Universets historie og struktur (infografik)

Universets struktur og historie

Hvis du kunne kigge uden for universet for at se, hvordan det ser ud, hvad ville du så se? (Billedkredit: Illustration: Karl Tate, baseret på et foto af Galaxy M74 (NASA, ESA og Hubble Heritage Collaboration) og graveringen 'Awakening of the Pilgrim' fra 'The Atmosphere: Popular Meteorology' af Camille Flammarion, 1888)



Det oplyste univers

Vores rejse mod at forstå naturen i vores univers begyndte for tusinder af år siden og havde sine rødder i religion og filosofi.



Illustration: Karl Tate, baseret på et foto af Galaxy M74 (NASA, ESA og Hubble Heritage Collaboration) og graveringen 'Awakening of the Pilgrim' fra 'The Atmosphere: Popular Meteorology' af Camille Flammarion, 1888

Vores rejse mod at forstå naturen i vores univers begyndte for tusinder af år siden og havde sine rødder i religion og filosofi. For omkring 2.300 år siden udledte omhyggelige observatører i Middelhavet, at Jorden skal være rund og skal kredser om solen.

Uden nogen måde for at disse tidlige teorier kunne bevises korrekte, kunne de imidlertid ikke stå imod den mere flatterende forestilling om, at Jorden var i centrum for alt, og at kosmos eksisterede for at støtte menneskeliv og skæbne.

Da den italienske astronom Galileo Galilei opfandt det astronomiske teleskop omkring 1900 år senere, var det endelig muligt at foretage præcise observationer om planeterne og stjernerne. En videnskab om hele universets struktur og historie, kaldet 'kosmologi', opstod.FØRSTE OP: Hvad vi ved nu >>

Det tog lidt mere end syv dage at skabe universet, som vi kender det i dag. demokratija.eu ser på himmelens mysterier i vores serie i otte dele: Kosmos historie og fremtid. Dette er del 4 i den serie.



Hele Enchilada

Vores nuværende forståelse af universets historie er visualiseret ovenfor, hvor tiden løber fra venstre mod højre.

Hubble Space Telescope Science Institute

Vores nuværende forståelse af universets historie er visualiseret ovenfor, hvor tiden løber fra venstre mod højre. Vi tror, ​​at universet straks efter dets oprettelse på tidspunktet for Big Bang udvidede sig dramatisk - en begivenhed kaldet inflation.

Vores jord dannede sig, da universet var omkring 9,2 milliarder år gammelt. Udvidelsen af ​​universet fortsætter i dag og accelererer. I denne serie af infografik vil vi først se på universets struktur i større og større skalaer og finde ud af lidt om, hvordan vi nåede frem til vores nuværende forståelse af det. I den anden del af vores sekvens begynder vi med Big Bang og går fremad i tiden for at se, hvordan universet har udviklet sig til i dag.NÆSTE: Første stop, jorden >>



Jorden er rund

Vores første stop er den planet, vi kalder hjem.

Jordbillede: NASA; Eratosthenes portræt: ukendt kunstner

Vores første stop er den planet, vi kalder hjem. Viden om, at Jorden er formet som en kugle, er faktisk ret gammel.

For omkring 2.500 år siden rapporterede græske rejsende, at forskellige stjernebilleder var synlige på himlen, når man gik langt mod nord eller syd. Skarpe iagttagere ville også have bemærket, at under en formørkelse af månen har skyggen kastet af jorden en rund kant. Et par århundreder senere vurderede den lærde Eratosthenes Jordens størrelse ved at notere forskellen mellem længderne af skygger, der blev kastet af solen på steder, der ligger et par hundrede miles fra hinanden.

Ved at antage, at solen var så langt væk, at dens lysstråler var parallelle, kunne Eratosthenes bruge simpel geometri til at beregne jordens omkreds. Det vides ikke, hvor nøjagtig hans måling var, men den kan have været væk fra det sande tal med højst et par procentpoint.NÆSTE: Solsystemet >>



Jorden er en planet

Nu trækker vi tilbage for at se Jorden i sammenhæng med det indre solsystem.

