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Der Weltraum ist dunkel. Wenn wir jedoch Teleskope auf scheinbar dunkle Teile des Himmels richten, sehen wir, dass er mit Galaxien gefüllt ist. Wenn das Universum theoretisch unendlich ist, würden dann nicht unendlich viele Photonen die Erde erreichen und den Nachthimmel heller erleuchten, als es den Anschein hat?
Logik1: Wenn das Universum unendlich UND statisch ist, wird der Himmel mit Licht gesättigt.
Beachten Sie "UND".
Logik2: Wenn der Himmel nicht mit Licht gesättigt ist, ist das Universum nicht unendlich oder nicht statisch.
Beachten Sie "ODER".
Logik1 = Logik2
Beobachtung: Der Himmel ist nicht lichtgesättigt. Deshalb: Das Universum ist nicht unendlich oder nicht statisch.
Wir wissen, dass das Universum zumindest dynamisch ist.
Sterne sind Sonnen, Sonnen sind hell – warum ist der Nachthimmel dunkel?
Olbers ' Paradox sagt uns, dass der Nachthimmel nicht dunkel sein sollte und in alle Richtungen so hell sein sollte wie die Sonnenoberfläche! Warum ist es nicht?
- In einem sich ständig ändernden Universum sollte der Nachthimmel nicht dunkel sein! Dieser scheinbare Widerspruch ist als Olbers’sches Paradox bekannt.
- Die Lösung des Paradoxons liegt in der Realität, dass sich das Universum ausdehnt und nicht unendlich alt ist.
- Der scheinbar ruhige, ruhige Nachthimmel beweist, dass sich das Universum um uns herum ständig verändert.
Warum ist der Nachthimmel dunkel? Diese scheinbar einfache Frage hat einige bedeutende Implikationen.
Wir gehen davon aus, dass der Nachthimmel dunkel ist. Am Ende des Tages versinkt der nächste und hellste Stern an unserem Himmel, die Sonne, unter dem Horizont. Es hinterlässt die weite Schwärze des Weltraums, die mit dem Licht entfernter Sterne, manchmal des Mondes, übersät ist, und vielleicht, wenn Sie Glück haben oder auf der Südhalbkugel, einen Blick auf den Rest unserer Milchstraße und unsere extragalaktischen Nachbarn. die Kleine und Große Magellansche Wolke. Warum sollten wir also etwas anderes erwarten?
Mein Gott, es ist voller Sterne! Woher wissen wir, wie weit sie entfernt sind?
Der 2013 gestartete Satellit Gaia hat in den Himmel gestarrt und Multitasking betrieben, wie es noch kein Teleskop je getan hat. Eine seiner Aufgaben besteht darin, die Bewegungen von Sternen zu messen, mit denen Astronomen dann geometrisch bestimmen können, wie weit sie entfernt sind (der Trick besteht darin, diese Bewegungen mit ausreichender Präzision zu kartieren, um die erforderliche Mathematik zu ermöglichen, was Gaias scharfes Auge kann). Diese Datenfreigabe enthält die präzisen Bewegungen von 7 Millionen Sternen in 3D und die 2D-Bewegungen am Himmel von fast 1,4 Milliarden anderen. Das Team plant, seinen endgültigen Datensatz im Jahr 2020 zu veröffentlichen, der auch Informationen über die unterschiedlichen chemischen Signaturen dieser Sterne enthalten wird.
Die Frauen, die das Universum kartierten und trotzdem keinen Respekt bekommen konnten
Im Jahr 1881 hatte Edward Charles Pickering, Direktor des Harvard-Observatoriums, ein Problem: Die Datenmenge, die in sein Observatorium einging, überstieg die Fähigkeit seiner Mitarbeiter, sie zu analysieren. Er hatte auch Zweifel an der Kompetenz seiner Mitarbeiter, insbesondere an der seines Assistenten, den Pickering als ineffizient bei der Katalogisierung bezeichnete. Also tat er, was jeder Wissenschaftler des späten 19. Jahrhunderts getan hätte: Er feuerte seinen Assistenten und ersetzte ihn durch seine Zofe Williamina Fleming. Fleming erwies sich als so geschickt im Rechnen und Kopieren, dass sie 34 Jahre lang in Harvard arbeitete und schließlich einen großen Stab von Assistenten leitete.
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Damit begann eine Ära in der Geschichte des Harvard-Observatoriums, in der während Pickerings Amtszeit von 1877 bis zu seinem Tod im Jahr 1919 mehr als 80 Frauen für den Direktor arbeiteten und Daten berechneten und katalogisierten. Einige dieser Frauen würden selbst bedeutende Arbeit leisten, andere würden sogar unter den Anhängern von Wissenschaftlerinnen einen gewissen Ruhm erlangen. Aber die Mehrheit wird nicht einzeln, sondern kollektiv unter dem Spitznamen Pickering’s Harem erinnert.
