Podcast "Alam Semesta Aneh" NASA membuka tingkap ke kosmos Dalam bahasa Sepanyol, menggabungkan kisah-kisah manusia, sains canggih, dan banyak imaginasi. Melalui perbualan dengan saintis terkemuka, kami menyelidiki misteri besar alam semesta: apakah tenaga gelap, bagaimana kosmos berkembang, dan peranan teleskop angkasa lepas baharu dalam penyelidikan ini.
Dalam salah satu episodnya yang paling hebat, program ini mengkaji yang dipanggil "alam semesta yang tidak kelihatan"...bahagian kosmos yang tidak dapat kita lihat secara langsung tetapi yang mengawal segala-galanya yang berlaku pada skala yang besar. Bersama penyampai Noelia González dan pakar seperti Lucas Paganini dan Guadalupe Cañas Herrera, kita mempelajari tentang misi seperti Teleskop Angkasa Rom Nancy Grace, Euclid, james webb atau Balai Cerap Vera C. Rubin, dan kita dapati bagaimana, bersama-sama, mereka cuba membina semula sejarah lengkap alam semesta.
Alam semesta yang hampir tidak kita fahami: kita hanya melihat 5%
Antara mesej yang paling mengejutkan pendengar ialah semua yang kita lihat—manusia, planet, dan bintang— Ia mewakili hampir 5% daripada alam semestaAhli astrofizik Lucas Paganini menjelaskan bahawa jirim normal, jenis yang membentuk atom, molekul, jasad dan galaksi, hanyalah sebahagian kecil daripada jumlah kandungan kosmos.
Selebihnya dibahagikan antara dua komponen yang enigmatik: kira-kira satu 25% akan sepadan dengan perkara gelapBahan yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya, tetapi gravitinya bertindak sebagai "gam kosmik" yang menyatukan galaksi dan struktur berskala besar. Tanpa jirim yang tidak kelihatan ini, galaksi tidak dapat mengekalkan bentuknya atau kekal padu seperti yang kita perhatikan hari ini.
Bahan utama, sekitar satu 70% daripada kandungan alam semesta dipanggil tenaga gelapIa bukan "gelap" kerana ia menyerap cahaya, tetapi kerana ia mewakili jurang yang besar dalam pengetahuan kita: kita tahu ia ada di sana kerana kesannya, tetapi kita tidak tahu sifat fizikalnya. Komponen ini akan bertanggungjawab atas fakta bahawa pengembangan alam semesta semakin memecut dari semasa ke semasa.
Pakar kosmologi Guadalupe Cañas Herrera memilih a Metafora yang sangat jelas untuk memahami magnitud masalahBayangkan anda ingin membakar biskut, dan bahan utama dalam resipi itu—tepung—adalah bahan yang anda tidak tahu langsung. Anda tahu berapa banyak yang anda perlukan untuk memastikan nombor-nombor itu berfungsi, tetapi anda tidak tahu dari mana ia datang atau bagaimana ia berfungsi.
Dari sudut pandangan saintifik, adalah amat memudaratkan untuk mempunyai model kosmologi yang sesuai dengan ketepatan yang luar biasa Namun, bergantung 70% pada sesuatu yang kita tidak fahami. Ia seperti dapat meramalkan hasil resipi secara terperinci… tetapi tanpa mengetahui sama ada anda sebenarnya sedang membuat biskut, roti atau sesuatu yang lain sama sekali.
Bagaimanakah kita tahu bahawa alam semesta berkembang semakin pantas?
Podcast ini mengulas sejarah bagaimana kami sampai pada idea tentang alam semesta dalam pengembangan dipercepatkanSepanjang sebahagian besar abad ke-20, komuniti saintifik tahu bahawa kosmos berkembang sejak Letupan Besar, kira-kira 13.8 bilion tahun yang lalu, tetapi keraguan masih wujud: adakah ia akan terus berkembang selama-lamanya? Adakah ia akan menjadi perlahan disebabkan oleh graviti semua jirim? Atau adakah ia boleh berhenti dan runtuh lagi?