Karl Tate, demokratija.eu; Johannes Kepler portræt: ukendt kunstner

Nu trækker vi tilbage for at se Jorden i sammenhæng med det indre solsystem. Tidlige ideer om solens, jordens og planternes bevægelser stammer fra teologiske, astrologiske og filosofiske forestillinger om, hvordan Gud må have ordnet verden.

Den polske astronom Nicolaus Copernicus forårsagede et oprør i midten af ​​1500'erne ved at foreslå, at Jorden bevægede sig rundt om solen og ikke, som kristendommens ledere lærte, solen omkring Jorden. I århundreder blev planerne antaget at bevæge sig, fordi de var indlejret i indlejrede 'krystalkugler', der roterede omkring et centralt punkt.

Imidlertid blev det bemærket i det 16. århundrede, at kometer bevægede sig på en sådan måde, at de ville styrte dem gennem disse krystalkugler. Udskiftning af kuglerne var tanken om 'epicykler', cirkler overlejret på cirkler, der matematisk påvirkede hinanden til at resultere i de observerede planetbevægelser.

Endelig, i 1609, offentliggjorde den tyske matematiker Johannes Kepler sine teorier om planetarisk bevægelse, der fastslog, at kroppe i vores solsystem bevæger sig i baner formet som ovaler frem for cirkler.NÆSTE: Planeter er andre verdener >>

Planeterne er verdener

Fra de tidligste epoker i menneskelig forhistorie antages det, at hele universet kun omfatter de elementer, der er synlige for det blotte øje.

Karl Tate, demokratija.eu; Galileo Galilei: portræt af Ottavio Leoni

Fra de tidligste epoker i menneskelig forhistorie antages det, at hele universet kun omfatter de elementer, der er synlige for det blotte øje: Jorden, dens måne og sol, fem lyspunkter, der bevægede sig og blev kaldt 'planeter' plus en fjern kugle hvorpå stjernerne og det glødende bånd af Mælkevejen var indlejret.

Teorier om astrologi og senere astronomi blev udtænkt for at forklare disse himmelske objekters bevægelser, men deres sande natur kunne man kun gætte på. Da den italienske astronom Galileo i 1609 endelig trænede et råteleskop på himlen, opdagede han, at planeterne var andre verdener. Flere af disse verdener viste sig at have deres egne måner.

Ved hjælp af teleskopet blev tidligere ukendte planeter opdaget i vores solsystem: Uranus i 1781 og Neptun i 1846. Med teleskopet blev det muligt at studere mindre kroppe som kometer og asteroider, og også stjernerne og nebulaserne i det fjerne himmelsk sfære.NÆSTE: Et hav af stjerner >>

Stjernerne er soler

I 1600 -tallet foranledigede opfindelsen af ​​teleskopet af Galileo og opdagelsen af ​​bevægelseslove af Kepler erkendelsen af, at stjerner var ligesom solen.

Diagram over lokale stjerner: Karl Tate, baseret på public plot data plot; Friedrich Bessel portræt: Christian Albrecht Jensen

I 1600 -tallet foranledigede opfindelsen af ​​teleskopet af Galileo og opdagelsen af ​​bevægelseslove af Kepler erkendelsen af, at stjerner var ligesom solen, som alle adlød de samme fysiske love. I det 19. århundrede gjorde spektroskopi - studiet af lysets bølgelængder, der udsendes af objekter - det muligt at undersøge de gasser, som stjerner er lavet af.

Forskere fandt også ud af det 19. århundrede, hvordan man måler afstanden til stjerner. Når et objekt ses fra forskellige udsigtspunkter, ser objektet ud til at skifte i forhold til den mere fjerne baggrund. Skiftet kaldes 'parallaks'. Når jorden kredser om solen, giver den et skiftende udsigtspunkt for at observere stjernerne. Da stjernerne er så meget mere fjernt end objekter i vores eget solsystem, er parallakskiftet meget lille og svært at måle.

