История и структура на Вселената (инфографика)

Структура и история на Вселената

Ако бихте могли да надникнете извън Вселената, за да видите как изглежда, какво бихте видели? (Изображение: Илюстрация: Карл Тейт, базиран на снимка на Галактика M74 (сътрудничество на НАСА, ЕКА и Хъбъл) и гравюрата „Пробуждане на поклонника“ от „Атмосферата: Популярна метеорология“ от Камил Фламарион, 1888 г.)

Осветената Вселена



Нашето пътуване към разбиране на природата на нашата вселена започна преди хиляди години и имаше своите корени в религията и философията.



Илюстрация: Карл Тейт, базиран на снимка на Галактика M74 (сътрудничество на НАСА, ЕКА и Хъбъл) и гравюрата „Пробуждане на поклонника“ от „Атмосферата: Популярна метеорология“ от Камил Фламарион, 1888 г.

Нашето пътуване към разбиране на природата на нашата вселена започна преди хиляди години и имаше своите корени в религията и философията. Преди около 2300 години внимателни наблюдатели в Средиземноморието заключиха, че Земята трябва да е кръгла и да обикаля около Слънцето.

Без начин тези ранни теории да бъдат доказани, обаче, те не можеха да устоят на по -ласкателната представа, че Земята е в центъра на всичко и че космосът съществува, за да поддържа човешкия живот и съдбата.

Когато италианският астроном Галилео Галилей изобретил астрономическия телескоп около 1900 години по -късно, най -накрая беше възможно да се направят точни наблюдения за планетите и звездите. Появява се наука за структурата и историята на цялата Вселена, наречена „космология“.ПЪРВО: Какво знаем сега >>

Отне малко повече от седем дни, за да се създаде вселената, каквато я познаваме днес. demokratija.eu разглежда мистериите на небесата в нашата серия от осем части: Историята и бъдещето на Космоса. Това е част 4 от поредицата.

Цялата Енчилада



Нашето разбиране за историята на Вселената е визуализирано по -горе, като времето тече отляво надясно.

Научен институт за космически телескоп Хъбъл

Нашето разбиране за историята на Вселената е визуализирано по -горе, като времето тече отляво надясно. Смятаме, че веднага след създаването си по време на Големия взрив Вселената се разшири драстично - събитие, наречено инфлация.

Нашата Земя се е образувала, когато Вселената е била на около 9,2 милиарда години. Разширяването на Вселената продължава и днес и се ускорява. В тази поредица от инфографики първо ще разгледаме структурата на Вселената в все по -големи мащаби и ще разберем малко за това как стигнахме до сегашното ни разбиране за нея. Във втората част от нашата последователност ще започнем с Големия взрив и ще продължим напред във времето, за да видим как Вселената се е развила до наши дни.СЛЕДВАЩА: Първа спирка, Земя >>

Земята е кръгла



Първата ни спирка е планетата, която наричаме дом.

Изображение на Земята: НАСА; Портрет на Ератостен: неизвестен художник

Първата ни спирка е планетата, която наричаме дом. Знанието, че Земята е оформена като топка, всъщност е доста старо.

Преди около 2500 години гръцки пътешественици съобщават, че различни небесни съзвездия се виждат на небето, когато човек отиде далеч на север или на юг. Запалените наблюдатели също биха забелязали, че по време на затъмнение на Луната сянката, хвърлена от Земята, има кръгъл ръб. Няколко века по -късно ученият Ератостен преценява размера на Земята, като отбелязва разликата между дължините на сенките, хвърлени от слънцето на места на няколкостотин мили един от друг.

Приемайки, че Слънцето е толкова далеч, че лъчите му на светлина са успоредни, Ератостен може да използва проста геометрия, за да изчисли обиколката на Земята. Не е известно колко точно е било измерването му, но може да се е отклонило от истинската цифра с не повече от няколко процентни пункта.СЛЕДВАЩ: Слънчевата система >>

Земята е планета



Сега се отдръпваме, за да видим Земята в контекста на вътрешната Слънчева система.

