Сколько лет вселенной: Сколько лет Вселенной, как узнать ее точный возраст |

Содержание

«Сколько лет Вселенной?» — Яндекс Кью

Сколько лет нашей Вселенной и как долго она будет существовать?

Космический календарь

Космические часы «тикают» уже 13,8 миллиардов лет. Человеческому сознанию сложно представить такой промежуток. В целом, для нас это невообразимые числа. Лучшие космические исследователи остановились на том, что вселенной около 13,8 миллиардов лет. Но это такое большое число, что для многим из нас ни о чем не говорит.

Чтобы дать приблизительное понимание этого периода Карл Саган, американский космолог, астроном и астрофизик, представил космический календарь и уместил 13,8 миллиардов лет в человеческий год. Используя метафору года, человеческое сознание способно представить себе историю развития Вселенной. В своих книгах и телепередачах Карл популяризировал идею подобной хронологизации возраста Вселенной.

Космический календарь можно представить следующим образом:

В полночь первого января все начинается. Время большого взрыва.

После 14 секунд начинает формироваться водород

10 января – некоторые звезды начинают воспламеняться. Более 300 миллионов лет Вселенная была совершенно темной.

13 января – появляются первые галактики.

15 марта – появляется наша галактика, Млечный Путь

Конец августа, начало сентября – наша Земля, солнце и остальная часть солнечная система начинает формироваться

21 сентября – появляется первая жизнь, первые клеточные организмы

5 декабря – появляются многоклеточные организмы, почти через 3 миллиарда лет после первых одноклеточных

14 декабря – появляются первые животные организмы

20 декабря – появляются первые наземные растения

25 декабря – первые динозавры

26 декабря – первые млекопитающие

27 декабря – появляются птицы

28 декабря – появляются цветы

31 декабря – исчезают динозавры

8 минут назад – появляются люди

14 секунд назад – современная цивилизация

5 секунд назад – появление пророка Исы, мир ему

4 секунды назад – появление пророка Мухаммада, мир ему

Последняя секунда – современная наука, технологии, американская революция, французская революция, Первая мировая война, Вторая мировая война, высадка на Луну, избрание Трампа президентом.

Если вы достаточно удачливы, чтобы дожить до 109 лет, то это по космическим меркам всего лишь четверть секунды – период одного моргания глаз.

Календарь Карла Сагана помогает нам не только ориентироваться в возрасте Вселенной. Это еще помогает нам понять две группы аятов Корана на одну и ту же тему, но немного разных.

В одних аятах говорится:

«Он – Тот, Кто создал небеса и землю за шесть дней»

В других:

«Аллах – Тот, Кто создал небеса и землю и то, что между ними, за шесть дней»

Между календарем Карла Сагана и кораническим космическим календарем есть совпадение. Вот некоторые из них:

1. В Коране неввобразимые человеческому уму числа представляются в более вообразимых, приблженных к нашему понимаю.

2. Карл Саган говорит о том, что земля сформировалась в конце августа. Что означает, что он сформировалась в августе – восьмом месяце из 12. Это две трети от общего возраста Вселенной. Подобно этому коранический календарь говорит нам о том, что то, что на Земле, было сотворено в 4 дня из 6:

«Он воздвиг над землей незыблемые горы, наделил ее благодатью и распределил на ней пропитание для страждущих (или для тех, кто спрашивает) за четыре полных дня.

Потом Он обратился к небу, которое было дымом, и сказал ему и земле: «Придите по доброй воле или по принуждению». Они сказали: «Мы пришли по доброй воле»

Он сотворил их семью небесами за два дня и внушил каждому небу его обязанности. Мы украсили нижнее небо светильниками и оберегаем его (или для оберегания его). Таково предопределение Могущественного, Знающего». (41; 10-12)

Также, как и у Сагана, коранический календарь отводит сотворению Земли и того, что на ней, две трети от общего числа.

3. Календарь Карла Сагана предполагает, что последняя секунда – не конец Вселенной, которая постоянно расширяется. Когда он рассказал о своей теории, шел 1996 год, тогда и в помине не было имени Дональда Трампа как президента. Но прошло с тех пор 22 года, он стал президентом, но по временным меркам мы все на той же секунде (космического) времени. Время идет и идет, а календарь остается неизменным.

То же самое в кораническом календаре – там не сказано, что последняя секунда – это конец Вселенной. В одном аяте говорится, что Всевышний создал землю за шесть дней, а в другом – что Он создал Землю и небеса и то, что между ними за шесть дней. Этот шестой день не закончен, в каждый момент времени происходит что-то новое, открывается что-то новое, изобретается, создается, происходит, но по космическим меркам этот шестой день не завершен…

Удивительно точное совпадение последних научных открытий и коранической версии происходящего.

Ася Гагиева

Также по этой теме читайте:

Как теория Большого взрыва подтвердила аяты Священного Корана…

Что говорит Коран о Большом Взрыве и расширении Вселенной?

Что говорит наука о Судном дне?

Сколько лет Вселенной?

