Astrofüüsik Boris Stern: 3 kõige hämmastavamat teadmist universumi kohta, mille saime 21. sajandil
Varia / / April 27, 2023
Kosmoloogid on lahti mõtestanud Suure Paugu meile saadetud sõnumid ja astrofüüsikud on veendunud Einsteini ennustuste õigsuses.
29.-30.aprillil toimus konverents "Teadlased müütide vastu». Sellel võitlevad eksperdid stereotüüpidega elust Maal ja kosmoses. Astrofüüsik Boris Stern osaleb arutelul "Milleni viivad katsed mõista Universumi struktuuri?".
Eriti Lifehackeri jaoks rääkis ta edukatest kosmoseuuringute juhtumitest ja sellest, kuidas need muutsid teadusmaastikku ja ideid maailma kohta.
Boriss Stern
Astrofüüsik. Füüsikaliste ja matemaatikateaduste doktor, Venemaa Teaduste Akadeemia tuumauuringute instituudi ja FIANi astrokosmosekeskuse juhtivteadur.
20. sajandil toimus kosmoseuuringutes läbimurre – arenesid tehnoloogiad, paranesid vaatlusmeetodid. Kui varem olid teadlased rahul ainult teleskoopidega, siis nüüd on neil muud, rohkem täiuslikud tööriistadKabiin: satelliidid, raadioastronoomia seadmed, interferomeetrid.
Tänu sellele on viimase 20 aasta jooksul kosmoloogias ja astrofüüsikas tehtud kõige olulisemad avastused: gravitatsioonilainete olemasolu, avastatud eksoplaneedid ja lõpuks universumi ajalugu ja selle sisu määratakse suure täpsust. Kõik see on kõige olulisem teadmine, mis on avardanud meie arusaama meid ümbritsevast maailmast.
1. On palju planeete, kus elu on võimalik
«eksoplaneedi eepos” sai alguse 1995. aastal, mil esmakordselt rakendati radiaalkiiruse meetodit. Tänu temale oli perioodiliselt võimalik jälgida tähtede spektrijoonte nihet vastavalt Doppleri efektile. Selle tulemusel leiti võimatuna näiv hiidplaneet, mille tiirlemisperiood on 4,2 päeva – väga lähedal tähele 51 Pegasus.
Siis sai sellest teaduslik sensatsioon ja teadlased hakkasid otsima eksoplaneedid. Tõeline läbimurre selles vallas toimus 2009. aastal, mil lendas välja Kepleri teleskoop.
Ta töötas juba teistsuguse meetodi – transiidi kallal. Eesmärk oli "püüda" tähtede väikest tumenemist, mis on põhjustatud planeetide läbimisest nende taustal.
Selle tulemusena on avastatud eksoplaneetide arv plahvatuslikult kasvanud. Kui enne seda oli neid sadu, siis nüüd ulatus see arv tuhandetesse.
Praeguseks on neist 5357 olemasolu kindlalt kinnitatud. Need on täiesti mitmekesised planeedid: nii külmad kui kuumad, võrreldavad nii Merkuuri massi kui ka 10 massiga Jupiterid. Nende hulgas on suure tõenäosusega neid, mille pind on pidev ookean, ja äärmiselt madala temperatuuriga jää.
Kogu selle eksoplanetaarse "loomaaia" hulgas pole aga praktiliselt ühtegi sellist isendit, millel elu võiks olla. See ei tähenda, et neid üldse poleks. Siin töötab lihtsalt valikuefekt: selleks, et Päikese klassi tähega samamoodi soojeneda nagu Maa, peavad sellistel planeetidel olema üsna suured orbiidid - “pikk aasta”. Nende transiitide parandamine võtab staaridel väga kaua aega jälgida. Kuid Kepleril seda aega ei olnud - ta töötas ainult 3 aastat. Samal ajal, isegi kui sellised planeedid avastataks, oleks väga raske tõestada, et neil on elu.
Lisaks erineb tulnukate elu tõenäoliselt Maast. Suure tõenäosusega näeksime ainult bakteriaalset lima. Sest teel elu tekkimisest kõrgelt arenenud ja veelgi enam selle intelligentse vormini on erinevaid ebatõenäoliste sündmuste ja suure tõenäosusega ka teistel planeetidel protsess aeglustub varases staadiumis arengut.
Selles mõttes on Maa haruldane nähtus.
Praegu puudub meil selliste planeetide leidmiseks radiaalkiiruse meetodi abil instrumentide täpsus ja nende transiidi jälgimiseks pole selliseid teleskoope nagu Kepler.
Kuid ma arvan, et varsti vahendeid täiustatakse ja teadlased hakkavad esimesi "Maad" tuvastama. Näiteks on vihjeid, et Tau Ceti süsteemis - lähedal päike täht - seal on planeedid elamiskõlblik tsoon.
2. Gravitatsioonilained on olemas
Einsteini relatiivsusteooria järgi on gravitatsioonijõud aine mõju all oleva aegruumi kõveruse tulemus, kus gravitatsioonilained on selle lainetus.
