Наука
Каждый год мы немного лучше понимаем природу вселенной и наше место в ней.
Для большинства из нас, картографическая технология, которую мы используем ежедневно, ограничена установленными на приборной панели GPS-устройствами.
Нет неуважения - я имею в виду, всего 10 лет назад мы зависели от печатных дорожных атласов, чтобы добраться туда, куда мы идем; ультрасовременный - поиск маршрута в Mapquest с последующей распечаткой страниц.
Но когда вы читаете это, сотни групп ученых работают со значительно более сложными технологиями, чтобы отобразить все - от дальних уголков вселенной до самых бесконечно малых частиц в ней. Всего несколько недель назад астрономы, использующие все еще строящуюся обсерваторию ALMA (на снимке выше), сделали главное открытие о соседней системе Фомальгаут - в основном, что она, вероятно, содержит группу планет размером с Землю.
Далее следует список столь же важных открытий о строении и структуре нашей вселенной, а также описания новейших технологий в астрономии, физике элементарных частиц и морской науке, которые сделали их возможными.
1. Следующее поколение: космический телескоп Джеймса Вебба
Космические телескопы Хаббла и Спитцера качают его в течение 22 и 9 лет соответственно. Они несут ответственность за создание невероятных изображений в глубоком космосе, с которыми мы все знакомы, некоторые из которых приведены ниже. Но Spitzer уже исчерпал свои запасы жидкого гелия, необходимые для его основных операций, и Хаббл, как ожидается, прослужит еще два года. Джеймс Уэбб является их преемником.
В 17 странах планируется завершить различные этапы строительства космического телескопа Джеймса Уэбба. Его конструкция включает 18 гексагональных зеркал с золотым покрытием, которые будут фокусировать свет от дальних источников мишени и захватывать видимое и инфракрасное излучение с высоким разрешением. картинки. Теоретически это означает, что он сможет видеть самые отдаленные объекты во вселенной, такие как первые звезды и галактики, сформировавшиеся после Большого взрыва.
На рисунке выше: «Инженер НАСА Эрни Райт наблюдает, как готовятся первые шесть готовых к полету сегментов первичного зеркала космического телескопа Джеймса Вебба, чтобы начать окончательное криогенное тестирование в Центре космических полетов Маршалла НАСА в Хантсвилле, Алабама». Функциональность должна быть проверена в условиях похожи на те, что были на целевой орбите Джеймса Вебба, 930 000 миль вверх.
2. Картирование нашей галактики
В некотором смысле Млечный Путь - это та галактика, которую мы знаем лучше всего. Все составляющие ее элементы намного, намного ближе к Земле, чем их аналоги в иностранных галактиках. Но когда дело доходит до понимания общей формы и состава Млечного Пути, задача всегда была трудной - именно потому, что мы в самом разгаре.
Совсем недавно, в 1785 году, астрономы сделали это, посчитав отдельные звезды, видимые с Земли, и нанесли их на грубую галактическую карту. Позже, настоящий прорыв произошел благодаря наблюдению за другими галактиками и пониманию, что они в основном соответствуют одному из трех основных типов структур. Млечный путь был определен как спиральная разновидность с толстым стержнем, разделяющим его центральную выпуклость.
Внедрение радиотелескопов в середине 20-го века позволило астрономам измерить выход водорода из различных секторов галактики, что привело к более точному картографированию спиральных рукавов и заштрихованного центра. Как показано на рисунке справа, наше Солнце находится в рукаве Ориона. Когда ты видишь Млечный путь ночью, ты смотришь вглубь и внутрь сквозь Оружие Стрельца, Скутума и Нормы в направлении плотного ядра галактики.
3. Пристальный взгляд на центр Млечного Пути
Современные открытия о нашей галактике предоставлены космическими телескопами Хаббла и Спитцера. Инфракрасный композит выше объединяет изображения от каждой технологии, чтобы создать самую детальную картину, когда-либо сделанную в этой области пространства. Хотя размеры фотографии, вставленной здесь, составляют 900 × 349 пикселей, они представляют площадь размером 300 × 115 световых лет.
