الفلك

كم عمر أقدم ضوء مرئي من الأرض؟

كم عمر أقدم ضوء مرئي من الأرض؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

نظرًا لأن الضوء لا يمكنه إلا أن ينتقل بسرعة كبيرة ، فقد انبعث كل الضوء الذي نراه في السماء في لحظة سابقة من الزمن. لذا ، على سبيل المثال ، إذا رأينا مستعرًا أعظم أو حدثًا نجميًا آخر عظيمًا ، بحلول الوقت الذي نراه فيه ، ربما يكون قد انتهى. هذا جعلني فضوليًا نوعًا ما ، ما هو أقدم ضوء يمكننا رؤيته من الأرض؟

من المفترض أن يكون عمر الكون 13 + مليار سنة ، لكننا على الأرجح لسنا على حافة الكون المعروف ، لذا ربما يكون عمر كل الضوء الذي نراه أقل من 13 مليار سنة. إذن ما هو أقدم ضوء يمكننا رؤيته؟ وكسؤال متابعة اختياري كيف نعرف عمر ذلك النور؟

أعتقد أن الضوء نفسه قد لا يكون في الواقع `` قديمًا '' حرفيًا ، ولكن ربما يكون واضحًا ما أطلبه هنا ، بعبارة أخرى: ما هي أطول مسافة قطعها الضوء المرئي للأرض الآن للوصول إلى الأرض؟ على الرغم من أن هذا الإصلاح للسؤال يتشابك نوعًا ما مع تأثيرات العدسة.


أقدم ضوء في الكون هو الخلفية الكونية الميكروية. بعد ما يقرب من 380000 سنة من الانفجار العظيم ، "تمت إعادة اتحاد" البروتونات والإلكترونات1 في ذرات الهيدروجين. قبل ذلك ، كانت أي فوتونات مشتتة من الإلكترونات الحرة في الفراغ الذي يملأ البلازما ، وكان الكون في الأساس معتمًا للضوء. وبمجرد حدوث إعادة التركيب ، تمكنت الفوتونات من "الانفصال" عن الإلكترونات والانتقال عبر الفضاء دون عوائق. لا يزال هذا الإشعاع البقايا مرئيًا حتى اليوم ؛ لقد تم إزاحته إلى الأحمر وتبريده.

يمكننا اكتشاف الضوء من الأشياء البعيدة جدًا ، ولدينا ذلك. من المنطقي التحدث عن المسافة من حيث الانزياح الأحمر ؛ كلما كان الانزياح نحو الأحمر أكبر ، كلما كان الكائن بعيدًا. هناك عدد من الأجسام شديدة الانزياح نحو الأحمر ، بعضها تم تأكيد قياساته ، والبعض الآخر لم يتم تأكيده. يشمل المرشحون

  • MACS0647-JD (redshift $ z = 10.7 ^ {+ 0.6} _ {- 0.4} $) ، مجرة ​​بعيدة جدًا.
  • UDFj-39546284 (الانزياح الأحمر من $ z = 10 $ إلى $ z = 12 $) ، مجرة ​​أخرى أو مجرة ​​بدائية (على الرغم من أن بعدها غير مؤكد ، وطبيعتها الدقيقة متنازع عليها).
  • GN-z11 (redshift $ z = 11.09 ^ {+ 0.08} _ {- 0.12} $) ، مجرة ​​بعيدة مضيئة جدًا.

كل هذه الأجسام قد تكونت بعد مئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم ، ومع ذلك ، فإن الضوء الذي نراه منها هو "أصغر" بكثير من ضوء الخلفية الكونية الميكروية.


1 لم أحب أبدًا الاستخدام في هذا السياق ، حيث كان هذا هو أول الوقت الذي اجتمعوا فيه "إعادة" مضللة نوعًا ما.


جاء في مقال CNN بتاريخ 2 أبريل 2018:

علماء يرصدون بصمة لأول ضوء في الكون "

بعد الانفجار العظيم ، يعتقد الفيزيائيون أنه كان هناك ظلام فقط في الكون لنحو 180 مليون سنة ، وهي فترة يعرفها العلماء باسم "العصور المظلمة" الكونية.

لذا أعتقد أن إجابتك قد تكون أن Big Bang + 180 مليون سنة هي أقدم ضوء يمكننا رؤيته.


ما هو أقدم ضوء يمكننا رؤيته؟

تعتبر الخلفية الكونية الميكروية أقدم إشعاع E-M يمكن اكتشافه لنا. إنه موجود في طيف الميكروويف ، لذلك لا يمكن رؤيته بالعين المجردة ولكن يتم التقاطه بواسطة "التلسكوبات الراديوية". نحن نسميها "نور" بالمعنى الواسع.

جانب واحد رائع حول هذا إشعاع الخلفية هو شبه التماثل في كل الاتجاهات. يعتقد علماء الفلك أن التوحيد قوي جدًا بحيث لا يمكن أن يكون المصدر شيئًا كبيرًا حقًا مثل بالون ضخم ... ولكن هذا سيكون هو الحال إذا كان كل شيء في الواقع متباعدًا كما يبدو.

إذا كان حجمه كبيرًا كما يبدو ، فسيحتاج إلى ضعف عمر الكون حتى يتأثر أحد الجانبين بالجانب الآخر! بدلاً من ذلك ، يعتقد علماء الفلك أن ما نراه كان جسمًا صغيرًا جدًا ، وقد أصبح أكبر ؛ هذا هو السبب في أنها تبدو متشابهة في كل اتجاه. بعض النمو يسمى التوسع المتري للفضاء وله معنى مختلف عن النمو العادي.

