, обладает ограничительной силой, тесно связанной с гравитацией. Это своего рода «космический цемент», который скрепляет вселенную. Несмотря на то, что избегают прямых измерений и остаются загадкой, ученые считают, что это второй по величине компонент Вселенной.

Свободный водород и гелий

Свободный водород и гелий — это элементы, свободно плавающие в космосе. Несмотря на то, что это самые легкие и распространенные элементы во Вселенной, они составляют примерно 4% от ее общего состава.

Звезды, нейтрино и тяжелые элементы

Все остальные частицы водорода и гелия, которые не находятся в свободном плавании в космосе, существуют в звездах.

Звезды — одно из самых густонаселенных явлений, которые мы можем увидеть, глядя на ночное небо, но они составляют менее одного процента — примерно 0,5 % — космоса.

Нейтрино — субатомные частицы, похожие на электроны, но почти невесомые и не несущие электрического заряда. Хотя они возникают в результате каждой ядерной реакции, они составляют примерно 0,3% Вселенной.

Тяжелые элементы — это все остальные элементы, кроме водорода и гелия.

Элементы образуются в процессе, называемом нуклеосинтезом, который происходит внутри звезд на протяжении всей их жизни и во время их взрывной смерти. Почти все, что мы видим в нашей материальной вселенной, состоит из этих тяжелых элементов, но они составляют наименьшую часть Вселенной: всего лишь 0,03%.

Как измерить Вселенную?

В 2009 году Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило космическую обсерваторию под названием «Планк» для изучения свойств Вселенной в целом.

Его основная задача заключалась в измерении послесвечения Большого Взрыва, в результате которого образовалась Вселенная 13,8 миллиарда лет назад. Это послесвечение представляет собой особый тип излучения, называемый космическим микроволновым фоновым излучением (CMBR).

Температура может многое рассказать ученым о том, что существует в открытом космосе. При исследовании «микроволнового неба» исследователи ищут флуктуации (называемые анизотропией) температуры реликтового излучения. Такие инструменты, как Planck, помогают выявить степень неравномерности температуры реликтового излучения и информируют нас о различных компонентах, составляющих Вселенную.

Ниже вы можете увидеть, как четкость реликтового излучения меняется с течением времени при выполнении нескольких космических миссий и использовании более сложных приборов.

Что еще там?

Ученые все еще работают над тем, чтобы понять свойства темной энергии и темной материи.

В настоящее время НАСА планирует запуск в 2027 году римского космического телескопа Нэнси Грейс, инфракрасного телескопа, который, как мы надеемся, впервые поможет нам в измерении эффектов темной энергии и темной материи.

А что же за пределами вселенной? Ученые не уверены.

Существуют гипотезы, что может существовать более крупная «сверхвселенная», содержащая нас, или же мы можем быть частью одной «островной» вселенной, отделенной от других островных мультивселенных. К сожалению, мы пока не можем ничего измерить так далеко. Разгадка тайн глубокого космоса, по крайней мере, на данный момент, остается локальной задачей.

Продолжить чтение

Технологии

Каждая миссия на Марс в одной визуализации

На этом графике показана хронология каждой миссии на Марс с 1960 года с выделением того, какие из них были успешными, а какие нет.

Программа для авторов

Хронология: исторический взгляд на каждую миссию на Марс

В пределах нашей Солнечной системы Марс является одной из планет, наиболее похожих на Землю: обе планеты имеют скалистый ландшафт, твердую внешнюю кору и ядра, состоящие из расплавленной породы.

Из-за сходства с Землей и близости Марс веками привлекал человечество. На самом деле, это один из самых изученных объектов в нашей Солнечной системе.

Но сколько миссий на Марс мы предприняли и какие из этих поездок были успешными? На этом рисунке Джонатана Летурно показана хронология каждой миссии на Марс с 1960 года с использованием исторических данных НАСА.

Хронология исследований Марса

Согласно историческому журналу НАСА, за последние 60 лет на Марс было совершено 48 миссий. Вот разбивка каждой миссии, и были ли они успешными:

Первая миссия на Марс была предпринята Советами в 1960 году с запуском корабля Korabl 4 , также известного как Mars 1960A.

Как видно из приведенной выше таблицы, путешествие было неудачным. Космический корабль поднялся в воздух на 120 км, но его насосы третьей ступени не генерировали достаточного импульса, чтобы оставаться на орбите Земли.