Den tyske matematiker og astronom Friedrich Bessel var den første til med succes at måle parallaksen til stjernen 61 Cygni og anslog dens afstand til Jorden til 10,4 lysår. (Senere skøn justerede denne afstand til 11,4 lysår.)NÆSTE: Galaxy og Dark Matter >>

En galakse holdt sammen af ​​Dark Matter

Layoutet af vores galakse er svært at finde ud af fra vores udsigtspunkt, som er indlejret i

Mælkevejen Galaxy -kort: Robert Hurt; Fritz Zwicky -foto via University of Virginia Institutt for astronomi

Layoutet af vores galakse er svært at finde ud af fra vores udsigtspunkt, som er indlejret i den. Ved at studere formerne for fjerne galakser og omhyggeligt måle de objekter, vi ser i vores egen galakse, har vi udledt, at vores er en spærret spiral galakse.

En central stangformet kerne sammensat af stjerner (og som rummer et ekstremt stort sort hul) er omgivet af spiralformede arme, også dannet af stjerner samt gas og støv. Vi er placeret i en spur, eller gren, der strækker sig mellem store spiralarme. Den nøjagtige konfiguration af spiralarme diskuteres stadig af astronomer, men en nylig undersøgelse fandt ud af, at vores Mælkevejs galakse har to store arme, der forgrener sig i fire arme mod ydersiden.

Spiralarmene i vores galakse menes at være en slags densitetsbølge, der bevæger sig rundt om den flade disk. Materiale bukker op, og der dannes stjerner langs armene. Alt i galaksen kredser rundt om dens centrum, og armene er ikke faste strukturer. Vores solsystem bevæger sig ind og ud af spiralarmene, mens det kredser.

Mens vi studerede galaksernes rotation, blev det bemærket, at de ikke roterer, som vi ville forvente, at de ville tage ud fra tyngdekraften i det stof, vi kan se. Den schweiziske astronom Fritz Zwicky foreslog i 1934, at der må være en stor mængde usynligt eller 'mørkt' stof til stede, hvilket gør spiralgalakser mere massive, end de ser ud til.

Siden dengang har astrofysikere søgt efter dette mørke stof og ofte spekuleret i, at det kan bestå af eksotiske partikler i modsætning til alt det, vi kender på Jorden. Nuværende skøn viser, at vores univers for det meste består af ukendte former for mørkt stof og mørk energi, idet velkendte atomer kun er en lille brøkdel af totalen.NÆSTE: Galakser fyldt med stjerner >>

Galakser er lavet af stjerner

Mælkevejen, et svagt lysbånd, der spænder over himlen, har været kendt gennem historien.

Mælkevejen Galaxy -kort: Robert Hurt; Edwin Hubble -foto via NASA

Mælkevejen, et svagt lysbånd, der spænder over himlen, har været kendt gennem historien. Dens sande natur blev ikke opdaget før i det 17. århundrede, da Galileo Galilei studerede Mælkevejen med et teleskop og fastslog, at båndet var sammensat af et væld af stjerner. Små fuzzy lyspletter kan ses på himlen; disse blev kaldt nebulae.

I det 18. århundrede blev det spekuleret i, at Mælkevejen var et enormt system af stjerner bundet sammen af ​​tyngdekraften, men stjernetågenes natur forblev ukendt. De kunne have været små gasskyer inden for Mælkevejen, eller måske var de uden for vores galakse. Det kunne ikke bevises, om Mælkevejen udgjorde hele universet eller ej.

Ved hjælp af det nybyggede 100-tommers teleskop ved Mount Wilson Observatory i Californien studerede den amerikanske astronom Edwin Hubble stjerner kaldet Cepheids, som lyser og dæmpes i et mønster relateret til deres iboende lysstyrke, hvilket gør dem velegnede til brug som målestok til estimering af kosmiske afstande. I et papir fra 1925 konkluderede Hubble, at nogle af stjernetågerne var uden for Mælkevejen og var kæmpe galakser i sig selv og afslørede et univers, der var meget større end vores egen hjemmegalakse.NÆSTE: Universet bliver organiseret >>

Massiv organisation

Det blev først bemærket i sidste halvdel af 1800 -tallet, at der er en stor gruppe stjernetåger i stjernebilledet Jomfruen. Senere blev det opdaget, at disse stjernetåger er separate galakser uden for vores Mælkevej.

