Αστροφυσικός Boris Stern: 3 πιο εκπληκτικές γνώσεις για το Σύμπαν που λάβαμε τον 21ο αιώνα

Στις 29-30 Απριλίου το συνέδριο «Οι επιστήμονες ενάντια στους μύθους». Σε αυτό, οι ειδικοί θα καταπολεμήσουν τα στερεότυπα για τη ζωή στη Γη και στο διάστημα. Ο αστροφυσικός Μπόρις Στερν θα συμμετάσχει στη συζήτηση «Σε τι οδηγούν οι προσπάθειες κατανόησης της δομής του Σύμπαντος;».

Ειδικά για το Lifehacker, μίλησε για επιτυχημένες περιπτώσεις εξερεύνησης του διαστήματος και πώς άλλαξαν το επιστημονικό τοπίο και τις ιδέες για τον κόσμο.

Τον 20ο αιώνα, σημειώθηκε μια σημαντική ανακάλυψη στη μελέτη του διαστήματος - αναπτύχθηκαν τεχνολογίες, βελτιώθηκαν οι μέθοδοι παρατήρησης. Αν οι παλαιότεροι επιστήμονες αρκούνταν μόνο στα τηλεσκόπια, τώρα έχουν άλλα, περισσότερα τέλεια εργαλεία: δορυφόροι, συσκευές ραδιοαστρονομίας, παρεμβολόμετρα.

Χάρη σε αυτό, τα τελευταία 20 χρόνια, έχουν γίνει οι πιο σημαντικές ανακαλύψεις στην κοσμολογία και την αστροφυσική: η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, ανακαλύφθηκαν εξωπλανήτες και τέλος, η ιστορία του σύμπαντος και των περιεχομένων του προσδιορίζονται με υψηλό ακρίβεια. Όλη αυτή είναι η πιο σημαντική γνώση που έχει διευρύνει την κατανόησή μας για τον κόσμο γύρω μας.

1. Υπάρχουν πολλοί πλανήτες όπου η ζωή είναι δυνατή

«έπος εξωπλανήτη” ξεκίνησε το 1995, όταν εφαρμόστηκε για πρώτη φορά η μέθοδος της ακτινικής ταχύτητας. Χάρη σε αυτόν, ήταν περιοδικά δυνατό να παρατηρηθεί μια μετατόπιση στις φασματικές γραμμές των άστρων σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler. Ως αποτέλεσμα, βρέθηκε ένας φαινομενικά αδύνατος γιγάντιος πλανήτης με περίοδο τροχιάς 4,2 ημερών - πολύ κοντά στο αστέρι 51 Πήγασος.

Μετά έγινε επιστημονική αίσθηση και οι επιστήμονες άρχισαν να ψάχνουν εξωπλανήτες. Η πραγματική ανακάλυψη σε αυτόν τον τομέα ήρθε το 2009, όταν εκτοξεύτηκε το τηλεσκόπιο Kepler.

Δούλευε ήδη σε μια διαφορετική μέθοδο - τη διέλευση. Το θέμα ήταν να «πιάσουν» το μικρό σκοτάδι των άστρων που προκλήθηκε από το πέρασμα πλανητών στο φόντο τους.

Ως αποτέλεσμα, υπήρξε μια εκρηκτική αύξηση στον αριθμό των εξωπλανητών που ανακαλύφθηκαν. Αν πριν από αυτό ήταν εκατοντάδες, τώρα ο αριθμός ήταν χιλιάδες.

Μέχρι σήμερα, από αυτές, η ύπαρξη 5.357 έχει επιβεβαιωθεί σταθερά. Αυτοί είναι εντελώς διαφορετικοί πλανήτες: τόσο κρύοι όσο και ζεστοί, συγκρίσιμοι τόσο με τη μάζα του Ερμή όσο και με τη μάζα του 10 Δίας. Ανάμεσά τους, πιθανότατα, υπάρχουν εκείνοι των οποίων η επιφάνεια είναι ένας συνεχής ωκεανός, και πάγος με εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.

Ωστόσο, ανάμεσα σε όλο αυτόν τον εξωπλανητικό «ζωολογικό κήπο» δεν υπάρχουν πρακτικά τέτοια δείγματα στα οποία θα μπορούσε να υπάρχει ζωή. Αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν καθόλου. Απλώς το αποτέλεσμα επιλογής λειτουργεί εδώ: για να θερμανθεί με τον ίδιο τρόπο όπως η Γη με ένα αστέρι της τάξης του Ήλιου, τέτοιοι πλανήτες πρέπει να έχουν μάλλον μεγάλες τροχιές - ένα "μακρύ έτος". Για να διορθώσουν τις διελεύσεις τους, χρειάζεται πολύς χρόνος για τα αστέρια παρατηρώ. Αλλά ο Κέπλερ δεν είχε αυτό το χρόνο - εργάστηκε μόνο για 3 χρόνια. Ταυτόχρονα, ακόμη και αν ανακαλυφθούν τέτοιοι πλανήτες, θα ήταν πολύ δύσκολο να αποδειχθεί ότι έχουν ζωή.

