Astrofyzik Boris Stern: 3 nejúžasnější poznatky o vesmíru, které jsme získali v 21. století

Ve dnech 29. – 30. dubna se konference „Vědci proti mýtům». Odborníci na něm budou bojovat se stereotypy o životě na Zemi i ve vesmíru. Astrofyzik Boris Stern se zúčastní diskuse „K čemu vedou pokusy o pochopení struktury Vesmíru?“.

Speciálně pro Lifehacker mluvil o úspěšných případech vesmírného průzkumu a o tom, jak změnily vědeckou krajinu a představy o světě.

Ve 20. století nastal průlom ve studiu vesmíru – vyvinuly se technologie, zdokonalily se pozorovací metody. Jestliže se dřívější vědci spokojili pouze s dalekohledy, nyní mají jiné, více dokonalé nástroje: satelity, radioastronomické přístroje, interferometry.

Díky tomu byly za posledních 20 let učiněny nejdůležitější objevy v kosmologii a astrofyzice: existence gravitačních vln, objevení exoplanet a konečně historie vesmíru a jeho obsah jsou určeny vysokým přesnost. To vše jsou nejdůležitější poznatky, které rozšířily naše chápání světa kolem nás.

1. Existuje mnoho planet, kde je možný život

«exoplanetový epos“ začala v roce 1995, kdy byla poprvé použita metoda radiální rychlosti. Díky němu bylo periodicky možné pozorovat posun spektrálních čar hvězd podle Dopplerova jevu. V důsledku toho byla nalezena zdánlivě nemožná obří planeta s oběžnou dobou 4,2 dne – velmi blízko hvězdy 51 Pegasus.

Pak se to stalo vědeckou senzací a vědci začali pátrat exoplanety. Skutečný průlom v této oblasti nastal v roce 2009, kdy byl vypuštěn dalekohled Kepler.

Už pracoval na jiném způsobu – tranzitu. Šlo o to „chytit“ malé ztmavnutí hvězd způsobené průchodem planet v jejich pozadí.

V důsledku toho došlo k explozivnímu nárůstu počtu objevených exoplanet. Jestliže před tím jich byly stovky, nyní se počet pohyboval v tisících.

K dnešnímu dni je existence 5 357 z nich pevně potvrzena. Jedná se o zcela různorodé planety: studené i horké, srovnatelné jak s hmotností Merkuru, tak s hmotností 10 Jupitery. Mezi nimi s největší pravděpodobností existují ti, jejichž povrch je souvislý oceán a led s extrémně nízkými teplotami.

Mezi všemi těmito exoplanetárními „zoo“ však prakticky neexistují žádné takové exempláře, na kterých by mohl být život. To neznamená, že vůbec neexistují. Prostě zde funguje selekční efekt: aby se takové planety zahřály stejně jako Země s hvězdou třídy Slunce, musí mít poměrně velké oběžné dráhy – „dlouhý rok“. Oprava jejich přechodů trvá hvězdám velmi dlouho pozorovat. Ale Kepler tuto dobu neměl - pracoval jen 3 roky. Zároveň, i kdyby byly takové planety objeveny, bylo by velmi obtížné prokázat, že mají život.

Mimozemský život se navíc pravděpodobně bude lišit od Země. S velkou pravděpodobností bychom viděli pouze bakteriální hlen. Protože na cestě od vzniku života k vysoce rozvinuté, a ještě více k jeho inteligentní formě, jsou různé nepravděpodobné události a s největší pravděpodobností na jiných planetách je proces v raných fázích zpomalen rozvoj.

V tomto smyslu je Země vzácným jevem.

Právě teď nám chybí přesnost přístrojů k zachycení takových planet pomocí metody radiální rychlosti a neexistují žádné dalekohledy jako Kepler, které by sledovaly jejich tranzity.

Myslím si ale, že brzy dojde ke zlepšení prostředků a vědci začnou odhalovat první „Země“. Například existují náznaky, že v systému Tau Ceti - blízko slunce hvězda - jsou tam planety obyvatelná zóna.

2. Gravitační vlny existují

Podle Einsteinovy ​​teorie relativity je gravitační síla výsledkem zakřivení časoprostoru pod vlivem hmoty, kde gravitační vlny jsou jejím vlněním.

