Top 10 astronomische Entdeckungen

Einführung

Anmerkung des Herausgebers: Im Rahmen des Wissenschaftswochenendes zu Discovery am 20. Februar findet die Premiere des Films „Telescope“ statt, eine intensive Reise hinter die Kulissen zum nächsten Schritt in der Entwicklung von Teleskopen - dem James Tebb-Weltraumteleskop der NASA, gedreht von Oscar-Regisseur Nathaniel Kahn. Das James Webb-Teleskop wird 100-mal leistungsstärker sein als das Hubble-Weltraumteleskop der NASA / ESA (siehe Abbildung hier). "Telescope" erzählt von dieser epischen Mission und der gesamten Geschichte der Astronomie.

V-kosmose.com wird dieses Ereignis aufmerksam verfolgen und vor der Premiere relevante Artikel und Galerien zur Geschichte der Astronomie und den unglaublichen Leistungen von Hubble veröffentlichen, die seit mehr als 25 Jahren nach dem Start stattfinden. Lesen Sie kurz die 10 besten Momente in der Geschichte der Astronomie, die uns helfen werden, das Design des NASA-Weltraumteleskops der nächsten Generation zu verstehen ...

1. Der Himmel verändert sich und die Planeten bewegen sich.

Unsere ältesten Vorfahren verließen sich auf den Himmel, um den Wechsel der Jahreszeiten zu verfolgen. Ihm zufolge wussten sie, wann man nach bestimmten Tierarten jagen kann. Um die Entwicklung der Landwirtschaft wie im alten Ägypten voranzutreiben, sagten die Sterne voraus, wann das Getreide gesät und wann es eingesammelt werden sollte. Wir benutzen den Himmel als riesige Uhr, um die Zeit während des Jahres zu bestimmen. Als solche himmlischen Phänomene wie Finsternisse oder Kometen auftraten, erschienen sie als unvorhersehbare Ereignisse, die von Göttern erschaffen wurden. Heute wissen wir, dass dies auf Rotationen und Gravitationswechselwirkungen im Weltraum zurückzuführen ist.

Im Laufe der Zeit haben einige kluge Leute bemerkt, dass sich Sterne auf vorhersehbare Weise über den Himmel bewegen. Sie gingen den gleichen Weg wie die Sonne und bewegten sich über den Sternenhintergrund. Jetzt nennen wir diese Objekte Planeten (vom Griechischen lose übersetzt - "Wanderer"). In vielen Kulturen wurden die Planeten nach Göttern benannt. Sogar unsere Namen sind Merkur, Venus, Mars, Saturn und Jupiter (fünf in der Antike bekannte Planeten) ) - geschah zu Ehren höherer Wesen.

1. Die Erde (wie die Sonne) befindet sich nicht im Zentrum des Universums.

Früher (basierend auf der Religion) geglaubt, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Als die alten Astronomen den Himmel beobachteten, gab es viele Dinge, die sie nicht verstanden. Warum ändert der Mars zum Beispiel manchmal die Bewegungsrichtung über den Himmel und nimmt dann die Bewegung in dieselbe Richtung wie auf anderen Planeten wieder auf? Einige Astronomen haben sich komplexe geometrische Modelle ausgedacht, die als Epizyklen bezeichnet werden und die chaotische Bewegung der Planeten vorhersagen sollten.

Eine einfachere Lösung wurde von Nikolai Copernicus im 16. Jahrhundert vorgeschlagen, der Materialien veröffentlichte, bei denen sich die Sonne im Zentrum des Universums befindet und sich die Erde wie andere Planeten um sie dreht. Dasselbe wurde im dritten Jahrhundert von Aristarchos von Samos angenommen, aber seine Werke waren zu dieser Zeit in der westlichen Welt nicht gut bekannt. Dies löste das Epizyklen-Problem und wurde durch andere Beweise gestützt. Zum Beispiel hat die Entdeckung von Galileo von Monden, die sich um den Jupiter drehen, im Jahr 1610 bewiesen, dass sich nicht alles um die Erde dreht. Die religiösen Autoritäten waren mit dieser Entdeckung nicht zufrieden, aber mit der Zeit übertrafen die Beweise die Argumente.

Mit der Entwicklung der Teleskoptechnik haben wir schließlich gelernt, dass die Sonne nicht das Zentrum des Universums ist. Im Jahr 1750 glaubte man, dass die Milchstraße eine große Ansammlung von Sternen mit ihrem Zentrum ist. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts zeigte die Beobachtung neuer Sterne (Sternformationen) in anderen Galaxien, dass diese viel weiter entfernt sind als die Milchstraße. Der spätere Astronom Edwin Hubble fand Hinweise darauf, dass sich das Universum ständig ausdehnt und kein wirkliches Zentrum hat.

