Videnskab
Hvert år får vi en lidt bedre forståelse af universets natur og vores plads i det.
FOR DE fleste af os er den kortlægningsteknologi, vi bruger til daglig, begrænset til instrumentbræt-monterede GPS-enheder.
Ingen respektløshed - Jeg mener, for bare 10 år siden var vi afhængige af papirkurvepladser for at komme, hvor vi skulle; banebrydende betød rutefinding i Mapquest og derefter udskrive siderne.
Men mens du læser dette, arbejder hundredevis af forskerehold med langt mere komplekse teknologier for at kortlægge alt fra universets fjernvidde til de mest uendeligt små partikler deri. For kun få uger siden gjorde astronomer, der brugte det stadig under konstruktion ALMA-observatorium (afbildet ovenfor), en stor opdagelse om det nærliggende Fomalhaut-system - dybest set, at det sandsynligvis indeholder en masse jordstørrede planeter.
Det følgende er en liste over lignende betydningsfulde opdagelser om sammensætning og layout af vores univers og beskrivelser af de nyeste teknologier inden for astronomi, partikelfysik og havvidenskab, der har gjort dem mulige.
1. Den næste generation: James Webb Space Telescope
Hubble- og Spitzer-rumteleskopene har vugget det i henholdsvis 22 og 9 år. De er ansvarlige for at fremstille de utrolige dyb-rum-billeder, som vi alle kender, hvoraf nogle er inkluderet nedenfor. Men Spitzer har allerede opbrugt sine reserver af flydende helium, der kræves til sine primære operationer, og Hubble forventes kun at vare yderligere to år. James Webb er deres efterfølger.
Med forskellige konstruktionsfaser i gang i 17 lande er James Webb-rumteleskopet planlagt afsluttet i 2018. Dets design indeholder 18 guldbelagte hexagonale spejle, som vil fokusere lys fra super fjerne målkilder og fange synlige og infrarøde højopløsninger billeder. I teorien betyder det, at det vil være i stand til at se de fjerneste objekter i universet, såsom de første stjerner og galakser, der dannes efter Big Bang.
På billedet ovenfor ser “NASA-ingeniør Ernie Wright på, da de første seks flyveklare James Webb Space Telescope's primære spejlsegmenter er klar til at begynde endelig kryogen test i NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, AL.” Funktionalitet skal testes under forhold svarende til dem, der opleves inden for James Webbs målbane, 930.000 miles lige op.
2. Kortlægning af vores galakse
På nogle indlysende måder er Mælkevejen den galakse, vi kender bedst. Alle dens bestanddele er meget, meget tættere på Jorden end deres modparter i fremmede galakser. Men når det kommer til at forstå den overordnede form og makeup af Mælkevejen, har opgaven altid været vanskelig - netop fordi vi har ret i det tykke.
Så sent som i 1785 gjorde astronomer dette ved at tælle individuelle stjerner set fra Jorden og plotte dem på et groft galaktisk kort. Senere kom de virkelige gennembrud fra at observere andre galakser og indse, at de overvejende er i overensstemmelse med en af tre hovedstrukturtyper. Mælkevejen blev bestemt til at være af spiralsorten med en tyk stang, der halverer dens centrale bule.
Indførelsen af radioteleskoper midt i det 20. århundrede gjorde det muligt for astronomer at måle brintproduktionen i forskellige sektorer af galaksen, hvilket førte til en mere nøjagtig kortlægning af spiralarme og spærrede centrum. Som vist på grafikken til højre er vores sol placeret i Orion-armen. Når du ser Mælkevejen om natten, kigger du kant og ind gennem Skytten, Scutum-Crux og Norma Arms mod den tætte galaktiske kerne.
3. Et nærmere kig på midten af Mælkevejen
Moderne åbenbaringer om vores galakse kommer med tilladelse fra rumteleskoperne Hubble og Spitzer. Den infrarøde komposit ovenfor kombinerer billeder fra hver teknologi for at skabe det mest detaljerede billede, der nogensinde er taget af dette område af rummet. Mens dimensionerne på det indlejrede foto her er 900 × 349 pixels, repræsenterer de et område 300 × 115 lysår i størrelse.