Diagram: Karl Tate baseret på NASA -illustration; Brent Tully -foto via Institute for Astronomy, University of Hawaii

Det blev første gang bemærket i sidste halvdel af 1800 -tallet, at der er en stor gruppe af nebulas i stjernebilledet Jomfruen. Senere blev det opdaget, at disse stjernetåger er separate galakser uden for vores Mælkevej.

Hundrede år senere spekulerede astronomer i, at den tilsyneladende justering af disse galakser kan indikere et højere niveau af kosmisk struktur, der på forskellige måder kaldes en 'metagalakse' eller 'superklynge'. I 1982 offentliggjorde astronomen R. Brent Tully en analyse af afstandene til superklyngens medlemsgalakser, der viste, at de faktisk var en del af en større organisation.

Afstandene blev bestemt ved at notere rødforskydningen af ​​lysspektrene fra galakserne. (Se 'Time Zero: The Big Bang' senere i dette galleri for en mere detaljeret forklaring af rødforskydning.)NÆSTE: Største strukturer i rummet >>

De største strukturer i rummet

Kredit: 2dF Galaxy Redshift Survey, anglo-australsk observatorium; Margaret Geller -foto via Harvard University Institutt for astronomi

Kredit: 2dF Galaxy Redshift Survey, anglo-australsk observatorium; Margaret Geller -foto via Harvard University Institutt for astronomi

De største strukturer, vi kender til, er de galaktiske filamenter - også kaldet superklyngekomplekser - der omgiver store tomrum i rummet. Galakserne i et filament er bundet sammen af ​​tyngdekraften.

Da den første af disse strukturer blev opdaget af Margaret Geller og John Huchra i 1989, blev den kaldt 'Den Kinesiske Mur'. En meget større struktur, 'Sloan Great Wall', blev opdaget i 2003 af J. Richard Gott III og Mario Jurić.

Aktuel forskning i universets store struktur anvender data indsamlet ved rødforskydningsundersøgelser som Sloan Digital Sky Survey. Disse bestræbelser bruger digitale kamerasensorer til at fotografere områder på himlen og fange millioner af fjerne objekter sammen med de data, der er nødvendige for at kortlægge dem i 3D-rum.NÆSTE: Det fjerneste, vi kan se >>

Det fjerneste, vi kan se

Det observerbare univers er alt, hvad vi kan opdage.

Simulering af observerbart univers: Karl Tate, demokratija.eu; Alan Guth -foto via Brookhaven National Laboratory

Det observerbare univers er alt, hvad vi kan opdage. Det er en kugle på 93 milliarder lysår i diameter, centreret om Jorden. Vi kan ikke opfatte hele universet på én gang på grund af den langsomme lyshastighed sammenlignet med universets store skala.

Når vi kigger ud i rummet, ser vi objekter, som de var på tidligere og tidligere tidspunkter i historien. På grund af den accelererende ekspansion af universet er fjerne objekter meget længere væk, end deres alder ville have os til at tro. For eksempel anslås kanten af ​​det observerbare univers at være omkring 46 milliarder lysår væk, selvom selve universet kun er 13,7 milliarder år gammelt.

Universets sande omfang er ukendt. Det kan være meget større end det observerbare univers - måske endda uendelig i størrelse. Lys fra de fjerneste regioner ville dog aldrig kunne nå os; rummet, det skal passere, udvider simpelthen for hurtigt.

Vores nuværende billede af det observerbare univers skylder meget den amerikanske fysiker Alan Guth, der i 1980'erne fandt ud af, hvordan et univers, der lignede vores eget, kunne være kommet ud af Big Bang -begivenheden, der skabte det. Dernæst vil vi nulstille uret til nul og se, hvordan universet udviklede sig fra dets begyndelse til i dag.NÆSTE: Big Bang >>