كيف نعرف عمر ذلك النور؟

لا يمكن تحديد عمر ضوء الخلفية الكونية إلا بشكل غير مباشر، أولاً من خلال معرفة متى حدث الانفجار العظيم ، ثم من خلال معرفة متى انبعث الضوء أثناء الانفجار العظيم.

من خلال مقارنة المعدل الذي يبدو أن كل شيء يزداد فيه حجم كل شيء يبدو أنه كبير ، بنفس الطريقة التي قد تقدر بها المدة التي ستستغرقها القيادة إلى مكان ما بالنظر إلى سرعة الطريق والمسافة ، نحسب ال ثابت هابل. يساعدنا هذا في حساب المدة التي مرت منذ حدوث الانفجار العظيم.

كما توجد "موجات صوتية" معينة (التذبذبات الصوتية الباريونية) حيث الأشياء القديمة التي نراها ، بما في ذلك الخلفية الكونية الميكروية ، تصبح أكثر إشراقًا وخفتًا مع إيقاع ، مثل بندول الساعة. يمكن قياسها إما من اليسار إلى اليمين (لنقل الأشياء) أو من خلال مراقبة مقطع فيديو (للأشياء الثابتة). قياس هذه الإيقاعات ومقارنتها بثابت هابل يساعد أيضًا في حساب المدة التي مرت منذ حدوث الانفجار العظيم.

أخيرًا ، تتمتع خلفية الميكروويف بخصائص فيزيائية (مثل درجة الحرارة والكثافة) تجعل من الممكن لنا ذلك تحديد وقت انبعاثها أثناء توسع وتبريد الانفجار العظيم. باستخدام كل هذه الحسابات معًا ، يمكننا تحديد عمر ضوء الخلفية الكونية الميكروويف.

يعتقد علماء الفلك أن هذه الحسابات المجمعة (تسمى "LCDM" أو "Lambda-CDM" أو "Big Bang Cosmology") جيدة جدًا لأن الأرقام المختلفة تصطف ، في أغلب الأحيان *. لقد كان من دواعي سرورهم الإبلاغ عن المزيد من النتائج الجيدة مؤخرًا في عام 2018 عندما انتهت دراسة تسمى مسح الطاقة المظلمة. ومع ذلك ، نظرًا لأن LCDM تتضمن افتراضات معينة قد لا يتم التحقق من صحتها أبدًا ، وبما أنه لا تزال هناك بعض التناقضات غير المبررة ، فإننا لا نعرف ما إذا كان نوع آخر من الحسابات سيكون أفضل ، بشرط أن يظل مناسبًا للقياسات.

كيف نعرف أن هذا هو أقدم ضوء؟

إنه فقط من خلال التفكير في الصفات الفيزيائية لخلفية الميكروويف الكونية ، والتفكير في الوقت الذي يجب أن يكون قد بعث فيه ضوءه أثناء الانفجار العظيم ، حدده علماء الفلك على أنه الأقدم ضوء محتمل في الكون ، أقدم من أي نجوم أو مجرات. لا يخبرنا كم هو قديم في حد ذاته ؛ في الواقع ، يتأكد علماء الفلك دائمًا من أنها ليست مجرد طبقة من الغبار على التلسكوب!

كم تبعد الخلفية الكونية الميكروية؟

هذا سؤال صعب الإجابة عليه. وفقًا لـ Big Bang Cosmology ، لم تكن الخلفية الكونية الميكروية "في مكان ما" ولكنها كانت موجودة في كل مكان. والمسافة التي قطعتها منذ الانفجار العظيم تختلف عن الوقت مضروبًا في سرعة الضوء ، بسبب التمدد المتري للفضاء. هذا نتيجة لانكماش الطول النسبي بسبب السرعة التي يتحرك بها كل شيء.

هل الكون المرئي أصغر من الكون الأكبر ، بافتراض وجوده؟

حساب مقدار الوقت من الانفجار العظيم حتى الآن تعطي نفس النتيجة سواء كنت تفكر في كوننا المرئي أو الكون الأكبر الذي قد يكون موجودًا. هذا هو السبب في أن عمر كوننا هو نفس كعصر "الكون".

* أدت بعض الدراسات المختلفة لتحديد ثابت هابل إلى توقف علماء الكونيات (الرابط 1 ، الرابط 2) ؛ اعتمادًا على الجزء الذي تنظر إليه من الكون ، قد يكون قريبًا من 67 أو قد يكون أقرب إلى 73 في الوحدات القياسية.


اكتشف العلماء مجرة ​​تسمى GN-z11 (سبق ذكرها بواسطة HDE 226868) ، والتي كانت موجودة بعد 400 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، أو منذ حوالي 13.3 مليار سنة:

المجرة الأبعد حتى الآن تحطم الرقم القياسي للمسافة الكونية

تم الإعلان الأسبوع الماضي فقط عن اكتشاف نجم يبلغ من العمر 10 مليارات عام:

يرصد هابل أبعد نجم رأيته على الإطلاق

فيما يلي قائمة بالأجسام الفلكية البعيدة على ويكيبيديا.


لقد طرحت سؤالين باستخدام الدلالات:

  • "كم عمر أقدم ضوء مرئي من الأرض؟"

من إجابة @ Pela إلى: لماذا يوجد فرق بين أفق الحدث الكوني وعمر الكون؟ - لذلك في حوالي 100 مليون سنة سيصل إلينا الضوء الأبعد ، من أكثر من 116 مليون سنة ضوئية.