Der wenig aufgeklärte Spitzname spiegelt den Status von Frauen zu einer Zeit wider, in der von ihnen „mit seltenen Ausnahmen„ erwartet wurde, ihre Energie der Zucht und dem Haushalt zu widmen oder ihre Chancen, einen Ehemann zu gewinnen, zu verbessern. Bildung um ihrer selbst willen war ungewöhnlich und Arbeit außerhalb des Hauses fast unbekannt. Die zeitgenössische Wissenschaft warnte tatsächlich vor Frauen und Bildung, da sie glaubte, dass Frauen zu gebrechlich seien, um mit dem Stress umzugehen. Wie der Arzt und Harvard-Professor Edward Clarke in seinem Buch von 1873 schrieb Sex in der Bildung“Der Körper einer Frau konnte nur eine begrenzte Anzahl von Entwicklungsaufgaben auf einmal bewältigen—, dass Mädchen, die während der Pubertät zu viel Energie auf die Entwicklung ihres Geistes aufgewendet haben, mit unentwickelten oder erkrankten Fortpflanzungssystemen enden würden.”
Die traditionellen Erwartungen an Frauen änderten sich langsam. Sechs der “Seven Sisters” Colleges begannen zwischen 1865 und 1889, Studenten aufzunehmen (Mount Holyoke öffnete 1837 seine Türen). Familien der Oberschicht ermutigten ihre Töchter, sich an den Wissenschaften zu beteiligen, aber obwohl die Colleges der Frauen mehr in den wissenschaftlichen Unterricht investierten, blieben sie beim Zugang zu Ausrüstung und Finanzmitteln für die Forschung weit hinter den Colleges der Männer zurück. In einem schwachen Versuch, diese Ungleichheit zu beseitigen, arbeiteten progressive männliche Pädagogen manchmal mit Fraueninstitutionen zusammen.
Edward Pickering war ein solcher fortschrittlicher Denker, zumindest wenn es darum ging, Bildungschancen zu eröffnen. Der gebürtige Neuengländer machte 1865 seinen Abschluss in Harvard und unterrichtete Physik am Massachusetts Institute of Technology, wo er die Methode der wissenschaftlichen Pädagogik revolutionierte, indem er Studenten zur Teilnahme an Experimenten ermutigte. Außerdem lud er Sarah Frances Whiting, eine aufstrebende junge Wissenschaftlerin, ein, an seinen Vorlesungen teilzunehmen und seine Experimente zu beobachten. Whiting nutzte diese Erfahrungen als Grundlage für ihren eigenen Unterricht am Wellesley College, nur 21 km von Pickerings Klassenzimmer am MIT entfernt.
Pickerings Herangehensweise an astronomische Techniken war ebenfalls fortschrittlich, anstatt sich ausschließlich auf Notizen aus Beobachtungen mit dem Teleskop zu verlassen, betonte er die Untersuchung von Fotografien, eine Art von Beobachtung, die heute als Astrofotografie bekannt ist und eine an einem Teleskop befestigte Kamera verwendet, um Fotos zu machen. Das menschliche Auge, so argumentierte er, ermüdet bei längerer Beobachtung durch ein Teleskop, und ein Foto kann einen klareren Blick auf den Nachthimmel ermöglichen. Außerdem halten Fotos viel länger als Beobachtungen und Notizen mit bloßem Auge.
Die frühe Astrofotografie nutzte die Technologie der Daguerreotypie, um Bilder von einem Teleskop auf eine Fotoplatte zu übertragen. Der Prozess war kompliziert und erforderte lange Belichtungszeiten, damit Himmelsobjekte erscheinen, was Astronomen frustrierte. Auf der Suche nach einer effizienteren Methode revolutionierte Richard Maddox die Fotografie, indem er eine Trockenplattenmethode entwickelte, die im Gegensatz zu den nassen Platten früherer Techniken nicht sofort angewendet werden musste die Nacht der Beobachtung. Trockene Platten erlaubten auch längere Belichtungszeiten als nasse Platten (die Gefahr des Austrocknens bestanden), was zu einer größeren Lichtakkumulation in den Fotografien führte. Obwohl die Trockenplatten die Vorbereitung effizienter machten, blieb ihre Lichtempfindlichkeit immer noch hinter den Wünschen der Astronomen zurück. Dann, im Jahr 1878, entdeckte Charles Bennett eine Möglichkeit, die Lichtempfindlichkeit zu erhöhen, indem er sie bei 32 Grad Celsius entwickelte. Bennets Entdeckung revolutionierte die Astrofotografie und machte die von den Teleskopen aufgenommenen Fotos fast so klar und nützlich wie Beobachtungen mit bloßem Auge.
Als Pickering 1877 Direktor des Harvard Observatory wurde, setzte er sich für die Erweiterung der Astrofotografie-Technologie des Observatoriums ein, aber erst in den 1880er Jahren, als die Technologie stark verbessert wurde, wurden diese Änderungen wirklich umgesetzt. Die Verbreitung der Fotografie an der Sternwarte stieg deutlich an, was zu einem neuen Problem führte: Es gab mehr Daten, als irgendjemand Zeit hatte, sie zu interpretieren. Die Arbeit war mühsam, Aufgaben, von denen angenommen wurde, dass sie sich für billigere und weniger gebildete Arbeitskräfte eignen, von denen angenommen wird, dass sie in der Lage sind, Sterne zu klassifizieren, anstatt sie zu beobachten: Frauen. Indem er seine weiblichen Mitarbeiter für diese Arbeit einsetzte, hat Pickering sicherlich im historisch patriarchalischen Bereich der Wissenschaft Wellen geschlagen.