Bahagian utama teka-teki ini disediakan oleh ahli astronomi Edwin Hubble pada tahun 1920-anBerdasarkan hasil kerja Henrietta Swan Leavitt yang terdahulu dan pemerhatian bintang berubah-ubah Cepheid dalam Galaksi Andromeda, Hubble dapat mengukur jarak ke galaksi lain. Dengan menggabungkan maklumat ini dengan data spektroskopi yang dikumpul oleh Vesto Slipher, Hubble mendapati bahawa semakin jauh sesuatu galaksi, semakin pantas ia bergerak menjauhi kita.
Analisis itu melahirkan yang terkenal Hukum Hubble, yang ditafsirkan sebagai pengembangan ruang itu sendiriPemerhatian dengan teleskop hubble Dan alatan lain membantu mengukuhkan visi ini. Untuk menggambarkan perkara ini, program ini menggunakan imej yang sangat grafik: sepotong roti kismis di dalam ketuhar. Kismis tidak bergerak secara aktif melalui doh, tetapi apabila ia naik, semuanya bergerak lebih jauh.
Beberapa dekad kemudian, pada akhir 1990-an, sekumpulan penyelidik yang diketuai oleh Saul Perlmutter, Brian Schmidt dan Adam Riess Dia menggunakan supernova Jenis Ia—letupan bintang yang sangat terang dan agak seragam—sebagai "lilin standard" untuk mengukur pengembangan kosmik. Matlamatnya adalah untuk mengesahkan bahawa pertumbuhan alam semesta semakin perlahan dari semasa ke semasa, seperti yang munasabah jika graviti bertindak sebagai brek.
Kejutan itu sangat besar: data menunjukkan sebaliknya. Alam semesta bukan sahaja terus berkembang, tetapi ia melakukannya pada kadar yang sentiasa meningkat.Penemuan ini, yang merevolusikan kosmologi moden, telah melayakkan mereka menerima Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 2011. Sejak itu, penjelasan yang paling diterima secara meluas ialah bentuk tenaga yang tidak diketahui "menolak" ruang angkasa dan mempercepatkan pengembangannya: tenaga gelap.
Masalahnya ialah Teori fizik yang kita gunakan hari ini tidak mencukupi untuk menjelaskan fenomena iniGraviti Newton mahupun relativiti umum Einstein, seperti yang kita fahami, tidak sepenuhnya sesuai dengan skala kosmologi yang lebih besar. Ini memaksa komuniti saintifik untuk mempertimbangkan semula sama ada alat teori kita mencukupi atau sama ada kita memerlukan hukum fizik baharu.
Dua laluan utama untuk menjelaskan tenaga gelap
Dalam model kosmologi semasa, Guadalupe Cañas Herrera menjelaskan dua keluarga teori utama untuk mentafsir tenaga gelapYang pertama mengandaikan bahawa benar-benar terdapat satu bentuk tenaga atau bahan baharu yang meresap ke alam semesta dan menyebabkan pengembangan dipercepatkan ini.
Menurut pendekatan ini, dalam inventori kosmos yang diketahui—terutamanya jirim normal dan jirim gelap— Tiada jenis jirim lain yang mempunyai kesan yang ketara dan bertentangan dengan graviti.Graviti cenderung untuk mengumpulkan galaksi dan gugusan bersama, manakala komponen baharu ini akan melakukan sebaliknya: memisahkannya semakin banyak, menolaknya lebih jauh dan mempercepatkan jaraknya.
Ahli fizik teori, dalam kes ini, berpendapat bahawa mesti wujud sejenis medan atau tenaga dengan sifat eksotik yang bertindak sebagai enjin pengembangan. Kita tidak tahu apa yang diperbuat daripadanya, mahupun bagaimana ia berinteraksi di luar kesan gravitinya, tetapi kehadirannya sesuai dengan pemerhatian supernova, latar belakang gelombang mikro kosmik dan taburan struktur berskala besar.