В течение следующих нескольких лет СССР, а затем НАСА предприняли еще несколько неудачных попыток марсианских миссий. Затем, в 1964 году, вошло в историю, когда НАСА запустило Mariner 4 и совершило первый в истории успешный полет на Марс.

«Маринер-4» на самом деле не приземлялся на планету, но космический корабль пролетел мимо Марса и смог сделать фотографии, которые позволили нам увидеть каменистую поверхность планеты вблизи.

Затем, 20 июля 1976 года, НАСА снова вошло в историю, когда его космический корабль вызвал Viking 1 приземлился на поверхность Марса, что сделало его первым космическим агентством, совершившим успешную посадку на Марс. «Викинг-1» сделал панорамные снимки рельефа планеты, а также позволил ученым следить за погодой на планете.

Отпуск на Марс, кто-нибудь?

На сегодняшний день все высадки на Марс совершались без экипажа, но НАСА планирует отправить людей на Марс к концу 2030-х годов.

И не только правительственные агентства планируют полеты на Марс, но и ряд частных компаний. У аэрокосмической компании Илона Маска SpaceX есть долгосрочный план по строительству целого города на Марсе.

Два других аэрокосмических стартапа, Impulse и Relativity, также объявили о совместной беспилотной миссии на Марс в июле 2022 года с надеждой, что она будет готова уже к 2024 году. быть первой компанией или агентством, которое действительно доберется до Марса. Если (или когда) мы достигнем этой точки, остается только гадать, что будет дальше.

Продолжить чтение

Популярный

Рекордная 3D-карта Вселенной раскрывает некоторые большие сюрпризы

История Вселенной, насколько мы можем видеть с помощью различных инструментов и телескопов, от … [+] до максимальной современной глубины SDSS. Сейчас мы подошли к SDSS-16, который может восходить всего к 3 миллиардам лет после Большого взрыва, в процессе картируя более 2 миллионов галактик.

SLOAN DIGITAL SKY SURVEY (SDSS)

Из чего состоит Вселенная? Насколько быстро она расширяется сегодня и как эта скорость расширения меняется со временем? Если бы мы могли знать ответы на эти вопросы, мы бы поняли как прошлую историю, так и будущую судьбу нашей Вселенной. Но даже с нашими лучшими измерениями самой Вселенной разные методы не дают одного и того же ответа. Измерение остаточного свечения Большого взрыва, космического микроволнового фона, дает нам один набор ответов, в то время как измерение звезд, галактик и сверхновых дает нам другой, несовместимый ответ. Это несоответствие, возможно, является самой большой загадкой в ​​современной космологии.

Но с данными более чем за два десятилетия — и подробной трехмерной картой более чем 2 миллионов галактик — Sloan Digital Sky Survey может помочь нам, наконец, разгадать эту космическую загадку. Эти галактики разбросаны более чем на 19 миллиардов световых лет во всех направлениях, что соответствует более чем 11 миллиардам лет космической истории в нашей расширяющейся Вселенной. Но из чего он сделан? Насколько быстро он расширяется сегодня? Что еще мы узнали и что ждет астрофизику дальше? Вот примечательная история.

Расширяющаяся Вселенная, полная галактик и сложной структуры, которую мы наблюдаем сегодня, возникла из … [+] меньшего, более горячего, более плотного, более однородного состояния. Нам понадобились тысячи ученых, работавших сотни лет, чтобы прийти к этой картине, и все же отсутствие единого мнения о том, какова на самом деле скорость расширения, говорит нам о том, что либо что-то ужасно неправильно, либо у нас где-то есть неопознанная ошибка, либо что-то не так. новая научная революция не за горами.

К. ФОШЕ-ЖИГЕР, А. ЛИДЗ И Л. ХЕРНКВИСТ, НАУКА 319, 5859 (47)

Представьте себе Вселенную, если сможете, на ранних стадиях горячего Большого Взрыва. В течение первых нескольких минут между субатомными частицами может произойти ядерный синтез, создающий легкие элементы, такие как различные изотопы водорода и гелия. В последующие годы гравитация притягивает материю — как обычную, так и темную материю — в области наибольшей плотности, в то время как излучение отталкивает обычную материю (с которой оно взаимодействует) иначе, чем темную материю (с которой оно не взаимодействует). т).

Этот эффект притяжения гравитацией и выталкивания другими взаимодействиями создает волнообразные эффекты в плотности обычной материи. Миллиарды лет спустя, после того как Вселенная расширится и сформирует звезды и галактики, эти волны все еще можно увидеть: они запечатлены в самой Вселенной. Если вы коснетесь любой случайной галактики и зададите вопрос: «Насколько вероятно, что я найду другую галактику на определенном расстоянии?» как это воздействие меняется по мере расширения Вселенной.

