Зірковий атлас: навіщо потрібні карти космосу і чому вони можуть урятувати людство

У червні аспірантка кафедри біології Вашингтонського університету Елеонора Лутц склала найдокладнішу карту орбіт усіх планет та космічних тіл у Сонячній системі — окрім восьми планет, до неї увійшли орбіти 18 тис. астероїдів. Картографування космосу — поширене захоплення серед вчених та астрономів-аматорів: за останні 400 років з'явилося понад 2 тис таких карт. «Хайтек» розповідає про найамбітніші проекти картографування Всесвіту і пояснює, як карти допомагають забезпечити Землі безпеку, а науці — розвиток.

Читайте «Хайтек» у

Першим кроком у відкритті нового кордону, будь то раніше невідомий острів, край тектонічної плити або нові астрономічні об'єкти, є її фіксація на папері, камені, дереві чи іншому носії.

Найраніші зображення сузір'я створено в пізньому палеоліті — стародавні предки людини, які емігрували з Азії до Європи, нанесли зображення Пояса Оріона на бивень мамонта понад 32,5 тис. років тому.

Через тисячі років перші астрономи спробували зафіксувати на папері становище зірок на нічному небі, так з'явилися повні зіркові карти. Перша їх датована 650 роком нашої ери. Зірковий атлас намальований у китайському місті Дуньхуані невідомим астрономом на аркуші паперу, а потім був захований у храмі. Виявити атлас вдалося лише 1907 року — оригінал зберігається у Британській бібліотеці досі.

Протягом десяти століть після створення атласу з Дуньхуаня принципово нових карт зоряного неба не з'являлося — для астрономів на той час космос був обмежений лише об'єктами, видимими неозброєним оком, найяскравішими зірками та планетами. Ситуація змінилася з появою перших телескопів XVII столітті. Вони просунули середньовічну астрономію далеко вперед незважаючи на те, що могли забезпечити лише три- і чотириразове збільшення об'єктів, що спостерігаються.

У XVIII-XX століттях астрономія швидко розвивалася, а межі карти зоряного неба суттєво розширювалися. У 1785 році музикант Вільям Гершель за допомогою саморобного телескопа визначив межі та форму Чумацького шляху, а прийняття Астрономічної шкали відстаней, спектроскопія (аналіз зоряного світла за довжиною хвилі) та астрофотографія з тривалою експозицією дозволили спостерігачам дізнатися спин, магнітне поле та склад зірок, визначити їх відносний рух і розглянути туманності, галактики та тьмяні зірки, які раніше не вдавалося побачити в телескоп.

Астроном Едвін Хаббл (на честь його названий орбітальний телескоп Hubble — «Хайтек») у 1923 році за допомогою астрофотографія визначив, що галактика Андромеда розташована окремо від Чумацького шляху. Це підтвердило гіпотезу про існування у Всесвіті безлічі галактик. Знімки Хаббла суттєво змінили існуючу на той момент карту зоряного неба та дали простір для її розширення та доопрацювання.

Навіщо потрібні карти зоряного неба?

Картографування космосу допомагає вирішити безліч питань — багато хто з них так чи інакше стосується безпеки Землі.Йдеться про відстеження траєкторії астероїдів та визначення ймовірності зіткнення з нашою планетою; пошуку нових світів у разі, якщо зміни клімату, космічні події чи інші чинники змусять людей покинути Землю; про глобальну економічну кризу, до якої призведе до виснаження корисних копалин на нашій планеті.

Щоб визначити траєкторію астероїда, потрібно знати, де він знаходиться і якою орбітою обертається. Для висадки на потенційно придатні життя планети потрібно знати, скільки й куди летіти. Щоб знайти позаземне джерело ресурсів, потрібно знати, де знаходяться підходящі астероїди для їх видобутку та які планети краще перетворити на космічний заповідник.

Розташування і траєкторія руху галактик також важливі - наприклад, моделювання, засноване на положенні Чумацького шляху та Великої Магелланова хмари, показало, що через 2 млрд років ці галактики зіткнуться. Ця подія розбудить величезну чорну дірку в центрі Чумацького шляху, яка зруйнує всю галактику, а разом із нею знищить Землю.

Положення на карті та стан зоряних систем у периферійних областях дозволяє визначити, які події сталися із самою галактикою у минулому. Як у випадку з гігантським гало Чумацького шляху з газу та пилу, яке виникло внаслідок зіткнення нашої галактики з компактним сусідом близько 10 млрд. років тому.

Інше завдання картографування — здобуття наукових знань про процеси, що відбуваються у Всесвіті. Розташування галактик, зоряних систем та інших об'єктів у просторі не дозволить орієнтуватися в далекому космосі, натомість може відповісти на питання, скільки темної матерії та темної енергії перебуває у Всесвіті — і навіть зрозуміти, як він розвивався на ранніх етапах свого існування.

Найбільша 3D-карта Всесвіту і погляд через темну матерію

Творці перших карт зоряного неба намагалися зрозуміти, як працюють фізичні закони на Землі та який вплив на нашу планету чинять інші космічні тіла. Сучасні астрофізики намагаються зрозуміти закони існування Всесвіту. Технічний прогрес дозволяє їм ставити більш амбітні завдання, ніж точкове спостереження за астрономічними об'єктами через наземні та орбітальні телескопи.