ال 16 Gly التي تكون المسافة إلى أفق الحدث اليوم هي نوع من الصدفة. لا علاقة له بعمر الكون. يعتمد ذلك فقط على التوسع المستقبلي للكون ، والذي يعتمد بدوره على كثافة مكونات الكون (Ωb ، ΩDM ، ΩΛ ، إلخ). إذا كانت المادة (أو الإشعاع) تهيمن على الكون ، فلن يكون هناك أفق حدث: لن تكون أي مجرة ​​، بعيدة كل البعد ، مرئية لنا ، إذا كان لدينا الصبر للانتظار. مجرة تبعد 10000 مليار سنة ضوئية؟ فقط انتظر طويلا بما فيه الكفاية (بالضبط كم من الوقت يعتمد على الكثافة الفعلية).

ومع ذلك ، تصادف أن كوننا تهيمن عليه الطاقة المظلمة ، والتي تسرع من التوسع دون حدود. هذا يعني للأسف أن الضوء الذي يغادر اليوم من مجرة ​​17 Gly بعيدًا سيتم حمله بعيدًا عن طريق التوسع أسرع مما يمكن أن ينتقل نحونا. على النقيض من ذلك ، فإن الضوء المنبعث اليوم من مجرة ​​15 Gly البعيدة سوف يسافر في اتجاهنا ، لكنه مع ذلك سيبتعد عنا في البداية بسبب التوسع. ومع ذلك ، فإن رحلتها نحونا تجعل معدل التوسع هذا أصغر وأصغر (نظرًا لأن معدل التوسع يزداد مع زيادة المسافة منا) ، وبعد فترة من الوقت سيكون قد قطع مسافة بعيدة حتى يتمكن من التغلب على التوسع ويبدأ في تقليل المسافة بيننا و تصل إلينا في النهاية بعد 100 Gyr أو نحو ذلك.


  • "أعتقد أن الضوء نفسه قد لا يكون في الواقع" قديمًا "حرفيًا ، ولكن ربما يكون واضحًا ما أطلبه هنا ، بعبارة أخرى: ما هي أطول مسافة قطعها الضوء المرئي للأرض الآن لتصل الى الارض؟ على الرغم من أن إصلاح السؤال يتشابك نوعًا ما مع تأثيرات العدسة؟ "

نعم ، هذا سؤال مختلف تمامًا ...

راجع إحدى الأوراق البحثية الأولى: "توسيع الارتباك: المفاهيم الخاطئة الشائعة للآفاق الكونية والتوسع الفائق للكون للكون" بقلم ديفيس ولينيفيفر (2003).

أحدث أعمال:

"الماضي السببي المشترك ومستقبل الأحداث الكونية" ، بقلم فريدمان وكيزر وجاليتشيو (2013).

"استنتاج:... بينما يُعتقد أن الكثافات المكانية المرصودة للمجرات والعناقيد ، وبالتالي الكوازارات تعكس الارتباطات التي نشأت أثناء التضخم ، يظل السؤال مفتوحًا عما إذا كانت أحداث العصر التضخمي في مواقع تجوال معينة - حيث تشكلت مجرات الكوازار المضيفة لاحقًا - يمكن أن تسفر عن ارتباط يمكن ملاحظته إشارة بين أزواج أحداث انبعاث الكوازارات في نهاية المطاف في نفس تلك المواقع القادمة بعد بلايين السنين من طبعة اضطرابات الكثافة التضخمية.

في الختام ، نلاحظ أن جميع استنتاجاتنا تستند إلى افتراض أن تاريخ التوسع لكوننا المرئي ، على الأقل منذ نهاية التضخم ، يمكن وصفه بدقة من خلال النسبية العامة المتعارف عليها و FLRW المتصل ببساطة وغير المضغوط. قياس. تتوافق هذه الافتراضات مع أحدث بحث تجريبي عن طوبولوجيا غير تافهة ، والتي لم تعثر على إشارات يمكن ملاحظتها للطوبولوجيا المدمجة للنطاقات الأساسية حتى حجم سطح التشتت الأخير.

تين. 1. مخطط امتثالي يوضح مسافة الانتقال ، $ R_0χ $ في Glyr ، مقابل الوقت المطابق ، $ R_0τ / c $ في Gyr ، للحالة التي تظهر فيها الأحداث A و B على جوانب متقابلة من السماء كما تُرى من الأرض (α = 180 درجة). المراقب يجلس على الأرض عند $ χ = ​​0 دولار في الوقت الحالي المطابق $ τ = τ0 دولار. ينبعث الضوء من A عند ($ χA ، τA $) ومن B عند ($ χB ، τB $) ؛ تصل كلتا الإشارتين إلى الأرض على طول lightcone الماضي في (0 دولار ، _ {τ0} دولار). تتقاطع الأضواء الضوئية الموجهة سابقًا من أحداث الانبعاث (الأحمر والأزرق لـ A و B على التوالي) عند ($ χAB ، τAB $) وتتداخل مع 0 $ <τ (المنطقة الأرجواني). للانزياحات الحمراء z_A دولار = 1 دولار و $ z_B = 3 دولارات وعلم الكونيات ΛCDM المسطح مع المعلمات الواردة في المعادلة. (11) ، تقع الأحداث في مسافات كومينغ $ R_ {0χA} = 11.11 دولارًا Glyr و $ R_ {0χB} = 21.25 دولارًا Glyr ، مع الانبعاث في أوقات الامتثال $ R_ {0τA} / c = 35.09 دولارًا جير و $ R_ {0τB} / c = 24.95 دولارًا جير. تتقاطع lightcones الماضية في الحدث AB في $ R_ {0χAB} = 10.14 دولار Glyr في الوقت المناسب $ R_ {0τAB} / c = 13.84 دولار جير ، بينما الوقت الحاضر $ R_ {0τ0} / c = 46.20 دولارًا جير. يظهر أيضًا أفق الحدث الكوني (الخط الفاصل بين المناطق الصفراء والرمادية) والمكونات الضوئية الموجهة في المستقبل من الأحداث A و B (خطوط متقطعة رفيعة) ومن الأصل (0،0) (خطوط متقطعة سميكة). في علم كوزمولوجيا ΛCDM مثلنا ، الأحداث في المنطقة الصفراء خارج lightcone الماضي الحالي تشبه الفضاء مفصولة عنا اليوم ولكن يمكن ملاحظتها في المستقبل ، في حين أن الأحداث في المنطقة الرمادية خارج أفق الحدث تكون شبيهة بالفضاء منفصلة عن المراقبين على الأرض إلى الأبد. تظهر المقاييس الإضافية الانزياح الأحمر (أعلى المحور الأفقي) والوقت كما تم قياسه بواسطة عامل المقياس ، $ a (τ) $، وفي الوقت المناسب ، $ t $، (المحور الرأسي الأيمن) كما تم قياسه بواسطة مراقب في حالة سكون في موقع تجويف ثابت.

