Astrofysiker Boris Stern: 3 mest fantastiske viden om universet, som vi modtog i det 21. århundrede

Den 29.-30. april afholdes konferencen "Forskere mod myter». På den vil eksperter bekæmpe stereotyper om livet på Jorden og i rummet. Astrofysiker Boris Stern vil deltage i diskussionen "Hvad fører forsøg på at forstå universets struktur til?".

Især for Lifehacker talte han om vellykkede tilfælde af rumudforskning, og hvordan de ændrede det videnskabelige landskab og ideer om verden.

I det 20. århundrede skete et gennembrud i studiet af rummet - teknologier udviklet, observationsmetoder forbedret. Hvis tidligere videnskabsmænd kun var tilfredse med teleskoper, nu har de andet, mere perfekte værktøjer: satellitter, radioastronomiudstyr, interferometre.

Takket være dette er de vigtigste opdagelser inden for kosmologi og astrofysik i løbet af de sidste 20 år blevet gjort: eksistensen af ​​gravitationsbølger, opdagede exoplaneter, og endelig er universets historie og dets indhold bestemt med en høj nøjagtighed. Alt dette er den vigtigste viden, der har udvidet vores forståelse af verden omkring os.

1. Der er mange planeter, hvor liv er muligt

«exoplanet-epos” begyndte i 1995, da metoden med radial hastighed første gang blev anvendt. Takket være ham var det periodisk muligt at observere et skift i stjernernes spektrallinjer i henhold til Doppler-effekten. Som følge heraf blev der fundet en tilsyneladende umulig kæmpeplanet med en omløbstid på 4,2 dage – meget tæt på stjernen 51 Pegasus.

Så blev det en videnskabelig sensation, og videnskabsmænd begyndte at søge exoplaneter. Det virkelige gennembrud på dette område kom i 2009, da Kepler-teleskopet blev opsendt.

Han arbejdede allerede på en anden metode - transit. Pointen var at "fange" den lille mørkfarvning af stjernerne forårsaget af passage af planeter i deres baggrund.

Som følge heraf har der været en eksplosiv vækst i antallet af opdagede exoplaneter. Hvis der før det var hundredvis af dem, var antallet nu i tusindvis.

Til dato er eksistensen af ​​5.357 af disse blevet fast bekræftet. Disse er fuldstændig forskellige planeter: både kolde og varme, sammenlignelige både med massen af ​​Merkur og med massen på 10 Jupiters. Blandt dem er der højst sandsynligt dem, hvis overflade er et kontinuerligt hav og is med ekstremt lave temperaturer.

Men blandt al denne exoplanetariske "zoo" er der praktisk talt ingen sådanne eksemplarer, som liv kunne være på. Det betyder ikke, at de slet ikke eksisterer. Det er bare det, at selektionseffekten virker her: for at varme op på samme måde som Jorden med en stjerne af solklassen, skal sådanne planeter have ret store baner - et "langt år". For at ordne deres transitter tager det meget lang tid for stjernerne observere. Men Kepler havde ikke denne tid - han arbejdede kun i 3 år. På samme tid, selv hvis sådanne planeter ville blive opdaget, ville det være meget svært at bevise, at de har liv.

Derudover vil fremmede liv sandsynligvis være anderledes end Jorden. Med stor sandsynlighed ville vi kun se bakterieslim. For på vejen fra livets opståen til en højt udviklet, og endnu mere dets intelligente form, er der forskellige usandsynlige hændelser, og højst sandsynligt på andre planeter, bliver processen bremset i de tidlige stadier udvikling.

I denne forstand er Jorden et sjældent fænomen.

Lige nu mangler vi præcisionen af ​​instrumenter til at opfange sådanne planeter ved hjælp af radialhastighedsmetoden, og der er ingen teleskoper som Kepler til at spore deres transitter.

Men jeg tror, ​​at midlerne snart vil blive forbedret, og videnskabsmænd vil begynde at opdage de første "Jorde". For eksempel er der antydninger om, at i Tau Ceti-systemet - tæt på sol stjerne - der er planeter i beboelig zone.

2. Gravitationsbølger eksisterer

Ifølge Einsteins relativitetsteori er tyngdekraften resultatet af rumtidens krumning under påvirkning af stof, hvor gravitationsbølger er dets krusninger.

