Podkāsts NASA "Ziņkārīgais Visums" atver a logs uz kosmosu Spāņu valodā, apvienojot cilvēciskus stāstus, jaunākās zinātnes atklājumus un daudz iztēles. Sarunās ar vadošajiem zinātniekiem mēs iedziļināmies Visuma dižajos noslēpumos: kas ir tumšā enerģija, kā kosmoss izplešas un kāda loma jaunajiem kosmosa teleskopiem ir šajos pētījumos.
Vienā no savām spēcīgākajām epizodēm programma iedziļinās saukts par "neredzamo Visumu"...to kosmosa daļu, ko mēs nevaram redzēt tieši, bet kas pārvalda visu, kas notiek plašā mērogā. Kopā ar vadītāju Noeliju Gonsalesu un tādiem ekspertiem kā Lukasu Paganīni un Gvadalupi Kanasu Hereru mēs uzzinām par tādām misijām kā Nensijas Greisas romiešu kosmiskais teleskops, Eiklīds, Džeimss Vebs vai Veras C. Rubinas observatoriju, un mēs atklājam, kā viņi kopā cenšas rekonstruēt Visuma pilnīgo vēsturi.
Visums, ko mēs tik tikko saprotam: mēs redzam tikai 5%
Viens no vēstījumiem, kas visvairāk šokē klausītāju, ir tas, ka viss, ko mēs redzam — cilvēki, planētas un zvaigznes — Tas pārstāv knapi 5% no VisumaAstrofiziķis Lukass Paganīni skaidro, ka normālā matērija, kas veido atomus, molekulas, ķermeņus un galaktikas, ir tikai neliela daļa no kopējā kosmosa satura.
Atlikums ir sadalīts starp divām mīklainām sastāvdaļām: aptuveni vienu 25% atbilstu tumšā matērijaViela, kas ne izstaro, ne atstaro gaismu, bet kuras gravitācija darbojas kā "kosmiska līme", kas satur kopā galaktikas un liela mēroga struktūras. Bez šīs neredzamās matērijas galaktikas nevarētu saglabāt savu formu vai palikt kohēzijas stāvoklī, kā mēs tās novērojam šodien.
Galvenā sastāvdaļa, apmēram viena 70% no Visuma satura sauc par tumšo enerģijuTas nav "tumšs" tāpēc, ka absorbē gaismu, bet gan tāpēc, ka tas atspoguļo milzīgu robu mūsu zināšanās: mēs zinām, ka tas tur atrodas tā iedarbības dēļ, bet mēs nezinām tā fizikālo dabu. Šis komponents būtu atbildīgs par to, ka Visuma izplešanās laika gaitā paātrinās.
Kosmologs Guadalupe Cañas Herrera izmanto a Ļoti skaidra metafora, lai izprastu problēmas apmēruIedomājieties, ka vēlaties cept cepumus, un receptes galvenā sastāvdaļa — milti — ir tieši tā, par kuru jūs neko nezināt. Jūs zināt, cik daudz jums ir nepieciešams, lai skaitļi darbotos, bet jums nav ne jausmas, no kurienes tie nāk vai kā tie uzvedas.
No zinātniskā viedokļa ir postoši, ja ir kosmoloģiskais modelis, kas atbilst ar neticamu precizitāti Un tomēr, paļauties 70% uz kaut ko tādu, ko nesaprotam. Tas ir līdzīgi kā spēt detalizēti paredzēt receptes iznākumu… bet nezinot, vai patiesībā cep cepumus, maizi vai kaut ko pavisam citu.
Kā mēs zinājām, ka Visums izplešas arvien ātrāk un ātrāk?
Podkāstā tiek apskatīta mūsu vēsture par to, kā mēs nonācām pie idejas par Visums paātrinātā izplešanās procesāLielāko daļu 20. gadsimta zinātnieku aprindas zināja, ka kosmoss izplešas kopš Lielā sprādziena, kas notika pirms aptuveni 13,8 miljardiem gadu, taču šaubas saglabājās: vai tas turpinās augt mūžīgi? Vai tas palēnināsies visas matērijas gravitācijas dēļ? Vai arī tas varētu apstāties un atkal sabrukt?