Карл Тейт, demokratija.eu; Портрет на Йоханес Кеплер: неизвестен художник

Сега се отдръпваме, за да видим Земята в контекста на вътрешната Слънчева система. Ранните представи за движението на Слънцето, Земята и планетите са получени от теологични, астрологични и философски представи за това как Бог трябва да е разпоредил света.

Полският астроном Николай Коперник предизвика шум в средата на 1500-те години, като предположи, че Земята се движи около слънцето, а не, както учат водачите на християнството, слънцето около Земята. Векове наред се смяташе, че планетите се движат, защото са вградени в вложени „кристални сфери“, които се въртят около централна точка.

През 16 -ти век обаче беше отбелязано, че кометите се движат по такъв начин, че да ги разбият през тези кристални сфери. Замяната на сферите беше идеята за „епицикли“, кръгове, насложени върху кръгове, математически влияещи един върху друг, за да доведат до наблюдаваните планетарни движения.

И накрая, през 1609 г. немският математик Йоханес Кеплер публикува своите теории за движението на планетите, които установяват, че телата в нашата Слънчева система се движат по орбити, оформени като овали, а не като кръгове.СЛЕДВАЩ: Планетите са други светове >>

Планетите са светове

От най-ранните епохи на човешката праистория се смяташе, че цялата вселена обхваща само елементите, видими с невъоръжено око.

Карл Тейт, demokratija.eu; Галилео Галилей: портрет на Отавио Леони

От най-ранните епохи на човешката праистория се смяташе, че цялата вселена обхваща само елементите, видими с просто око: Земята, нейната луна и слънце, пет светлинни точки, които се движат и се наричат ​​„планети“, плюс далечна сфера върху която бяха вградени звездите и светещата лента на Млечния път.

Теориите на астрологията, а по -късно и астрономията бяха създадени, за да обяснят движението на тези небесни обекти, но истинската им природа можеше само да се гадае. Когато през 1609 г. италианският астроном Галилей най -накрая тренира суров телескоп на небесата, той открива, че планетите са други светове. Установено е, че няколко от тези светове имат свои собствени луни.

С помощта на телескопа в нашата Слънчева система бяха открити неизвестни досега планети: Уран през 1781 г. и Нептун през 1846 г. С телескопа стана възможно да се изследват по -малки тела като комети и астероиди, а също и звездите и мъглявините на далечните. небесна сфера.СЛЕДВАЩО: Море от звезди >>

Звездите са слънца

През 17 -ти век изобретението на телескопа от Галилей и откриването на законите на движението от Кеплер подтикват осъзнаването, че звездите са точно като слънцето.

Диаграма на местните звезди: Карл Тейт, базиран на график от данни за общественото достояние; Портрет на Фридрих Бесел: Кристиан Албрехт Йенсен

През 17 -ти век изобретението на телескопа от Галилей и откриването на законите на движението от Кеплер подтикват осъзнаването, че звездите са точно като слънцето, всички се подчиняват на едни и същи закони на физиката. През 19 век спектроскопията - изследването на дължините на вълните на светлината, излъчвани от обекти - дава възможност да се изследват газовете, от които са направени звездите.

Учените също са измислили през 19 век как да измерват разстоянията до звездите. Когато обектът се гледа от различни гледни точки, той изглежда се измества спрямо по -отдалечения фон. Промяната се нарича „паралакс“. Докато Земята обикаля около Слънцето, тя осигурява променяща се гледна точка за наблюдение на звездите. Тъй като звездите са толкова по -далечни от обектите в нашата собствена Слънчева система, изместването на паралакса е много малко и трудно се измерва.