Det var kendt, at det galaktiske centrum bestod af tre store klynger af massive stjerner, men dette billede viser mange flere gigantiske individer fordelt langt ud over klyngernes grænser. Det er også almindeligt accepteret, at et supermassivt sort hul gemmer sig et eller andet sted i denne centrale region. Det tog Hubble 144 kredsløb om Jorden og 2.300 eksponeringer for at generere højopløsningsmosaik ovenfor.
4. Hubble-rumteleskop
Dette er det stykke teknologi, der er ansvarlig for alle de smukke pladsbilleder. Kinda ligner en dåse med en folie indpakket omkring den ene ende. Eller en rigtig dyre burrito.
Hubble tog 11 år at bygge og blev lanceret i 1990. Bare få uger efter dens mission blev det tydeligt, at målingerne af teleskopets primære spejl var slukket - med 2, 2 mikrometer. Hubble var heldigvis designet til at imødekomme service på banen. I 1993 blev korrektionsoptik installeret af besætningen på Endeavour, hvilket bragte instrumentet op på originale designstandarder. Billedet ovenfor blev taget under en sidste planlagt servicemission i 2009.
Med hensyn til fremskridt, der er gjort inden for både videnskabelig og lægelig forståelse af universet, er Hubble-rumteleskopet uden tvivl den mest markante kortlægningsteknologi, der nogensinde er blevet anvendt.
5. Going Ultra Deep
Blandt de største resultater af Hubble er denne undersøgelse - en sammensætning af 800 eksponeringer, der er taget over 11 dage, rettet mod en ellers”tom” skive af himmel inden for stjernebilledet Fornax.
Hvert af de lyspunkter, der er synlige i Hubble Ultra Deep Field-skuddet, er en galakse meget, meget langt væk. Deres lys, som det ses på billedet til højre, rejste i 13 milliarder år, før de påvirkede Hubbles sensorer og skabte dette billede. Det betyder, at ved at se på dette, observerer du universet, da det var bare 400-800 millioner år efter Big Bang.
Der er 10.000 galakser på billedet. Det viser et himmelområde kun 1/10 af fuldmånens diameter set fra Jorden. Du behøver ikke gøre matematik for at det kan sprænge dit sind.
Gør dig selv en fordel, og klik for at udvide denne.
6. Måling af universets ekspansionshastighed
Ikke kun har Hubble givet os det dybeste billede af universet, der nogensinde er optaget, og hjulpet astronomer med mere nøjagtigt bestemmelse af universets alder, det har også spillet en nøglerolle i, hvordan vi måler universets ekspansionshastighed.
Siden Edwin Hubbles arbejde i slutningen af 1920'erne har vi vidst, at universet udvides - afstanden mellem hvert objekt i universet øges. Satsen for denne stigning blev imidlertid bestridt indtil for nylig. I de sidste flere år har Hubble-teleskopdata fra astronomiske objekter som supernovaer (såsom Crab Nebula, afbildet ovenfor, resterne af en stellar eksplosion, der fandt sted i 1054 e. Kr.) ført til dramatisk mere nøjagtige målinger af Hubble Constant, den matematiske repræsentation af ekspansionstakten.
Med andre ord, data fra Hubble skaber både mere detaljerede kort over vores univers og hjælper os med at forstå, hvordan disse kort konstant ændres.
7. Observatorier øverst på Hawaii
Op på 13.796 ft på toppen af Mauna Kea på den store ø Hawaii sidder denne samling af internationalt ejede observatorier. Det er et godt sted at stirre, da fugtigheden i området generelt er lav, og uanset vanddamp der hænger for det meste i skyer under toppen. Et besøg før solopgang på anlægget er blevet en populær turistaktivitet.
Der er i alt 13 teleskoper, inklusive Keck-paret, to af de største optiske teleskoper i verden. Forskere bruger observatorierne til at kortlægge alt fra nyligt opdagede satellitter i kredsløb omkring Jupiter, til funktioner i vores sol, til galakser “fra de mørke tider.” De har også skabt zoombilleder med bredt felt af himlen.
8. At studere en galaktisk nabo
Som med Mælkevejen, udvikles vores forståelse af andre nærliggende galakser konstant af nye teknologier. På venstre side er en lille region af den store magellanske sky (LMC), den tredje nærmeste galakse til vores egen i en afstand af omkring 160.000 lysår.
