Boris Stern asztrofizikus: 3 legcsodálatosabb tudás az Univerzumról, amit a 21. században kaptunk
Vegyes Cikkek / / April 27, 2023
A kozmológusok megfejtették az Ősrobbanás által nekünk küldött üzeneteket, az asztrofizikusok pedig meggyőződtek Einstein jóslatai valódiságáról.
Április 29-30-án a konferencia "Tudósok a mítoszok ellen». Ezen a szakértők a földi és az űrbeli élettel kapcsolatos sztereotípiák ellen küzdenek majd. Boris Stern asztrofizikus részt vesz a „Mire vezetnek az Univerzum szerkezetének megértésére tett kísérletek?” című beszélgetésen.
Különösen a Lifehacker számára beszélt az űrkutatás sikeres eseteiről, és arról, hogyan változtatták meg a tudományos tájat és a világról alkotott elképzeléseket.
Boris Stern
Asztrofizikus. A fizikai és matematikai tudományok doktora, az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutatási Intézetének és a FIAN Asztroűrközpontjának vezető kutatója.
A 20. században áttörés történt az űrkutatásban - fejlődtek a technológiák, javultak a megfigyelési módszerek. Ha korábban a tudósok megelégedtek csak a teleszkópokkal, most már másokkal, többel tökéletes eszközök: műholdak, rádiócsillagászati eszközök, interferométerek.
Ennek köszönhetően az elmúlt 20 évben a kozmológia és asztrofizika legfontosabb felfedezései születtek: a gravitációs hullámok létezését, a felfedezett exobolygókat, végül az univerzum történetét és annak tartalmát nagymértékben meghatározzák. pontosság. Mindez a legfontosabb tudás, amely kibővítette a körülöttünk lévő világ megértését.
1. Sok olyan bolygó van, ahol lehetséges az élet
«exobolygó eposz” 1995-ben kezdődött, amikor először alkalmazták a radiális sebesség módszerét. Neki köszönhetően időszakosan megfigyelhető volt a csillagok spektrumvonalainak eltolódása a Doppler-effektus szerint. Ennek eredményeként egy lehetetlennek tűnő óriásbolygót találtak, amelynek keringési ideje 4,2 nap volt – nagyon közel az 51 Pegasus csillaghoz.
Aztán tudományos szenzáció lett belőle, és a tudósok kutatni kezdtek exobolygók. Az igazi áttörést ezen a területen 2009-ben érte el, amikor felbocsátották a Kepler távcsövet.
Már más módszeren dolgozott – a tranziton. A lényeg az volt, hogy "elkapják" a csillagok kis sötétedését, amelyet a háttérben lévő bolygók áthaladása okoz.
Ennek eredményeként robbanásszerűen megnőtt a felfedezett exobolygók száma. Ha korábban több százan voltak, most ezres nagyságrendű a szám.
A mai napig ezek közül 5357 létezését határozottan megerősítették. Ezek teljesen változatos bolygók: hidegek és melegek egyaránt, összehasonlíthatók a Merkúr tömegével és a 10-es tömegével Jupiterek. Közülük nagy valószínűséggel vannak olyanok, amelyek felszíne összefüggő óceán, és rendkívül alacsony hőmérsékletű jég.
Az exobolygós "állatkert" között azonban gyakorlatilag nincs olyan példány, amelyen élet lehetne. Ez nem jelenti azt, hogy egyáltalán nem léteznek. Itt csak a szelekciós hatás működik: ahhoz, hogy ugyanúgy felmelegedjenek, mint a Föld egy Nap-osztályú csillaggal, az ilyen bolygóknak meglehetősen nagy pályákkal kell rendelkezniük - egy „hosszú év”. A sztároknak nagyon hosszú időbe telik, hogy megjavítsák a tranzitjukat megfigyelni. De Keplernek nem volt erre ideje - mindössze 3 évig dolgozott. Ugyanakkor, még ha felfedeznék is ilyen bolygókat, nagyon nehéz lenne bizonyítani, hogy van bennük élet.
Ráadásul az idegen élet valószínűleg különbözik a Földtől. Nagy valószínűséggel csak bakteriális nyálkát látnánk. Mert az élet keletkezésétől a magasan fejlett, és még inkább annak intelligens formájáig vezető úton különbözőek vannak valószínűtlen események, és legvalószínűbb, hogy más bolygókon a folyamat a korai szakaszban lelassul fejlesztés.
Ebben az értelemben a Föld ritka jelenség.
Jelenleg hiányoznak az ilyen bolygók radiális sebességű módszerrel történő felderítésére alkalmas műszerek, és nincsenek olyan teleszkópok, mint a Kepler, amelyek nyomon követhetnék az áthaladást.
De úgy gondolom, hogy hamarosan az eszközöket javítják, és a tudósok elkezdik felfedezni az első "földeket". Például vannak utalások arra, hogy a Tau Ceti rendszerben - közel nap csillag - bolygók vannak benne lakható zóna.
2. Gravitációs hullámok léteznek
Einstein relativitáselmélete szerint a gravitációs erő a téridő görbületének eredménye az anyag hatására, ahol a gravitációs hullámok annak hullámai.
