Astrofizičar Boris Stern: 3 najnevjerojatnije spoznaje o svemiru koje smo dobili u 21. stoljeću

Od 29. do 30. travnja održana je konferencija "Znanstvenici protiv mitova». Na njemu će se stručnjaci boriti protiv stereotipa o životu na Zemlji i u svemiru. Astrofizičar Boris Stern sudjelovat će u raspravi "Čemu vode pokušaji razumijevanja strukture Svemira?".

Posebno za Lifehacker govorio je o uspješnim slučajevima istraživanja svemira i kako su oni promijenili znanstveni krajolik i ideje o svijetu.

U 20. stoljeću dolazi do proboja u proučavanju svemira - razvijaju se tehnologije, poboljšavaju se metode promatranja. Ako su se raniji znanstvenici zadovoljavali samo teleskopima, sada imaju i druge, više savršeni alati: sateliti, radioastronomski uređaji, interferometri.

Zahvaljujući tome, u proteklih 20 godina, napravljena su najvažnija otkrića u kozmologiji i astrofizici: postojanje gravitacijskih valova, otkriveni egzoplanete i konačno, povijest svemira i njegov sadržaj određeni su visokim točnost. Sve su to najvažnije spoznaje koje su proširile naše razumijevanje svijeta oko nas.

1. Postoje mnoge planete na kojima je život moguć

«egzoplanet ep” započela je 1995. godine, kada je prvi put primijenjena metoda radijalne brzine. Zahvaljujući njemu, povremeno je bilo moguće promatrati pomak u spektralnim linijama zvijezda prema Dopplerovom učinku. Kao rezultat toga, pronađen je naizgled nemogući divovski planet s orbitalnim periodom od 4,2 dana - vrlo blizu zvijezde 51 Pegasus.

Tada je to postala znanstvena senzacija i znanstvenici su počeli tražiti egzoplanete. Pravi proboj na ovom području dogodio se 2009. godine, kada je lansiran teleskop Kepler.

Već je radio na drugoj metodi - tranzitu. Poanta je bila "uhvatiti" mala tamnjenja zvijezda uzrokovana prolaskom planeta u njihovoj pozadini.

Kao rezultat toga, došlo je do eksplozivnog rasta broja otkrivenih egzoplaneta. Ako ih je prije bilo na stotine, sada se brojka mjerila tisućama.

Do danas je čvrsto potvrđeno postojanje njih 5357. To su potpuno različiti planeti: i hladni i vrući, usporedivi i s masom Merkura i s masom od 10 Jupiteri. Među njima, najvjerojatnije, ima onih čija je površina neprekinuti ocean i led s ekstremno niskim temperaturama.

Međutim, među svim tim egzoplanetarnim "zoološkim vrtovima" praktički nema takvih primjeraka na kojima bi mogao biti život. To ne znači da oni uopće ne postoje. Samo što ovdje djeluje selekcijski učinak: da bi se zagrijali na isti način kao Zemlja sa zvijezdom klase Sunce, takvi planeti moraju imati prilično velike orbite - "dugu godinu". Da poprave svoje tranzite, zvijezdama treba jako puno vremena promatrati. Ali Kepler nije imao ovo vrijeme - radio je samo 3 godine. Istodobno, čak i kada bi se takvi planeti otkrili, bilo bi vrlo teško dokazati da na njima postoji život.

Osim toga, vanzemaljski život će se vjerojatno razlikovati od Zemljinog. S velikom vjerojatnošću vidjeli bismo samo bakterijsku sluz. Jer na putu od nastanka života do visoko razvijenog, a još više njegovog inteligentnog oblika, postoje različiti malo vjerojatnih događaja, a najvjerojatnije je na drugim planetima proces usporen u ranim fazama razvoj.

U tom smislu, Zemlja je rijedak fenomen.

Trenutno nam nedostaju precizni instrumenti za hvatanje takvih planeta metodom radijalne brzine, a nema ni teleskopa poput Keplera koji bi pratili njihove tranzite.

Ali mislim da će se uskoro sredstva poboljšati i da će znanstvenici početi otkrivati ​​prve "Zemlje". Na primjer, postoje naznake da je u sustavu Tau Ceti - blizu Sunce zvijezda - postoje planeti u naseljiva zona.

2. Gravitacijski valovi postoje

Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, sila gravitacije posljedica je zakrivljenosti prostor-vremena pod utjecajem materije, pri čemu su gravitacijski valovi njezino mreškanje.