انظر أيضًا: "الآفاق السببية في عالم كذاب" ، بقلم باتاتشاريا وباري وتشاكرابورتي (2017):

"استنتاج: يُظهر العمل الحالي أن مشكلة السببية في ارتداد الكون ترتبط ارتباطًا جوهريًا بفهم المراحل المختلفة للكون أثناء مرحلة الانكماش. نظرًا لأن فهمنا لمرحلة الانكماش هو مجرد تخمين في الوقت الحالي ، فإن النماذج التي نستخدمها لمعرفة طبيعة أفق الجسيمات تظل مفرطة في التبسيط. يعتقد المؤلفون الحاليون أنه على الرغم من أن مشكلة السببية في نماذج الكون المرتدة بعيدة كل البعد عن الحل ، فإن المقالة الحالية توضح الصعوبات النوعية والكمية التي يجب على المرء التحايل عليها في المستقبل لتحقيق نتائج أكثر أهمية ".

إجابة مختصرة: إنها 46.9 مليار سنة ضوئية. صفحة أخرى على ويكيبيديا تقول: 46.6 مليار سنة ضوئية. الخبراء أعلاه حساب 46.2.


الضوء وعلم الفلك

عندما يخرج مراقبو النجوم ليلا للنظر إلى السماء ، فإنهم يرون الضوء من النجوم والكواكب والمجرات البعيدة. الضوء مهم للاكتشاف الفلكي. سواء كان الضوء من النجوم أو الأشياء الساطعة الأخرى ، فإن الضوء شيء يستخدمه علماء الفلك طوال الوقت. عيون الإنسان "ترى" (تقنيًا ، "تكتشف") الضوء المرئي. هذا جزء من طيف ضوئي أكبر يسمى الطيف الكهرومغناطيسي (أو EMS) ، والطيف الممتد هو ما يستخدمه علماء الفلك لاستكشاف الكون.


نظرة جديدة على الكون & # 8217s أقدم ضوء

عرض أكبر. | في عام 2013 ، أصدر تلسكوب بلانك الفضائي الخريطة الأكثر تفصيلاً حتى الآن لخلفية الميكروويف الكونية ، وهي بقايا الإشعاع من الانفجار العظيم. كانت أول صورة للبعثة في السماء لأقدم ضوء في الكون ، مطبوع على السماء عندما كان عمره 380 ألف عام فقط. توافق الآن دراسة جديدة ومستقلة مع نتائج Planck & # 8217s. هذه أخبار جيدة لعلماء الفلك الذين يحاولون تحديد عمر الكون ومعدل توسعه. الصورة عبر ESA.

كم عمر كوننا؟ هذا & # 8217s أحد أقدم الأسئلة الإنسانية وأكثرها جوهرية. الآن ، أعلن علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب Atacama Cosmology (ACT) ، في أعالي جبال الأنديز في شمال تشيلي ، عن قياس جديد لإشعاع الخلفية الكونية ، وهو أقدم ضوء لكوننا ، اكتشف في عام 1965 ويسمى أحيانًا صدى الانفجار العظيم. . يشير القياس الجديد إلى أن عمر الكون يبلغ 13.77 مليار سنة ، أي يزيد أو يقل عن 40 مليون سنة. تتفق هذه النتيجة الجديدة بقوة مع نتائج القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي قاس إشعاع الخلفية الكونية من عام 2009 إلى عام 2013. وهي تتفق مع ما يسمى بالنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، والذي تم تطويره في السبعينيات وتم تنقيحه في السنوات الماضية منذ ذلك الحين. يلخص النموذج القياسي العلماء & # 8217 أفضل فهم حالي لكيفية ارتباط الجسيمات الأولية والقوى الأساسية للطبيعة ببعضها البعض.

تم نشر النتائج الجديدة التي تمت مراجعتها من قبل الأقران في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية في 30 ديسمبر 2020.