За миллисекунды Google может раскрыть факт, который долгое время ускользал от самых влиятельных мыслителей человечества: Вселенной почти 14 миллиардов лет, а точнее — 13,8 миллиарда лет. И многие космологи продолжают убеждаться в этом числе. В конце декабря 2020 года группа исследователей, работающих на «Космологическом телескопе Атакама» в Чили, опубликовала свою последнюю оценку — 13,77 миллиарда лет, плюс-минус несколько десятков миллионов. Их ответ совпадает с ответом миссии европейского спутника «Планк», который проводил аналогичные наблюдения в период с 2009 по 2013 годы.

Точные наблюдения «Атакамы» и «Планка» были сделаны после того, как несколько тысячелетий люди наблюдали за небом и размышляли, откуда все это могло взяться. Каким-то образом приматы с продолжительностью жизни менее века получили представление о событиях, которые произошли за много лет до того, как существовала их планета и даже атомы, из которых все сформировалось. Вот краткое описание того, как человечество решило выяснить, сколько лет Вселенной.

Античность: начало творения

В каждой культуре есть миф о сотворении мира. Вавилоняне, например, верили, что небо и земля высечены из тела убитого бога. Но лишь несколько систем верований определяли, когда началось существование (одно исключение — индуизм, который учит, что вселенная преобразуется почти каждые четыре с половиной миллиарда лет, что не так уж далеко от фактического возраста Земли).

Идея, которая прижилась, по крайней мере, на Западе, пришла от греческих философов, и на самом деле это был шаг назад с научной точки зрения. В IV и III веках до н.э. Платон, Аристотель и другие полностью согласились с представлением о том, что планеты и звезды заключены в вечно вращающихся небесных сферах. В следующем тысячелетии или около того мало кто ожидал, что Вселенная вообще обретет возраст.

С 1600 по 1900 годы: конец бесконечности

Астроном Иоганн Кеплер осознал в 1610 году, что одна из основных дыр в популярной космологии, вдохновленной греками, все это время «пристально смотрела» в глаза наблюдателям. Если в вечной Вселенной находится бесконечное количество звезд, как многие полагали, почему все эти звезды не заполнили Вселенную ослепляющим светом? Кеплер рассуждал, что темное ночное небо предполагает ограниченный космос, в котором звезды в итоге гаснут.

Столкновение между теориями ночного неба и бесконечной Вселенной стало известно как парадокс Ольберса, названный в честь Генриха Ольберса — астронома, который популяризировал парадокс в 1826 году. Ранняя версия современной теории пришла, по всей видимости, от поэта Эдгара Аллана По. «Мы переживаем ночь», — рассуждал он в своей поэме «Эврика» в 1848 году, потому что Вселенная не вечна. Когда-то было положено начало, и с тех пор прошло недостаточно времени, чтобы звезды полностью осветили небо.

1900-е: появляются современные и ранние Вселенные

Для разрешения парадокса Ольбера потребовалось время. Когда в 1917 году теория гравитации Эйнштейна подсказала ученому, что Вселенная, вероятно, росла или сжималась со временем, он добавил в свои уравнения ложный фактор — космологическую постоянную, чтобы Вселенная оставалась неподвижной (позволяя ей существовать вечно).

Между тем, более крупные телескопы позволили астрономам четче видеть другие галактики. Это вызвало ожесточенные споры: смотрят ли они на далекие «островные Вселенные» или на близлежащие звездные скопления внутри Млечного Пути. Острый взгляд Эдвина Хаббла разрешил спор в конце 1920-х, когда он впервые измерил межгалактические расстояния. Хаббл обнаружил, что галактики — не только огромные и далекие объекты, но и разлетаются друг от друга.

Вселенная расширялась, и Хаббл зафиксировал скорость ее расширения на уровне 500 километров в секунду на мегапарсек (постоянная величина, которая теперь носит его имя). С приближением расширения Вселенной у астрономов появился новый мощный инструмент, позволяющий оглянуться назад во времени и определить, когда космос начал расти. Работа Хаббла в 1929 году показала, что Вселенная расширяется таким образом, что ей должно быть около двух миллиардов лет.
Космолог из Дьюкского университета (США) Дэниел Сколник поясняет: «Скорость расширения показывает, насколько быстро вы можете перемотать назад историю Вселенной, как на старой видеокассете. Если скорость перемотки быстрее, значит, фильм короче».

Но измерение расстояний до далеких галактик — занятие сложное. Более простой метод появился в 1965 году, когда исследователи обнаружили слабое потрескивание микроволн, исходящих со всех сторон в космосе. Космологи уже предсказали, что такой сигнал должен существовать, поскольку свет, излучаемый всего через сотни тысяч лет после рождения Вселенной, был бы растянут в результате расширения пространства на более длинные микроволны. Измеряя характеристики этого космического микроволнового фона, астрономы могли сделать своего рода снимок молодой Вселенной, определив ее первоначальные размер и состав. Реликтовое излучение служило неопровержимым доказательством того, что у космоса было начало.

Лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг в своей книге 1977 года «Первые три минуты» писал: «Самое важное достижение окончательного открытия [реликтового излучения] в 1965 году — заставить всех нас серьезно отнестись к идее о существовании ранней Вселенной».