Германският математик и астроном Фридрих Бесел е първият, който успешно измерва паралакса на звездата 61 Cygni и изчислява разстоянието й от Земята на 10,4 светлинни години. (По-късните оценки коригираха това разстояние до 11,4 светлинни години.)СЛЕДВАЩ: Галактиката и тъмната материя >>

Галактика, държана заедно от тъмната материя

Оформлението на нашата галактика е трудно да се разбере от нашата гледна точка, която е вградена в

Карта на галактиката Млечен път: Робърт Хърт; Снимка на Фриц Цвики чрез катедра по астрономия на Университета на Вирджиния

Оформлението на нашата галактика е трудно да се разбере от нашата гледна точка, която е вградена в нея. Изучавайки формите на далечни галактики и внимателно измервайки обектите, които виждаме в нашата собствена галактика, ние стигнахме до извода, че нашата галактика е спираловидна.

Централно ядро ​​във формата на пръти, съставено от звезди (и приютяващо изключително голяма черна дупка) е заобиколено от спираловидни ръкави, също оформени от звезди, както и от газ и прах. Ние се намираме в шпора или клон, който се простира между големите спираловидни ръкави. Точната конфигурация на спираловидни рамена все още се обсъжда от астрономите, но скорошно проучване установи, че нашата галактика Млечен път има две големи рамена, които се разклоняват на четири рамена навън.

Спиралните ръкави на нашата галактика се смятат за вид вълна на плътност, която обикаля около плоския диск. Материалът се натрупва нагоре и по ръцете се образуват звезди. Всичко в галактиката обикаля около центъра й, а рамената не са твърди структури. Нашата слънчева система пътува във и извън спиралните ръкави, докато обикаля.

При изучаването на въртенето на галактиките беше отбелязано, че те не се въртят така, както бихме очаквали, въз основа на гравитационното привличане на материята, която можем да видим. Швейцарският астроном Фриц Цвики предполага през 1934 г., че трябва да има голямо количество невидима или „тъмна“ материя, което прави спиралните галактики по -масивни, отколкото изглеждат.

Оттогава астрофизиците търсят тази тъмна материя, често предполагайки, че тя може да се състои от екзотични частици, за разлика от всичко, което познаваме на Земята. Настоящите оценки показват, че нашата Вселена се състои предимно от непознати форми на тъмна материя и тъмна енергия, като познатите атоми са само малка част от общата.СЛЕДВАЩ: Галактики, пълни със звезди >>

Галактиките са направени от звезди

Млечният път, слаба лента светлина, която обхваща небето, е позната през цялата история.

Карта на галактиката Млечен път: Робърт Хърт; Снимка на Едуин Хъбъл чрез НАСА

Млечният път, слаба лента светлина, която обхваща небето, е позната през цялата история. Истинската му природа е открита едва през 17 век, когато Галилео Галилей изучава Млечния път с телескоп и определя, че лентата е съставена от множество звезди. В небето могат да се видят малки размити петна светлина; те се наричали мъглявини.

До 18 -ти век се спекулира, че Млечният път е огромна система от звезди, свързани заедно с гравитацията, но природата на мъглявините остава неизвестна. Те можеше да са малки облаци газ в Млечния път или може би бяха извън нашата галактика. Не може да се докаже дали Млечният път съставлява цялата Вселена.

Използвайки новоизградения 100-инчов телескоп в обсерваторията Маунт Уилсън в Калифорния, американският астроном Едуин Хъбъл изучава звезди, наречени цефеиди, които осветяват и затъмняват по модел, свързан с присъщата им яркост, което ги прави подходящи за използване като мерило за оценка на космическите разстояния. В документ от 1925 г. Хъбъл заключава, че някои от мъглявините са външни за Млечния път и са гигантски галактики сами по себе си, разкривайки вселена, много по -голяма от нашата собствена галактика.СЛЕДВАЩИ: Вселената се организира >>

Масивна организация

За първи път е забелязано през втората половина на 19 век, че в съзвездието Дева има голяма група мъглявини. По -късно беше открито, че тези мъглявини са отделни галактики извън нашия Млечен път.