1. Alles steht unter dem Einfluss der Schwerkraft

Obwohl wir die Bewegung der Planeten gesehen haben, die sie in Bewegung bringt, ist sie seit Tausenden von Jahren kaum erforscht. Alles änderte sich im 17. Jahrhundert, als Sir Isaac Newton begann, mathematische Theorien bei der Beobachtung des Universums anzuwenden. Er berechnete die drei grundlegenden Bewegungsgesetze sowie das Gesetz der Weite der Welt, das besagt, dass sich zwei beliebige Objekte im Universum gegenseitig anziehen. Die Planeten haben eine große Anziehungskraft und die kleinen Steine ​​aus dem Saturnring sind klein.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts veränderte sich unser Verständnis der Schwerkraft durch Beobachtungen von Physikern wie Albert Einstein, die entdeckten, dass die Zeit je nach Ihrer Bewegung variieren kann. Wenn Sie mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit reisen, verlangsamt sich Ihr Zeitgefühl im Vergleich zu den Gefühlen der Menschen auf der Erde. Zeit wurde zur vierten Dimension (nach Länge, Breite und Höhe), die es ermöglichte, extreme Gravitationsbedingungen um Schwarze Löcher und andere Objekte mit massiver Schwerkraft zu verstehen. Die Schwerkraft von Objekten wird dann als Änderung der Raumzeit im Universum erklärt, wobei Objekte durch die Schwerkraft verändert werden.

Anfang 2016 wurden Gravitationswellen vom Laser Interferometric Gravitation-Wave Observatory (LIGO) detektiert. Dies ist im Wesentlichen eine Pulsation in der Raumzeit, die durch massive Objekte erzeugt wird, die sich umeinander drehen, wie Schwarze Löcher. Einstein sah ihre Existenz voraus und Astronomen versuchten sie 50 Jahre lang zu entdecken.

1. Es gibt Planeten jenseits des Saturn.

Das Teleskop ermöglichte es, viele kleine Objekte zu erfassen, die für das menschliche Auge nicht zugänglich sind. William Herschel entdeckte Uranus 1781 versehentlich, als er die Sterne im Katalog überprüfte, fand er den Wert 8 (schwächer als das menschliche Auge) nicht oder heller. Zu diesem Zeitpunkt bemerkte Herschel, dass Uranus sich über den Sternenhimmel bewegte. Er hatte vor, es König George III zu nennen, aber andere Astronomen beschlossen, den Planeten zu Ehren Gottes zu benennen, wie alle anderen auch. Weitere Entdeckungen folgten umgehend. Ceres (damals galt er als Asteroid, nicht als Zwergplanet) wurde 1801 entdeckt und ist der erste von Tausenden, die heute bekannt sind. Neptun wurde 1846 und Pluto (ursprünglich als Planet anerkannt) 1930 entdeckt. Das Sonnensystem wurde geräumiger als bisher angenommen. Im Laufe der Zeit sagten die Modelle voraus, dass sich Kometen höchstwahrscheinlich jenseits der Umlaufbahn von Neptun in der Region eisiger Objekte befinden würden, die Kuiper Belt genannt wird. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts veranlassten mehrere neue Objekte in der Größe von Pluto im Kuipergürtel die Internationale Astronomische Union, eine neue Kategorie von Objekten - „Zwergplaneten“ - zu erstellen und Pluton und Ceres in diese Kategorie aufzunehmen.

Nicht weniger auffällig war die Entdeckung der Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Zuerst fanden Astronomen 1992 drei Planeten, die den Pulsar PSR B1257 + 12 umkreisten, nach einem riesigen Exoplaneten, der 1995 den Stern der Hauptsequenz 51 Pegasus umkreiste. Wir kennen jetzt über 1000 bestätigte Exoplaneten außerhalb des Sonnensystems. mit Tausenden nicht bestätigt. Der größte Teil von ihnen wurde mit dem NASA-Kepler-Weltraumteleskop entdeckt, das 2009 gestartet wurde.