С 1990 года по настоящее время: уточнение расчетов

Реликтовое излучение позволило космологам понять, насколько велика была Вселенная в ранний момент времени, что помогло им вычислить ее размер и расширение на сегодняшний день. Космолог Дэниел Сколник сравнивает этот процесс с наблюдением того, что на детской фотографии длина руки ребенка составляет один фут, а затем ребенок становится подростком, и его длина руки и скорость роста соответствующе изменяются. Этот метод дал исследователям новый способ измерить текущую скорость расширения Вселенной. Она оказалась почти в десять раз меньше, чем скорость Хаббла (500 километров в секунду на мегапарсек), что отодвинуло момент космического генезиса еще дальше во времени. В 1990-е годы возраст Вселенной составлял от 7 до 20 миллиардов лет.

Кропотливые усилия нескольких команд были направлены на уточнения наилучшей оценки космологией скорости расширения Вселенной. Наблюдения галактик с космического телескопа Хаббла в 1993 году показали, что текущая постоянная Хаббла составляет 71 километр в секунду на мегапарсек, что сузило возраст Вселенной — от 9 до 14 миллиардов лет.

В 2003 году космический аппарат WMAP записал карту реликтового излучения с мелкими деталями. На основании этих данных космологи подсчитали, что возраст Вселенной составляет от 13,5 до 13,9 миллиарда лет. Примерно десять лет спустя спутник «Планк» измерил реликтовое излучение еще более детально, получив постоянную Хаббла 67,66 и возраст 13,8 миллиарда лет. Новое независимое измерение излучения от «Атакамы» получило в основном те же числа, что еще больше укрепило уверенность космологов в том, что они идут в правильном направлении.

Космолог из института Флэтайрон (США) и член коллаборации «Атакамы» Симона Айола в своем пресс-релизе сказала, что теперь они пришли к одинаковым ответам от «Планка» и «Атакамы». Теперь можно заявить, что эти сложные измерения надежны.

В будущем: космологический конфликт

Но по мере того, как измерения ранних и современных Вселенных стали более точными, они начали противоречить друг другу. Исследования, основанные на изображении молодого реликтового излучения, предполагают, что постоянная Хаббла находится на уровне 60 километров в секунду на мегапарсек, но измерения расстояний до сегодняшних галактик (которые Сколник сравнивает с космическим «селфи») дают более высокие темпы расширения. Космолог участвовал в одном таком исследовании в 2019 году. В другом исследовании, основанном на яркости различных галактик, ученые пришли к аналогичному выводу (что современная Вселенная быстро расширяется) в январе 2021 года.

Более высокие темпы могут означать, что Вселенная на самом деле примерно на миллиард лет моложе канонических 13,8 миллиарда, установленных «Планком» и «Атакамой».

Но несоответствие может также указывать и на то, что в представлении космологов о реальности не хватает чего-то более глубокого. Связь реликтового излучения с сегодняшним днем включает предположения о плохо изученной темной материи и темной энергии, которые доминируют в нашей Вселенной. И тот факт, что измерения постоянной Хаббла не совпадают, может указывать на необходимость дальнейших расчетов истинного возраста Вселенной.

«Я не уверен, как мы определяем возраст Вселенной, — говорит Дэниел Сколник. — Я не говорю, что это неправильно, но и не могу сказать, что правильно».

По материалам статьи «How old is the universe? Our answer keeps getting better.» Popular Science

Плохая астрономия | Сколько лет Вселенной? 13,77 миллиарда лет, говорят новые измерения

Пара недавно опубликованных статей показывает, что Вселенной 13,772 миллиарда (плюс-минус 39 миллионов) лет.

Круто! Это также согласуется с некоторыми более ранними измерениями Вселенной, сделанными подобным образом. Тоже круто.

Что , а не круто, так это то, что это, кажется, не сглаживает растущее расхождение в измерениях, сделанных разными способами, которые получают возраст на несколько сотен миллионов лет меньше. Хотя это может показаться не таким уж большим делом, на самом деле это действительно большая проблема. Обе группы методов должны получить одинаковый возраст, а это не так. Это означает, что во Вселенной есть что-то фундаментальное, чего нам не хватает.

Новые наблюдения были сделаны с помощью Атакамского космологического телескопа (или ACT) — шестиметровой тарелки в Чили, чувствительной к свету в микроволновой части спектра, между инфракрасным светом и радиоволнами. Когда Вселенная была очень молода, она была чрезвычайно горячей и плотной, но примерно через 380 000 лет после Большого взрыва она достаточно остыла, чтобы стать прозрачной. В то время она была примерно такой же горячей, как поверхность Солнца, и излучаемый ею свет был более или менее в видимой части спектра, такой свет, который мы видим своими глазами.

Но с тех пор Вселенная сильно расширилась. Этот свет потерял много энергии, чтобы мы боролись с этим расширением, и сместился в красную сторону; буквально длина волны стала длиннее. Сейчас это микроволновая часть спектра. Он также повсюду, буквально в каждой части неба, поэтому мы называем его Космическим Микроволновым Фоном или CMB.

В этом свете хранится огромное количество информации, поэтому, сканируя небо с помощью таких телескопов, как ACT, мы можем измерить состояние Вселенной, когда ей было всего 380 000 лет.