V důsledku sloučení vznikají gravitační vlny černé díry nebo neutronové hvězdy – tedy masivní objekty. V jejich blízkosti se prostor zmenšuje a rozšiřuje o 10 % i více a s ním i jakýkoli předmět v něm. Dělají se nám drobné vlnky, které se velmi obtížně registrují.

Když Einstein formuloval teorii relativity, vědci zahájili dlouhý a neúspěšný pokus experimentálně detekovat gravitační vlny.

První navrhovaná rozumná metoda sovětský vědci: Vladislav Pustovoit a Michail Gertsenstein. V 60. letech 20. století napsali práci, v níž navrhovali vytvoření detektoru gravitačních vln ve formě laserového interferometru.

Princip jeho práce byl následující:

1. Dvě zrcadla jsou od sebe vzdálena několik kilometrů.
2. Interferenční laserový paprsek přesně měří vzdálenost mezi nimi.
3. Pokud se začne měnit, může to být způsobeno vlivem gravitačních vln.

Myšlenka je to jednoduchá, ale její realizace byla spojena s mnoha obtížemi. Faktem je, že přesnost, s jakou je nutné měřit změnu vzdálenosti mezi zrcadly, je desetitisíckrát menší než velikost protonu v atomovém jádře. K tomu potřebujete výkonný laserový paprsek, vakuum, unikátní nastavení detektoru.

Dosáhnout toho všeho trvalo několik desetiletí. Výsledkem je, že v roce 2015 se to vědcům ze Spojených států podařilo. Měli dva detektory, které zaznamenávaly signál gravitačních vln a jejich výsledky se shodovaly jak mezi sebou, tak s teoretickými výpočty.

Není pochyb o tom, že existují gravitační vlny.

Obecná teorie relativity, krásná od samého počátku, se v praxi potvrdila. Bylo velmi důležité ukázat všem pochybovačům: podívejte se, jak mocně to funguje.

Od té doby počet registrací gravitačních vln přesáhl stovku. Vědci shromažďují statistiky a také vyvíjejí projekt ultracitlivého interferometru, který lze použít ve vesmíru.

3. Mikrovlnné pozadí - učebnice historie vesmíru

Mikrovlnné pozadí je světlo, které vzniklo v prvních stovkách tisíc let po velkém třesku. Dostal se k nám v podobě krátkých rádiových vln – o velikosti zlomku centimetru.

Kde se to světlo vzalo? Vesmír byl v prvních okamžicích svého života hustý, horký a extrémně ionizovaný – to znamená, že jádra atomů byla oddělena od elektronů. Teprve po 380 tisících letech se mezi sebou „spřátelili“ a vytvořili neutrální atomy. Z tohoto důvodu se interakce světla s novými látkami dramaticky změnila. Fotony se rozlétaly všemi směry a byly méně energetické, jak se jejich vlnová délka protahovala spolu s expanzí vesmíru. Tak se k nám dostalo světlo z Velkého třesku.

Ve 20. století začaly studie mikrovlnného pozadí. V 90. letech se citlivost přístrojů zvýšila natolik, že byla patrná její skvrnitost a nerovnoměrnost.

V roce 2000 byl do vesmíru vypuštěn výkonný detektor mikrovlnného záření WMAP, který pořídil mapu tohoto záření z okolí nebe v dobrém rozlišení.

Díky ní bylo kontrastní rozložení skvrn postaveno v závislosti na jejich velikosti, mělo vrcholy a propady. Takový jev se nazývá Sacharovovy oscilace – poprvé jej popsal sovětský fyzik Andrej Dmitrijevič Sacharov.

Poměr těchto vrcholů a prohlubní přesně ukazuje, jaký byl raný vesmír, a také popisuje jeho vlastnosti.

Nyní přesně známe chronologii událostí od prvních nepatrných zlomků sekund po velkém třesku až po současnost. Domnívám se, že jde o nejdůležitější úspěch 21. století.

Bohužel se tento výzkum zastavil. Po experimentu WMAP byl satelit Planck vypuštěn s pokročilejším mikrovlnná trouba dalekohled. Získal data, která chyběla, ale nepřinesla žádné zásadně nové objevy.

Kosmologie vyčerpala možnosti metody pro měření reliktního záření. Posouvat se dopředu je proto velmi obtížné. Ale to je přirozené: po revoluci se objeví plošina. Nové průlomy budou muset počkat.