Επιπλέον, η εξωγήινη ζωή είναι πιθανό να διαφέρει από τη Γη. Με μεγάλη πιθανότητα, θα βλέπαμε μόνο βακτηριακή βλέννα. Γιατί στο δρόμο από την εμφάνιση της ζωής σε μια πολύ ανεπτυγμένη, και πολύ περισσότερο την ευφυή μορφή της, υπάρχουν διαφορετικά απίθανα γεγονότα και, πιθανότατα, σε άλλους πλανήτες, η διαδικασία επιβραδύνεται στα αρχικά στάδια ανάπτυξη.

Υπό αυτή την έννοια, η Γη είναι ένα σπάνιο φαινόμενο.

Αυτή τη στιγμή, μας λείπει η ακρίβεια των οργάνων για να συλλέξουμε τέτοιους πλανήτες χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ακτινικής ταχύτητας και δεν υπάρχουν τηλεσκόπια όπως το Kepler για να παρακολουθούν τις διελεύσεις τους.

Νομίζω όμως ότι σύντομα τα μέσα θα βελτιωθούν και οι επιστήμονες θα αρχίσουν να εντοπίζουν τις πρώτες «Γαίες». Για παράδειγμα, υπάρχουν υπαινιγμοί ότι στο σύστημα Tau Ceti - κοντά σε ήλιος αστέρι - υπάρχουν πλανήτες μέσα κατοικήσιμη ζώνη.

2. Τα βαρυτικά κύματα υπάρχουν

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η δύναμη της βαρύτητας είναι το αποτέλεσμα της καμπυλότητας του χωροχρόνου υπό την επίδραση της ύλης, όπου τα βαρυτικά κύματα είναι οι κυματισμοί της.

Τα βαρυτικά κύματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της συγχώνευσης μαύρες τρύπες ή αστέρια νετρονίων - δηλαδή, ογκώδη αντικείμενα. Κοντά τους, ο χώρος συρρικνώνεται και διαστέλλεται κατά 10% ή περισσότερο, και μαζί του, οποιοδήποτε αντικείμενο σε αυτόν. Λαμβάνουμε μικροσκοπικούς κυματισμούς, που είναι πολύ δύσκολο να καταχωρηθούν.

Όταν ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της σχετικότητας, οι επιστήμονες ξεκίνησαν μια μακρά και ανεπιτυχή προσπάθεια να ανιχνεύσουν πειραματικά βαρυτικά κύματα.

Η πρώτη λογική μέθοδος που προτείνεται σοβιέτ επιστήμονες: Vladislav Pustovoit και Mikhail Gertsenstein. Στη δεκαετία του 1960, έγραψαν μια εργασία που πρότεινε τη δημιουργία ενός ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων με τη μορφή συμβολόμετρου λέιζερ.

Η αρχή της δουλειάς του ήταν η εξής:

1. Δύο καθρέφτες βρίσκονται σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων ο ένας από τον άλλο.
2. Η δέσμη λέιζερ παρεμβολής μετρά με ακρίβεια την απόσταση μεταξύ τους.
3. Εάν αρχίσει να αλλάζει, τότε αυτό μπορεί να οφείλεται στην επίδραση των βαρυτικών κυμάτων.

Η ιδέα είναι απλή, αλλά η εφαρμογή της αποδείχθηκε ότι συνδέθηκε με πολλές δυσκολίες. Το γεγονός είναι ότι η ακρίβεια με την οποία είναι απαραίτητο να μετρηθεί η αλλαγή της απόστασης μεταξύ των κατόπτρων είναι δεκάδες χιλιάδες φορές μικρότερη από το μέγεθος ενός πρωτονίου σε έναν ατομικό πυρήνα. Για να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε μια ισχυρή δέσμη λέιζερ, ένα κενό, μια μοναδική εγκατάσταση ανιχνευτή.