ЕЩЕ ДЛЯ ВАС

Стандартные свечи (L) и стандартные линейки (R) — это два разных метода, которые астрономы используют для измерения . .. [+] расширения пространства в разное время/на разных расстояниях в прошлом. По мере расширения Вселенной отдаленные объекты кажутся тусклее определенным образом, но расстояния между объектами также изменяются определенным образом. Оба метода независимо друг от друга позволяют нам сделать вывод об истории расширения Вселенной.

NASA/JPL-CALTECH

Например, в нашей близлежащей Вселенной, которая расширялась в течение 13,8 миллиардов лет после Большого взрыва, мы измерили, как галактики группируются вместе. Вы можете представить, что начинаете с галактики и устанавливаете невидимую «линейку» для измерения расстояния между этой галактикой и любой другой галактикой, которую вы можете найти. В среднем вы обнаружите, что:

• вы, скорее всего, найдете галактику, близкую к вашей, потому что гравитация притягивает,
• , по мере того, как вы удаляетесь, вы (постепенно) с меньшей вероятностью найдете другую галактику,
• , пока вы не столкнетесь с этой особенностью «волны», отпечатанной в самой ранней Вселенной.

Это означает, что сегодня, если вы нарисуете плавную кривую, которая представляет вероятность того, что вы найдете другую галактику, волновая характеристика означает, что вы на самом деле с большей вероятностью найдете галактику, которая находится на расстоянии 500 миллионов световых лет от нас, чем вы ожидаете, но с меньшей вероятностью найдете его на расстоянии 400 или 600 миллионов световых лет от нас.

Этот отпечаток имеет название: барионные акустические колебания, потому что нормальная материя (барионы) отпечатывает волны давления (акустические колебания) на крупномасштабной структуре Вселенной.

Иллюстрация моделей кластеризации из-за барионных акустических колебаний, где вероятность … [+] обнаружения галактики на определенном расстоянии от любой другой галактики определяется соотношением между темной материей и нормальной материей. По мере расширения Вселенной увеличивается и это характерное расстояние, что позволяет нам измерять постоянную Хаббла, плотность темной материи и даже скалярный спектральный индекс. Результаты согласуются с данными реликтового излучения, и Вселенная состоит примерно на 25% из темной материи, а не из 5% из обычной материи, со скоростью расширения около 68 км/с/Мпк.

ЗОСЯ РОСТОМЯНСКАЯ

Одно дело рассчитать эффект, который мы можем сделать с теоретической точки зрения. Другое дело — измерить эффект поблизости, что делает Sloan Digital Sky Survey с момента начала научной деятельности в 1998 году. Но измерить его по всей Вселенной, на протяжении большей части нашей космической истории — это гигантский скачок. только что вышел последний релиз.

Причина проста: размер акустической шкалы становится все длиннее и длиннее по мере расширения Вселенной.

Другими словами, если вы можете нанести на карту галактики во Вселенной не только рядом, но и далеко, вы можете измерить, как Вселенная расширилась с течением времени. Есть много проблем, которые мешают, в том числе:

• труднее увидеть далекие галактики, потому что они тусклее,
• сложнее разрешить отдельные галактики, которые находятся близко друг к другу,
• трудно определить расстояние в третьем (глубинном) измерении,
• и что другие эффекты могут влиять на наши выводы.

Простой пример предвзятости можно увидеть, просто взглянув на ближайшее к Земле скопление галактик: скопление Девы.

Все галактики скопления Девы находятся на расстоянии от 50 до 60 миллионов световых лет, но некоторые из них … [+] движутся к нам, а другие удаляются от нас со скоростью более 2000 км/с. Причина этих разных скоростей не в расширяющейся Вселенной, а скорее в гравитационной силе, создаваемой самим массивным скоплением галактик.

John Bowles / Flickr / CC-by-sa 2.0

Скопление Девы представляет собой большую группу галактик — более 1000 — на расстоянии от 50 до 60 миллионов световых лет. Есть несколько измерений, которые мы можем провести, чтобы понять, насколько удалена галактика: мы можем измерить ее яркость, мы можем измерить ее видимый размер и мы можем измерить ее красное смещение. Измерение красного смещения является важным компонентом, поскольку оно говорит нам, насколько быстро этот объект удаляется от нас, что является важным компонентом понимания того, как расширилась Вселенная.