Kao rezultat spajanja nastaju gravitacijski valovi Crne rupe ili neutronske zvijezde – odnosno masivni objekti. U njihovoj blizini prostor se skuplja i širi za 10% ili više, a s njim i svaki predmet u njemu. Dobivamo sitne mreške koje je vrlo teško registrirati.

Kada je Einstein formulirao teoriju relativnosti, znanstvenici su započeli dug i neuspješan pokušaj eksperimentalnog otkrivanja gravitacijskih valova.

Prva predložena razumna metoda sovjetski znanstvenici: Vladislav Pustovoit i Mikhail Gertsenstein. Šezdesetih godina prošlog stoljeća napisali su rad u kojem predlažu stvaranje detektora gravitacijskih valova u obliku laserskog interferometra.

Princip njegovog rada bio je sljedeći:

1. Dva zrcala udaljena su jedno od drugog nekoliko kilometara.
2. Interferencijska laserska zraka precizno mjeri udaljenost između njih.
3. Ako se počne mijenjati, to može biti posljedica utjecaja gravitacijskih valova.

Ideja je jednostavna, ali pokazalo se da je njezina provedba povezana s mnogim poteškoćama. Činjenica je da je točnost s kojom je potrebno mjeriti promjenu udaljenosti između ogledala desetke tisuća puta manja od veličine protona u atomskoj jezgri. Da biste to učinili, potrebna vam je snažna laserska zraka, vakuum, jedinstvena postavka detektora.

Bilo je potrebno nekoliko desetljeća da se sve to postigne. Kao rezultat toga, 2015. godine znanstvenici iz Sjedinjenih Država uspjeli su to učiniti. Imali su dva detektora, koji su bilježili signal gravitacijskih valova, a njihovi su se rezultati podudarali kako međusobno tako i s teorijskim proračunima.

Nema sumnje: gravitacijski valovi postoje.

Opća teorija relativnosti, lijepa od samog početka, potvrđena je u praksi. Bilo je vrlo važno pokazati svim sumnjičavima: pogledajte kako moćno djeluje.

Od tada je broj registracija gravitacijskih valova premašio stotinu. Znanstvenici skupljaju statistike, a također razvijaju projekt ultraosjetljivog interferometra koji se može koristiti u svemiru.

3. Mikrovalna pozadina - udžbenik o povijesti svemira

Mikrovalna pozadina je svjetlost koja je nastala u prvim stotinama tisuća godina nakon Velikog praska. Do nas je stigao u obliku kratkih radio valova - veličine djelić centimetra.

Odakle je došlo ovo svjetlo? U prvim trenucima svog života Svemir je bio gust, vruć i izrazito ioniziran – odnosno jezgre atoma bile su odvojene od elektrona. Tek nakon 380 tisuća godina međusobno su se "sprijateljili" i formirali neutralne atome. Zbog toga se interakcija svjetlosti s novim tvarima dramatično promijenila. Fotoni su letjeli u svim smjerovima, postajali manje energetski kako se njihova valna duljina rastezala zajedno sa širenjem svemira. Tako je do nas stigla svjetlost Velikog praska.

U 20. stoljeću započela su proučavanja mikrovalne pozadine. U 1990-ima je osjetljivost instrumenata toliko porasla da je postala uočljiva njegova točkastost i neujednačenost.

U 2000-ima, snažan WMAP detektor mikrovalnog zračenja lansiran je u svemir, koji je uzeo kartu ovog zračenja od oko nebo u dobroj rezoluciji.

Zahvaljujući njoj, distribucija kontrasta mrlja izgrađena je ovisno o njihovoj veličini, imala je vrhove i padove. Takav se fenomen naziva Saharovljevim oscilacijama – prvi ga je opisao sovjetski fizičar Andrej Dmitrijevič Saharov.

Omjer ovih vrhova i padova pokazuje točno kakav je bio rani svemir i također opisuje njegova svojstva.

Sada znamo točno kronologiju događaja od prvih sićušnih djelića sekunde nakon Velikog praska do danas. Vjerujem da je to najvažnije postignuće u 21. stoljeću.

Nažalost, ovo istraživanje je u zastoju. Nakon eksperimenta WMAP, satelit Planck lansiran je s naprednijim mikrovalna pećnica teleskop. Dobio je podatke koji su nedostajali, ali nije donio nikakva bitno nova otkrića.

Kozmologija je iscrpila mogućnosti metode mjerenja reliktnog zračenja. Stoga je vrlo teško ići naprijed. Ali to je prirodno: nakon revolucije pojavljuje se plato. Nova otkrića morat će pričekati.