Χρειάστηκαν αρκετές δεκαετίες για να επιτευχθούν όλα αυτά. Ως αποτέλεσμα, το 2015, επιστήμονες από τις Ηνωμένες Πολιτείες κατάφεραν να το κάνουν αυτό. Είχαν δύο ανιχνευτές, οι οποίοι κατέγραφαν το σήμα των βαρυτικών κυμάτων και τα αποτελέσματά τους συνέπιπταν τόσο μεταξύ τους όσο και με τους θεωρητικούς υπολογισμούς.

Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία: υπάρχουν βαρυτικά κύματα.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας, όμορφη από την αρχή, επιβεβαιώθηκε στην πράξη. Ήταν πολύ σημαντικό να δείξουμε σε όλους όσους αμφισβητούσαν: δείτε πόσο δυναμικά λειτουργεί.

Έκτοτε, ο αριθμός των καταγραφών βαρυτικών κυμάτων έχει ξεπεράσει τις εκατό. Οι επιστήμονες συγκεντρώνουν στατιστικά στοιχεία και αναπτύσσουν επίσης ένα έργο για ένα εξαιρετικά ευαίσθητο συμβολόμετρο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο διάστημα.

3. Φόντο μικροκυμάτων - ένα εγχειρίδιο για την ιστορία του σύμπαντος

Το φόντο των μικροκυμάτων είναι το φως που σχηματίστηκε τις πρώτες εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Μας έφτασε με τη μορφή μικρών ραδιοκυμάτων - μεγέθους κλάσματος εκατοστού.

Από πού προήλθε αυτό το φως; Τις πρώτες στιγμές της ζωής του, το Σύμπαν ήταν πυκνό, ζεστό και εξαιρετικά ιονισμένο – δηλαδή οι πυρήνες των ατόμων διαχωρίστηκαν από τα ηλεκτρόνια. Μόνο μετά από 380 χιλιάδες χρόνια «έκαναν φίλους» μεταξύ τους και σχημάτισαν ουδέτερα άτομα. Εξαιτίας αυτού, η αλληλεπίδραση του φωτός με τις νέες ουσίες έχει αλλάξει δραματικά. Τα φωτόνια πέταξαν προς όλες τις κατευθύνσεις, έγιναν λιγότερο ενεργητικά καθώς το μήκος κύματός τους εκτεινόταν μαζί με τη διαστολή του σύμπαντος. Έτσι έφτασε σε εμάς το φως από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τον 20ο αιώνα ξεκίνησαν οι μελέτες για το υπόβαθρο των μικροκυμάτων. Στη δεκαετία του 1990, η ευαισθησία των οργάνων αυξήθηκε τόσο πολύ που η κηλίδωση και η ανομοιομορφία τους έγιναν αισθητές.

Στη δεκαετία του 2000, ένας ισχυρός ανιχνευτής ακτινοβολίας μικροκυμάτων WMAP εκτοξεύτηκε στο διάστημα, ο οποίος πήρε έναν χάρτη αυτής της ακτινοβολίας από γύρω. ουρανός σε καλή ανάλυση.

Χάρη σε αυτήν, η κατανομή αντίθεσης των κηλίδων χτίστηκε ανάλογα με το μέγεθός τους, είχε κορυφές και βυθίσεις. Ένα τέτοιο φαινόμενο ονομάζεται ταλαντώσεις Ζαχάρωφ - περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Σοβιετικό φυσικό Αντρέι Ντμίτριεβιτς Ζαχάρωφ.

Η αναλογία αυτών των κορυφών και κοιλοτήτων δείχνει ακριβώς πώς ήταν το πρώιμο σύμπαν και επίσης περιγράφει τις ιδιότητές του.

Τώρα γνωρίζουμε ακριβώς τη χρονολογία των γεγονότων από τα πρώτα μικροσκοπικά κλάσματα δευτερολέπτων μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι σήμερα. Πιστεύω ότι αυτό είναι το πιο σημαντικό επίτευγμα στον 21ο αιώνα.

Δυστυχώς, αυτή η έρευνα έχει σταματήσει. Μετά το πείραμα WMAP, ο δορυφόρος Planck εκτοξεύτηκε με έναν πιο προηγμένο ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ τηλεσκόπιο. Πήρε δεδομένα που έλειπαν, αλλά δεν έφερε ουσιαστικά νέες ανακαλύψεις.

Η κοσμολογία έχει εξαντλήσει τις δυνατότητες της μεθόδου για τη μέτρηση της ακτινοβολίας λειψάνων. Επομένως, είναι πολύ δύσκολο να προχωρήσουμε. Αλλά αυτό είναι φυσικό: μετά την επανάσταση εμφανίζεται ένα πλάτωμα. Θα πρέπει να περιμένουμε νέες ανακαλύψεις.