Vitenskap
Hvert år får vi en litt bedre forståelse av universets natur og vår plass i det.
FOR DE MEST AV OSS er kartteknologien vi bruker til daglig begrenset til instrumentmonterte GPS-enheter.
Ingen respektløshet - jeg mener, for bare 10 år siden var vi avhengige av atlasser med kopi av vei for å komme dit vi skulle; banebrytende betydde rute-funn i Mapquest og deretter skrive ut sidene.
Men mens du leser dette, jobber hundrevis av forskere med vitenskapelig mer komplekse teknologier for å kartlegge alt fra universets fjernvidde til de mest uendelig små partiklene i det. For bare noen uker siden gjorde astronomer som benyttet det under konstruksjon ALMA-observatoriet (bildet over) et stort funn om det nærliggende Fomalhaut-systemet - i utgangspunktet at det sannsynligvis inneholder en haug med jordstørrede planeter.
Det følgende er en liste over lignende viktige funn om sammensetningen og utformingen av vårt univers, og beskrivelser av de nyeste teknologiene innen astronomi, partikkelfysikk og marin vitenskap som har gjort dem mulig.
1. Neste generasjon: James Webb Space Telescope
Hubble- og Spitzer-romteleskopene har vugget det i henholdsvis 22 og 9 år. De er ansvarlige for å produsere de utrolige bilder fra deep space vi alle er kjent med, noen av dem er inkludert nedenfor. Men Spitzer har allerede brukt opp reservene av flytende helium, som kreves for sine primære operasjoner, og Hubble forventes bare å vare ytterligere to år. James Webb er deres etterfølger.
Med forskjellige byggefaser i gang i 17 land, er James Webb romteleskop planlagt ferdigstilt i 2018. Designet har 18 gullbelagte sekskantede speil, som vil fokusere lys fra super fjerne målkilder og fange høyoppløselig synlige og infrarøde Bilder. I teorien betyr dette at den vil være i stand til å se de fjerneste objektene i universet, for eksempel de første stjernene og galakser som ble dannet etter Big Bang.
På bildet over ser "NASA-ingeniør Ernie Wright på som de første seks flyklare James Webb Space Telescope's primære speil-segmenter er klar til å starte endelig kryogen testing ved NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, AL." likt dem som oppleves innenfor James Webbs målbane, 930 000 miles rett opp.
2. Kartlegge galaksen vår
På noen åpenbare måter er Melkeveien den galaksen vi kjenner best. Alle dens bestanddeler er mye, mye nærmere Jorden enn deres kolleger i fremmede galakser. Men når det gjelder å forstå den generelle formen og sminken på Melkeveien, har oppgaven alltid vært vanskelig - nettopp fordi vi har rett i det.
Så sent som i 1785 gjorde astronomer dette ved å telle individuelle stjerner sett fra jorden og plotte dem på et grovt galaktisk kart. Senere kom de virkelige gjennombruddene fra å observere andre galakser og innse at de stort sett samsvarer med en av tre hovedstrukturtyper. Melkeveien var bestemt på å være av spiralsorten, med en tykk stang som halverer den sentrale bula.
Innføringen av radioteleskoper i midten av det 20. århundre gjorde det mulig for astronomer å måle hydrogenutgangen i forskjellige sektorer av galaksen, noe som førte til en mer nøyaktig kartlegging av spiralarmer og sperresenter. Som vist på grafikken til høyre, ligger solen vår i Orion-armen. Når du ser Melkeveien om natten, ser du kant-og-innover i Skytten, Scutum-Crux og Norma Arms mot den tette galaktiske kjernen.
3. En nærmere titt på sentrum av Melkeveien
Samtidige avsløringer om vår galakse kommer med tillatelse fra romteleskopene Hubble og Spitzer. Den infrarøde kompositen ovenfor kombinerer bilder fra hver teknologi for å skape det mest detaljerte bildet som noen gang er tatt av denne regionen. Mens dimensjonene til bildet som er innebygd her, er 900 × 349 piksler, representerer de et område 300 × 115 lysår i størrelse.
Det ble kjent at det galaktiske sentrum besto av tre store klynger med massive stjerner, men dette bildet viser mange flere gigantiske individer fordelt langt utenfor klyngenes grenser. Det er også generelt akseptert at et supermassivt svart hull gjemmer seg et sted i denne sentrale regionen. Det tok Hubble 144 baner av jorden og 2.300 eksponeringer for å generere høyoppløselig mosaikk ovenfor.