ACT покрыл 15 000 квадратных градусов, более трети всего неба! Глядя примерно на 5000 квадратных градусов этого обзора, они смогли определить многое в поведении молодой Вселенной, включая ее возраст. Объединив это с результатами микроволнового зонда анизотропии Уилкинсона (или WMAP), они получили возраст 13,77 миллиарда лет. Это также согласуется с результатами европейской миссии «Планк», которая также измерила микроволны из раннего космоса.

Часть огромного обзора ранней Вселенной, сделанного космологическим телескопом Атакама, показывающего мельчайшие колебания температуры в излучении, оставшемся после Большого взрыва. Именно эти вариации в конечном итоге сформировали галактики, звезды и вас. Кредит: сотрудничество ACT

Они также могут измерять скорость расширения Вселенной. Расширение было впервые обнаружено в 1920-х годах, и астрономы обнаружили, что объект, находящийся дальше от нас, удаляется от нас быстрее. Что-то в два раза дальше, казалось, удалялось от нас в два раза быстрее. Эта скорость расширения стала известна как постоянная Хаббла, и она измеряется скоростью на расстояние: насколько быстро что-то движется по сравнению с тем, как далеко оно находится.

Новые наблюдения получают значение этой константы 67,6 ± 1,1 километра в секунду/мегапарсек (мегапарсек, сокращенно Мпс, — удобная в некоторых аспектах астрономии единица расстояния, равная 3,26 миллионам световых лет; немного дальше, чем расстояние до Галактики Андромеды, если это поможет). Так, из-за космического расширения объект на расстоянии 1 Мпк должен удаляться от нас со скоростью 67,6 км/сек, а объект на расстоянии 2 Мпк вдвое больше — 135,2 км/сек и так далее. Это немного сложнее, чем это, но это суть.

И это проблема. Существует много способов измерить постоянную Хаббла — наблюдение за сверхновыми в далеких галактиках, наблюдение за гравитационными линзами, наблюдение за огромными облаками газа в далеких галактиках и т. д. — и многие из них получают большее число, около 73 или около того км/ч. сек/Мпк. Эти числа близки к , что в некотором смысле обнадеживает, но достаточно далеко друг от друга, что вызывает крайнее недоумение. Они должны согласиться, а они нет.

Они также получают разный возраст для Вселенной. Более высокая постоянная Хаббла означает, что Вселенная расширяется быстрее, поэтому ей не нужно столько времени, чтобы достичь своего нынешнего размера, что делает ее моложе. Более низкая константа означает, что Вселенная старше. Таким образом, хотя скорость расширения может показаться эзотерической, она напрямую связана с более фундаментальной концепцией возраста Вселенной, и две группы методов получают разные числа.

Так что правильно? На этот вопрос сложно ответить, и, может быть, его неправильно задавать. А лучше почему не соглашаются?

Есть очевидная проблема, и это то, что оба эти метода верны, но они измеряют две разные части Вселенной . Те, кто смотрит на реликтовое излучение, изучают Вселенную, когда ей было меньше миллиона лет. Остальные смотрят на Вселенную, когда ей было уже несколько миллиардов лет. Возможно, скорость расширения за это время изменилась.

Другими словами, может быть, постоянная Хаббла и не такая. Постоянная, я имею в виду.

Могут быть проблемы с самими методами, но они были проверены многими способами и с помощью такого количества различных методов в каждой группе, что на данный момент это кажется очень маловероятным.

Виновата, видимо, Вселенная, а не мы сами. Или, лучше сказать (извините, Бард, а может быть, и Джон), ошибка заключается в том, как мы измеряем Вселенную. Он делает то, что делает. Мы просто должны выяснить, почему.

Об этом было опубликовано множество статей, и не будет преувеличением сказать, что сейчас это одна из самых больших и сложных проблем в космологии.

Личная мысль. Моей первой работой после защиты докторской диссертации была непродолжительная работа над одной из частей COBE, Cosmic Background Explorer, которая рассматривала реликтовое излучение и подтверждала реальность Большого взрыва. В то время измерения были хорошими, но было место для улучшения. Потом появились WMPA, и Planck, и теперь ACT, и эти измерения производятся с невероятной точностью. Астрономы называют это высокоточной космологией, своего рода внутренней шуткой, поскольку долгое время мы почти не имели представления об этих числах.

Астрономы настолько хороши в этом, что расхождение в 10 % считается огромной проблемой, тогда как раньше нормой считалось двойное. Наблюдать за улучшением этого поля с течением времени было настоящей радостью, потому что чем лучше мы в нем разбираемся, тем лучше мы понимаем саму Вселенную в целом .

Да, у нас проблемы. Но это большие проблемы.

Тем не менее, надеемся, что скоро мы их решим. Потому что когда мы это делаем, это означает, что наше понимание сделает еще один большой скачок.

Это дело фанатов

Присоединяйтесь к SYFY Insider, чтобы получить доступ к эксклюзивным видео и интервью, последним новостям, лотереям и многому другому!

Зарегистрируйтесь бесплатно

Сколько лет вселенной? Новые исследования расходятся на миллиард лет

Вселенная любит скромничать в отношении своего возраста, но астрономы полагают, что у них есть довольно хорошее представление о диапазоне. Теперь серия новых исследований исследовала этот вопрос с использованием разных методов и дала два разных ответа, разделенных более чем миллиардом лет.