Aber Pickering ist schwer als ein absolut fortschrittlicher Mann zu propagieren: Indem er die Arbeit der Assistenten auf weitgehend bürokratische Aufgaben beschränkte, bekräftigte er die in der Ära verbreitete Annahme, dass Frauen für kaum mehr als Sekretariatsaufgaben geeignet sind. Diese als “Computer” bezeichneten Frauen waren der einzige Weg, mit dem Pickering sein Ziel erreichen konnte, den gesamten Nachthimmel zu fotografieren und zu katalogisieren.
Alles in allem arbeiteten mehr als 80 Frauen für Pickering während seiner Amtszeit am Harvard-Observatorium (die bis 1918 reichte), sechs-Tage-Wochen verbrachten sie mit Fotos und verdienten 25 bis 50 Cent pro Stunde (die Hälfte von dem, was ein Mann gewesen wäre). bezahlt). Die tägliche Arbeit war weitgehend bürokratisch: Einige Frauen reduzierten die Fotografien unter Berücksichtigung von atmosphärischen Lichtbrechungen, um das Bild so klar und unverfälscht wie möglich zu machen. Andere klassifizieren die Sterne, indem sie die Fotos mit bekannten Katalogen vergleichen. Andere katalogisierten die Fotografien selbst und machten sorgfältige Notizen über das Belichtungsdatum und die Himmelsregion jedes Bildes. Die Notizen wurden dann akribisch in Tabellen kopiert, die die Position des Sterns am Himmel und seine Größe enthalten. Es war ein Schleifen. Fleming notierte in ihrem Tagebuch:
Im Astrofotografie-Gebäude des Observatoriums kümmern sich 12 Frauen, darunter auch ich, um die Fotografien…. Von Tag zu Tag gleichen sich meine Aufgaben am Observatorium so sehr, dass es außer der gewöhnlichen Routinearbeit der Vermessung, der Untersuchung von Fotografien und der Arbeit zur Reduzierung dieser Beobachtungen wenig zu beschreiben gibt.
Pickerings Assistenten untersuchen Fotos auf astronomische Daten. Foto vom Observatorium des Harvard College.
Aber ungeachtet der ungleichen Bezahlung und Verteilung der Abgaben war diese Arbeit unglaublich wichtig, denn die Daten lieferten die empirischen Grundlagen für eine umfassendere astronomische Theorie. Pickering erlaubte einigen Frauen, Teleskopbeobachtungen zu machen, aber dies war eher die Ausnahme als die Regel. Meistens waren Frauen von der eigentlichen theoretischen Arbeit ausgeschlossen und wurden stattdessen auf die Analyse und Reduzierung der Fotografien verwiesen. Diese Reduktionen dienten jedoch als statistische Grundlage für die theoretische Arbeit anderer. Die Chancen auf große Fortschritte waren äußerst begrenzt. Oftmals wäre das Höchste, was eine Frau innerhalb des Harvard-Observatoriums erhoffen konnte, eine Chance, weniger erfahrene Computer zu beaufsichtigen. Genau das tat Williamina Fleming, als sie nach fast 20 Jahren an der Sternwarte zur Kuratorin für astronomische Fotos ernannt wurde.
Einer von Pickerings Computern sollte jedoch für ihren Beitrag zur Astronomie auffallen: Annie Jump Cannon, die ein System zur Klassifizierung von Sternen entwickelt hat, das noch heute verwendet wird. Aber als Artikel geschrieben in Die BürgerinIn der Ausgabe vom Juni 1924 wurde berichtet: “Der Verkehrspolizist am Harvard Square erkennt ihren Namen nicht. Die Blechbläser und Paraden fehlen. Sie steigt am Ende des Tages in keine polierte Limousine, um von einem livrierten Chauffeur zu einer Marmorvilla gefahren zu werden
Annie Jump Cannon an ihrem Schreibtisch im Harvard Observatory. Foto aus den Archiven der Smithsonian Institution.
Cannon wurde am 11. Dezember 1863 in Dover, Delaware, geboren. Ihr Vater, ein Schiffsbauer, hatte einige Kenntnisse über die Sterne, aber es war ihre Mutter, die ihr eigenes Interesse an der Astronomie weitergab. Beide Eltern nährten ihre Liebe zum Lernen, und als sie sich 1880 am Wellesley College einschrieb, war sie eine der ersten jungen Frauen aus Delaware, die aufs College ging. In Wellesley nahm sie Unterricht bei Whiting, und während ihrer Abschlussarbeit half sie Whiting bei der Durchführung von Röntgenexperimenten. Aber als das Harvard-Observatorium für seine fotografischen Forschungen berühmt wurde, wechselte Cannon ab 1896 an das Radcliffe College, um mit Pickering zusammenzuarbeiten. Pickering und Fleming hatten an einem System zur Klassifizierung von Sternen anhand ihrer Temperaturen gearbeitet Die Arbeit der Computerkollegin Antonia Maury vereinfachte dieses System stark, und 1922 übernahm die Internationale Astronomische Union es als offizielles Klassifizierungssystem für Sterne.
1938, zwei Jahre bevor Cannon in den Ruhestand ging und drei Jahre vor ihrem Tod, erkannte Harvard sie schließlich an, indem sie sie zum William C. Bond Astronomer ernannte. Während Pickerings 42-jähriger Amtszeit am Harvard-Observatorium, die nur ein Jahr vor seinem Tod im Jahr 1919 endete, erhielt er viele Auszeichnungen, darunter die Bruce-Medaille, die höchste Auszeichnung der Astronomical Society of the Pacific. Krater auf dem Mond und auf dem Mars sind nach ihm benannt.