Specifikt vises Tarantula Nebula her. Dette er den største og mest aktive stjerneproducerende region i vores galaktiske kvarter, hvilket gør det utroligt lysende og af utrolig interesse for astronomer, når de studerer, hvordan stjerner dannes, udvikler sig og i sidste ende dør. Nogle af de viste lyseblå stjerner er de største, der endnu er registreret, med masser over 100 gange større end solens.
LMC var synlig som en vagt lys uklarhed for de tidlige astronomer - dermed "sky" -terminologien. Det var dog først i Hubble, at vi var i stand til at løse stramme klynger som Tarantula-tågen som individuelle stjerner og se nøjagtigt, hvad der foregik i denne fænomenrige galakse.
9. Kosmisk stråling og universets udvikling
Det meste af den universelle kortlægning, der finder sted, foregår ikke inden for spektret af synligt lys, og resulterer ikke nødvendigvis i attraktive eller tilgængelige billeder.
Planck Satellite, der blev lanceret i 2009 af ESA, måler den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) - en type stråling, der gennemsyrer universet og menes at være bundet til begivenhederne, der fandt sted under og lige efter Big Bang. Efter at have taget CMB-læsninger af hele himlen har Planck som mål at besvare de store spørgsmål: "hvordan begyndte universet, hvordan udviklede det sig til den tilstand, vi observerer i dag, og hvordan vil det udvikle sig i fremtiden?"
10. Søgningen efter jordlignende planeter
NASAs Kepler-mission, der bruger det kredsende Kepler-teleskop, har det erklærede formål at opdage nærliggende jordlignende planeter og derved give et mere nøjagtigt skøn for, hvor mange sådanne planeter der måske findes i Mælkevejen.
For at være”jordlignende” skal en planet have en størrelse, der ligner vores - store planeter er naturligvis lettere at få øje på, men er sammensat af gas (som Saturn og Jupiter) i modsætning til faste materialer. Derudover og vigtigst af alt skal planeten gå i kredsløb inden for den "beboelige zone" af sin stjerne med overfladetemperaturer, der tillader tilstedeværelse af flydende vand.
I slutningen af 2011 blev bekræftelse af den første sådan planet, Kepler-22b, annonceret, og missionen har allerede identificeret over 2.000 andre kandidatplaneter. Forskere mener nu, at der sandsynligvis findes omkring 100 jordlignende planeter inden for 30 lysår efter os.
11. En køreplan for det lokale univers
Et kort over galakser ud til en afstand af 380 millioner lysår. Billede: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Ti års himmel-scanning udført af jordbaserede teleskoper af 2MASS Redshift Survey (2MRS) resulterede i 2010 på det mest komplette kort over vores lokale univers til dato. 3D-billedet ovenfor plotter 43.000 galakser med deres afstand til os repræsenteret af farverne i tasten nederst til højre.
Det er lidt vanskeligt at få 3D-nesen til at se det her. Fra Gizmodo:”3D-koordinaterne for hver galakse blev registreret, så de rå data potentielt kunne bruges til at opbygge en realistisk 3D-model af universet. Smid holografisk teknologi i, og du har noget lige fra Star Trek.”
12. Knytte individuelle teleskoper til kraftige arrays
De 27 separate radioantenner fra New Mexicos Very Large Array, som hver er omgivet af en fad med en diameter på 82 meter, arbejder sammen for effektivt at skabe en massiv observationsantenne med en diameter på 22 miles. VLA har været fuldt operationel siden 1980, og en betydelig hardwareopgradering afsluttet sidste år har øget sin tekniske kapacitet med en faktor på 8.000. Faciliteten blev omdøbt til at afspejle denne betydelige forbedring (det nye navn er Karl G. Jansky Very Large Array).
I årenes løb har VLA kortlagt super-fjerne kvasarer og pulsarer, undersøgt sorte huller og planetproducerende stjernesystemer og sporet bevægelsen af brintgas i midten af vores galakse. Det er ikke involveret - uanset hvad du så Jodie Foster laver i Kontakt - i søgen efter udenjordisk liv.
13. Bevis for eksistensen af mørk stof
Aktuelle teorier hævder, at mere end 80% af sagen i universet ikke er som de ting, vi interagerer med eller observerer hver dag. Denne allestedsnærværende sag er "mørk", og den kan ikke direkte overholdes af nogen af teknologierne på denne liste.