Šīs mīklas galveno daļu nodrošināja astronoms. Edvīns Habls 20. gadsimta 20. gadosBalstoties uz Henrietas Svanas Līvitas agrāko darbu un cefeīdu mainīgo zvaigžņu novērojumiem Andromedas galaktikā, Habls spēja izmērīt attālumus līdz citām galaktikām. Apvienojot šo informāciju ar Vesto Sliphera savāktajiem spektroskopiskajiem datiem, Habls atklāja, ka jo tālāk galaktika atrodas, jo ātrāk tā attālinās no mums.
Šī analīze radīja slaveno Habla likums, kas tiek interpretēts kā pašas telpas izplešanāsNovērojumi ar Habla teleskops Un citi rīki palīdzēja nostiprināt šo vīziju. Lai to ilustrētu, programma izmanto ļoti grafisku attēlu: rozīņu klaips cepeškrāsnī. Rozīnes aktīvi nepārvietojas mīklā, bet, mīklai ceļas, tās visas attālinās viena no otras.
Pēc vairākām desmitgadēm, 20. gs. deviņdesmito gadu beigās, pētnieku grupa, kuru vadīja Sols Perlmuters, Braiens Šmits un Ādams Rīss Viņš izmantoja Ia tipa supernovas — ļoti spožus un relatīvi vienmērīgus zvaigžņu sprādzienus — kā "standarta sveces", lai mērītu kosmisko izplešanos. Viņa mērķis bija apstiprināt, ka Visuma augšana laika gaitā palēninās, kas šķita saprātīgi, ja gravitācija darbotos kā bremze.
Pārsteigums bija milzīgs: dati liecināja tieši par pretējo. Visums ne tikai turpina paplašināties, bet tas notiek arvien pieaugošā ātrumā.Šis atklājums, kas revolucionizēja mūsdienu kosmoloģiju, 2011. gadā viņiem nopelnīja Nobela prēmiju fizikā. Kopš tā laika visplašāk pieņemtais skaidrojums ir tāds, ka nezināma enerģijas forma "spiež" telpu un paātrina tās izplešanos: tumšā enerģija.
Problēma ir tā Fizikas teorijas, ko mēs izmantojam mūsdienās, nav pietiekamas, lai izskaidrotu šo parādību.Ne Ņūtona gravitācija, ne Einšteina vispārējā relativitāte, kā mēs tās saprotam, pilnībā neatbilst plašākiem kosmoloģiskajiem mērogiem. Tas liek zinātnieku aprindām pārskatīt, vai mūsu teorētiskie instrumenti ir pietiekami vai arī mums ir nepieciešami jauni fizikas likumi.
Divi galvenie ceļi, lai izskaidrotu tumšo enerģiju
Pašreizējā kosmoloģiskā modeļa ietvaros Guadalupe Cañas Herrera skaidro Divas galvenās teoriju saimes tumšās enerģijas interpretācijaiPirmais pieņem, ka patiešām pastāv jauna enerģijas vai vielas forma, kas caurstrāvo Visumu un izraisa šo paātrināto izplešanos.
Saskaņā ar šo pieeju, zināmajā kosmosa inventārā — galvenokārt normālajā matērijā un tumšajā matērijā — Nav cita veida matērijas ar tik izteiktu un pretēju efektu gravitācijai.Gravitācija mēdz grupēt galaktikas un kopas kopā, savukārt šī jaunā komponente darītu pretējo: arvien vairāk tās atdalītu, attālinātu un paātrinātu to attālināšanos.
Teorētiskie fiziķi šajā gadījumā postulē, ka ir jāpastāv kaut kāds lauks vai enerģija ar eksotiskām īpašībām kas darbojas kā izplešanās dzinējspēks. Mēs nezinām, no kā tas ir veidots, nedz arī to, kā tas mijiedarbojas ārpus gravitācijas efekta, taču tā klātbūtne atbilst supernovu novērojumiem, kosmiskā mikroviļņu fona starojumam un liela mēroga struktūru izplatībai.