Und Annie Jump Cannons dauerhafte Leistung wurde das Harvard-System der Spektralklassifizierung, nicht das Cannon-System, genannt.
Quellen: “Annals of the Astronomical Observatory of Harvard College, Volume XXIV,” on Take Note, An Exploration of Note-Taking in Harvard University Collections, 2012. Zugriff am 3. September 2013 “Annie Cannon (1863-1914)“ 8221 auf She Is An Astronomer, 2013. Zugriff am 9. September 2013 “Annie Jump Cannon” auf Notable Name Database, 2013. Zugriff am 9. September 2013 “Brief History of Astrophotography” im McCormick Museum, 2009. Zugriff am 18. September , 213 “The ‘Harvard Computers’” auf WAMC, 2013. Zugriff am 3. September 2013 “The History of Women and Education” im National Women’s History Museum, 207. Zugriff am 19. August 2013 Kate M. Tucker. “Friend to the Stars” in The Woman Citizen, 14. Juni 1924 Keith Lafortune. “Women at the Harvard College Observatory, 1877-1919: ‘Women’s Work,’ The ‘New’ Sociality of Astronomy, and Scientific Labor,” University of Notre Dame, Dezember 2001. Zugriff im August 19, 2013 Margaret Walton Mayhall. “Der Kandelaber” in The Sky. Januar 1941 Moira Davison Reynolds. Amerikanische Wissenschaftlerinnen: 23 inspirierende Biografien, 1900-2000. Jefferson, NC: McFarland & Company, 1999 “Williamina Paton Stevens Fleming (1857�)” auf dem Harvard University Library Open Collections Program, 2013. Zugriff am 3. September 2013.
3) Manche Sterne sind unglaublich groß.
Die größten Sterne werden rote Hyperriesen genannt. Eine absurd große heißt VY Canis Majoris. Wenn Sie 1.420 unserer Sonnen übereinander gestapelt haben, haben Sie den Durchmesser von VY Canis Majoris. So sieht es neben der Sonne aus:
Oder, um die tischtennisballgroße Sonne zurückzubringen, die VY Canis Majoris die Höhe eines 16-stöckigen Gebäudes machen würde. Ein Flugzeug würde ungefähr 1100 Jahre brauchen, um es zu umfliegen, und wenn VY Canis Majoris im Zentrum unseres Sonnensystems wäre, wo unsere Sonne steht, würde es alles bis zur Umlaufbahn des Saturn verschlucken.
Ein weiterer roter Hyperriese, der fast so groß ist wie VY Canis Majoris, ist Beteigeuze. Sie können Beteigeuze in jeder sternenklaren Nacht als Orions obere linke Schulter sehen.
Sind die ersten Sterne im Universum unsichtbar?
Warum „Licht sein lassen“ im Universum nicht ausreicht.
„Verweile bei der Schönheit des Lebens. Beobachten Sie die Sterne und sehen Sie, wie Sie mit ihnen laufen.“ -Marcus Aurelius
Ich möchte, dass Sie sich den Nachthimmel vorstellen, wie Sie ihn kennen. Weit weg von den Städten, in einer mondlosen Nacht, in den dunkelsten Gegenden, die Sie je erlebt haben. Vielleicht legst du dich zurück ins Gras und starrst in den Himmel über dir. Sie schauen nach oben, die Luft ist kühl und der Himmel ist klar: keine Wolken sind zu sehen.
Was werden Sie wahrscheinlich sehen?
Ja, es gibt Planeten, helle und dunkle Sterne und sogar die Milchstraße über uns. Aber vielleicht das Auffälligste am Nachthimmel ist nicht das Vorhandensein dieser wenigen, zerstreuten Lichter, sondern vielmehr die Tatsache, dass – an fast jedem Ort, den Sie zeigen können – der Himmel selbst ist dunkel.
Wenn Sie eine Minute darüber nachdenken, macht es nicht viel Sinn, dass dies der Fall sein sollte.
Wenn das Universum wäre Ja wirklich, wirklich voller Sterne – mit Lichtpunkten in alle Richtungen – dann würden Sie voll und ganz erwarten, dass Ihre Sichtlinie, wo immer Sie auch hinschauen, in jede Richtung auf einen Stern treffen würde.
Und wenn das passierte, würden Sie nirgendwo „dunkel“ sehen, wo Sie hinschauen. Jeder Punkt würde schließlich mit Licht gefüllt sein, egal wie weit dieser Stern, diese Galaxie oder ein anderer Lichtpunkt gerade entfernt war.
Dies war eines der großen Paradoxe des 19. Jahrhunderts: Olbers’ Paradoxon, das zeigte, dass die Vorstellung eines unendlichen Universums mit einer unendlichen Anzahl von Sternen, die über diesen Raum verteilt sind, mit dem dunklen Nachthimmel, den wir alle sehen konnten, unvereinbar war.