Но есть две причины красного смещения любой конкретной галактики: крупномасштабное космическое расширение, одинаково влияющее на все галактики, и действие гравитации. Когда у вас есть большое скопление массы, такое как скопление галактик, это заставляет отдельные галактики внутри него двигаться очень быстро, в том числе вдоль направления нашей прямой видимости. Астрономы называют это своеобразным движением, которое накладывается на расширяющуюся Вселенную. Если бы мы начертили, где находятся галактики, и проигнорировали этот эффект, мы бы увидели, что их предполагаемое положение было неверным.

На самом деле, первые графики, которые видели этот эффект, привели к очень броскому названию для этих искажений пространства красного смещения: Пальцы Бога.

ВОГ, или Пальцы Бога, как известно, появляются в пространстве с красным смещением. Поскольку галактики в скоплениях могут получить … [+] дополнительное красное или синее смещение из-за гравитационного влияния окружающих их масс, те положения галактик, которые мы выводим из красного смещения, будут искажены вдоль нашего луча зрения, что приведет к Пальцам Эффект бога. Когда мы выполняем наши исправления и переходим из пространства красного смещения (слева) в реальное пространство (справа), ВОГ исчезают.

ТЕГМАРК М. И ДРУГИЕ. 2004, APJ, 606, 702

Но при достаточно хорошем понимании Вселенной мы можем скорректировать этот эффект и преобразовать наши карты из «пространства красного смещения», которое смещено, в «реальное пространство», где это смещение удаленный. В последних результатах Sloan Digital Sky Survey не только используется беспрецедентно большое количество галактик на самом большом расстоянии за всю историю, они также используют полный набор поправок, которые мы знаем, как делать в современной космологии. Мы можем быть более чем когда-либо уверены в том, что Вселенная, какой мы ее видим, является отражением того, какая она есть на самом деле.

Что касается данных, у нас никогда не было ничего подобного. В течение последних 2 миллиардов лет у нас есть свет от ближайших галактик, нанесенный на карту в течение первого десятилетия Слоановского цифрового обзора неба (1998–2008). Кроме того, у нас есть старые красные галактики, которые уносят нас от 2 до 7 миллиардов лет назад. Кроме того, есть молодые голубые галактики возрастом от 6 до 8 миллиардов лет назад, а также квазары возрастом от 7 до 11 миллиардов лет назад. Даже более того, от 11 миллиардов лет до немногим более 12 миллиардов лет назад, у нас есть выборка галактик, излучающих свет от своих атомов водорода, что переносит нас в более ранние времена, чем когда-либо, когда речь идет о структурообразовании.

Карта SDSS показана в виде радуги цветов, расположенных в пределах наблюдаемой Вселенной (внешняя … [+] сфера, показывающая флуктуации космического микроволнового фона). Мы находимся в центре этой карты. Вставка для каждого участка карты с цветовой кодировкой включает изображение типичной галактики или квазара из этого участка, а также сигнал шаблона, который измеряет там команда eBOSS. Глядя вдаль, мы оглядываемся назад во времени. Таким образом, расположение этих сигналов показывает скорость расширения Вселенной в разные периоды космической истории.

Ананд Райчур (EPFL), Эшли Росс (Университет штата Огайо) и сотрудничество SDSS

Карта и более ранние эксперименты SDSS теперь предоставили самые точные измерения истории расширения в самом широком диапазоне космического времени. Эти исследования позволяют нам связать все эти измерения в полную историю расширения Вселенной».

И тем не менее, история, которую мы узнаем, утешительна во многих отношениях — поскольку она независимо подтверждает ряд вещей, которые мы считали правдой, — но она проливает удивительный свет на многие аспекты Вселенной.

Неудивительные результаты чрезвычайно важны. Во-первых, они обнаружили, что темная энергия невероятно согласуется с космологической постоянной: нет убедительных доказательств того, что она развивается со временем или меняется в пространстве. Его плотность энергии остается постоянной во времени. Еще одним захватывающим подтверждением является то, что Вселенная невероятно плоская в пространстве: ее максимально допустимая кривизна составляет всего 0,2% от критической плотности, ограничение, которое в 20 раз сильнее, чем прошлогоднее спорное утверждение о том, что Вселенная может быть замкнутой, а не плоской.

Трехмерная реконструкция 120 000 галактик и свойств их кластеризации из Sloan Digital Sky … [+] Обзор. Последние данные этих обзоров позволяют нам провести ряд замечательных подробных анализов и говорят нам, насколько плоская Вселенная. В отличие от предыдущего исследования, в котором утверждалось, что Вселенная может иметь кривизну на уровне 4%, это указывает на то, что 0,2% — это абсолютный максимум.