4. Hubble romteleskop
Dette er teknologien som er ansvarlig for alle de vakre rombildene. Kinda ser ut som en blikkbok med litt folie pakket rundt den ene enden. Eller en virkelig dyr burrito.
Hubble tok 11 år å bygge og ble lansert i 1990. Bare noen uker etter oppdraget ble det tydelig at målingene av teleskopets primære speil var av - med 2, 2 mikrometer. Hubble ble heldigvis designet for å imøtekomme service på banen. I 1993 ble korrigerende optikk installert av mannskapet på Endeavour, noe som førte instrumentet til originale designstandarder. Bildet over ble tatt under et siste planlagt serviceoppdrag i 2009.
Når det gjelder fremskritt som er gjort i både vitenskapelige og lekre forståelser av universet, er Hubble-romteleskopet uten tvil den mest betydningsfulle kartleggings-teknologien som noen gang er benyttet.
5. Going Ultra Deep
Blant de viktigste prestasjonene ved Hubble er denne undersøkelsen - en sammensatt av 800 eksponeringer tatt over 11 dager, rettet mot en ellers "tom" himmelbit i stjernebildet Fornax.
Hvert av lyspunktene som er synlige i Hubble Ultra Deep Field-skuddet, er en galakse veldig, veldig langt unna. Deres lys som sett på bildet til høyre reiste i 13 milliarder år før de påvirket Hubbles sensorer og skapte dette bildet. Det betyr at ved å se på dette, observerer du universet som det var bare 400-800 millioner år etter Big Bang.
Det er 10.000 galakser på bildet. Den viser et himmelområde bare 1/10 av fullmånens diameter sett fra Jorden. Du trenger ikke å gjøre regnestykket for at det skal blåse deg.
Gjør deg selv en tjeneste og klikk for å utvide denne.
6. Måling av ekspansjonshastigheten til universet
Ikke bare har Hubble gitt oss det dypeste bildet av universet som noen gang er registrert, og hjulpet astronomer mer nøyaktig med å bestemme universets alder, det har også spilt en nøkkelrolle i hvordan vi måler universets ekspansjonshastighet.
Siden arbeidet med Edwin Hubble på slutten av 1920-tallet, har vi visst at universet utvides - avstanden mellom hvert objekt i universet øker. Satsen for denne økningen var imidlertid omstridt inntil bare nylig. I løpet av de siste årene har Hubble-teleskopdata fra astronomiske objekter som supernovaer (som Crab Nebula, avbildet ovenfor, restene av en fantastisk eksplosjon som skjedde i 1054 e. Kr.) ført til dramatisk mer nøyaktige målinger av Hubble Constant, den matematiske representasjon av ekspansjonshastigheten.
Med andre ord, data fra Hubble lager både mer detaljerte kart over universet vårt, og hjelper oss å forstå hvordan kartene stadig endres.
7. Observatorier på toppen av Hawaii
Denne samlingen av internasjonalt eide observatorier ligger oppe på 13.796 ft på toppen av Mauna Kea på Big Island of Hawaii. Det er et førsteklasses sted å stirre, ettersom fuktigheten i området generelt er lav, og uansett vanndamp henger det mest i skyer under toppen. Et besøk før soloppgang på anlegget har blitt en populær turistaktivitet.
Det er totalt 13 teleskoper, inkludert Keck-paret, to av de største optiske teleskopene i verden. Forskere bruker observatoriene til å kartlegge alt, fra nyoppdagede satellitter i bane rundt Jupiter, til funksjoner i solen vår, til galakser “fra mørke tider.” De har også laget zoombare bilder av himmelen med store felt.
8. Studerer en galaktisk nabo
Som med Melkeveien, blir vår forståelse av andre nærliggende galakser stadig fremskutt av nye teknologier. Avbildet til venstre er en liten region av den store magellanske skyen (LMC), den tredje nærmeste galaksen til vår egen i en avstand på rundt 160 000 lysår.