I stedet skal astronomer måle virkningen af mørkt stof på galakser og andre observerbare fænomener. En sådan effekt kaldes gravitationslinsering, der opstår, når lyset fra fjerne genstande er bøjet omkring en massiv genstand (i dette tilfælde en enorm mængde mørk stof) af det objekts tyngdekraft, der ser til os på Jorden, som om det var passerer gennem et buet stykke glas.
Dette er hvad der sker på billedet af Galaxy Cluster Abell 1689 til højre. Vores syn på disse galakser bliver forvrænget af det mørke stof, der findes i klyngen (repræsenteret som den lilla glød).
Ved at bruge billeder som dette fra Hubble og andre kilder og sammenligne graden af linser med, hvordan galakserne ser ud normalt, er astronomer i færd med at skabe et 3D-kort over universets mørke stof.
14. Tættere på hjemmet: Kortlægning af havbunden
Mens en imponerende vifte af teknologi er peget opad for at øge vores forståelse af universet ud over, forskes der lige så intensiv for at udfylde hullerne i vores viden om denne planet.
Det har kun været et par årtier, at forskere har været i stand til at fremstille nøjagtige kort over havbunden og de mange forskellige funktioner, der findes der, begyndende med brugen af militært udviklet ekkolod efter 2. verdenskrig. I dag anvendes traditionel ekkolodd sammen med andre teknikker, såsom magnetisk kortlægning.
Dette er en af mulighederne for det autonome Sentry autonome undervands køretøj (AUV). Mens tidligere magnetiske undersøgelsesinstrumenter blev trækket bag skibe på overfladeniveau, er Sentry imidlertid designet til at operere 100 m over havbunden i dybder på op til 5 km. Denne nærhed, kombineret med dets superfølsomme magnetometer, producerer havbundskort med hidtil uset detalje.
Vagtpost er blevet brugt til at kortlægge potentielle steder til et undervandsobservatorium ud for kysten af Washington State. Dets miljøsensorer blev også brugt under undersøgelser af Deepwater Horizon-oliespild.
15. Dykning til bunden af verden
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
Den 26. marts skabte filmregissør James Cameron historie ved at blive den første person, der solodykede til Challenger Deep, det mest afsidesliggende område af Mariana Trench og det dybeste sted på Jorden (syv miles lige ned).
Cameron gjorde det inde i sin helt egen dybhavsdyp, Deepsea Challenger, som blev bygget i hemmeligholdelse de sidste otte år. Mens han efter sigende ikke så meget i løbet af det syv timers dykk, vendte hans hold tilbage uden ham et par dage senere og fangede billedet til højre, der viser Deepsea Challenger og blev taget af den ubemande ledsager dyphavslander,”Hvis agn sandsynligvis er ansvarlig for at tiltrække det væsen, der ses på billedet.
For en sjov referenceramme, hvor dybt vi snakker, kan du tjekke denne grafik. Ved 35 756 fod er Challenger Deep dybere, end Everest er høj, med en kilometer til overs. Det er langt videre end dybden, hvor "hvis du skyder et hul i en SCUBA-tank under tryk, i stedet for at flyve ud, strømmer vand ind." Vej dybere end hvor gigantiske blæksprutter og sæd hvaler kæmper, og mere end dobbelt så dybt som hvilestedet til Titanic, som Cameron besøgte i 1995.
Andre projekter er i gang med at designe og konstruere skibe, der kan rejse til bunden af havet, især Virgin Groups DeepFlight Challenger. Måske er muligheden for en pakkeaftale på en suborbital flyvning med Virgin Galactic og en tur ned ad Mariana med Virgin Oceanic ikke så langt væk.
16. Hvad det hele er lavet af
Fra kort med skalaer uendeligt store, til de uendeligt små. The Large Hadron Collider, bragt online i 2008 som verdens største partikelaccelerator, forsøger at bevise eksistensen af den hypotetiske, men endnu ikke observerede Higgs boson-partikel.
Det hele er forbundet. Mørkt stof, der udgør 83% af universet, er sammensat af en subatomær partikel, som næppe kan teoretiseres om. Et elektron i kredsløb omkring et atom i din krop kan samtidig være i kredsløb omkring midten af galaksen.
Når man ser på denne liste og tænker på, hvor langt teknologien er kommet, selv i de sidste 10 år, er det umuligt at forudsige afsløringerne af de næste 10.