Известно, что галактический центр состоит из трех больших скоплений массивных звезд, но на этом изображении видно гораздо больше гигантских особей, распределенных далеко за пределами скоплений. Также общепринято, что сверхмассивная черная дыра прячется где-то в этом центральном регионе. Хабблу потребовалось 144 орбиты Земли и 2300 экспозиций, чтобы создать мозаику высокого разрешения выше.
4. Космический телескоп Хаббл
Это технология, отвечающая за все красивые космические снимки. Кинда выглядит как консервная банка с фольгой, обмотанной вокруг одного конца. Или действительно дорогой буррито.
Хабблу потребовалось 11 лет, чтобы построить его, и он был запущен в 1990 году. Через несколько недель после начала работы стало очевидно, что измерения главного зеркала телескопа были отклонены - на 2, 2 микрометра. К счастью, Хаббл был разработан для обслуживания на орбите. В 1993 году экипаж Endeavour установил корректирующую оптику, доведя инструмент до оригинальных дизайнерских стандартов. Фотография выше была сделана во время последней запланированной миссии по обслуживанию в 2009 году.
С точки зрения достижений, достигнутых как в научном, так и в непрофессиональном понимании Вселенной, космический телескоп Хаббл, без сомнения, является самой значительной из когда-либо использовавшихся картографических технологий.
5. Уход глубоко
Одним из главных достижений Хаббла является этот обзор - совокупность из 800 снимков, сделанных за 11 дней, направленных на «пустой» кусок неба в созвездии Форнакс.
Каждая из точек света, видимых на снимке Hubble Ultra Deep Field, представляет собой галактику очень, очень далеко. Их свет, как видно на изображении справа, путешествовал в течение 13 миллиардов лет, прежде чем воздействовать на сенсоры Хаббла и создавать это изображение. Это означает, что, глядя на это, вы наблюдаете вселенную, которая была всего лишь через 400-800 миллионов лет после Большого взрыва.
На снимке 10 000 галактик. Он отображает область неба, равную 1/10 диаметра полной луны, если смотреть с Земли. Вам не нужно делать математику для того, чтобы взорвать ваш разум.
Сделайте себе одолжение и нажмите, чтобы расширить это.
6. Измерение скорости расширения вселенной
Хаббл не только дал нам самое глубокое из когда-либо зарегистрированных изображений вселенной, помогая астрономам более точно определять возраст вселенной, но и сыграл ключевую роль в том, как мы измеряем скорость расширения вселенной.
Со времени работы Эдвина Хаббла в конце 1920-х годов мы знали, что вселенная расширяется - расстояние между каждым объектом во вселенной увеличивается. Темпы этого увеличения, однако, были оспорены до недавнего времени. За последние несколько лет данные телескопа Хаббла, полученные с астрономических объектов, таких как сверхновые (такие как Крабовидная туманность, изображенные выше, остатки звездного взрыва, произошедшего в 1054 году нашей эры), привели к значительно более точным измерениям постоянной Хаббла, математической представление скорости расширения.
Другими словами, данные из Хаббла одновременно создают более подробные карты нашей вселенной и помогают нам понять, как эти карты постоянно меняются.
7. Обсерватории на вершине Гавайев
На высоте 13 796 футов на вершине Мауна-Кеа на Большом острове Гавайи находится эта коллекция международных обсерваторий. Это отличное место для наблюдения за звездами, так как влажность в этом районе, как правило, низкая, и какой бы там ни был водяной пар, он в основном висит в облаках ниже вершины. Посещение объекта перед восходом солнца стало популярной туристической деятельностью.
Всего существует 13 телескопов, включая пару Keck, два самых больших оптических телескопа в мире. Исследователи используют обсерватории для составления карт всего, от недавно обнаруженных спутников на орбите вокруг Юпитера до особенностей нашего Солнца, до галактик «из темных веков». Они также создали широкоугольные масштабируемые изображения неба.
8. Изучение галактического соседа
Как и в случае с Млечным путем, наше понимание других близлежащих галактик постоянно совершенствуется благодаря новым технологиям. Слева изображена небольшая область Большого Магелланова Облака (ЛКМ), третьей по величине нашей галактики на расстоянии около 160 000 световых лет.