Die Auflösung dieses Paradoxons ist natürlich, dass wir, wenn wir das ferne Universum betrachten, tatsächlich hinschauen zurück in der Zeit, und da das Universum in einem heißen, dichten, gleichförmigen frühen Zustand existierte, gab es eine Zeit, vor der das Universum enthielt keine sterne, da es einige Zeit dauerte, bis die Gravitation damit begann, dieses Urgas zum ersten Mal in Sterne zu kollabieren. Schauen Sie über eine bestimmte Entfernung hinaus und Sie werden nicht einmal einen einzigen Stern sehen.
Nach dem Urknall war das Universum heiß, dicht und gleichförmig, expandierte aber auch und kühlte ab. Wenn das Universum etwa 380.000 Jahre alt ist, ist es genug abgekühlt, um zum ersten Mal neutrale Atome zu bilden. Aber da sind zwei Hindernisse, etwas zu sehen:
- Es gibt nichts zu sehen, bis wir anfangen, etwas zu erschaffen, das Licht ausstrahlt.
- Selbst wenn Sie das tun, muss das Universum transparent werden.
Obwohl diese beiden Probleme – die Entstehung der ersten Sterne und die Transparenz des Universums – oft als „das dunkle Zeitalter“ zusammengeführt werden, sind es zwei trennen Probleme, die das Universum lösen muss.
Erstens haben Sie einfach nichts zu sehen, bis Sie zum ersten Mal Sterne bilden. Während das Universum begann fast vollkommen einheitlich, es gibt winzige Unvollkommenheiten, einschließlich einiger Regionen, die mit etwas mehr Materie als der Durchschnitt beginnen. Im Laufe der Zeit zieht die Gravitation immer mehr Materie in diese überdichten Regionen und lässt sie zu Materieklumpen wachsen.
Es dauert zig Millionen Jahre, aber nach genügend Zeit werden diese Klumpen groß genug, dass die Schwerkraft beginnt, sie unter ihrer eigenen Schwerkraft zu kollabieren. Und wenn die Kerne dieser Atom- und Molekülklumpen dicht genug werden, kann der Prozess der Kernfusion – Verbrennung von Wasserstoffbrennstoff zu Helium – endlich stattfinden!
Diese Orte der Kernfusion werden zu den Kernen der allererste sterne im Universum, brennend heiß und hell und emittieren das erste sichtbare Licht, das das Universum seit den frühen Stadien des heißen Urknalls gesehen hat.
Dies geschieht nach nur 50 Millionen Jahren der Geschichte des Universums, einer unglaublich kurzen Zeit bis zu den ersten Sternen.
Aber es gibt ein Problem: Keiner dieser Sterne ist für uns wirklich sichtbar!
Sicher, die Sterne strahlen Licht aus, aber auch die Sterne hinter dem „dunklen Nebel“ oben, Barnard 68. Dieser Nebel erscheint so dunkel, weil das Licht der Sterne blockiert wird! Warum ist das? Weil die darin vorhandenen Atome und Moleküle die richtige physikalische Größe haben, um sichtbares Licht zu absorbieren – und daher opak erscheinen.
Während einzelne Atome selbst nur bestimmte atomare Übergänge haben, an denen sie Licht absorbieren können, können sie, wenn sie in allen möglichen komplizierten Konfigurationen miteinander verbunden sind, die Das ganze Spektrum des sichtbaren Lichts. Und genau diese Art von Opazität wird passieren, wenn sich die ersten Sterne bilden: Das Universum mag Licht erzeugen, aber es gibt keine Möglichkeit, zu unseren Augen zu gelangen.
Wie also kommen wir da raus?
Sie müssen ionisieren diese Atome! Oder genauer gesagt, Sie müssen reionisieren sie, da sie schon einmal ionisiert wurden: zurück, bevor sie überhaupt neutral wurden.
Aber dieses nicht passieren schnell: Dies ist ein Prozess, der Milliarden und Abermilliarden von Sternen erfordert, um sich zu bilden, ultraviolette, ionisierende Strahlung auszusenden und mehr als 99% der neutralen Atome im Universum zu treffen. Es ist ein allmählicher Prozess, der etwa 550 Millionen Jahre dauert!
Bis vor kurzem dachten wir, dass die Reionisation – diese letzte Phase, in der das Universum für sichtbares Licht transparent wird – 450 Millionen Jahre nach dem Urknall auftrat, aber dieser zusätzliche Faktor von 100 Millionen Jahren wurde durch jüngste Beobachtungen des Planck-Satelliten bestimmt.
Aber das geht nicht bedeuten, wie Sie vielleicht kürzlich gelesen haben, dass die ältesten Sterne des Universums 100 Millionen Jahre später entstanden sind, als wir bisher dachten.
Es bedeutet, dass sich die ersten Sterne gebildet haben viel, viel früher dass wir sie sehen können und dass wir uns nicht gebildet haben genug dieser Sterne – und sie brannten nicht lange genug heiß genug – um das Universum zu reionisieren und für das Licht transparent zu machen, bis 100 Millionen Jahre, nachdem wir zuvor gedacht hatten.
Es reicht im Universum nicht aus, einfach „Licht werden zu lassen“, um die ersten Sterne zu sehen: Dieses Licht muss sich frei durch den Weltraum bewegen können!
Im sichtbaren Licht gibt es keine Möglichkeit, sie zu sehen: Egal wie gut das Hubble-Weltraumteleskop jemals ist, egal wie lange es auf diese Himmelsflecken starrt, es wird nie zu den ersten Sternen zurückkehren, denn das Universum ist für sichtbares Licht immer noch undurchlässig.
