Universum on tohutu ruum, mis on täidetud udukogude, täheparvede, üksikute tähtede, nende satelliitidega planeetide, erinevate komeetide, asteroidide ja lõpuks vaakumi, aga ka tumeainega. See on nii tohutu, et kahjuks on vastuse täielikkus küsimusele, kui suur see on, meie praeguse tehnoloogia arengutasemega piiratud. Universumi suuruse mõistmine hõlmab aga mitmete võtmetegurite mõistmist. Üks neist teguritest on näiteks arusaam kosmose käitumisest, aga ka arusaam, et see, mida me näeme, on lihtsalt niinimetatud "vaadeldav universum". Me ei saa teada Universumi tegelikke mõõtmeid, sest meie võimalused ei võimalda meil näha selle "serva".
Kõik, mis asub väljaspool nähtavat universumit, on meie jaoks endiselt mõistatus ja selle teema on lõputu arutelu ja arutelu kõigi triipude astrofüüsikute seas. Täna proovime lihtsate sõnadega selgitada, mida teadus on praeguseks hetkeks jõudnud Universumi mõõtmete mõistmise osas, ja proovime vastata ühele kõige põletavamale ja keerukamale küsimusele selle olemuse kohta. Kuid kõigepealt vaatame põhiprintsiipe, kuidas teadlased määravad kosmose kauguse.
Sära
Lihtsaim meetod ruumi kauguse määramiseks on valguse kasutamine. Kui aga võtta arvesse valguse liikumist kosmoses, tuleks mõista, et objektid, mida me kosmosest Maalt näeme, ei pea tingimata samasugused välja nägema. Tõepoolest, selleks, et kaugetest objektidest tulev valgus meie planeeti jõuaks, võib kuluda kümneid, sadu, tuhandeid või isegi kümneid tuhandeid aastaid.
Valguse kiirus on 300 000 kilomeetrit sekundis, kuid ruumi jaoks pole sellise hiiglasliku ruumi jaoks sekundi kontseptsioon ideaalväärtus, mida mõõta. Astronoomias on tavaks kasutada kauguse määramiseks terminit kerge aasta. Üks valgusaasta on umbes 9,460,730,472,580,800 meetri pikkune kaugus ja annab meile mitte ainult ettekujutuse kaugusest, vaid võib ka öelda, kui kaua võtab objekti valgust meie jõudmine.
Aja ja vahemaa erinevuste lihtsaim näide on päikesevalgus. Keskmine kaugus meist Päikeseni on umbes 150 000 000 kilomeetrit. Oletame, et teil on Päikese vaatlemiseks õige teleskoop ja silmakaitse. Põhimõte on see, et kõik, mida teleskoobi kaudu näete, juhtus Päikesega 8 minutit tagasi (see on kui palju valgust Maale jõudmiseks kulub). Centauri Proxima valgus? Meieni jõuab see alles nelja aasta pärast. Või võta vähemalt selline suur täht nagu Betelgeuse, mis on peagi muutumas supernoovaks. Isegi kui see sündmus nüüd aset leiaks, ei saaks me sellest teada kuni 27. sajandi keskpaigani!
Reklaamvideo:
Valgus ja selle omadused on mänginud võtmerolli meie arusaamises sellest, kui suur on universum. Praegu võimaldavad meie võimalused uurida vaadeldava universumi umbes 46 miljardit valgusaastat. Kuidas? Kõik tänu kauguste skaalale, mida füüsikud ja astronoomid astronoomias kasutasid.
Kauguskaala
Teleskoobid on vaid üks vahend kosmiliste vahemaade mõõtmiseks ega suuda alati selle ülesandega hakkama saada: mida kaugemal on objekt, mida kaugemale me tahame mõõta, seda keerulisem on seda teha. Raadioteleskoobid on suurepärased kauguste mõõtmiseks ja vaatluste tegemiseks ainult meie päikesesüsteemi piires. Nad on tõepoolest võimelised andma väga täpseid andmeid. Kuid nende pilk tuleb vaid suunata Päikesesüsteemist väljapoole, kuna nende efektiivsus on järsult vähenenud. Kõiki neid probleeme silmas pidades otsustasid astronoomid kasutada mõnda muud kauguse mõõtmise meetodit - parallaksi.
Mis on Parallax? Selgitame lihtsa näitega. Kõigepealt sulgege üks silm ja vaadake mõnda eset, seejärel sulgege teine silm ja vaadake uuesti sama objekti. Kas märkate objekti kerget "asukoha muutust"? Seda "nihet" nimetatakse parallaksiks - tehnikaks, mida kasutatakse ruumi kauguse määramiseks. Meetod töötab suurepäraselt, kui tegemist on tähtedega, mis on meile suhteliselt lähedal - umbes 100 valgusaasta raadiuses. Kuid kui see meetod muutub ka ebaefektiivseks, pöörduvad teadlased teiste poole.