В частности, туманность Тарантул демонстрируется здесь. Это самый большой и самый активный район звездообразования в нашем галактическом районе, что делает его невероятно ярким и невероятно интересным для астрономов, которые изучают, как звезды образуются, эволюционируют и в конечном итоге умирают. Некоторые из ярких голубых звезд, показанных на рисунке, являются самыми большими из всех зарегистрированных, их массы в 100 раз превышают массы Солнца.
ЛКМ был виден как смутная яркая дымка для ранних астрономов - отсюда и терминология «облаков». Однако только в Хаббле мы смогли разделить плотные скопления, такие как туманность Тарантул, как отдельные звезды и точно увидеть, что происходит в этой богатой явлениями галактике.
9. Космическое излучение и эволюция Вселенной
Большая часть картирования вселенной, которая имеет место, не выполняется в пределах спектра видимого света и не обязательно приводит к привлекательным или доступным изображениям.
Спутник Планка, запущенный в 2009 году Европейским космическим агентством, измеряет космический микроволновый фон (CMB) - тип излучения, которое пронизывает вселенную и считается связанным с событиями, которые произошли во время и сразу после Большого взрыва. Взяв показания CMB всего неба, Планк имеет целью ответить на большие вопросы: «Как возникла Вселенная, как она эволюционировала в состояние, которое мы наблюдаем сегодня, и как она будет развиваться в будущем?»
10. Поиски планет земного типа
Миссия Кеплера НАСА, которая использует орбитальный телескоп Кеплера, имеет заявленную цель обнаружения близких планет, похожих на Землю, тем самым давая более точную оценку того, сколько таких планет может существовать в Млечном Пути.
Чтобы быть «подобной Земле», планета должна иметь размер, аналогичный нашему - большие планеты, очевидно, легче обнаружить, но они состоят из газа (например, Сатурна и Юпитера), а не из твердых материалов. Кроме того, и самое главное, планета должна вращаться в «обитаемой зоне» своей звезды с температурой поверхности, которая позволила бы присутствие жидкой воды.
В конце 2011 года было объявлено о подтверждении первой такой планеты, Kepler-22b, и миссия уже определила более 2000 других планет-кандидатов. Ученые теперь полагают, что около 30 световых планет в пределах 30 световых лет от нас.
11. Дорожная карта локальной вселенной
Карта галактик на расстоянии 380 миллионов световых лет. Изображение: Гарвард-Смитсоновский Центр Астрофизики
Десять лет сканирования неба, выполненного наземными телескопами 2MASS Redshift Survey (2MRS), привели в 2010 году к самой полной карте нашей локальной вселенной на сегодняшний день. На трехмерном изображении, приведенном выше, изображены 43 000 галактик, расстояние от которых представлено цветами в ключе внизу справа.
Немного сложно увидеть 3D-ность на это здесь. От Gizmodo: «Трехмерные координаты каждой галактики были записаны, так что необработанные данные могли потенциально использоваться для построения реалистичной трехмерной модели Вселенной. Добавьте немного голографической технологии, и вы получите что-то прямо из Star Trek ».
12. Объединение отдельных телескопов в мощные массивы
27 отдельных радиоантенн очень большого массива в Нью-Мексико, каждая из которых окружена тарелкой диаметром 82 фута, работают сообща, чтобы эффективно создать одну массивную обсерваторию диаметром 22 мили. VLA полностью функционирует с 1980 года, а значительное обновление оборудования, завершенное в прошлом году, увеличило его технические возможности в 8 000 раз. Объект был переименован, чтобы отразить это значительное улучшение (новое название - Очень Большой массив Карла Дж. Янского).
За эти годы VLA наметил сверхдистанционные квазары и пульсары, изучил черные дыры и звездные системы, производящие планеты, и проследил движение газообразного водорода в центре нашей галактики. Он не вовлечен - независимо от того, что вы видели в контакте Джоди Фостер - в поисках внеземной жизни.
13. Доказательства существования темной материи
Современные теории утверждают, что более 80% вещества во вселенной не похоже на то, с чем мы взаимодействуем или наблюдаем каждый день. Эта вездесущая материя является «темной», и ее нельзя наблюдать непосредственно ни одной из технологий в этом списке.