1. Es gibt ein kosmisches Tempolimit.

Wir verwenden die Lichtgeschwindigkeit als einzige Maßeinheit des Universums. Wir haben es jahrhundertelang gezählt und wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde beträgt. Die Sonne ist 8 Lichtminuten von der Erde entfernt. Die Entfernung zum nächsten Sternensystem (Alpha Centauri) beträgt ungefähr 4 Lichtjahre und die nächste große Galaxie (Andromeda) 2,5 Millionen Lichtjahre. Und obwohl wir Star Trek-Träume haben, durch das Universum zu diesen fernen Zielen zu reisen, sind wir jetzt durch die Gesetze der Physik begrenzt. Einsteins andere Entdeckung betraf das Verhältnis von Masse und Energie, das in der Gleichung E = mc2 gezeigt wird. Wenn Sie mit einer Geschwindigkeit fliegen, die der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt, erhöht die Energie, die erforderlich ist, um sie zu erreichen, Ihre Masse (und den Transport, auf dem Sie reisen). Vor Erreichen der Lichtgeschwindigkeit wird die Masse unendlich. Kann mich nicht schneller bewegen.

Wie auch immer, Wissenschaftler schlagen einige rationale Wege vor. Vielleicht gibt es Wurmlöcher im Universum, durch die Sie sich frei durch Raum und Zeit bewegen können. Vielleicht gibt es Möglichkeiten, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu kommunizieren, sodass verschränkte Quantenteilchen sofort interagieren können, egal wie weit sie voneinander entfernt sind (dies wird oft als „schreckliche Wechselwirkung in der Ferne“ bezeichnet). Soweit wir wissen, ist die Lichtgeschwindigkeit die höchste Geschwindigkeit, mit der Sie reisen können.

1. Wir sehen die Echos des Urknalls

Wenn das Universum als Ganzes begann und sich dann ausdehnte (ein Phänomen, das Urknall genannt wird), muss dies mit unvorstellbarer Energie geschehen. Mit der Zeit, als das Universum größer wurde, löste sich die Energie auf, kühlte sich ab und verdichtete sich zu Materie, die den Raum füllte.

Wir sind jetzt Zeuge der Spuren dieser gewaltigen Explosion nach der zufälligen Entdeckung im Jahr 1965. Zu einer Zeit, als Ralph Alfer 1948 Hintergrundstrahlung vorhersagte, fanden sie zwei Forscher der Bell Telephone Labs erst ein Jahrzehnt später, als sie Störungen an einem im Bau befindlichen Funkempfänger feststellten. Arno Penzias und Robert Wilson machten eine Entdeckung, als das andere Team 1965 versuchte, sie zu finden. Infolgedessen wurden zwei Artikel im Astrophysical Journal veröffentlicht (von jedem Team). Astronomen wissen jetzt, dass im kosmischen Mikrowellenhintergrund winzige Temperaturschwankungen (sogenannte Anisotropien) existieren, die die im alten Universum verursachten Schwankungen der unbedeutenden Dichte anzeigen. Diese winzigen Vibrationen können mit sehr empfindlichen Instrumenten wie der Wilkinson Space Microwave Anisotropic Probe der NASA und dem European Planck Space Telescope erfasst werden. Es wird angenommen, dass die Identifizierung dieser Abweichungen hilft, die Entstehung des Universums, den großen Umfang seiner Struktur und die Natur der Entstehung antiker Galaxien zu verstehen.

1. Das Universum dehnt sich aus und beschleunigt sich.

1929 entdeckte Edwin Hubble, dass sich das Universum ausdehnt. Er war ein aktiver und fleißiger Forscher, der mit einem neuen 100-Zoll-Teleskop am kalifornischen Mount Wilson viele Entdeckungen machte, darunter auch reale Entfernungen zu Galaxien. Zu diesem Zweck beobachtete er die neuen Sterne in diesen Galaxien, bestimmte deren Helligkeit und berechnete dann, in welchem ​​Verhältnis die Helligkeit zur Entfernung steht. Dann maß Hubble, basierend auf der Arbeit des Astronomen Vesto Slipfera, die Bewegung von Galaxien und veröffentlichte einen Artikel, der schließlich zeigte, dass sich das Universum ausdehnt.

Diese Entdeckung war erstaunlich, aber die Überraschung hielt an, als das Universum Ende der neunziger Jahre während der Expansion beschleunigt wurde. Die Astronomen haben Supernovae in fernen Galaxien gemessen und festgestellt, dass sie weniger hell sind, als sie hätten sein sollen, gemessen an ihrer Rotverschiebung (was darauf hinweist, dass sie sich von uns entfernen). Diese Entdeckung bescherte den Forschern den Nobelpreis.