Aber es gibt Hoffnung, und das James-Webb-Weltraumteleskop hat das Potenzial, diese Hoffnung in die Realität umzusetzen.
Indem du hineinschaust länger Wellenlängen des Lichts könnten diese staubigen Konfigurationen von Atomen und Molekülen tatsächlich sein transparent zu diesen Wellenlängen. Auch wenn Hubble diese Sterne möglicherweise nicht sehen kann, kann James Webb, der Infrarot (und ganz lange Infrarot) werden in der Lage sein, bis in Epochen zu sehen, in denen das Universum für sichtbares Licht undurchsichtig war.
Mit anderen Worten, in wenigen Jahren können wir wirklich in der Lage sein, die ersten Sterne im Universum zu untersuchen, nicht nur Hunderte Millionen Jahre später, wenn das Universum für sichtbares Licht transparent wird. Die ersten Sterne im Universum mögen eine Zeitlang unsichtbar sein, aber das ist ein Fehler unserer Augen, kein Fehler des Lichts!
Planetarium
Wir danken J. O. aus Washington, DC für die Übermittlung dieser Anfrage. Wir hoffen, dass die Antwort nicht zu anstrengend wird. hahaha
Der deutsche Astronom F. W. Olbers (1758-1840) stellte eine ähnliche Frage, die Astronomen und Philosophen gleichermaßen verwirrte. "Wenn das unendliche Universum statisch ist und unendlich viele Sterne enthält, warum ist der Himmel dann nicht gleichmäßig hell?" Nach Olbers Argumentation sollte jede einzelne Sichtlinie irgendwo einen Stern kreuzen. Ein Universum, das in Alter, Ausdehnung und Sternenpopulation unendlich ist, sollte niemals einen Nachthimmel hervorbringen.
Olbers 'Paradox' und JOs Abfrage klingen ähnlich, sind aber nicht genau gleich, JOs Frage unterscheidet sich, weil ihre Formulierung die Antwort enthält. Es löst auch das Paradox von Olbers auf.
Die Auflösung bezieht sich auf das Alter des Universums. Das Universum ist nicht unendlich alt, sondern, wie JO andeutete, etwa 13 Milliarden Jahre alt. Das Universum erzeugt nicht ewig Sterne, sondern erst seit Milliarden von Jahren. Folglich hatte der Kosmos nicht genügend Zeit, um den Himmel mit Sternen zu füllen. Lord Kelvin (1824-1907) schlug diese Alterslösung vor, die Jahre später von den Urknall-Theoretikern George Lemaître und Edwin Hubble bestätigt wurde. Der dunkle Nachthimmel ist ein direkter Beobachtungsbeweis dafür, dass wir in einem Universum leben, das zu einer bestimmten Zeit geboren wurde.
Oder mit anderen Worten, das Universum hat nicht genug Sterne, um unseren Himmel vollständig zu erhellen. Während das Universum Billionen von Sternen enthält, die über Milliarden von Galaxien verteilt und auch im intergalaktischen Raum verteilt sind, sind die Entfernungen zwischen uns und den meisten dieser Sterne unergründlich. Die Lichtintensität nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Daher wird nicht jede Sichtlinie mit einem Stern verbunden, den wir tatsächlich sehen können.
Wenn Sie jemals die Möglichkeit haben, den Nachthimmel durch ein Fernglas zu beobachten, werden Sie natürlich weit mehr Sterne sehen, als mit bloßem Auge sichtbar sind. Der Himmel ist wirklich voller Sterne, obwohl einige von ihnen vor unserem Blick verborgen sind.
Das Paradox der Olbers: Warum ist der Nachthimmel dunkel?
Auch wenn Sie noch nie von Olbers' Paradox gehört haben, sind Sie vielleicht immer noch mit seiner Grundprämisse vertraut. Es stellt im Grunde die Frage: „Warum ist nicht der gesamte Nachthimmel so hell wie die Sonne?“ Sie mögen sich ein wenig zurücklehnen, warum diese Frage überhaupt von Astronomen in Betracht gezogen wird, aber sie ist nicht unbegründet. Da sich das Universum in alle Richtungen unendlich ausdehnen könnte, könnte es unendlich viele Sterne geben. Das bedeutet, dass, egal wohin wir geschaut haben, jeder Punkt am Himmel mit Licht erstrahlen sollte.
Letztendlich ist dies eine ernste Frage, die dazu beitragen kann, mehr der Geheimnisse des Universums zu beantworten, aber dies ist keineswegs eine moderne Frage. Bereits 1610 beschäftigten sich Einzelpersonen mit dieser Frage. Kepler war einer der ersten, der diese Frage ans Licht brachte, obwohl sie erst im 19. Jahrhundert von Heinrich Wilhelm Olbers als Paradox populär gemacht wurde. Es wurden mehrere Versuche vorgeschlagen, dieses Rätsel zu lösen, und ich werde einige der wichtigsten durchgehen.