В настоящее время общепризнанный возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиарда лет, но определить возраст… ну, всего, не так-то просто. Необходимо выполнить несколько ключевых расчетов и сверить их друг с другом. Проблема в том, что их можно вычислить по-разному, что приведет к разным ответам.

Поскольку Вселенная расширяется с ускорением, чем дальше находится объект, тем быстрее кажется, что он удаляется от нас. Это выражается как постоянная Хаббла, и это ключевой фактор в определении возраста Вселенной. В конце концов, если мы сможем определить, как быстро объекты удаляются от нас, мы сможем перемотать этот процесс к его логическому началу — Большому Взрыву.

Второй метод определения возраста Вселенной заключается в картировании самого старого света, который мы можем обнаружить. Это излучение, известное как космический микроволновый фон (CMB), было создано, когда Вселенной было всего 380 000 лет — по большому счету, она была еще младенцем.

Эти два основных метода дают очень разные решения проблемы, как показано в новых исследованиях. Каждый из них рассчитал разные значения постоянной Хаббла и соответственно пришел к своим собственным выводам.

Космологический телескоп Атакама (ACT) в Чили, который провел измерения в рамках нового исследования по определению возраста Вселенной

Дебра Келлнер

В ходе первого исследования исследователи из Орегонского университета решили составить карту расстояния до десятков галактик. Они перекалибровали существующий инструмент для измерения расстояния, называемый барионным соотношением Талли-Фишера, который работает независимо от постоянной Хаббла.

Начав с данных Спитцера о расстояниях до 50 галактик, они использовали это для оценки расстояний еще до 95 галактик. Затем это обеспечивает новую, предположительно более точную основу для расчета постоянной Хаббла и, соответственно, возраста Вселенной.

В этом случае команда из Орегона установила постоянную Хаббла на уровне 75,1 км (46,7 миль) в секунду на мегапарсек. Это означает, что галактика, удаленная от Земли на один мегапарсек (около 3,3 миллиона световых лет), каждую секунду удаляется от нас со скоростью 75,1 км.

Исходя из этого, команда подсчитала, что Вселенной всего 12,6 миллиарда лет, что, как вы могли заметить, намного моложе, чем обычно заявленные 13,8 миллиарда лет. Это намного превышает любую погрешность, которая может быть принята установленными расчетами.

Во втором исследовании ученые использовали космологический телескоп Атакама (ACT) в Чили для более детального измерения реликтового излучения. Изображения реликтового излучения всегда в конечном итоге немного напоминают одну из этих волшебных картинок с чередующимися цветными пятнами. Эти вариации представляют разнополяризованный свет в реликтовом излучении. На этот раз исследователи измерили расстояние между этими вариациями, чтобы пересчитать возраст Вселенной.

Изображение космического микроволнового фона (CMB) с разными цветами, представляющими свет с разной поляризацией

ACT Сотрудничество

«Мы восстанавливаем «детское фото» Вселенной до его первоначального состояния, устраняя износ времени и пространства, исказивший изображение», — говорит Нилима Сегал, соавтор исследования. «Только увидев это более четкое детское фото или изображение Вселенной, мы можем более полно понять, как родилась наша Вселенная».

При этом исследователи определили, что Вселенной 13,8 миллиарда лет — в соответствии с принятым возрастом. Между тем постоянная Хаббла оказалась равной 67,6 км (42 мили) в секунду на мегапарсек (/с/Мпк). Это также очень близко к общепринятому значению 67,4 км (41,9миль) /с/Мпк.

Тот факт, что эти цифры совпадают с общепринятыми, не слишком удивителен — оба набора данных были найдены при анализе реликтового излучения, хотя и по-разному.

Настоящая проблема, однако, заключается в том, что различные исследования так дико расходятся друг с другом, на счет миллиарда лет. Но они не единственные — линии фронта обычно определяются используемыми методами. Всякий раз, когда ученые измеряют реликтовое излучение, они получают цифры, близкие к 13,8 миллиардам лет, и постоянную Хаббла около 67 км/с/Мпк, а изучение движения галактик обычно дает более молодой возраст и постоянную Хаббла ближе к 74 км/с/Мпк. Мпк Очевидно, что-то не так, и необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, где правда.

Первое исследование было опубликовано в Astrophysical Journal , а второй набор исследований в настоящее время доступен онлайн на arXiv.

Источники: Орегонский университет, Университет Стоуни-Брук

Сколько лет Вселенной?

Научные проекты

Рефераты

Вас бы удивило, если бы вы узнали, что никто не знает точного возраста Вселенной? У астрономов есть 90 099 оценок 90 100, и по мере того, как они собирают все более точные данные и измерения, они продолжают уточнять эти оценки, чтобы получить более точные оценки. В этом проекте вы можете посмотреть данные о звездах в плотных группах под названием шаровых скоплений и придумать собственную оценку минимального возраста Вселенной. Насколько ваша оценка будет соответствовать оценкам других астрономов?