Ühinemise tulemusena tekivad gravitatsioonilained mustad augud või neutrontähed – see tähendab massiivsed objektid. Nende läheduses ruum kahaneb ja paisub 10% või rohkem ning koos sellega kõik selles olevad objektid. Saame pisikesi lainetusi, mida on väga raske registreerida.
Kui Einstein sõnastas relatiivsusteooria, alustasid teadlased pikka ja ebaõnnestunud katset gravitatsioonilaineid eksperimentaalselt tuvastada.
Esimene välja pakutud mõistlik meetod Nõukogude teadlased: Vladislav Pustovoit ja Mihhail Gertsenstein. 1960. aastatel kirjutasid nad artikli, milles tehti ettepanek luua laserinterferomeetri kujul gravitatsioonilainete detektor.
Tema töö põhimõte oli järgmine:
- Kaks peeglit asuvad üksteisest mitme kilomeetri kaugusel.
- Häire laserkiir mõõdab täpselt nendevahelist kaugust.
- Kui see hakkab muutuma, võib see olla tingitud gravitatsioonilainete mõjust.
Idee on lihtne, kuid selle elluviimine osutus paljude raskustega. Fakt on see, et täpsus, millega on vaja mõõta peeglite vahekauguse muutust, on kümneid tuhandeid kordi väiksem kui aatomituuma prootoni suurus. Selleks vajate võimsat laserkiirt, vaakumit, ainulaadset detektori seadistust.
Selle kõige saavutamiseks kulus mitu aastakümmet. Selle tulemusel said 2015. aastal USA teadlased sellega hakkama. Neil oli kaks detektorit, mis registreerisid gravitatsioonilainete signaali ja nende tulemused kattusid nii omavahel kui ka teoreetiliste arvutustega.
Pole kahtlustki: gravitatsioonilained on olemas.
Üldrelatiivsusteooria, mis oli algusest peale ilus, leidis praktikas kinnitust. Väga oluline oli kõigile kahtlejatele näidata: vaadake, kui võimsalt see töötab.
Sellest ajast alates on gravitatsioonilainete registreerimiste arv ületanud saja piiri. Teadlased koguvad statistikat ja töötavad välja ka ülitundliku interferomeetri projekti, mida saab kasutada kosmoses.
3. Mikrolaineahju taust – õpik universumi ajaloost
Mikrolaineahju taust on valgus, mis tekkis esimestel sadadel tuhandetel aastatel pärast Suurt Pauku. Ta jõudis meieni lühikeste raadiolainetena – murdosa sentimeetri suurusest.
Kust see valgus tuli? Oma elu esimestel hetkedel oli Universum tihe, kuum ja äärmiselt ioniseeritud – see tähendab, et aatomite tuumad eraldusid elektronidest. Alles 380 tuhande aasta pärast "sõbrusid" nad üksteisega ja moodustasid neutraalsed aatomid. Seetõttu on valguse koostoime uute ainetega dramaatiliselt muutunud. Footonid lendasid välja igas suunas, muutusid vähem energilisteks, kuna nende lainepikkus venis koos universumi paisumisega. Nii jõudis meieni Suure Paugu valgus.
20. sajandil hakati uurima mikrolaineahju tausta. 1990. aastatel tõusis instrumentide tundlikkus nii palju, et selle laigulisus ja ebatasasused hakkasid silma.
2000. aastatel saadeti kosmosesse võimas WMAP mikrolainekiirguse detektor, mis võttis selle kiirguse kaardi umbes taevas heas resolutsioonis.
Tänu temale oli täppide kontrastjaotus üles ehitatud sõltuvalt nende suurusest, sellel olid tipud ja langused. Sellist nähtust nimetatakse Sahharovi võnkudeks – seda kirjeldas esmakordselt Nõukogude füüsik Andrei Dmitrijevitš Sahharov.
Nende tippude ja sügavuste suhe näitab täpselt, milline oli varane universum ning kirjeldab ka selle omadusi.
Nüüd teame täpselt sündmuste kronoloogiat esimestest pisikestest sekundite murdudest pärast Suurt Pauku kuni tänapäevani. Usun, et see on 21. sajandi kõige olulisem saavutus.
Kahjuks on see uurimine soiku jäänud. Pärast WMAP-katset lasti Plancki satelliit orbiidile arenenumaga mikrolaine teleskoop. Ta sai andmeid, mis puudusid, kuid ei toonud põhimõtteliselt uusi avastusi.
Kosmoloogia on ammendanud reliktkiirguse mõõtmise meetodi võimalused. Seetõttu on väga raske edasi liikuda. Kuid see on loomulik: pärast revolutsiooni tekib platoo. Uued läbimurded peavad ootama.
Loe ka🧐
- 9 müüti Marsi kohta, mida paljud inimesed usuvad. Aga asjata
- "Me kõik elame mustas augus": 8 teaduslikku müüti, mida ei tohiks uskuda
- "Kogu taevas peaks olema lendavates taldrikutes, kuid selles pole midagi": intervjuu astrofüüsiku Sergei Popoviga