Otrā pieeja neievieš jaunu sastāvdaļu, bet gan Tas apšauba mūsu pašu gravitācijas vienādojumus.Standarta kosmoloģiskais modelis ir balstīts uz Einšteina vispārējo relativitātes teoriju — teoriju, kas ir veiksmīgi izturējusi visus eksperimentus Saules sistēmā un relatīvi mazos mērogos. Taču, ekstrapolējot šos vienādojumus uz milzīgiem kosmoloģiskiem attālumiem, mēs, iespējams, pārāk pārkāpjam to derīgumu.
Šajā ietvarā joma "modificēta gravitācija"Šis pētījums pēta potenciālas liela mēroga izmaiņas Einšteina likumos. Tā vietā, lai ieviestu noslēpumainu enerģiju, kas paātrina izplešanos, tas liek domāt, ka, iespējams, mēs pilnībā neizprotam, kā gravitācija uzvedas dziļajā Visumā. Atkarībā no tā, kā problēma tiek risināta, prioritāte var būt atklāt jauna enerģijas veidu vai tā vietā pārformulēt mūsu fundamentālos vienādojumus.
Romāns: Teleskops, kas vēlas atklāt neredzamo Visumu
Lai panāktu progresu šajos jautājumos, ir nepieciešams vairāk nekā tikai labas idejas: mums ir nepieciešams observatorijas, kas spēj pētīt kosmosu ar nepieredzētu precizitātiTieši šeit talkā nāk NASA Nensijas Greisas romiešu kosmiskais teleskops, kas ir šīs aplādes epizodes galvenais varonis.
Šīs misijas zinātnieks un programmas vadītājs Lukass Paganīni skaidro, ka romietis ir īpaši izstrādāts tumšās enerģijas izpētei un tumšās matērijas kartēšanai trīs dimensijās. Turklāt tā pētīs arī eksoplanētas un citas astrofiziskas parādības, taču tās pastāvēšanas jēga ir atšķetināt neredzamo Visumu.
Ar galveno spoguli, kura diametrs ir gandrīz divarpus metri, Romanam būs izšķirtspēja līdzīga vēsturiskā Habla kosmiskā teleskopa izšķirtspējaiBet ar aptuveni simts reižu lielāku redzeslauku. Tas nozīmē, ka katrā novērojumā tas spēs aptvert daudz plašākus debesu apgabalus, uzkrājot milzīgu datu apjomu.
NASA Godārda kosmosa lidojumu centrā Merilendā teleskops tiek salikts un pārbaudīts. gigantiska tīrtelpa, kas līdzīga kolosālai operāciju zāleiJebkura putekļu daļiņa vai ādas šūna varētu apdraudēt misiju, jo, tiklīdz Romans tiks palaists kosmosā, viņš būs neatgriezeniski bojāts. Tāpēc viss personāls strādā klasiskajā "zaķa kostīmā" — sterilā, baltā uzvalkā, kas viņus pilnībā nosedz.
Kad tā pacelsies gaisā, observatorija dosies uz Lagranža punkts 2 (L2), kas atrodas aptuveni 1,5 miljonu kilometru attālumā no Zemesaptuveni četras reizes lielāks attālums starp mūsu planētu un Mēnesi. No šīs stabilās un vēsās orbītas, kas ir ideāli piemērota infrasarkano staru novērojumiem, Romans varēs mierīgi ieskatīties Visuma dzīlēs.
Misijas zinātniskā būtība ir tās plaša lauka instrumentsTas ir liels cilindrs, kas piestiprināts pie paneļa, kurā atrodas tā sarežģītā elektronika. Tas ir optimizēts infrasarkano staru novērošanai, tieši spektra apgabalam, kurā daudzas tālas galaktikas kļūst redzamas pēc tam, kad to gaisma ir sarkanā krāsā.
Kā pētīt tumšo enerģiju, to neredzot tieši
Viena no lielākajām mūsdienu kosmoloģijas grūtībām ir tā, ka Mēs nevaram tieši "fotografēt" tumšo enerģijuTas nespīd, neatstaro un to nevar tieši noteikt. Tāpēc Romans rīkosies netieši: viņš novēros redzamo Visumu — konkrēti, miljardiem galaktiku —, lai no to izplatības, formas un kustības secinātu, kas notiek ar laiktelpu.