Сводка

Астрономия
Большие данные

Очень короткий (≤ 1 дня)

Компьютерные навыки, включая базовые навыки работы с электронными таблицами (например, Microsoft® Excel®)

Очень низкий) (до $0

3 9

Нет проблем

Терон Кармайкл, Калифорнийский университет Санта-Крус

Аарон Романовски, доктор философии, Государственный университет Сан-Хосе

Джин Броди, доктор философии, Калифорнийский университет Santa Cruz

Под редакцией Sandra Slutz, PhD, Science Buddies

Цель

Используйте информацию о звездах, найденных в шаровых скоплениях, чтобы определить возраст скоплений и, в свою очередь, оценить минимальный возраст Вселенной.

Введение

Если вы хотите узнать, сколько кому-то лет, возможно, вы могли бы просто спросить его. Но что, если они не смогут или не захотят сказать вам? Вероятно, вы могли бы найти несколько разных способов оценить их возраст. Например, вы можете использовать средний возраст их одноклассников в качестве оценки. Или, если бы вы знали, что у них есть младший брат, которому было 10 лет, и старшая сестра, которой было 13 лет, вы могли бы сделать вывод, что их возраст был между 10 и 13 годами. Точно так же астрономы могут использовать ряд методов для оценки возраста Вселенной.

Одним из способов определения минимального возраста Вселенной является вычисление возраста некоторых из самых старых звезд во Вселенной. Чтобы понять достоинства этого метода, нужно кое-что знать об истории Вселенной. Данные свидетельствуют о том, что Вселенная родилась в результате события, известного как Большой взрыв ; в одно мгновение все тепло, материя и энергия, из которых состоит Вселенная, взорвались. С этого момента Вселенная продолжала развиваться — температуры понизились, часть материи перераспределилась и образовала звезды, планеты и другие небесные тела. Это означает, что даже самые старые звезды образовались после впервые была создана вселенная. Итак, если вы вычислите возраст самых старых звезд, вы узнаете минимальный возраст Вселенной. Так же, как вы знаете из приведенного выше примера, что возраст человека составляет как минимум 10 лет, так как его младшему брату уже 10 лет.

Астрономы обнаружили, что некоторые из самых старых звезд часто находятся в шаровых скоплениях. Шаровые скопления представляют собой тесно связанные группы звезд. На самом деле, как вы можете видеть, взглянув на шаровое скопление M80 на рисунке 1, в одном месте так много звезд, что в центре скопления бывает трудно отличить одну звезду от другой! Все звезды шарового скопления примерно одного возраста, потому что все они образовались в одно и то же время из одного и того же газового облака. Это похоже на помет щенков — потому что все они развились в одно и то же время от одной матери, они примерно одного возраста. Но точно так же, как щенки в помете могут сильно отличаться друг от друга по внешнему виду и поведению, так же могут отличаться и звезды в шаровом скоплении. На самом деле в шаровом скоплении может быть много разных типов звезд. Чтобы больше узнать о типах звезд, вам сначала нужно немного узнать об эволюции звезд.

Все звезды начинают с одного и того же эволюционного пути: они формируются из звездного газового облака, проводят миллиарды лет как звезды главной последовательности, сжигая свое топливо и испуская свет, затем, когда они умирают, они превращаются в красные гиганты или красные сверхгиганты. Как видно на рисунке 2, их последовательность смерти от красного гиганта или сверхгиганта может закончиться в нескольких различных формах, включая белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру. В этом астрономическом проекте вас в основном будет интересовать время, которое звезда проводит в качестве звезды главной последовательности. Это большая часть жизни звезды, когда она активно сжигает топливо. Звезды главной последовательности дополнительно характеризуются массой (размером), температурой, светимостью (яркостью), цветом и другими характеристиками. Эти характеристики используются для разделения звезд на семь спектральных (звездных) классификаций, как показано в Таблице 1. В целом, чем массивнее звезда, тем быстрее она сжигает свое топливо. Это означает, что он «выключает» главную последовательность и быстрее становится красным гигантом или сверхгигантом. В таблице 1 это называется возраст выключения . Например, звезда класса O сойдет с главной последовательности менее чем через 40 миллионов лет, в то время как меньшие звезды класса G, такие как наше Солнце, живут гораздо дольше и остаются на главной последовательности не менее 9,3 миллиарда лет. в зависимости от точных характеристик звезды до 15,6 млрд лет. Как правило, более крупные звезды горят ярче, горячее, выглядят голубее и живут меньше, в то время как звезды меньшего размера горят дольше, при более низкой температуре, излучают меньше света и выглядят краснее.

*Количество раз ярче Солнца
**В градусах Кельвина (= по Цельсию + 273)
‡ Красные звезды с наименьшей массой будут находиться на главной последовательности дольше, чем нынешний возраст Вселенной.