الاتفاق بين الدراسات المستقلة يعطي العلماء الثقة في عملهم. يؤدي عدم الاتفاق إلى عكس ذلك: فهو يجعل العلماء يعتقدون أن أفكارهم بحاجة إلى مزيد من العمل. في عام 2019 ، اقترحت دراسة أن عمر الكون قد يكون أصغر بمئات الملايين من السنين مما أشارت إليه بيانات Planck & # 8217s. من ناحية أخرى ، تتفق النتائج الجديدة من تلسكوب Atacama Cosmology مع نتائج Planck & # 8217s. Simone Aiola من مركز الفيزياء الفلكية الحاسوبية التابع لمعهد Flatiron & # 8211 مؤلف مشارك في الدراسة الجديدة & # 8211 وعلق:

الآن توصلنا إلى إجابة يتفق عليها بلانك و ACT. إنه يتحدث عن حقيقة أن هذه القياسات الصعبة موثوقة.

مثل القمر الصناعي بلانك ، يدرس تلسكوب أتاكاما الكوسمولوجي (ACT) في تشيلي أيضًا الخلفية الكونية الميكروية. هنا & # 8217s جزء من صورة ACT جديدة ، تغطي قسمًا من السماء بعرض 50 ضعفًا للقمر المكتمل. تمثل هذه الصورة منطقة من الفضاء يبلغ عرضها 20 مليار سنة ضوئية. الصورة عبر ACT Collaboration / كلية الآداب والعلوم.

القياسات الجديدة لا تخبرنا فقط بعمر الكون. يقترحون أيضًا مدى سرعة تمدد الكون.

يتم وصف معدل تمدد الكون من خلال ما يسمى & # 8217s بثابت هابل. كتب عالم الفيزياء الفلكية بريان كوبيرلين في مدونته في 6 يناير 2021 ، وصف ثابت هابل في سياق الخلفية الكونية الميكروية بهذه الطريقة:

في بداية الكون ، كانت هناك تقلبات صغيرة في الكثافة ودرجة الحرارة داخل البحر الكثيف الساخن للانفجار العظيم. مع توسع الكون ، توسعت التقلبات أيضًا. لذا فإن حجم التقلبات التي نراها في الخلفية الكونية الميكروية اليوم يخبرنا عن مدى نمو الكون. في المتوسط ​​، تبلغ التقلبات حوالي مليار سنة ضوئية ، وهذا يعطينا قيمة للمعدل (معامل هابل) في مكان ما بين 67.2 و 68.1 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.

تعطي البيانات الجديدة من ACT ثابت هابل البالغ 67.6 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. كان باحثو بلانك قد قدروا سابقًا 67.4 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ. قال ستيف تشوي من جامعة كورنيل ، المؤلف الأول للورقة البحثية الجديدة:

لم يكن لدي تفضيل معين لأي قيمة محددة ستكون مثيرة للاهتمام بطريقة أو بأخرى. وجدنا معدل توسع مناسب لتقدير فريق بلانك للأقمار الصناعية. يمنحنا هذا مزيدًا من الثقة في قياسات أقدم ضوء في الكون.

ستيف تشوي من جامعة كورنيل ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة. الصورة عبر جامعة كورنيل.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن & # 8211 على الرغم من أن قيم ثابت هابل المستمدة من بيانات بلانك و ACT تتفق جيدًا مع قيم ثابت هابل المستمدة من النجوم المتغيرة البعيدة والمستعرات الأعظمية (النجوم المتفجرة ). أوضح بريان كوبرلين:

& # 8230 يمكنك استخدام النجوم المتغيرة والمستعرات الأعظمية البعيدة لإنشاء سلم مسافة كوني يخبرك بمعدل التمدد. المشكلة هي أن هذه الطريقة البديلة تعطي قيمة أكبر لمعامل هابل. إذا كانت طريقة المستعر الأعظم صحيحة ، فإن الكون يكون أصغر سنًا وقد تمدد بسرعة أكبر مما يدعمه [العمل على إشعاع الخلفية الكونية]. لفترة من الوقت ، كان الأمل أن تحل الأرصاد الجديدة والطرق الجديدة لقياس التوسع الكوني هذه المشكلة & # 8230

لكن كوبرلين قال إن الدراسة الجديدة من ACT تبدد تلك الآمال.

وفقًا لمايكل نيماك ، مؤلف مشارك في الورقة الجديدة:

يشير التوتر المتزايد بين هذه القياسات البعيدة مقابل المحلية لقياسات ثابت هابل إلى أننا قد نكون على وشك اكتشاف جديد في علم الكونيات يمكن أن يغير فهمنا لكيفية عمل الكون. كما يسلط الضوء على أهمية تحسين قياساتنا لخلفية الميكروويف الكونية باستخدام تلسكوب Atacama Cosmology بالإضافة إلى مرصد Simons المستقبلي ومشروعات CCAT الرئيسية التي نبنيها الآن.

الكون قديم ، لكن ما مدى قدمه؟ يبدو أن الإجابة الحالية هي 13.77 مليار سنة ، أي تزيد أو تقل عن 40 مليون سنة. الصورة عبر NASA / WMAP Science Team / Wikipedia.

لحساب عمر الكون & # 8217s ، يحتاج العلماء إلى تقدير مدى الضوء من الخلفية الكونية الميكروية (CMB) & # 8211 & # 8220afterglow & # 8221 من الانفجار الكبير والسجل القابل للقياس عندما هربت الفوتونات لأول مرة من & # 8220fog & # سافر 8221 من بدايات الكون & # 8211 للوصول إلى الأرض. لكن هذه ليست مهمة سهلة ، لذلك يستخدم علماء الفلك التثليث عن طريق قياس الزاوية في السماء بين جسمين بعيدين. مع الأرض كنقطة ثالثة في المثلث ، يمكنهم بعد ذلك تقدير مسافة كلا الجسمين من الأرض.