Romana plaša lauka instruments ņems attēli ar izšķirtspēju, kas salīdzināma ar Habla teleskopa izšķirtspēju, bet aptver daudz lielākas debesu zonasTādā veidā zinātnieki varēs kartēt, kā matērija (tostarp tumšā matērija, kas rodas gravitācijas lēcu efektu rezultātā) ir sadalīta visā kosmiskajā vēsturē.
Sava plašā kartēšanas projekta laikā Romans pētīs galaktikas, kas aptver no pašreizējā Visuma līdz laikiem, kad kosmoss bija tikai aptuveni 500 miljonus gadu vecsaptuveni 4% no tās vecuma. Analizējot, kā mainījušies attālumi starp galaktikām un kā veidojušās kosmiskās struktūras, kosmologi var pārbaudīt dažādus tumšās enerģijas un gravitācijas modeļus.
Galvenais ir gaismas sarkanā nobīdeVisumam izplešoties, elektromagnētiskie viļņi stiepjas kā atspere: viļņa garums palielinās, un gaisma pārvietojas spektra sarkanā un infrasarkanā apgabala virzienā. Jo tālāk atrodas galaktika, jo vairāk tās gaisma ir izstiepta ceļojuma laikā pie mums.
Precīzi izmērot, cik lielā mērā katras galaktikas gaisma ir mainījusies sarkanā krāsā, zinātnieki var lai novērtētu tā attālumu un vienlaikus kosmiskā laika brīdi, kurā mēs to redzamAr miljoniem šo mērījumu tiek veidotas trīsdimensiju kartes, kas parāda, kā matērijas izplešanās un sadalījums mainās miljardu gadu laikā.
Romāns arī uzstāsies plašs Ia tipa supernovu pētījumsŠie paši notikumi veicināja paātrinātas izplešanās atklāšanu. Šie zvaigžņu sprādzieni kalpo kā zināma spilgtuma atskaites punkti: salīdzinot to iekšējo spožumu ar novēroto spožumu, tiek iegūti ārkārtīgi precīzi attālumi. Ar milzīgu paraugu, kas izkliedēts pa debesīm un no dažādiem laikmetiem, būs iespējams noteikt, vai tumšā enerģija vienmēr ir uzvedusies vienādi vai arī tā laika gaitā ir mainījusies.
Teleskopu tīkls, kas darbojas komandā
Romans nedarbosies viens. Podkāstā stāstīts, ka Mūsdienu kosmoloģija ir sadarbības projekts, kurā dažādas observatorijas viena otru papildina.Katrs teleskops sniedz atšķirīga veida datus vai pieeju, taču tie visi ietilpst vienā kosmiskajā mīklā.
Misiju vada Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) Eiklīds, palaists 2023. gadāAr NASA būtisku ieguldījumu tuvā infrasarkanā starojuma detektoru veidā, kas ir ļoti līdzīgi Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa detektoriem, Eiklīds veido arī Visuma trīsdimensiju karti, novērojot miljardiem galaktiku attālumā līdz pat 10.000 miljardiem gaismas gadu.
Tās galvenais mērķis ir izsekot tumšās enerģijas "pēdām" caur galaktiku formu, novietojumu un attālumiem. Apvienojot matērijas sadalījuma kartes un gravitācijas lēcas mērījumus — fona galaktiku šķietamo deformāciju priekšplāna tumšās matērijas gravitācijas ietekmē —, Eiklīds un Romans sniegs papildinošus skatījumus uz vienu un to pašu problēmu.
Gvadalupe Kanasa Herrera ir spēlējusi nozīmīgas lomas Eiklīda darbā gan no ESA, kā arī tādas iestādes kā Edinburgas Karaliskā observatorija vai Leidenes UniversitāteCita starpā viņš vadīja CLOE (Kosmoloģiskā ticamība novērojumiem Eiklīda teorijā) izstrādi — programmatūru, kas ļauj salīdzināt novērotos datus ar dažādu kosmoloģisko modeļu teorētiskajām prognozēm.