Spesifikt blir Tarantula-tåken vist frem her. Dette er den største og mest aktive stjerneproduserende regionen i vårt galaktiske nabolag, noe som gjør det utrolig lysende og av utrolig interesse for astronomer når de studerer hvordan stjerner dannes, utvikler seg og til slutt dør. Noen av de lyseblå stjernene som er vist er de største som ennå er registrert, med masser som er over 100 ganger større enn solens.
LMC var synlig som en vagt lys dis for tidlige astronomer - derav "sky" -terminologien. Det var imidlertid ikke før Hubble at vi klarte å løse trange klynger som Tarantula-tåken som individuelle stjerner og se nøyaktig hva som foregikk i denne fenomenerike galaksen.
9. Kosmisk stråling og universets utvikling
Det meste av universalkartleggingen som foregår, gjøres ikke innenfor spekteret av synlig lys, og resulterer ikke nødvendigvis i attraktive eller tilgjengelige bilder.
Planck Satellite, som ble lansert i 2009 av ESA, måler den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) - en type stråling som gjennomsyrer universet og antas å være bundet til hendelsene som skjedde under og like etter Big Bang. Gjennom å lese CMB av hele himmelen har Planck som mål å svare på de store spørsmålene: "hvordan begynte universet, hvordan utviklet det seg til staten vi observerer i dag, og hvordan vil det utvikle seg i fremtiden?"
10. Letingen etter jordlignende planeter
NASAs Kepler Mission, som bruker det kretsende Kepler-teleskopet, har det uttalte formålet å oppdage jordlignende planeter i nærheten, og dermed gi et mer nøyaktig estimat for hvor mange slike planeter som kan eksistere i Melkeveien.
For å være”jordlignende”, må en planet ha en størrelse som ligner vår - store planeter er tydeligvis lettere å oppdage, men er sammensatt av gass (som Saturn og Jupiter) i motsetning til faste materialer. I tillegg, og viktigst av alt, må planeten gå i bane innenfor den "beboelige sonen" til stjernen, med overflatetemperaturer som vil tillate nærvær av flytende vann.
I slutten av 2011 ble bekreftelse av den første slike planeten, Kepler-22b, kunngjort, og oppdraget har allerede identifisert over 2000 andre kandidatplaneter. Forskere tror nå det sannsynligvis er rundt 100 jordlignende planeter i løpet av 30 lysår fra oss.
11. Et veikart for det lokale universet
Et kart over galakser ut til en avstand på 380 millioner lysår. Bilde: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Ti års skyscanning utført av bakkebaserte teleskoper av 2MASS Redshift Survey (2MRS) resulterte i 2010 på det mest komplette kartet over vårt lokale univers hittil. 3D-bildet over plotter 43 000 galakser, med deres avstand fra oss representert med fargene i tasten nede til høyre.
Det er litt vanskelig å få 3D-nesen til å se på den her. Fra Gizmodo: “3D-koordinatene til hver galakse ble spilt inn, slik at rådataene potensielt kunne brukes til å bygge en realistisk 3D-modell av universet. Kast inn litt holografisk teknologi, så har du noe rett fra Star Trek.”
12. Koble individuelle teleskoper til kraftige matriser
De 27 separate radioantennene fra New Mexicos Very Large Array, som hver er omgitt av en tallerken på 82 fot i diameter, arbeider sammen for effektivt å lage en massiv observasjonsantenn med en diameter på 22 miles. VLA har vært i full drift siden 1980, og en betydelig maskinvareoppgradering fullført i fjor har økt sin tekniske kapasitet med en faktor på 8000. Anlegget ble omdøpt til å gjenspeile denne betydelige forbedringen (det nye navnet er Karl G. Jansky Very Large Array).
Gjennom årene har VLA kartlagt superdistanse kvasarer og pulsarer, studert sorte hull og planetproduserende stjernesystemer, og sporet bevegelsen av hydrogengass i sentrum av vår galakse. Det er ikke involvert - uansett hva du så Jodie Foster gjør i Kontakt - i jakten på utenomjordisk liv.
13. Bevis for at det eksisterer mørk materie
Aktuelle teorier mener at mer enn 80% av saken i universet ikke er som de tingene vi samhandler med eller observerer hver dag. Denne allestedsnærværende saken er "mørk", og den kan ikke observeres direkte av noen av teknologiene på denne listen.