ACT قادر على قياس التقلبات الطفيفة في الخلفية الكونية الميكروية بدقة كبيرة ، مما يساعد على تنقيح التقديرات. علقت سوزان ستاغز من جامعة برينستون قائلة:

قاس القمر الصناعي بلانك الضوء نفسه ، ولكن بقياس استقطابه بدقة أعلى ، تكشف الصورة الجديدة من تلسكوب أتاكاما لعلم الكونيات عن أقدم الأنماط التي رأيناها على الإطلاق.

منظر مذهل لبعض أقدم المجرات المعروفة في الكون ، من تلسكوب هابل الفضائي في عام 2015. الصورة من وكالة الفضاء الأوروبية / ناسا / مجلة سميثسونيان.

خلاصة القول: تشير الملاحظات الجديدة لأقدم ضوء في الكون إلى أن عمر الكون يبلغ 13.77 مليار سنة ، وتساعد في حل التناقضات مع التقديرات السابقة الأخرى.


جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو مركز الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء

ستونهنج ، التي شيدت بين 3100-2000 قبل الميلاد على سهل سالزبوري في إنجلترا ، ربما كانت موقعًا فلكيًا Stoneage (المرصد كلمة قوية جدًا) ، على الأقل جزئيًا. من المؤكد أن محاذاة "حجر الكعب" مع شروق الشمس في يوم منتصف الصيف (21 يونيو ، الانقلاب الصيفي) يمثل محاذاة فلكية حقيقية ، والعديد من المواقع المغليثية الأخرى لها محاذاة مماثلة. في فك ستونهنججادل عالم الفلك جيرالد هوكينز بوجود عدد كبير من المحاذاة الفلكية ، على الرغم من أن مزيدًا من الدراسة تشير إلى أن العديد من هذه المحاولات مصادفة.

اقترح عالم الكونيات فريد هويل أنه ربما تم استخدام ستونهنج لتتبع دورة خسوف القمر الشمسي. بعيدًا خارج حلقة Sarsen Stones التي لا تزال قائمة جزئيًا ، توجد حلقة من 56 حفرة ، تُعرف باسم ثقوب Aubry. لاحظ هويل أن حركة حجر التأشير بمقدار 3 مواضع في كل مرة تشرق فيها الشمس فوق حجر الكعب (أو موقع واحد ثلاث مرات سنويًا) من شأنه أن يكمل دائرة في 18.67 عامًا - تقريبًا فترة "العقد" ، واعتراضات المسارات القمرية والشمسية في السماء ، لإكمال دورة. من المؤكد أن استخدام ستونهنج الشعائري سيكون أكثر أهمية من أن وظائفه الفلكية والكثير من هذا التفسير يجب أن يظل تخمينًا. ومع ذلك ، قد نكون على يقين من أن Stonehenge قد شيد بالفعل من قبل Stoneage البشر دون مساعدة رواد فضاء فضائيين كما هو مقترح في بعض الكتب العلمية الزائفة. قم بزيارة ستونهنج الكاملة

كان المراقبون الشرقيون ، ولا سيما الصينيون ، يتتبعون بعناية الأحداث في السماء ، ولا سيما ظهور "النجوم الضيفين" - المذنبات ، المستعرات والعابرات الأخرى. يمكن إرجاع السجلات الصينية لنجم الضيف التي نسميها الآن Comet Halley إلى 240 قبل الميلاد وربما في وقت مبكر يرجع إلى عام 1059 قبل الميلاد. أحد أهم السجلات الصينية هو النجم الضيف الذي كان ساطعًا بدرجة كافية ليتم رؤيته خلال النهار لمدة شهر تقريبًا في الكوكبة التي نسميها برج الثور في يوليو 1054. نعتقد أن هذا هو انفجار السوبرنوفا الذي أدى إلى ظهور سديم السرطان ومعرفتنا بتاريخ الانفجار نفسه هو مفتاح مهم للغاية في فهم موت النجوم الضخمة. تم تأريخ هذا الحدث أيضًا من قبل Anasazi في Chaco Canyon والأمريكيين الأصليين في أماكن أخرى ، لكنه غائب بشكل غريب عن السجلات الأوروبية في العصور الوسطى.

كما يوحي أعلاه ، فإن Archaeoastronomy هو مجال بحث نشط ومثير.

يبدأ التاريخ العلمي الغربي مع الحضارة اليونانية القديمة حوالي 600 قبل الميلاد.

يبدو أن المنطقة الأيونية في آسيا الصغرى كانت موقعًا لنشاط فلسفي / علمي / رياضي معين لعدة قرون.

سنراجع تقدم العلم من خلال تسليط الضوء على عدد قليل من الفلاسفة الطبيعيين والعلماء وعلماء الرياضيات. كما قال إسحاق نيوتن ، "إذا رأيت المزيد ، فهذا بالوقوف على أكتاف العمالقة."

فيثاغورس من ساموس (

بنيت تطورات فيثاغورس في علم الفلك على تلك التي قام بها أناكسيماندر ، والتي من الواضح أنها جاءت بفكرة الحركة الدائرية المثالية. اعتقد الفيثاغوريون أن الكواكب كانت مرتبطة بمجالات بلورية ، واحدة لكل كوكب ، والتي أنتجت موسيقى الكرات. تمركزت هذه الكرات على الأرض ، والتي كانت نفسها في حالة حركة. يرجع الفضل أيضًا إلى فيثاغورس في إدراك أن "نجمة الصباح" و "نجمة المساء" هما كوكب الزهرة.