ДЖЕРЕМИ ТИНКЕР И СОТРУДНИЧЕСТВО SDSS-III

Есть и другие неудивительные результаты, которые также свидетельствуют о постепенном улучшении нашего понимания. Мы до сих пор не увидели отпечатка нейтрино в крупномасштабной структуре Вселенной, ограничивающего их общую массу (электронных, мюонных и тау-нейтрино вместе взятых) менее 0,11 эВ, а это означает, что электрон должен находиться на по меньшей мере в 4,6 миллиона раз тяжелее, чем все три массы нейтрино вместе взятые. Они нашли Вселенную, состоящую на 70 % из темной энергии и на 30 % из всей материи (обычной и темной материи вместе взятых), с неопределенностью всего ~1 % на обоих рисунках.

Но самым неожиданным результатом стала попытка измерить скорость расширения Вселенной. Помните, что по этому поводу существуют огромные разногласия, так как команды, которые измеряют расстояния до объектов индивидуально (известный как метод «лестницы расстояний»), постоянно получают значения 72–75 км/с/Мпк, но команды, которые постоянно используют космический микроволновый фон, получить значения между 66-68 км/с/Мпк.

Не обращаясь ни к одному из двух других наборов данных, наилучшие результаты этого последнего исследования дают скорость расширения 68,2 км/с/Мпк, что требует наличия Вселенной с темной энергией.

Когда вы комбинируете данные барионных акустических колебаний (синяя полоса) с данными о содержании … [+] легких элементов (BBN), вы получаете ограничение, согласно которому скорость расширения Вселенной составляет ~68 км/с/Мпк. . Это согласуется с результатами CMB, но противоречит результатам космической лестницы расстояний.

Ева-Мария Мюллер (Оксфордский университет) и SDSS Collaboration

Но есть одна загвоздка. В какой-то момент вы должны предоставить значение, которое отвечает на вопрос «насколько велика была Вселенная в это конкретное время?» Вы можете сделать это изящно с данными из космического микроволнового фона, который представляет собой узкий серый эллипсоид на графике выше. Но это лишило бы цели иметь независимый набор данных, так же как использование эллипсоида «лестницы расстояний» (фиолетового цвета) лишило бы возможности иметь независимый набор данных.

Вот почему команда использовала данные BBN: нуклеосинтез Большого взрыва. Измеряя распространенность различных изотопов водорода и гелия, образовавшихся вскоре после Большого взрыва, мы можем получить ограничение скорости расширения, которое не зависит ни от чьих измерений. Несмотря на то, что остается некоторое пространство для маневра, совершенно ясно, что эти данные свидетельствуют в пользу более низкой скорости расширения из-за космического микроволнового фона. Это не решает нашей космической головоломки о том, как быстро расширяется Вселенная, но углубляет ее, добавляя замечательный новый набор данных в лагерь, благоприятствующий более низкой скорости его ценности.

Ряд различных групп, стремящихся измерить скорость расширения Вселенной, вместе с их … [+] результатами, закодированными цветом. Последние результаты, полученные только от BAO + BBN, дают значение 68,2 км/с/Мпк. Обратите внимание на большое расхождение между ранними (два верхних) и поздними (другие) результатами, при этом планки погрешностей намного больше для каждого из поздних вариантов. Единственное значение, которое подверглось критике, — это значение CCHP, которое было повторно проанализировано и оказалось, что его значение ближе к 72 км / с / Мпк, чем к 69..8.

Л. ВЕРДЕ, Т. ТРЕУ И А.Г. РИСС (2019), ARXIV:1907.10625

Вселенная не искривлена ​​в самом большом масштабе, но пространственно плоская до 499 частей на 500: самое жесткое ограничение из когда-либо существовавших. Вселенной не только нужна темная энергия, но она составляет 70% Вселенной и полностью согласуется с космологической постоянной. Из остальных 30 % 25 % составляют темная материя и всего 5 % — нормальная материя, при этом Вселенная расширяется со скоростью 68,2 км/с/Мпк. Это основано на более чем 2 миллионах галактик, наблюдаемых с расстояния более 19миллиардов световых лет, что соответствует более чем 11 миллиардам лет космической истории.