Вместо этого астрономы должны измерить влияние темной материи на галактики и другие наблюдаемые явления. Один из таких эффектов называется гравитационным линзированием, которое возникает, когда свет удаленных объектов изгибается вокруг массивного объекта (в данном случае огромного количества темной материи) под действием силы тяжести этого объекта, смотрящего на нас на Земле так, как если бы он был проходя через изогнутый кусок стекла.
Это то, что происходит на изображении галактического скопления Абеля 1689 справа. Наше представление об этих галактиках искажается темной материей, присутствующей в скоплении (представленной в виде фиолетового свечения).
Используя подобные изображения из Хаббла и других источников и сравнивая степень линзирования с тем, как галактики выглядят нормально, астрономы в настоящее время создают трехмерную карту темной материи Вселенной.
14. Ближе к дому: картографирование дна океана
В то время как впечатляющий набор технологий направлен вверх, чтобы углубить наше понимание Вселенной за ее пределами, проводятся столь же интенсивные исследования, чтобы заполнить пробелы в наших знаниях об этой планете.
Лишь несколько десятилетий ученые смогли составить точные карты морского дна и множества обнаруженных там особенностей, начиная с использования разработанного в военном отношении гидролокатора после Второй мировой войны. Сегодня традиционный сонар используется в сочетании с другими методами, такими как магнитное картирование.
Это одна из возможностей автономного подводного аппарата Sentry (AUV). Однако, в то время как предыдущие приборы магнитной разведки буксировались позади судов на уровне поверхности, Sentry рассчитан на работу на высоте 100 м над морским дном на глубинах до 5 км. Эта близость, в сочетании с ее сверхчувствительным магнитометром, дают карты беспрецедентных деталей морского дна.
Часовой был использован для картирования потенциальных мест для подводной обсерватории у побережья штата Вашингтон. Его датчики окружающей среды также использовались во время исследований разлива нефти Deepwater Horizon.
15. Дайвинг на дно мира
Deepsea Challenger. Фото: Марк Тиссен / National Geographic
26 марта режиссер Джеймс Кэмерон вошел в историю, став первым человеком, который совершит одиночное погружение в Challenger Deep, самый отдаленный район Марианской впадины и самое глубокое место на Земле (семь миль вниз).
Кэмерон сделал это в своем собственном глубоководном погружном аппарате Deepsea Challenger, который был построен в секрете за последние восемь лет. Хотя он, как сообщается, почти ничего не видел во время семичасового погружения, его команда вернулась без него через несколько дней и сделала снимок справа, на котором изображен Deepsea Challenger, и его забрал беспилотный спутник «глубоководный спускаемый аппарат,”Чья приманка, вероятно, ответственна за привлечение существа, видимого на изображении.
Чтобы получить представление о том, насколько глубоко мы говорим, посмотрите этот рисунок. Challenger Deep на высоте 35 756 футов глубже, чем Эверест, с милей в запасе. Это намного дальше, чем глубина, на которой «если вы выстрелите из дырки в аквариуме под давлением, вместо того, чтобы выбрасывать воздух, вода устремится внутрь». Это намного глубже, чем там, где сражаются гигантские кальмары и кашалоты, и вдвое глубже, чем место отдыха Титаника, которое Кэмерон посетила в 1995 году.
В настоящее время ведутся другие проекты по проектированию и строительству судов, которые могут путешествовать до самого дна океана, в частности, DeepFlight Challenger Virgin Group. Возможно, не исключена возможность пакетной сделки на суборбитальном полете с Virgin Galactic и поездке по Мариане с Virgin Oceanic.
16. Из чего все сделано
От карт с бесконечно большими масштабами до бесконечно малых. Большой адронный коллайдер, введенный в эксплуатацию в 2008 году как крупнейший в мире ускоритель частиц, стремится доказать существование предполагаемой, но пока еще не замеченной бозонной частицы Хиггса.
Это все связано. Темная материя, которая составляет 83% вселенной, состоит из субатомной частицы, о которой трудно даже предположить. Электрон на орбите вокруг атома в вашем теле может одновременно находиться на орбите вокруг центра галактики.
Глядя на этот список и думая о том, как далеко продвинулись технологии даже за последние 10 лет, невозможно предсказать откровения следующих 10.