أرسطو (384-322 قبل الميلاد)

Aristarchus of Samos (

إراتوستينس القيرواني (276-197 قبل الميلاد)

كلوديوس بطليموس (

ظلت الجغرافيا لبطليموس العمل الرئيسي في هذا المجال حتى وقت كولومبوس.


نظام كوبرنيكوس الشمسي المركزي مقابل نموذج مركزية الأرض لبطليموس
استخدم كلا النموذجين حركة دائرية مثالية مع التدوير والإكواتس.

نيكولاس كوبرنيغ (كوبرنيكوس ، 1473-1543)

تايج (تايكو) براهي (1546-1601)

جاليليو جاليلي (1564-1642)

  • تطوير مفهوم القصور الذاتي ، الذي صقله نيوتن لاحقًا.
  • مجموعة متنوعة من التجارب على الأجسام الساقطة والتي أظهرت أن تسارع الجاذبية مستقل عن الكتلة. لا يوجد دليل على أن جاليليو قد أسقط أشياء من برج بيزا. بدلاً من ذلك ، أجريت تجاربه على مستوى مائل كما هو موضح في هذه الرسوم المتحركة.
  • النظرية الأولى للنسبية ، صالحة للسرعات الأصغر بكثير من سرعة الضوء.
  • البقع الشمسية على الشمس والحفر والجبال على القمر.
  • ما يسمى ب "أقمار جاليليو" التي تدور حول كوكب المشتري - آيو (مع البراكين) ويوروبا وكاليستو وجانيميد. إليك المزيد عن كوكب المشتري وأقمارها الصناعية من Siderius Nuncius وعرض متحرك يوضح ما لاحظه جاليليو.
  • حلقات زحل.
  • مراحل كوكب الزهرة.

يوهانس كيبلر (1571-1630)

  1. مدارات الكواكب هي قطع ناقص مع الشمس في بؤرة واحدة.
  2. تكتسح الكواكب مساحات متساوية خلال أوقات متساوية من المدار.
  3. يتناسب مربع الفترة المدارية مع مكعب مسافة الكوكب من الشمس. (إذا كنت تقيس الفترة في سنوات الأرض والمسافة بالوحدات الفلكية (1 A.U. = متوسط ​​المسافة بين الأرض والشمس) ، فإن الفترة 2 = المسافة 3.)

هذه صفحة بها بعض الرسوم المتحركة الرائعة لقواعد كبلر ، وإليك طريقة أخرى للعب بها.

من الواضح أن قواعد كبلر تتطلب أن تكون الشمس مركز النظام الشمسي ، بما يتناقض مع النموذج الأرسطي. تلغي القاعدة الأولى الحركة الدائرية التي كانت سائدة منذ ألفي عام. يحل الثاني محل فكرة أن الكواكب تتحرك بسرعة موحدة حول مداراتها ، مع الملاحظة التجريبية أن الكواكب تتحرك بسرعة أكبر عندما تكون قريبة من الشمس وببطء أكثر عندما تكون بعيدة. القاعدة الثالثة هي نذير لقانون الجاذبية الذي طوره نيوتن في الجزء الأخير من القرن السابع عشر.

إسحاق نيوتن (1642-1727)

رواد ومعالم أخرى في تقدم العلم:

  • في القرن الثامن عشر ، اكتشف ويليام هيرشل أورانوس ، كوكب جديد خلف كوكب المشتري. بالكاد كان مرئيًا بالعين المجردة ، قام هيرشل بالمراقبة باستخدام تلسكوبه.
  • في وقت مبكر من القرن التاسع عشر ، حسب آدامز (إنجليزي) وأمب ليفرييه (بالفرنسية) بشكل مستقل أنه لا بد من وجود كوكب آخر خارج أورانوس ينتج عنه اضطرابات جاذبية صغيرة في مدار أورانوس. لوحظ لأول مرة في عام 1846 من قبل هوهان جالي ، وكان اسمه نبتون. (تم رصده في وقت سابق من قبل Challis في كامبريدج ، لكن Challis لم يلاحظ اكتشافه حتى أبلغ جالي عن ملاحظته).
  • 1930 اكتشف كلايد تومبو بلوتو.
  • في عام 1910 ، قدر هارلو شابلي حجم مجرة ​​درب التبانة.
  • قام دبليو إتش بيكرينغ وآني جيه كانون بحساب درجات حرارة سطح النجوم.
  • طور أينشتاين (1905) نظرية النسبية الخاصة ، بناءً على فكرة أن الضوء ينتقل بنفس السرعة في جميع الأطر المرجعية. عدلت نظرية نيوتن للجاذبية من خلال تطوير النظرية العامة للنسبية (1916).
  • حددت سيسيليا باين جابوشكين وأمبير هنري نوريس راسل تكوين النجوم.
  • 1924 أثبت إدوين هابل أن سديم أندروميدا و "السدم الحلزونية" الأخرى هي أنظمة نجمية مثل مجرة ​​درب التبانة على مسافات بعيدة.
  • 1929 اكتشف هابل وميلتون هيوماسون أن الكون يتوسع.
  • في عام 1938 ، قرر هانز بيت أن طاقة الشمس تأتي من تفاعلات الاندماج النووي الحراري.
  • في الأربعينيات من القرن الماضي ، لاحظ كارل جانسكي أن نواة مجرة ​​درب التبانة والأجرام السماوية الأخرى هي مصادر قوية للموجات الراديوية في عام 1931. بناءً على تكنولوجيا الرادار التي تم تطويرها في الحرب العالمية الثانية ، أصبح علم الفلك الراديوي مجالًا نشطًا في أواخر الأربعينيات.
  • 1948 طور جورج جاموف نظرية الانفجار الكبير الساخن لأصل الكون.
  • التركيب الكيميائي للنجوم في عام 1950 يبني العناصر الثقيلة من خلال تفاعلات الاندماج النووي ، والتي تم رسمها في ورقة مشهورة من قبل Burbidge ، Burbidge ، Fowler & amp Hoyle.
  • 1954 مجرات الراديو
  • 1960-63 النجوم الزائفة
  • 1960s الأشعة السينية وعلم فلك الأشعة تحت الحمراء
  • اكتشف 1965 أرنو بنزياس وروبرت ويلسون من مختبرات بيل بقايا إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف للانفجار العظيم.
  • اكتشف عام 1968 جوسلين بيل (بورنيل) وأنتوني هيويش النجوم النابضة
  • تاريخ علم الفلك في يو بون ، تم الاحتفاظ به نيابة عن لجنة IAU 41 - تاريخ علم الفلك. روابط تاريخ علم الفلك وعلم الفلك الأثري.
  • تاريخ الرياضيات في سانت أندروز يو ، اسكتلندا ، مع 1350 سيرة ذاتية وروابط ، بما في ذلك العديد من علماء الفلك والفيزياء. في Rice U.
  • فن علوم عصر النهضة
  • تاريخ الفيزياء الفلكية عالية الطاقة
  • تاريخ استكشاف الفضاء لكالفين هاملتون - جزء من آرائه عن النظام الشمسي