У травні 2017 року астрономи з об'єднання Sloan Digital Sky Survey (SDSS) оголосили про створення найбільшої тривимірної карти Всесвіту, використовуючи як орієнтир квазари, молоді галактики з надмасивними чорними дірками в центрі. Коли надмасивна чорна діра поглинає матерію з його галактики, температура в її акреційному диску збільшується, створюючи квазар, який є надзвичайно яскравим.

Акреційний диск - газовий диск, який утворюється навколо компактних зіркових залишків (білих карликів, нейтронних зірок та чорних дірок). Цей диск складається або з речовини, яка захоплена з поверхні сусідніх зірок, або є залишками розірваних зірок або є міжзоряним середовищем. Акреційні диски відіграють ключову роль у механізмі гамма-сплесків, що супроводжують злиття нейтронних зірок та колапс ядер наднових зірок. Внаслідок таких подій диск розігрівається та випромінює інфрачервоні хвилі, які можуть зафіксувати вчені на Землі.

За допомогою телескопа Sloan Foundation дослідники виміряли точні тривимірні положення для понад 147 тис. квазарів.

На сайті SDSS опубліковано частину карти — у повній версії і з можливістю збільшення вона доступна лише вченим.Зліва на малюнку зображена Земля, праворуч - межа спостережуваного Всесвіту.

За два роки до цього вчені з об'єднання Огляд темної енергії (DES) на засіданні Американського астрофізичного товариства представили першу карту темної енергії.

За допомогою 570-мегапіксельної камери, прикріпленої до телескопа Victor Blanco в Чилі, астрономи на той момент проаналізували два мільйони галактик, а потім розрахували, скільки темної енергії має бути між ними, щоб викликати будь-яке спотворення, що спостерігається. У результаті вчені склали безпрецедентно докладну карту. яка охоплює 0,4% зоряного піднебіння.

Експеримент тривав шість років і завершився в січні 2019 року. За чотири роки після виступу в Американському астрофізичному товаристві дослідникам вдалося зібрати дані ще про 280 млн. галактик — зараз учасники об'єднання аналізують дані і в 2020 році представлять карту темної матерії, яка охопить 8% зоряного неба. .

Канадський експеримент із картування інтенсивності водню (CHIME) замість квазарів орієнтується на водень. бачимо зараз.

Хоча вчені в загальних рисах уявляють собі послідовність подій, вони не знають, як Всесвіт наповнилася достатньою кількістю випромінювання, щоб перейти на новий етап свого розвитку, і що спричинило це.

У CHIME вважають, що уловлювання іонізованого водню дозволить не тільки зрозуміти механізм улаштування Всесвіту, але й побудувати наймасштабнішу тривимірну карту простору. Радіотелескоп є чотири напівтрубками, які разом займають територію, рівну футбольному полю. На ньому встановлено близько тисячі антен, які вловлюють радіохвилі, а потім кілька сотень потужних процесорів аналізують дані.

Основна мета проекту - демістифікація темної енергії, явища, що стимулює розширення Всесвіту шляхом створення першої детальної карти раніше непроникної для телескопів частини Всесвіту.

1998 року вчені виявили, що розширення Всесвіту прискорюється. Фізики не знають, як або чому Всесвіт прискорюється назовні, але вони дали таємничу силу, що стоїть за цим явищем, ім'я: темна енергія.

Вчені багато знають про вплив темної енергії, але не знають, що таке. Космологи вважають, що 68% усієї енергії Всесвіту має бути зроблено з матеріалу. Один із способів краще зрозуміти темну енергію та її ефекти – створити докладні карти Всесвіту, які дозволять стежити за швидкістю її розширення.

Створити таку карту намагаються вчені з проекту DESI – вона має охопити 11 млрд світлових років та понад 35 млн галактик та квазарів. Спектроскопічний інструмент темної енергії - так розшифровується абревіатура - вимірюватиме спектри світла, що виходить від галактик, щоб визначити їх відстані від Землі.

Який сенс віршів, про що говорить автор у них?

Сплячі особи в темряві,
Темрява їх часом лякає.
Різна їхня гармидер,
Їх від розгадок приховує.

Не цікаві вони,
Приховані вони чи видно.
Радісні чи сумні,
Думки їх усім очевидні.

Дивишся а котик розумний,
Навіть собака гарна.
Адже від початку часів,
Була тварина мила.

Але людина не така,
Борються у ньому іпостасі.
Можливо міг бути інший,
Цього немає у його владі.

Став полігоном він сам,
Хоче не хоче, але стало.
Можеш створити в тілі храм,
Адже цього кроку мало.

Тіло ж воно труха,
Прахом має земне.
Ти ж на початку душа,
А на закінчення інше.

Вам не розкриють того,
Що не здатне для тіла.
Виросте вище за нього,
Те, що годиться для справи.

Але людина немов звір,
Шукає собі знов видобуток.
Знання – знаєш повір.
Вище великого видобутку.