Pendekatan kedua tidak memperkenalkan bahan baharu, tetapi sebaliknya Ia mempersoalkan persamaan graviti kita sendiri.Model kosmologi piawai adalah berdasarkan relativiti umum Einstein, satu teori yang telah lulus semua eksperimen dalam sistem suria dan pada skala yang agak kecil dengan cemerlang. Tetapi apabila kita mengekstrapolasi persamaan ini kepada jarak kosmologi yang jauh, kita mungkin terlalu meluaskan kesahannya.
Dalam kerangka kerja ini, bidang "graviti yang diubah suai"Kajian ini meneroka potensi perubahan berskala besar pada hukum Einstein. Daripada memperkenalkan tenaga misteri yang mempercepat pengembangan, ia menunjukkan bahawa mungkin kita tidak sepenuhnya memahami bagaimana graviti bertindak di alam semesta yang dalam. Bergantung pada bagaimana masalah itu didekati, keutamaannya mungkin untuk menemui jenis tenaga baharu atau, sebaliknya, untuk merumuskan semula persamaan asas kita.
Roman: Teleskop yang ingin mendedahkan alam semesta yang tidak kelihatan
Untuk mencapai kemajuan dalam isu-isu ini, lebih daripada sekadar idea yang baik diperlukan: kita perlu balai cerap yang mampu meneliti kosmos dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnyaDi sinilah Teleskop Angkasa Rom Nancy Grace NASA memainkan peranan, protagonis utama episod podcast.
Lucas Paganini, saintis dan eksekutif program untuk misi ini, menjelaskan bahawa Rom itu direka khusus untuk menyiasat tenaga gelap dan memetakan jirim gelap dalam tiga dimensi. Di samping itu, ia juga akan mengkaji eksoplanet dan fenomena astrofizik lain, tetapi tujuannya adalah untuk membongkar alam semesta yang tidak kelihatan.
Dengan cermin utama berdiameter hampir dua setengah meter, Roman akan mempunyai resolusi yang serupa dengan Teleskop Angkasa Hubble yang bersejarahTetapi dengan medan pandangan kira-kira seratus kali lebih besar. Ini bermakna ia akan dapat meliputi kawasan langit yang lebih luas dalam setiap pemerhatian, mengumpul sejumlah besar data.
Di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Maryland, teleskop itu dipasang dan diuji dalam bilik bersih gergasi yang serupa dengan bilik pembedahan yang sangat besarMana-mana zarah habuk atau sel kulit boleh menimbulkan risiko kepada misi ini, kerana sebaik sahaja dilancarkan ke angkasa lepas, Roman tidak akan dapat diperbaiki lagi. Itulah sebabnya semua kakitangan bekerja dalam "suit arnab" klasik, iaitu sut putih steril yang menutupi mereka sepenuhnya.
Apabila ia berlepas, balai cerap akan bergerak ke Titik Lagrange 2 (L2), terletak kira-kira 1,5 juta kilometer dari Bumikira-kira empat kali ganda jarak antara planet kita dan Bulan. Dari orbit yang stabil dan sejuk itu, sesuai untuk pemerhatian inframerah, Roman akan dapat merenung ke dalam alam semesta yang dalam dengan tenang.
Inti saintifik misi ini adalah instrumen medan luasIa merupakan silinder besar yang dipasang pada panel yang menempatkan elektroniknya yang canggih. Ia dioptimumkan untuk pemerhatian inframerah, tepatnya kawasan spektrum di mana banyak galaksi jauh dapat dilihat selepas cahayanya beralih merah.
Cara mengkaji tenaga gelap tanpa melihatnya secara langsung
Salah satu kesukaran besar kosmologi semasa ialah Kita tidak boleh "memotret" tenaga gelap secara langsungIa tidak bersinar, ia tidak memantul, dan ia tidak dapat dikesan secara langsung. Oleh itu, Roman akan bertindak secara tidak langsung: dia akan memerhatikan alam semesta yang boleh dilihat—khususnya, berbilion-bilion galaksi—untuk membuat kesimpulan daripada taburan, bentuk dan pergerakannya apa yang berlaku kepada ruang masa.