Az egyesülés eredményeként gravitációs hullámok keletkeznek fekete lyukak vagy neutroncsillagok – vagyis masszív objektumok. Közelük a tér 10%-kal vagy annál nagyobb mértékben zsugorodik és tágul, és ezzel együtt minden benne lévő tárgy. Apró hullámzásokat kapunk, amelyeket nagyon nehéz regisztrálni.
Amikor Einstein megfogalmazta a relativitáselméletet, a tudósok hosszú és sikertelen kísérletbe kezdtek a gravitációs hullámok kísérleti kimutatására.
Az első ésszerű javasolt módszer szovjet tudósok: Vladislav Pustovoit és Mihail Gertsenstein. Az 1960-as években írtak egy tanulmányt, amelyben egy gravitációs hullám detektor létrehozását javasolták lézeres interferométer formájában.
Munkájának elve a következő volt:
- Két tükör több kilométeres távolságra van egymástól.
- Az interferencia lézersugár pontosan méri a köztük lévő távolságot.
- Ha elkezd változni, akkor ennek a gravitációs hullámok hatása lehet.
Az ötlet egyszerű, de megvalósítása sok nehézséggel járt. Az a tény, hogy a tükrök közötti távolság változásának mérésének pontossága több tízezerszer kisebb, mint egy atommag proton mérete. Ehhez nagy teljesítményű lézersugárra, vákuumra, egyedi detektor-beállításra van szüksége.
Mindezek eléréséhez több évtizedbe telt. Ennek eredményeként 2015-ben az Egyesült Államok tudósainak sikerült ezt megtenniük. Két detektoruk volt, amelyek a gravitációs hullámok jelét rögzítették, és eredményeik egybeestek egymással és az elméleti számításokkal is.
Semmi kétség: léteznek gravitációs hullámok.
A kezdettől fogva gyönyörű általános relativitáselmélet a gyakorlatban is beigazolódott. Nagyon fontos volt, hogy minden kétkedőnek megmutassam: nézze meg, milyen erőteljesen működik.
Azóta a gravitációs hullámok regisztrálásának száma meghaladta a százat. A tudósok statisztikákat halmoznak fel, és egy használható ultraérzékeny interferométer projektet is kidolgoznak űrben.
3. Mikrohullámú háttér - egy tankönyv az univerzum történetéről
A mikrohullámú háttér az a fény, amely az Ősrobbanás utáni első százezer évben keletkezett. Rövid rádióhullámok formájában ért el hozzánk - egy centiméter töredéke.
Honnan jött ez a fény? Életének első pillanataiban az Univerzum sűrű, forró és rendkívül ionizált volt – vagyis az atommagok elváltak az elektronoktól. Csak 380 ezer év után „barátkoztak” egymással és alkottak semleges atomokat. Emiatt a fény kölcsönhatása új anyagokkal drámaian megváltozott. A fotonok minden irányba kirepültek, kevésbé energikusak lettek, ahogy hullámhosszuk az univerzum tágulásával együtt nyúlt. Így jutott el hozzánk az Ősrobbanás fénye.
A 20. században megkezdődtek a mikrohullámú háttér vizsgálatai. Az 1990-es években annyira megnőtt a műszerek érzékenysége, hogy észrevehetővé vált a foltosodása, egyenetlensége.
A 2000-es években egy nagy teljesítményű WMAP mikrohullámú sugárzásérzékelőt bocsátottak ki az űrbe, amely térképet készített erről a sugárzásról kb. ég jó felbontásban.
Neki köszönhető, hogy a foltok kontraszteloszlása a méretük függvényében épült fel, voltak csúcsok és süllyedések. Az ilyen jelenséget Szaharov-oszcillációnak nevezik - először Andrej Dmitrievich Szaharov szovjet fizikus írta le.
E csúcsok és mélyedések aránya pontosan megmutatja, milyen volt a korai univerzum, és leírja annak tulajdonságait is.
Most már pontosan ismerjük az események kronológiáját az Ősrobbanás utáni első apró másodperctöredékektől napjainkig. Úgy gondolom, hogy ez a 21. század legfontosabb vívmánya.
Sajnos ez a kutatás elakadt. A WMAP kísérlet után a Planck műholdat egy fejlettebbvel indították mikrohullámú sütő távcső. Hiányzó adatokhoz jutott, de alapvetően új felfedezéseket nem hozott.
A kozmológia kimerítette az ereklyesugárzás mérésére szolgáló módszer lehetőségeit. Ezért nagyon nehéz előrelépni. De ez természetes: a forradalom után fennsík jelenik meg. Az új áttörésekre még várni kell.
Olvassa el is🧐
- 9 mítosz a Marsról, amit sokan hisznek. De hiába
- "Mindannyian egy fekete lyukban élünk": 8 tudományos mítosz, amelyet nem szabad elhinned
- „Az egész égboltnak repülő csészealjakban kellene lennie, de nincs ehhez hasonló”: interjú Szergej Popov asztrofizikussal