I stedet må astronomer måle effekten av mørk materie på galakser og andre observerbare fenomener. En slik effekt kalles gravitasjonslinsering, som oppstår når lyset fra fjerne objekter bøyes rundt en massiv gjenstand (i dette tilfellet, en enorm mengde mørk materie) av tyngdekraften til objektet, ser på oss på Jorden som om det var passerer gjennom et buet glassstykke.
Dette er hva som skjer på bildet av Galaxy Cluster Abell 1689 til høyre. Vårt syn på disse galaksene blir forvrengt av den mørke materien som er til stede i klyngen (representert som den lilla gløden).
Ved å bruke bilder som dette fra Hubble og andre kilder, og sammenligne graden av linsing med hvordan galaksene ville virke normalt, er astronomer i ferd med å lage et 3D-kart over universets mørke materie.
14. Nærmere hjemmet: Kartlegging av havbunnen
Mens et imponerende utvalg av teknologi pekes oppover for å øke vår forståelse av universet utover, forskes det på like intensiv forskning for å fylle ut hullene i kunnskapen vår om denne planeten.
Det er bare noen få tiår at forskere har vært i stand til å produsere nøyaktige kart over havbunnen og de mange funksjonene som finnes der, med bruk av militært utviklet ekkolodd etter andre verdenskrig. I dag brukes tradisjonell ekkolodd i forbindelse med andre teknikker, for eksempel magnetisk kartlegging.
Dette er en av mulighetene til det autonome undervannsfarkosten Sentry (AUV). Mens tidligere magnetiske undersøkelsesinstrumenter ble slept bak skip på overflatenivå, er Sentry imidlertid designet for å operere 100 meter over havbunnen, på dybder på opptil 5 km. Denne nærheten, kombinert med det supersensitive magnetometeret, produserer havbunnskart med enestående detaljer.
Sentry har blitt brukt til å kartlegge potensielle steder for et undervannsobservatorium utenfor kysten av Washington State. Dets miljøsensorer ble også tatt i bruk under undersøkelser av Deepwater Horizon oljesøl.
15. Dykking til verdens bunn
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
26. mars gjorde filmregissør James Cameron historie ved å bli den første personen som solo-dykket til Challenger Deep, det mest avsidesliggende området i Mariana Trench og det dypeste stedet på jorden (syv miles rett ned).
Cameron gjorde det inne i sin helt egen nedsenkbare dyphav, Deepsea Challenger, som ble bygget i hemmelighold de siste åtte årene. Selv om han angivelig ikke så mye i løpet av det syv timers dykket, kom teamet hans tilbake uten ham noen dager senere og fanget bildet til høyre, som viser Deepsea Challenger og ble tatt av den ubemannede følgesvennen dyphavslander,”Hvis agn sannsynligvis er ansvarlig for å tiltrekke seg skapningen som er sett på bildet.
For en morsom referanseramme om hvor dypt vi snakker, sjekk ut denne grafikken. På 35 756 fot er Challenger Deep dypere enn Everest er høy, med en kilometer til overs. Det er langt lenger enn dybden, "hvis du skyter et hull i en SCUBA-tank under trykk, i stedet for at luft suser ut, strømmer vannet inn." Veien er dypere enn der kjempeblekksprut og sædhval kjemper, og mer enn dobbelt så dypt som hvilestedet til Titanic, som Cameron besøkte i 1995.
Andre prosjekter pågår for å designe og konstruere skip som kan ferdes til havets bunn, særlig Virgin Groups DeepFlight Challenger. Kanskje er ikke muligheten for en pakkeløsning på en suborbital-flytur med Virgin Galactic og en tur nedover Mariana med Virgin Oceanic så langt unna.
16. Hva det hele er laget av
Fra kart med uendelig store skalaer, til de uendelig små. The Large Hadron Collider, brakt på nettet i 2008 som verdens største partikkelakselerator, søker å bevise eksistensen av den hypotetiske, men ennå uobserverte Higgs boson-partikkelen.
Det hele henger sammen. Mørk materie, som utgjør 83% av universet, er sammensatt av en subatomær partikkel som knapt kan teoretiseres om. Et elektron i bane rundt et atom i kroppen din kan samtidig være i bane rundt sentrum av galaksen.
Når du ser på denne listen og tenker på hvor langt teknologien har kommet selv de siste 10 årene, er det umulig å forutsi avsløringene om de neste 10.