Järgmist kauguse määramise meetodit nimetatakse "põhijada meetodiks". See põhineb meie teadmistel, kuidas teatud suurusega tähed aja jooksul muutuvad. Teadlased määravad kõigepealt tähe heleduse ja värvuse ning võrdlevad seejärel indikaatoreid läheduses asuvate sarnaste omadustega tähtedega, saades nende andmete põhjal ligikaudse vahemaa. See meetod on jällegi väga piiratud ja töötab ainult meie galaktikasse kuuluvate tähtede või 100 000 valgusaasta raadiuses olevate tähtede puhul.
Astronoomid tuginevad Cepheidi mõõtmismeetodile kaugemale vaatamiseks. See põhineb Ameerika astronoomi Henrietta Swan Leavitti avastusel, kes avastas seose heleduse muutumise perioodi ja tähe heleduse vahel. Tänu sellele meetodile suutsid paljud astronoomid arvutada tähtede kauguse mitte ainult meie galaktikas, vaid ka väljaspool seda. Mõnel juhul räägime 10 miljoni valgusaasta pikkustest vahemaadest.
Ja ometi pole me veel jõudnud universumi suuruse küsimusele lähedale. Seetõttu pöördume punase nihke (või punase nihke) põhimõttel põhineva lõpliku mõõtmisvahendi poole. Punanihke olemus sarnaneb Doppleri efekti põhimõttega. Mõelge raudteeülesõidule. Kas olete kunagi märganud, kuidas rongi vile heli muutub kaugusega, lähenedes muutub tugevamaks ja kaugenedes vaiksemaks?
Valgus töötab enam-vähem samal viisil. Vaadake ülaltoodud spektrogrammi, kas näete musti jooni? Need tähistavad valgusallika sees ja selle ümbruses esinevate keemiliste elementide värvi neeldumise piire. Mida rohkem on jooned nihutatud spektri punasesse ossa, seda kaugemale objekt meist jõuab. Teadlased kasutavad neid spektrogramme ka selleks, et teha kindlaks, kui kiiresti objekt meist eemaldub.
Nii et sujusime sujuvalt ja jõudsime oma vastuseni. Enamik punaselt nihutatud valgust tuleb galaktikatest, mis on umbes 13,8 miljardit aastat vanad.
Vanus pole peamine
Kui olete pärast lugemist jõudnud järeldusele, et meie vaadeldava universumi raadius on vaid 13,8 miljardit valgusaastat, siis olete jätnud ühe olulise detaili välja. Fakt on see, et nende 13,8 miljardi aasta jooksul pärast Suurt Pauku jätkus universumi laienemine. Teisisõnu tähendab see, et meie Universumi tegelik suurus on palju suurem, kui meie esialgsed mõõtmised näitasid.
Seetõttu tuleb Universumi tegeliku suuruse välja selgitamiseks arvestada veel ühe näitajaga, nimelt sellega, kui kiiresti on Universum pärast Suurt Pauku laienenud. Füüsikute sõnul suutsid nad lõpuks vajalikud arvud tuletada ja on kindlad, et praegu nähtava universumi raadius on umbes 46,5 miljardit valgusaastat.
Tõsi, tasub ka märkida, et need arvutused põhinevad ainult sellel, mida me ise näeme. Täpsemalt on nad võimelised kosmosesügavustest välja jõudma. Need arvutused ei anna vastust universumi tegeliku suuruse küsimusele. Lisaks imestavad teadlased mõningase lahknevuse üle, mille kohaselt on meie universumi kaugemad galaktikad liiga hästi moodustatud, et pidada neid kohe pärast Suurt Pauku ilmunuks. Sellel arengutasemel läks palju kauem aega.
Võib-olla me lihtsalt ei näe kõike?
Eespool mainitud seletamatu asjaolu avab terve rea uusi probleeme. Mõned teadlased on püüdnud välja arvutada, kui kaua nende täielikult moodustatud galaktikate väljakujunemine võtab aega. Näiteks järeldasid Oxfordi teadlased, et kogu universumi suurus võib olla 250 korda suurem kui vaadeldav.
Oleme tõepoolest võimelised mõõtma vaadeldava universumi objektide kaugust, kuid mis jääb sellest piirist kaugemale, me ei tea. Muidugi ei ütle keegi, et teadlased ei ürita seda välja mõelda, kuid nagu eespool mainitud, on meie võimalused piiratud meie tehnoloogia arenguga. Lisaks ei tohiks ka kohe loobuda eeldusest, et teadlased ei pruugi kunagi teada kogu universumi tegelikku suurust, arvestades kõiki tegureid, mis selle küsimuse lahendamisel takistavad.
NIKOLAY KHIZHNYAK