Paralēli tam, Džeimsa Veba kosmosa teleskops Tā koncentrējas uz mazu debesu lauku novērošanu ar neticamu detalizāciju, pētot ārkārtīgi tālu galaktikas, zvaigžņu veidošanos un eksoplanētu atmosfēras. Savukārt Roman aptvers daudz lielākas teritorijas ar mazāk smalkām detaļām — kaut ko līdzīgu pārejai no galējas tālummaiņas uz kosmisku platleņķa objektīvu.
Tam visam vēl pieskaita Vera C. Rubina observatorija ČīlēJaudīgs uz zemes bāzēts teleskops, ko atbalsta plaša starptautiska sadarbība, kurā ietilpst arī ASV Nacionālais zinātnes fonds. Observatorija ir nosaukta astronoma vārdā, kurš sniedza pirmos pārliecinošos pierādījumus tumšās matērijas esamībai, pētot galaktiku rotācijas līknes.
Rubīns uzstāsies a sistemātiska debesu izpēte laika gaitāTas ļaus noteikt mainīgas un pārejošas parādības, kā arī veicinās labāku izpratni par tumšo enerģiju. Pievienojot vēl vienu puzles gabalu, spēlē lomu arī tādas misijas kā SPHEREx, kas kartēs visas debesis tuvajā infrasarkanajā diapazonā un novēros simtiem miljonu galaktiku.
Lukass Paganīni salīdzina šo instrumentu ekosistēmu ar to, kā Mēs pētām Zemi, izmantojot satelītus un ielu līmeņa fotogrāfijas.Lai izveidotu pilnīgu karti, mums ir nepieciešami attēli no dažādiem mērogiem un leņķiem: tas pats attiecas uz kosmosu. Neviens atsevišķs teleskops nav pietiekams, lai aptvertu tā pilno sarežģītību.
Eksoplanētas, koronagrāfi un pilsoniskā zinātne
Lai gan epizodes centrālais uzsvars ir uz tumšo enerģiju, podkāstā tas arī tiek parādīts Romāns būs revolucionārs instruments eksoplanetu meklēšanai un raksturošanaiMisijai ir tehnoloģisks demonstrācijas koronagrāfa instruments, kas bloķēs zvaigžņu žilbinošo gaismu, lai atklātu ap tām riņķojošās planētas.
Koronagrāfs darbojas kā mazs, necaurspīdīgs disks, kas Tas bloķē zvaigznes spilgtumu teleskopa redzeslaukā.Tas rada ēnu zonu, kur var kļūt redzami daudz vājāki objekti, piemēram, tālas pasaules. Šī tehnoloģija testē optiskās un gaismas kontroles metodes, kas būs būtiskas nākotnes observatorijām, kas veltītas apdzīvojamības pazīmju meklēšanai uz eksoplanētām.
Romana koronagrāfs kalpos par pamatu Apdzīvojamo pasauļu observatorijaNākotnes NASA misija, kuras mērķis ir pētīt Zemei līdzīgas planētas nepieredzētā detaļā. Mērķis ir atklāt tādas pazīmes kā iespējama okeānu, atmosfēras vai ķīmisku savienojumu klātbūtne, kas liecina par apdzīvojamību.
Turklāt Romana plaša lauka instruments veiks nepieredzēta planētu skaitīšana mūsu galaktikāPateicoties tādām metodēm kā gravitācijas mikrolēcas un precīza tranzīta novērošana, paredzams, ka tiks atklātas tūkstošiem jaunu eksoplanētu ar plašu izmēru un orbītu diapazonu.
Ar šo katalogu pētnieki varēs novērtēt Cik izplatītas ir planētu sistēmas, kas ir līdzīgas mūsējām?Ar akmeņainām planētām apdzīvojamās zonās, tāliem gāzes milžiem, apledojušām pasaulēm… un visu daudzveidību, ko mēs jau sākam saskatīt. Vēl pirms dažām desmitgadēm nebija zināma neviena eksoplanēta; tagad mēs esam katalogizējuši vairāk nekā 6.000, un to skaits turpinās pieaugt.