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Erstens: Wenn Sterne gleichmäßig verteilt sind, gibt es in einem bestimmten Abschnitt des Himmels bei zehnfacher Entfernungseinheit 100-mal so viele, und zusammengenommen werden sie so hell wie ein Stern in diesem Abschnitt. Jeder Abschnitt trägt also zu einem Teil des Himmels bei, was bedeutet, dass der ganze Himmel leuchten sollte. Da nicht der ganze Himmel leuchtet, deutet dies darauf hin, dass die Standorte dieser Sterne und Galaxien möglicherweise nicht gleichmäßig im Kosmos verteilt sind, und so sehen wir dann dunkle Flächen, weil sich Sterne hintereinander verstecken oder sich nur auf bestimmte Bereiche des Kosmos (wir nennen dies eine ungleichmäßige Verteilung).
Ein zweiter Grund dafür, dass der Himmel nicht voller Licht ist, könnte sein, dass etwas das Licht daran hindert, uns zu erreichen. Interstellare Staubwolken vielleicht? Wenn sich jedoch eine Staubwolke zwischen uns und einem anderen Stern befinden würde, würde der Effekt des Beschusses mit Millionen oder Milliarden Jahren von Photonen sie aufheizen, so dass (letztendlich) diese Energie einfach in den Weltraum zurück in Richtung abgestrahlt würde uns. Deshalb leuchten Nebel hell, wenn sie keine eigene Energiequelle haben.
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Als nächstes wurde vorgeschlagen, dass das Universum unendlich groß sein kann, aber eine endliche Masse hat, so dass dies bedeuten würde, dass die Anzahl der Sterne begrenzt ist. Die Materie würde auch von Sternen ganz allmählich aufgebraucht werden, so dass immer weniger für zukünftige Generationen übrig bleiben, und wenn das Universum unendlich alt ist, könnte ein Großteil dieser ursprünglichen Materie bereits aufgebraucht sein. Dies ist auch eine mögliche Erklärung dafür, warum der Nachthimmel nicht beleuchtet ist, aber wir haben immer noch ein Problem! Allein die Zahl der Sterne im beobachtbaren Universum (die wir durch Extrapolation auf 10^22 oder 10^24 geschätzt haben) ist so groß, dass wir immer noch den leuchtenden Himmel erwarten würden.
Die nächsten beiden sind viel glaubwürdiger, weil sie mehr auf der Urknalltheorie und der universellen Expansion basieren (diese Erklärungen sind die Antworten der meisten Wissenschaftler auf diese Frage). Im Wesentlichen ist das Universum nur 13,7 Milliarden Jahre alt, wir können also keine Objekte in einer Entfernung von mehr als 13,7 Milliarden Lichtjahren sehen, weil das Universum noch nicht alt genug ist, um uns noch weiter entferntes Licht zu erreichen. Unser „beobachtbares Universum“ ist so weit wie wir sehen können. Als Ergebnis leben wir in einer Blase, die unsere Sicht einschränkt.
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Und schließlich entdeckte Edwin Hubble, dass sich unser Universum ausdehnt und dass wir messen können, wie schnell sich Dinge von uns weg oder auf uns zubewegen, indem wir uns ansehen, wie sich die Wellenlänge der Strahlung, die wir empfangen, verschoben hat. Dieses Phänomen wird Rotverschiebung genannt. Wir wissen jetzt, dass Galaxien umso schneller reisen, je weiter sie von uns entfernt sind. Dies könnte bedeuten, dass sehr weit entfernte Sterne und Galaxien möglicherweise zu weit nach unten im Spektrum rotverschoben sind, um nachts als sichtbares Licht zu erscheinen.
Die letzten 2 davon werden sicherlich eine beträchtliche Wirkung haben, während die ersten noch mehr diskutiert werden müssen. Sehen Sie sich das Minutephysics-Video an, um eine großartige Aufschlüsselung dieser Frage zu erhalten.
Warum ist der Nachthimmel schwarz?
Es klingt offensichtlich. So ist Nacht. Die Sonne ist untergegangen und wenn man in den Himmel schaut, ist er schwarz. Außer natürlich, wo ein Stern ist. Die Sterne sind hell und glänzend.
Aber warte. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich tief im Wald. Um dich herum gibt es Bäume. Wohin Sie auch schauen, Sie betrachten einen Baum. Vielleicht ein großer Baum in der Nähe oder ein paar kleine Bäume weiter weg. Bei Sternen sollte es sicher genauso sein. Wir sind tief im Universum und in welche Richtung wir auch immer schauen, dort sollten Sterne sein – Milliarden und Milliarden und Abermilliarden von ihnen. Man hätte gedacht, dass sie den ganzen Nachthimmel ausfüllen würden, wobei die entfernteren schwächer, aber zahlreicher sind.
Dies wird nach einem Astronomen aus dem 19. Jahrhundert "Olbers' Paradox" genannt, obwohl das Rätsel einige Jahrhunderte vor ihm bestand. Und die Antwort ist – zumindest jetzt – ziemlich klar.
Der Nachthimmel ist nicht nur ein Lichtblitz, weil das Universum nicht unendlich und statisch ist. Wenn es so wäre, wenn die Sterne ewig weitergingen und wenn sie für immer da gewesen wären, wir würde einen hellen Nachthimmel sehen. Die Tatsache, dass wir nichts sehr Grundlegendes über das Universum, in dem wir leben, sagen.
Eine Begrenzung des Universums mag eine natürliche Erklärung sein – wenn Sie sich in einem Wald befinden und beispielsweise eine Lücke in den Bäumen sehen könnten, könnten Sie vermuten, dass Sie sich in der Nähe des Randes befinden. Aber es ist auf allen Seiten von uns dunkel, was nicht nur bedeuten würde, dass das Universum begrenzt ist, sondern dass wir uns mittendrin befinden, was ziemlich unplausibel ist.