Чтобы выяснить, сколько лет шаровому скоплению, вы можете взглянуть на звезды в скоплении и выяснить, какой класс звезд в настоящее время покидает главную последовательность. Если звезды класса B в настоящее время уходят, то из таблицы 1 вы знаете, что возраст шарового скопления составляет от 40 миллионов до 2,3 миллиарда лет; если звезды F-класса покидают главную последовательность, вы знаете, что шаровое скопление находится между 5,1 и 90,3 миллиарда лет. Чтобы определить класс звезд, в настоящее время покидающих главную последовательность, вы начинаете с создания диаграммы Герцшпрунга-Рассела или диаграммы H-R для шарового скопления. Диаграммы HR создаются путем построения графика яркости группы звезд (также называемой светимостью ) в зависимости от их цвета. На рис. 3 показан пример диаграммы H-R. Диагональная полоса на диаграмме H-R — это место, где находятся звезды главной последовательности. Глядя на главную последовательность на диаграмме H-R, вы можете увидеть точка поворота , выделенная зеленым на рисунке 3, где звезды выключают главную последовательность и переходят в красных гигантов или сверхгигантов. Светимость и цвет G-R звезд в точке поворота позволяют определить класс звезд. Важно отметить, что если шаровое скопление очень молодое, звезды могут еще не успеть покинуть главную последовательность! Это привело бы к нечеткой или полностью отсутствующей точке поворота.

В этом научном проекте вы создадите диаграммы H-R для нескольких шаровых скоплений, определите их точки поворота и используете эту информацию для оценки возраста каждого шарового скопления. Как вы думаете, кластеры будут иметь одинаковый или разный возраст? Каков возраст самого старого шарового скопления в вашей выборке? Что это говорит о минимальном возрасте Вселенной? Как это соотносится с оценками возраста Вселенной другими астрономами?

Термины и понятия

Теория большого взрыва
Шаровые скопления
Основная последовательность
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела (также известная как диаграмма H-R)
Точка поворота
Прямое восхождение
Склонение

Вопросы

У звезд в шаровом скоплении одинаковый или разный возраст?
Когда звезды покидают главную последовательность?
Какие характеристики используются для отнесения звезд к спектральным классам?
Какие методы использовали астрономы для оценки возраста Вселенной? Сколько лет, по мнению астрономов, Вселенной?

Библиография

Хауэлл, Э. (22 июня 2015 г.). Что такое Теория большого взрыва? Space.com. Проверено 30 июля 2015 г.

НАСА. (2012, 21 декабря). Сколько лет Вселенной? Вселенная 101: Наша Вселенная. Проверено 30 июля 2015 г.

Пальма, К. (2014). Измерение возраста звездного скопления. Департамент астрономии и астрофизики штата Пенсильвания: Astro 801 . Проверено 30 июля 2015 г.

Материалы и оборудование

Компьютер с доступом в Интернет
Программа для работы с электронными таблицами, например Microsoft Excel
Лабораторный блокнот

Экспериментальная процедура

Для начала таблица 2 содержит несколько шаровых скоплений. Вы будете использовать эти шаровые скопления для создания собственных диаграмм Г-Р и определения класса звезд в точке поворота для каждого скопления. Это, в свою очередь, скажет вам возрастной диапазон звезд в скоплении.

Сбор данных о шаровых скоплениях

Выберите звездное скопление из Таблицы 2 и запишите его небесные координаты.

Техническое примечание №1:

Расположение шаровых скоплений на небе определяется использованием небесной системы координат с использованием прямого восхождения и склонения . Эти два типа координат аналогичны долготе и широте на Земле.

Используйте Интернет для доступа к Sloan Digital Sky Survey
инструмент для поиска изображений.
Как показано на рис. 4, введите прямое восхождение и склонение в области, обведенной синим, и нажмите синюю кнопку «Получить изображение», обведенную красным. Затем установите галочки в полях «Сетка» и «Ярлык», обведенных зеленым. Вам также может понадобиться увеличить или уменьшить масштаб, чтобы лучше рассмотреть шаровое скопление; эта функция также находится в красном кружке.

Используя шкалу длины в верхнем левом углу изображения, оцените размер шарового скопления в угловых минутах (см. техническое примечание № 2). Размер, вероятно, будет в диапазоне от 1,5 до 3,0 футов. Запишите, насколько велик кластер в угловых минутах, и сделайте снимок экрана кластера (используя экран печати на клавиатуре), максимально приблизив изображение к размеру кластера.

Техническое примечание №2:

Точно так же, как солнечная система или галактика имеют размер, шаровые скопления также имеют размер. Это записывается в единицах, называемых угловых минут и угловых секунд . В 1 угловой минуте 60 угловых секунд, и чем больше шаровое скопление кажется на небе, тем больше угловых минут в нем. Символ угловых минут обозначается апострофом (‘), а угловые секунды — конечными кавычками («). Из объектов, которые можно увидеть невооруженным глазом, Солнце имеет размер около 31 фута, Луна — около 30 футов и Юпитер около 40 футов.

Теперь используйте Интернет для доступа к Sloan Digital Sky Survey
радиальный инструмент. Вы будете использовать этот инструмент для загрузки CSV-файла (файла электронной таблицы), содержащего данные о шаровом скоплении. Как показано на рисунке 5, введите размер шарового скопления, который вы только что оценили, в область, обведенную синим цветом. Измените количество строк на «все строки», как показано в зеленом круге. Наконец, измените «Формат» на «CSV», как показано в красном круге, и нажмите кнопку «Отправить», также в зеленом круге, чтобы загрузить файл.

Создайте диаграмму H-R

Важное примечание: Приведенные здесь инструкции предполагают, что вы используете Microsoft Excel версии 2010. Можно использовать другие версии Microsoft Excel, а также другие программы для работы с электронными таблицами, но вам придется настроить соответственно ваши действия.