Instrumen medan luas Roman akan mengambil imej dengan resolusi yang setanding dengan Hubble tetapi meliputi kawasan langit yang jauh lebih luasDengan cara ini, saintis akan dapat memetakan bagaimana jirim (termasuk jirim gelap, daripada kesan kanta graviti) diedarkan sepanjang sejarah kosmik.
Semasa projek pemetaannya yang luas, Roman akan mengkaji galaksi yang merentangi dari alam semesta semasa hingga zaman apabila kosmos hanya berusia kira-kira 500 juta tahunkira-kira 4% daripada usianya. Dengan menganalisis bagaimana jarak antara galaksi telah berubah dan bagaimana struktur kosmik telah terbentuk, ahli kosmologi boleh menguji model tenaga gelap dan graviti yang berbeza.
Kuncinya ada di anjakan merah cahayaApabila alam semesta mengembang, gelombang elektromagnet meregang seperti mata air: panjang gelombang meningkat, dan cahaya beralih ke arah kawasan merah dan inframerah spektrum. Semakin jauh galaksi, semakin banyak cahayanya telah meregang semasa perjalanannya kepada kita.
Dengan mengukur dengan tepat berapa banyak cahaya dari setiap galaksi telah beralih merah, saintis boleh untuk menganggarkan jaraknya dan, pada masa yang sama, saat dalam masa kosmik di mana kita melihatnyaDengan berjuta-juta ukuran ini, peta tiga dimensi dibina yang menunjukkan bagaimana pengembangan dan pengedaran jirim berubah selama berbilion tahun.
Roman juga akan mempersembahkan kajian besar supernova jenis IaPeristiwa yang sama ini mendorong penemuan pengembangan dipercepat. Letupan bintang ini berfungsi sebagai titik rujukan kecerahan yang diketahui: dengan membandingkan kecerahan intrinsiknya dengan kecerahan yang diperhatikan, jarak yang sangat tepat diperoleh. Dengan sampel yang besar tersebar di langit dan dari era yang berbeza, adalah mungkin untuk menentukan sama ada tenaga gelap sentiasa bertindak dengan cara yang sama atau sama ada ia telah berubah dari semasa ke semasa.
Rangkaian teleskop yang berfungsi sebagai satu pasukan
Roman tidak akan beroperasi bersendirian. Kisah yang diceritakan dalam podcast menekankan bahawa Kosmologi moden merupakan usaha kolaboratif di mana pelbagai balai cerap saling melengkapi antara satu sama lain.Setiap teleskop menyediakan jenis data atau pendekatan yang berbeza, tetapi semuanya sesuai bersama dalam teka-teki kosmik yang sama.
Agensi Angkasa Eropah (ESA) menerajui misi tersebut Euclid, dilancarkan pada tahun 2023Dengan sumbangan penting daripada NASA dalam bentuk pengesan inframerah dekat yang sangat serupa dengan yang dibawa oleh Teleskop Angkasa James Webb, Euclid juga mencipta peta tiga dimensi alam semesta, memerhatikan berbilion galaksi pada jarak sehingga 10.000 bilion tahun cahaya.
Objektif utamanya adalah untuk menjejaki "jejak kaki" tenaga gelap melalui bentuk, kedudukan dan jarak galaksi. Dengan menggabungkan peta taburan jirim dan ukuran kanta graviti—herotan ketara galaksi latar belakang oleh graviti jirim gelap latar depan—Euclid dan Roman akan memberikan perspektif yang saling melengkapi tentang masalah yang sama.
Guadalupe Cañas Herrera telah memainkan peranan penting dalam Euclid, kedua-duanya dari ESA, serta institusi seperti Balai Cerap Diraja Edinburgh atau Universiti LeidenAntara tanggungjawab lain, beliau mengetuai pembangunan CLOE (Kemungkinan Kosmologi untuk Observables dalam Euclid), sebuah perisian yang membolehkan perbandingan data yang diperhatikan dengan ramalan teori model kosmologi yang berbeza.