1. Wir können den größten Teil der Materie des Universums nicht sehen.

Die beschleunigte Expansion des Universums war den Astronomen ein Rätsel und sie schlugen vor, dass es eine Kraft geben sollte, die es vorantreibt. Heute lautet die Haupttheorie, dass es eine Kraft namens Dunkle Energie gibt, die von modernen astronomischen Technologien nicht erkannt werden kann. Es gibt verschiedene Theorien über die Dunkle Energie. Vielleicht ist das der Weltraum. Während der Expansion des Weltraums wird mehr dunkle Energie erzeugt, was die Expansion noch weiter ausdehnt. Eine weitere mögliche Erklärung ergibt sich aus der Theorie der Quantenmaterie, nach der Quantenteilchen erscheinen und verschwinden und dabei Energie erzeugen.

Es wird angenommen, dass die Dunkle Energie ungefähr 68% der Masse des bekannten Universums ausmacht und die Dunkle Materie 27%. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, was dunkle Materie ist, aber sie erkennen, dass nach Gravitationsberechnungen der größte Teil des Universums für uns nicht sichtbar ist. Indirekt können wir dunkle Materie durch den Einfluss der Schwerkraft beobachten. Ein Beispiel ist die Lichtbrechung durch ein Phänomen wie eine Gravitationslinse. Der Rest des Universums, weniger als 5%, besteht aus Energie und Materie, die wir mit Teleskopen sehen können.

1. In anderen Welten gibt es Wassereis.

Wasser wird als Schlüsselelement des Lebens angesehen, und mit der Zeit lernen wir, dass es ein universelles Element im Sonnensystem und im gesamten Universum ist. Die ersten Beobachtungen von Raumfahrzeugen in den 1970er und 1980er Jahren zeigten die Existenz von Eiswelten jenseits der Erde. Die Entdeckung von Eissatelliten in der Nähe von Jupiter und Saturn und darüber hinaus war eine Überraschung, als wir den Erdsatelliten beobachteten, der keine Atmosphäre aufwies, aber im Laufe der Zeit lernten, ihre komplexe chemische Zusammensetzung zu bewerten.

Diese Welten (wie Europa Jupiter und Enceladus Saturn) gelten als am besten geeignet für das Leben außerhalb der Erde, das wir im Sonnensystem kennen. Es kann auch angemerkt werden, dass sich Wasser in flüssiger Form in diesen Satelliten befinden kann. Ein Beispiel ist Saturns Titan, der mit Kohlenwasserstoffen (einem der Bausteine ​​des Lebens) gefüllt ist und unter dessen Oberfläche sich möglicherweise ein flüssiger Ozean befindet. Neuere Beobachtungen in den 1990er Jahren und darüber hinaus zeigten an einigen unerwarteten Stellen Wassereis. Es stellte sich heraus, dass Wassereis auf einem luftleeren Satelliten und sogar auf Merkur (dem sonnennächsten Planeten) überleben kann, während es sich in schattigen Kratern oder unter einer Schutzschicht aus Staub befindet. Der Mars hat auch Polkappen, die teilweise aus Wassereis bestehen. Auf Kometen und einigen kleinen Welten, wie dem Zwergplaneten Ceres, ist Wassereis vorhanden.

1. Es gibt noch viele Entdeckungen.

Die Astronomie wird erst eine Menge interessanter Dinge lernen, nachdem sie die Teleskope verbessert hat, um den Ursprung des Universums zu untersuchen und nach anderen Welten zu suchen. Die NASA NASA (Hubble Space Telescope Receiver) soll 2018 das James Webb Space Telescope auf den Markt bringen, um den Ursprung und die Entwicklung von Galaxien, die Entstehung von Sternen und den Ursprung des „ersten Lichts“ (als der erste Lichtstrahl unmittelbar nach der Entstehung des Universums auftrat) zu untersuchen.

Das European Extremely Large Telescope, das 2024 fertiggestellt werden soll, wird die Geheimnisse des Universums von der Erde aus verfolgen. Mit ihrer Hilfe sollen Exoplaneten, die Anfänge des Universums, supermassereiche Schwarze Löcher und die mysteriöse Natur von Dunkler Materie und Dunkler Energie betrachtet werden. ECBT, James Webb und die nächste Generation von Teleskopen werden nach erdähnlichen Planeten in anderen Sternensystemen suchen, einschließlich der Untersuchung ihres Ursprungs, ihrer Atmosphäre und ihrer Umlaufbahnen.

Die jüngste Entdeckung von Gravitationswellen, die eine Schlüsselkomponente von Einsteins vor 100 Jahren vorhergesagter allgemeiner Relativitätstheorie sind, kann eine neue Art von Astronomie hervorbringen - Gravitationswellenastronomie. Unabhängig vom elektromagnetischen Spektrum (sichtbares Licht, Röntgen- und Infrarotstrahlung) kann die Gravitationswellenastronomie die Pulsation im Raum messen und so massive Objekte sichtbar machen, die sonst unsichtbar geblieben wären.