Откройте файл CSV в Microsoft Excel. Каждая строка содержит информацию о разных звездах в скоплении; каждый столбец содержит различный тип информации о звезде. Для этого проекта вы захотите использовать все доступные звезды (строки), но только некоторые данные (столбцы) для каждой звезды. Важными данными для этого проекта являются значения цветовой величины каждой звезды в шаровом скоплении. Эти цвета даны в столбцах с пометкой 9.0099 u, g, r, i, и z . Прокрутите вниз до конца файла и запишите номер последней строки.
Создайте новый столбец в электронной таблице, где вы заполните цветом каждой звезды. Рассчитайте цвет, вычитая значение r для звезды из значения g (g-r = цвет звезды). Если вы не знаете, как это сделать, поищите информацию в справке Excel или спросите у кого-нибудь, кто знаком с Excel. После того, как вы вычислили цвет для каждой звезды, сохраните файл и перейдите к следующему шагу.
Здесь вы построите диаграмму H-R с функцией построения графиков в Microsoft Excel.
1. Выделите любые два соседних столбца. На верхней панели нажмите «Вставить», затем нажмите «Рассеивание», чтобы получить график с точками рассеяния, и выберите «Рассеивание только с маркерами», чтобы создать график только с точками. Теперь вам нужно будет добавить данные, которые вы хотите на график. Помните, что на диаграмме H-R яркость звезды (g) отложена по оси y, а цвет звезды (g-r) — по оси x.
2. Щелкните правой кнопкой мыши область графика и выберите «Выбрать данные». Нажмите кнопку «Добавить» и нажмите кнопку маленькой диаграммы справа от «Значения серии X» и выделите весь столбец цвета (g-r), затем снова нажмите кнопку маленькой диаграммы. Затем нажмите маленькую кнопку диаграммы справа от «Значения серии Y», выделите весь столбец яркости (g) и снова нажмите маленькую кнопку диаграммы. Вы только что присвоили цвет звезды по оси x и яркость звезды по оси y.
Теперь вы измените оси x и y, чтобы завершить диаграмму H-R. Дважды щелкните числа на оси Y, чтобы открыть окно «Формат осей». В разделе «Параметры оси» измените значения «Минимум» и «Максимум», чтобы получить полезное увеличение точек данных. Не позволяйте осям x и y переходить в отрицательные числа. Установите флажок «Значения в обратном порядке». Дважды щелкните числа на оси X и настройте масштаб там же. Вы также можете изменить имя оси и заголовок графика, нажав на них. Ось Y должна быть помечена как «светимость звезды (g)», а ось X должна быть помечена как «цвет звезды (g-r)».
Можете ли вы найти точку поворота на диаграмме ЧСС? Если точек слишком мало, вернитесь на веб-сайт инструмента радиального поиска и увеличьте количество угловых минут. Если точек слишком много и график выглядит беспорядочно, уменьшите количество угловых минут в инструменте радиального поиска.

Сопоставьте точку поворота с классификацией звезд

После того, как вы определили положение точки поворота на диаграмме H-R, определите значения светимости звезды (ось Y) и цвет звезды (ось X) для точки поворота. . Запишите их в таблицу данных в лабораторной тетради.
Вернитесь к таблице 1 во введении. Какой класс звезд имеет светимость и цветовую гамму, совпадающую со звездами в точке поворота? Запишите звездный класс и возрастной диапазон выключения в своей таблице данных. Возраст шарового скопления эквивалентен возрастному диапазону поворота.
Повторите все шаги для двух других шаровых скоплений и сравните возраст всех трех скоплений. Основываясь на вашей выборке, все ли шаровые скопления имеют одинаковый возраст? Каков минимальный возраст самого старого кластера? Каков максимальный возраст самого старого кластера в вашей выборке?
Каков минимальный возраст Вселенной на основе ваших образцов шаровых скоплений? Как этот возраст соотносится с другими оценками возраста Вселенной, сделанными астрономами?

Задать вопрос эксперту

У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Опубликовать вопрос

Варианты

Попробуйте этот проект, используя дополнительные шаровые скопления. Вы можете найти список звездных скоплений в этой статье. Как дополнительные данные меняют вашу оценку минимального возраста Вселенной? Рассказывают ли эти данные о том, когда образовалось большинство шаровых скоплений?
Если вам интересно узнать больше о шаровых скоплениях и о том, что они учат астрономов о Вселенной, вы можете попробовать один или оба из этих проектов: Млечный Путь и не только: шаровые скопления и поиск центра галактики Млечный Путь с помощью Шаровые звездные скопления.

Вакансии

Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:

Руководство по проекту научной ярмарки
Другие подобные идеи
Идеи астрономического проекта
Идеи проекта больших данных
Мои любимые

Лента новостей по этой теме

,
,

Цитировать эту страницу

Общая информация о цитировании представлена здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.

MLA Style

Кармайкл, Терон, Аарон Романовски и Джин Броди.

«Сколько лет Вселенной?» Друзья по науке ,
20 нояб. 2020 г.,
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Astro_p042/astronomy/how-old-is-the-universe.
По состоянию на 7 октября 2022 г.