Secara selari, yang teleskop angkasa james webb Ia memberi tumpuan kepada pemerhatian medan kecil di langit dengan perincian yang luar biasa, mengkaji galaksi yang sangat jauh, pembentukan bintang dan atmosfera eksoplanet. Sebaliknya, Roman akan meliputi kawasan yang jauh lebih besar dengan perincian yang kurang halus—seperti beralih daripada zum ekstrem kepada kanta sudut lebar kosmik.
Kepada semua ini ditambah Balai Cerap Vera C. Rubin, di ChileSebuah teleskop berasaskan darat yang berkuasa yang disokong oleh kerjasama antarabangsa yang besar yang merangkumi Yayasan Sains Kebangsaan A.S. Balai cerap ini dinamakan sempena ahli astronomi yang memberikan bukti pertama yang meyakinkan untuk kewujudan jirim gelap dengan mengkaji lengkung putaran galaksi.
Rubin akan melakukan tinjauan sistematik langit dari semasa ke semasaIni akan membolehkan pengesanan fenomena berubah-ubah dan sementara, serta menyumbang kepada pemahaman yang lebih baik tentang tenaga gelap. Misi seperti SPHEREx, yang akan memetakan seluruh langit dalam inframerah dekat dan memerhatikan ratusan juta galaksi, turut memainkan peranan, menambah satu lagi bahagian dalam teka-teki.
Lucas Paganini membandingkan ekosistem instrumen ini dengan cara di mana Kami mengkaji Bumi menggunakan satelit dan gambar aras jalananKita memerlukan imej daripada skala dan sudut yang berbeza untuk membina peta yang lengkap: perkara yang sama juga berlaku untuk kosmos. Tiada teleskop tunggal yang cukup untuk merakam kerumitannya yang sepenuhnya.
Eksoplanet, koronagraf dan sains warganegara
Walaupun fokus utama episod ini adalah tenaga gelap, podcast ini juga menunjukkan bahawa Roman akan menjadi alat revolusioner untuk pencarian dan pencirian eksoplanetMisi ini mempunyai instrumen koronagraf demonstrasi teknologi yang akan menyekat cahaya bintang yang menyilaukan untuk mendedahkan planet-planet yang mengorbit di sekelilingnya.
Koronografi berfungsi seperti cakera legap kecil yang Ia menyekat kecerahan bintang dalam medan pandangan teleskop.Ini mewujudkan zon bayang-bayang di mana objek yang lebih samar, seperti dunia yang jauh, boleh dilihat. Teknologi ini menguji teknik kawalan optik dan cahaya yang akan menjadi penting untuk balai cerap masa depan yang dikhaskan untuk mencari tanda-tanda kebolehhunian di eksoplanet.
Koronografi Roman akan berfungsi sebagai asas untuk Balai Cerap Dunia Boleh DihuniMisi NASA masa hadapan yang direka untuk mengkaji planet-planet seperti Bumi dengan terperinci yang belum pernah terjadi sebelumnya. Matlamatnya adalah untuk mengesan ciri-ciri seperti kemungkinan kehadiran lautan, atmosfera atau sebatian kimia yang menunjukkan kebolehhuniannya.
Tambahan pula, alat muzik medan luas Roman akan melakukan banci planet yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam galaksi kitaHasil daripada teknik seperti mikropelensa graviti dan pemerhatian transit yang tepat, beribu-ribu eksoplanet baharu dengan pelbagai saiz dan orbit dijangka akan ditemui.
Dengan katalog itu, penyelidik akan dapat menganggarkan Sejauh manakah persamaan sistem planet dengan sistem kita?Dengan planet-planet berbatu di zon boleh didiami, gergasi gas yang jauh, dunia berais… dan semua kepelbagaian yang kita sudah mula lihat. Hanya beberapa dekad yang lalu, tiada satu pun eksoplanet yang diketahui; kini, kita telah mengkatalogkan lebih daripada 6.000, dan bilangannya akan terus berkembang.