Gravitationsbølger dannes som følge af fusionen sorte huller eller neutronstjerner - altså massive objekter. I nærheden af ​​dem krymper rummet og udvider sig med 10% eller mere, og med det, ethvert objekt i det. Vi får små krusninger, som er meget svære at registrere.

Da Einstein formulerede relativitetsteorien, begyndte forskerne et langt og mislykket forsøg på eksperimentelt at opdage gravitationsbølger.

Den første fornuftige metode foreslået sovjetisk videnskabsmænd: Vladislav Pustovoit og Mikhail Gertsenstein. I 1960'erne skrev de et papir, der foreslog oprettelsen af ​​en gravitationsbølgedetektor i form af et laserinterferometer.

Princippet for hans arbejde var som følger:

1. To spejle er i en afstand af flere kilometer fra hinanden.
2. Interferenslaserstrålen måler nøjagtigt afstanden mellem dem.
3. Hvis det begynder at ændre sig, kan det skyldes påvirkningen af ​​gravitationsbølger.

Ideen er enkel, men implementeringen viste sig at være forbundet med mange vanskeligheder. Faktum er, at den nøjagtighed, hvormed det er nødvendigt at måle ændringen i afstanden mellem spejlene, er titusindvis af gange mindre end størrelsen af ​​en proton i en atomkerne. For at gøre dette har du brug for en kraftig laserstråle, et vakuum, en unik detektoropsætning.

Det tog flere årtier at opnå alt dette. Som et resultat, i 2015, lykkedes det forskere fra USA at gøre dette. De havde to detektorer, som registrerede signalet fra gravitationsbølger, og deres resultater faldt både sammen med hinanden og med teoretiske beregninger.

Der er ingen tvivl tilbage: gravitationsbølger eksisterer.

Den generelle relativitetsteori, smuk fra begyndelsen, blev bekræftet i praksis. Det var meget vigtigt at vise alle tvivlerne: se hvor kraftfuldt det virker.

Siden da har antallet af registreringer af gravitationsbølger oversteget hundrede. Forskere samler statistikker og udvikler også et projekt for et ultrafølsomt interferometer, der kan bruges i rummet.

3. Mikrobølgebaggrund - en lærebog om universets historie

Mikrobølgebaggrunden er det lys, der blev dannet i de første hundredtusinder af år efter Big Bang. Han nåede os i form af korte radiobølger - en brøkdel af en centimeter i størrelse.

Hvor kom dette lys fra? I de første øjeblikke af sit liv var universet tæt, varmt og ekstremt ioniseret - det vil sige, at atomkerner blev adskilt fra elektroner. Først efter 380 tusind år "blev de venner" med hinanden og dannede neutrale atomer. På grund af dette har lysets interaktion med nye stoffer ændret sig dramatisk. Fotonerne fløj ud i alle retninger, blev mindre energiske, da deres bølgelængde strakte sig sammen med universets udvidelse. Sådan nåede lyset fra Big Bang os.

I det 20. århundrede begyndte undersøgelser af mikrobølgebaggrunden. I 1990'erne steg instrumenternes følsomhed så meget, at dets pletter og ujævnheder blev mærkbare.

I 2000'erne blev en kraftig WMAP mikrobølgestrålingsdetektor sendt ud i rummet, som tog et kort over denne stråling fra ca. himmel i god opløsning.

Takket være hende blev kontrastfordelingen af ​​pletter bygget afhængigt af deres størrelse, den havde toppe og fald. Et sådant fænomen kaldes Sakharov-oscillationer - det blev først beskrevet af den sovjetiske fysiker Andrei Dmitrievich Sakharov.

Forholdet mellem disse toppe og lavpunkter viser præcis, hvordan det tidlige univers var, og beskriver også dets egenskaber.

Nu kender vi nøjagtigt kronologien af ​​begivenheder fra de første små brøkdele af sekunder efter Big Bang til i dag. Jeg mener, at dette er den vigtigste bedrift i det 21. århundrede.

Desværre er denne forskning gået i stå. Efter WMAP-eksperimentet blev Planck-satellitten opsendt med en mere avanceret mikroovn teleskop. Han indhentede data, der manglede, men bragte ingen grundlæggende nye opdagelser.

Kosmologien har udtømt mulighederne for metoden til at måle relikviestråling. Derfor er det meget svært at komme videre. Men det er naturligt: ​​Efter revolutionen dukker et plateau op. Nye gennembrud må vente.