Диаграма: Карл Тейт по илюстрация на НАСА; Снимка на Брент Тъли чрез Института по астрономия на Университета в Хавай

За първи път е забелязано през втората половина на 19 век, че в съзвездието Дева има голяма група мъглявини. По -късно беше открито, че тези мъглявини са отделни галактики извън нашия Млечен път.

Сто години по -късно астрономите предположиха, че очевидното подреждане на тези галактики може да показва по -високо ниво на космическа структура, наречена по различен начин „метагалактика“ или „свръхкластер“. През 1982 г. астрономът Р. Брент Тули публикува анализ на разстоянията до галактиките -членове на суперклъстъра, показвайки, че те наистина са част от по -голяма организация.

Разстоянията бяха определени чрез отбелязване на червеното изместване на спектрите на светлината от галактиките. (Вижте „Time Zero: The Big Bang“ по -късно в тази галерия за по -пълно обяснение на червеното отместване.)СЛЕДВАЩО: Най -големите структури в космоса >>

Най -големите структури в космоса

Кредит: 2dF Galaxy Redshift Survey, Англо-австралийска обсерватория; Снимка на Маргарет Гелър от катедрата по астрономия в Харвардския университет

Кредит: 2dF Galaxy Redshift Survey, Англо-австралийска обсерватория; Снимка на Маргарет Гелър от катедрата по астрономия в Харвардския университет

Най -големите структури, за които знаем, са галактическите нишки - наричани още комплекси от суперкластери - които обграждат огромни кухини в космоса. Галактиките в нишка са свързани чрез гравитация.

Когато първата от тези структури е открита от Маргарет Гелър и Джон Хухра през 1989 г., тя е наречена „Великата стена“. Много по -голяма структура, „Великата стена на Слоун“, е открита през 2003 г. от Дж. Ричард Гот III и Марио Юрич.

Текущите изследвания на мащабната структура на Вселената използват данни, събрани от проучвания на червено отместване, като например Sloan Digital Sky Survey. Тези усилия използват сензори за цифрови фотоапарати, за да заснемат части от небето, улавяйки милиони отдалечени обекти заедно с данните, необходими за картографирането им в 3-D пространство.СЛЕДВАЩА: Най -далечната, която можем да видим >>

Най -далечното, което можем да видим

Наблюдаемата Вселена е всичко, което можем да открием.

Симулация на наблюдаема вселена: Карл Тейт, demokratija.eu; Снимка на Алън Гут чрез Националната лаборатория на Брукхейвън

Наблюдаемата Вселена е всичко, което можем да открием. Това е сфера с диаметър 93 милиарда светлинни години, центрирана върху Земята. Не можем да възприемем цялата Вселена наведнъж, поради бавността на скоростта на светлината в сравнение с огромния мащаб на Вселената.

Когато гледаме в космоса, виждаме обекти такива, каквито са били по -рано и по -рано в историята. Също така, поради ускоряващото се разширяване на Вселената, отдалечените обекти са много по -далеч, отколкото възрастта ни би ни накарала да мислим. Например, ръбът на наблюдаваната Вселена се оценява на около 46 милиарда светлинни години, въпреки че самата Вселена е само на 13,7 милиарда години.

Истинският обхват на Вселената е неизвестен. Тя може да бъде много по -голяма от наблюдаваната Вселена - може би дори безкрайна по размер. Светлината от най-отдалечените региони обаче никога не би могла да достигне до нас; пространството, през което трябва да премине, просто се разширява твърде бързо.

Нашата настояща картина на наблюдаваната вселена дължи много на американския физик Алън Гут, който през 80 -те години на миналия век е разработил как една вселена, подобна на нашата, може да се е появила от събитието на Големия взрив, което я е създало. След това ще върнем часовника на нулев час и ще видим как еволюира Вселената от своето начало до днес.СЛЕДВАЩО: Големият взрив >>