Alternativ könnte das Universum zeitlich begrenzt sein, was bedeutet, dass Licht von weit entfernten Sternen noch keine Zeit hatte, uns zu erreichen.
Schuld am Doppler-Effekt
Aber eigentlich ist die Erklärung keines von beidem. Das Licht der weit entfernten Sterne wird schwächer, weil sich das Universum ausdehnt.
Edwin Hubble entdeckte 1929, dass sich ferne Galaxien und Sterne von uns entfernen. Er fand auch heraus, dass sich die am weitesten entfernten Galaxien am schnellsten von uns entfernen – was sinnvoll ist: Im Laufe der Lebensdauer des Universums werden schnellere Galaxien weiter gereist sein.
Und das beeinflusst, wie wir sie sehen. Das Licht dieser weit entfernten, sich schnell bewegenden Galaxien und Sterne wird durch den Dopplereffekt zu längeren Wellenlängen verschoben. Bei diesen Sternen verschiebt der Effekt sichtbares Licht in unsichtbare (für das menschliche Auge) Infrarot- und Radiowellen und lässt sie im Wesentlichen verschwinden. Tatsächlich ist die Schwärze des Nachthimmels ein direkter Beweis für ein expandierendes Universum.
Wenn Sie also Beweise für den Urknall haben wollen, brauchen Sie weder das Hubble-Teleskop noch den Large Hadron Collider. Sie brauchen nur Ihre eigenen Augen und eine klare, dunkle Nacht.
This story is published courtesy of The Conversation (under Creative Commons-Attribution/No derivatives).
Rentevrees bij beleggers blijkt schijnbeweging: techaandelen zetten jacht op records in en zo hard kan dat gaan
There could be another piece of the puzzle, according to a new study in The Astrophysical Journal, and astronomers may finally be able to fully put the centuries-old question to rest.
Astronomers previously estimated that the observable universe contains about 100 billion galaxies.
The new study checked that figure by estimating the density of galaxies from close by all the way to the farthest edges of the universe that we can see. Because the speed of light is finite – and can take billions of years to reach Earth – as they looked farther out, they also looked back in time toward the cosmos’ youngest eras.
The team of four astronomers, led by Christopher Conselice at the Leiden Observatory in the Netherlands, began by reprocessing photos of the deepest, darkest patches of space.
That data included an ultra-deep photo taken by NASA’s Hubble Space Telescope, which reveals galaxies that existed when the universe was as young as 400 to 700 million years old. (The universe from our vantage point is 13.8 billion years old.)
They counted galaxies in multiple wavelengths, charted them in three dimensions, and figured out how many there were at various distances and epochs of time:
They discovered the density of galaxies increased the farther back in time that they looked. This made sense, since galaxies regularly merge and grow larger over time, and they were looking at earlier eras. (Our Milky Way galaxy, for example, is on a collision course with the nearby Andromeda galaxy.)
But the density of galaxies went up only up to a certain point – then fell off.
“[T]hese observations do not reach the faintest galaxies,” the authors concluded, adding: “we know that there should be many more faint galaxies beyond our current observational limits.”
By extrapolating the rates they saw, and assuming that something was blocking their view, they think previous estimates of the number of galaxies in the observable universe may be off by a factor of 10, 20, or more.
Put another way, there are 2 Billion galaxies in the universe instead of 100 billion.
“This question is not only of passing interest as a curiosity, but is also connected to many other questions in cosmology and astronomy,” the team wrote in their study.
What is hiding 90% of galaxies brings us back to Olbers’ Paradox, and why the night sky is dark.
The researchers say most solutions to the paradox fall into two buckets: one, they explain how stars and galaxies vanished or two, they explain why a lot of stars and galaxies are out there but can’t be seen from our earthly vantage.
The most popular idea is a bit of both. It suggests that an expanding universe has red-shifted galaxies out of view, combined with the facts that the universe has a finite age and an observable size.
But Conselice and his colleagues went a step further and added another answer to the riddle of why there isn’t a similar background glow for visible light, especially with all of these newly discovered galaxies.
They suggest that absorption of light by gas and dust that’s drifting through space – a long-discarded piece of Olbers’ paradox, which was originally thought to make the bright-sky problem worse – is playing a darkening role.
The old rationale was that an infinite field of stars would infinitely heat up the gas and dust until it, too, was as bright as a star.
But the authors suggest that distant and red-shifted (though otherwise visible) galaxies could have their light absorbed by gas and dust in the void of space, then re-emitted in infrared and ultraviolet wavelengths that are invisible to human eyes.
“It would thus appear that the solution to the strict interpretation of Olbers’ Paradox, as an optical light detection problem, is a combination of nearly all possible solutions – redshifting effects, the finite age and size of the universe, and through absorption,” the researchers wrote.
In the next 10 years or so, as bigger and more sensitive telescopes on the ground and in space go online, the team hopes to take advantage of the deepest images of space ever made, and in wavelengths the human eye can’t see, to test if their hunch pans out.
“It boggles the mind that over 90 percent of the galaxies in the universe have yet to be studied,” Conselice said in a NASA press release.