NASA juga mempromosikan projek-projek dalam sains warganegara sebagai Penjelajah Tenaga GelapMelalui inisiatif ini, sesiapa sahaja yang mempunyai sambungan internet boleh bekerjasama dalam pengelasan atau analisis data, sekali gus membantu mempercepatkan penemuan. Ia merupakan cara untuk membuka pintu kepada makmal kosmik kepada masyarakat secara keseluruhan.
Ilmu yang berkembang seiring berjalannya waktu… dan dengan rasa ingin tahu
Salah satu mesej yang paling memberi inspirasi dalam episod ini ialah Pengetahuan kita tentang alam semesta masih di peringkat awal.Lucas Paganini menggunakan imej seorang bayi yang hanya mengetahui bilik tempat dia tinggal: dia percaya bahawa bilik itu adalah seluruh dunianya, sehingga suatu hari dia mendapati bahawa terdapat sebuah rumah, kemudian sebuah kawasan kejiranan, sebuah bandar, sebuah negara dan, akhirnya, seluruh planet.
Sesuatu yang serupa berlaku kepada kita dengan kosmos. Kita tahu bahawa terdapat "kejiranan kosmik" galaksi, gugusan dan filamenTetapi kita masih belum mempunyai semua data yang diperlukan untuk memahami bagaimana ia disusun, bagaimana ia berkembang dari semasa ke semasa, dan apakah peranan tenaga gelap dalam proses itu.
Setiap set pemerhatian baharu—sama ada daripada Roman, Euclid, Rubin, Webb atau mana-mana balai cerap lain—menambah sebutir pasir kecil menuju bangunan ilmu yang agungMungkin satu keputusan terpencil mungkin kelihatan tidak penting, tetapi jika ditambah dengan banyak keputusan lain, ia membantu kita memperhalusi model, membuang teori dan mengemukakan soalan baharu.
Guadalupe Cañas Herrera menegaskan bahawa, jika data tersebut akhirnya menunjukkan bahawa Kita memerlukan fizik yang berbeza untuk menggambarkan alam semestaIni tidak bermakna semua yang berlaku sebelum ini adalah "salah", tetapi sebaliknya masih ada bahagian yang perlu diselesaikan. Ia mungkin merupakan saat yang sukar secara saintifik, kerana ia memerlukan pembinaan semula sebahagian daripada kerangka teori, tetapi ia juga akan menjadi sangat menarik.
Secara selari, podcast ini menekankan Kepentingan memupuk rasa ingin tahu saintifik sejak kecilGuadalupe berterima kasih kepada bapanya kerana tidak pernah memadamkan dahaganya terhadap ilmu pengetahuan, kerana meluangkan masa untuk mencari jawapan, dan kerana menemaninya dalam eksperimen kecil atau memerhati langit dengan teropong. Dia menggalakkan keluarga untuk melakukan perkara yang sama: jika terdapat anak yang ingin tahu di rumah, perkara terbaik yang boleh anda lakukan ialah menggalakkan mereka untuk bertanya soalan, dan lebih banyak soalan.
Sejarah kemajuan sains mengingatkan kita bahawa Hanya dalam beberapa dekad, kita telah berubah daripada tidak mengetahui tentang eksoplanet kepada menemui beribu-ribudan daripada menganggap pengembangan kosmik sebagai ramalan teori semata-mata kepada mengukur pecutannya dengan tepat. Kini, tugas besar di hadapan adalah untuk mengetahui dengan tepat apa itu tenaga gelap dan bagaimana ia sesuai dengan penerangan lengkap tentang alam semesta.
"NASA's Curious Universe" menyampaikan idea bahawa Pemahaman kita tentang kosmos berkembang pada masa yang sama seperti alam semesta itu sendiri.Didorong oleh kerjasama antarabangsa, teknologi canggih dan rasa ingin tahu yang tidak pernah puas daripada mereka yang mendedikasikan hidup mereka untuk persoalan-persoalan ini, projek ini membuka peluang kepada sesiapa sahaja—termasuk anda—untuk suatu hari nanti menyumbangkan sebutir pasir mereka sendiri dalam pencarian jawapan tentang alam semesta yang tidak kelihatan dan dunia jauh yang mungkin menyimpan bentuk kehidupan lain.