В ближайшие годы Спектроскопический прибор темной энергии (DESI) позволит нам исследовать десятки миллионов галактик, а еще больше продвинется вперед с запуском Евклида ЕКА, WFIRST НАСА и наземной обсерватории Веры Рубин Национального научного фонда. В настоящее время в стремлении измерить расширение Вселенной участвуют три основных игрока: космический микроволновый фон, лестница космических расстояний и отпечаток акустических колебаний в крупномасштабной структуре Вселенной. Первый и третий способы согласуются друг с другом, но не со вторым. Пока мы не выясним, почему, наряду с загадками темной материи и темной энергии, это останется одной из самых неотразимых загадок самой природы нашего космоса.

Самая подробная 3D-карта Вселенной из когда-либо созданных

Внутри купола телескопа Виктора М. Бланко, который исследовал небо Южного полушария в период с 2013 по 2019 год. Фото: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/D. Мунизага

Исследование южного неба позволило восстановить распределение массы в пространстве и времени, что стало крупнейшим исследованием в своем роде. Данные представляют собой поразительное свидетельство того, что темная энергия, сила, которая, по-видимому, подталкивает Вселенную к ускорению ее расширения, была постоянной на протяжении всей космической истории.

Сотрудничество The Dark Energy Survey (DES) представило свои результаты на онлайн-брифинге 27 мая и в нескольких документах, размещенных онлайн ¹ .

Команда DES наблюдала за небом в период с 2013 по 2019 год с помощью 570-мегапиксельной камеры на телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Обзор охватил четверть южной части неба, и его экспозиция включала 300 миллионов галактик.

«Это невероятно мощный набор данных», — комментирует Кэтрин Хейманс, астроном из Эдинбургского университета, Великобритания.

Авторы и права: сотрудничество Н. Джеффри и Dark Energy Survey

Исследователи сгруппировали галактики по цвету, чтобы получить приблизительное представление о расстоянии каждой галактики от нашей: по мере расширения Вселенной отдаленные галактики кажутся более красными, потому что их световые волны растянулись до более длинных длин волн. Таким образом, команда смогла добавить к своей карте третье измерение.

Взгляд вдаль также соответствует взгляду в прошлое, поэтому трехмерная космическая карта представляет собой запись истории Вселенной. Отслеживая, как галактики расширяются во времени, космологи могут затем косвенно измерить действующие силы. К ним относится гравитационное притяжение темной материи, невидимого вещества, которое составляет около 80% массы Вселенной и доминирует в формировании галактик и скоплений галактик.

Искаженные галактики

Чтобы лучше выявить присутствие темной материи, команда DES проанализировала форму 100 миллионов более далеких галактик. Поскольку гравитация искривляет пространство, космологи смогли нанести на карту большие концентрации темной материи в более близких областях Вселенной, увидев, как их гравитация сжимает изображения далеких галактик — явление, называемое слабым гравитационным линзированием. «Мы наблюдаем, что наши изображения фоновых галактик слегка искажены», — объяснила член DES Александра Амон на онлайн-брифинге.

Космическая карта раскрывает не такую ​​уж шероховатую Вселенную

Картирование галактик и темной материи в 3D также позволяет исследователям исследовать темную энергию, силу, которая ускоряет расширение Вселенной. Природа этой таинственной силы — одна из главных открытых проблем космологии. До сих пор все данные свидетельствовали о том, что она однородна в пространстве и времени, и теперь DES обеспечивает наиболее строгую проверку этой гипотезы. В сочетании с данными других опросов его 3D-карта помогла сократить погрешность примерно до 3%, — говорит член DES Майкл Троксел из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина.

Офер Лахав, ведущий член DES в Университетском колледже Лондона, говорит, что результат является «триумфом» стандартной модели космологии, которая предполагает, что темная энергия постоянна.

Это затруднит космологам поддержку альтернативных моделей, в которых темная энергия является «осязаемой средой», которая может исчезнуть в будущем.

Более гладкая, чем ожидалось

DES также обнаружил, что Вселенная немного более гладкая, чем ожидалось, что подтверждает выводы, впервые опубликованные в 2017 году. Институт астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли в Менло-Парке, Калифорния.

В дополнение к DES два других крупных проекта со слабыми линзами сообщили о похожих загадочных результатах — съемка Hyper Suprime-Cam, проведенная Национальной астрономической обсерваторией японского телескопа Subaru в Мауна-Кеа, Гавайи; и обзор в килограммах на одном из телескопов Европейской южной обсерватории в Чили под руководством Хейманса. Все три обзора обнаружили немного меньшее линзирование — и, следовательно, немного меньшую концентрацию темной материи — чем можно было бы ожидать, основываясь на преобладающей модели космологии.