NASA arī veicina projektus pilsoniskā zinātne kā tumšās enerģijas pētniekiAr šo iniciatīvu palīdzību ikviens, kam ir interneta pieslēgums, var sadarboties datu klasifikācijā vai analīzē, tādējādi palīdzot paātrināt atklājumus. Tas ir veids, kā sabiedrībai kopumā atvērt durvis uz kosmisko laboratoriju.
Zināšanas, kas aug līdzi laikam… un zinātkārei
Viens no iedvesmojošākajiem epizodes vēstījumiem ir tas, ka Mūsu zināšanas par Visumu joprojām ir sākumstadijā.Lukass Paganīni izmanto zīdaiņa tēlu, kurš pazīst tikai istabu, kurā viņš dzīvo: viņš uzskata, ka šī istaba ir visa viņa pasaule, līdz kādu dienu viņš atklāj, ka tur ir māja, tad rajons, pilsēta, valsts un visbeidzot vesela planēta.
Kaut kas līdzīgs notiek ar mums ar kosmosu. Mēs zinām, ka pastāv galaktiku, kopu un pavedienu "kosmiska apkārtne".Taču mums joprojām nav visu nepieciešamo datu, lai saprastu, kā tā ir organizēta, kā tā attīstās laika gaitā un kāda loma šajā procesā ir tumšajai enerģijai.
Katrs jauns novērojumu kopums — neatkarīgi no tā, vai tie ir no Romāna, Eiklīda, Rubina, Veba vai jebkuras citas observatorijas — pievieno mazs smilšu graudiņš lielajai zināšanu ēkaiVarbūt atsevišķs rezultāts var šķist nenozīmīgs, bet kopā ar daudziem citiem tas palīdz mums pilnveidot modeļus, atmest teorijas un uzdot jaunus jautājumus.
Gvadalupe Kanasa Herrera norāda, ka, ja dati to pierāda Mums ir nepieciešama cita veida fizika, lai aprakstītu VisumuTas nenozīmē, ka viss iepriekšējais bija "nepareizi", bet gan to, ka vēl ir daļas, kas jāpabeidz. Zinātniski tas varētu būt grūts brīdis, jo tas prasītu daļas teorētiskā ietvara atjaunošanu, taču tas būtu arī neticami aizraujoši.
Paralēli podkāstā tiek uzsvērts, Zinātniskās zinātkāres veicināšanas nozīme jau no bērnībasGvadalupe ir pateicīga savam tēvam par to, ka viņš nekad nav dzēsis viņas slāpes pēc zināšanām, par to, ka viņš velta laiku atbilžu meklēšanai un pavada viņu nelielos eksperimentos vai debesu vērošanā ar binokli. Viņa mudina ģimenes darīt to pašu: ja mājās ir zinātkārs bērns, labākais, ko varat darīt, ir mudināt viņu uzdot jautājumus un vēl vairāk jautājumu.
Zinātnes progresa vēsture mums atgādina, ka Tikai dažu desmitgažu laikā mēs esam nonākuši no nezināmas eksoplanētas līdz tūkstošiem atklātu...un no kosmiskās izplešanās uzskatīšanas par tikai teorētisku prognozi līdz precīzai tās paātrinājuma mērīšanai. Tagad lielais uzdevums ir precīzi noskaidrot, kas ir tumšā enerģija un kā tā iederas pilnīgā Visuma aprakstā.
"NASA ziņkārīgais Visums" pauž ideju, ka Mūsu izpratne par kosmosu paplašinās vienlaikus ar pašu Visumu.Starptautiskas sadarbības, jaunāko tehnoloģiju un to cilvēku neapslāpējamās zinātkāres vadīts, kuri veltījuši savu dzīvi šiem jautājumiem, šis projekts paver durvis ikvienam, tostarp jums, kādu dienu sniegt savu ieguldījumu meklējumos pēc atbildēm par neredzamo Visumu un tālajām pasaulēm, kurās varētu pastāvēt citas dzīvības formas.