البروفيسور إتش إي (جين) سميث
كاس 0424 UCSD
9500 جيلمان درايف
لا جولا ، كاليفورنيا 92093-0424


آخر تحديث: 16 أبريل 1999


ما هو أقدم شيء رأيناه من خلال تلسكوب فضائي؟

قبل أن ندخل في صلب السؤال ، لنبدأ بشرح سبب سؤالنا عن أقدم شيء تم رصده من خلال التلسكوب. يبدو الإعداد بشكل مثير للريبة وكأنه روتين فودفيل تحت عنوان علم الفلك أو شيء من هذا القبيل: & quot ؛ نظرت من خلال تلسكوب هابل ورأيت حماتي تلوح! & quot

& quot ؛ مهلا ، & quot ؛ ربما كنت تفكر ، & quot ؛ ألا تقصد أبعد شيء رأيته من خلال تلسكوب فضائي؟ كيف يمكننا رؤية الاشياء القديمة من خلال التلسكوب؟ & quot

تبين أن أبعد شيء يمكنك رؤيته في التلسكوب الخاص بك هو أقدم شيء أيضًا. (بمعنى ، إذا كنت & quot؛ أنت & quot عالم فلك & quot؛ فإن التلسكوب & quot؛ الخاص بك & quot؛ يشبه هابل.) في حين أن سرعة الضوء هي أسرع شيء نعرفه في الكون ، إلا أن السفر يستغرق وقتًا طويلاً. عندما نلقي نظرة خاطفة على شمسنا ، على سبيل المثال ، نرى في الواقع ما كانت تبدو عليه قبل ثماني دقائق ، حيث تستغرق أشعة الشمس ثماني دقائق لتصل إلينا. لا تختلف النجوم والكواكب والمجرات البعيدة كثيرًا إذا كان النجم على بعد 20 سنة ضوئية ، فنحن ننظر إليه وهو يلمع قبل 20 عامًا. إن النظر إلى مجرة ​​تبعد 100 مليون سنة ضوئية يعني أننا لا نراها كما تبدو هذه اللحظة ، ولكن كما بدت عندما كانت الديناصورات تدوس حول الأرض.

لذا فإن أبعد شيء يمكن أن نراه في كوننا هو بالضرورة الأقدم. Now considering our universe is about 13.7 billion years old, how old do you think is the oldest thing we've seen? Three hundred million years old? One billion?

Try 13 billion. Which really makes you feel the need to tip your hat to telescope technology, no? The Hubble Space Telescope was able to peer 13 billion light-years away to find seven galaxies, some born just around 400 million years after the universe's inception [source: NASA]. Hubble stared at a certain spot (the Ultra Deep Field) for 100 hours, peering at the sky in infrared in order to catch objects the farthest away [source: Plait].

What it found was galaxies ranging from 13 billion to 13.3 billion light-years away. While the numbers aren't confirmed, the initial results are still pretty stunning. Also note that we're already assuming we can top them when the James Webb Space Telescope launches in 2018: The JWST has infrared capabilities that can peer even farther than Hubble and give us a more accurate picture. Even cooler, the JWST should be able to show us light sources that originated just 200 million years after the Big Bang [source: Masetti].


Astronomers agree: Universe is nearly 14 billion years old

Credit: CC0 Public Domain

From an observatory high above Chile's Atacama Desert, astronomers have taken a new look at the oldest light in the universe.

Their observations, plus a bit of cosmic geometry, suggest that the universe is 13.77 billion years old—give or take 40 million years. A Cornell University researcher co-authored one of two papers about the findings, which add a fresh twist to an ongoing debate in the astrophysics community.

The new estimate, using data gathered at the National Science Foundation's Atacama Cosmology Telescope (ACT), matches the one provided by the standard model of the universe, as well as measurements of the same light made by the European Space Agency's Planck satellite, which measured remnants of the Big Bang from 2009 to '13.

The research was published in the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

The lead author of "The Atacama Cosmology Telescope: A Measurement of the Cosmic Microwave Background Power Spectra at 98 and 150 GHz" is Steve Choi, NSF Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellow at the Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science, in the College of Arts and Sciences.

In 2019, a research team measuring the movements of galaxies calculated that the universe is hundreds of millions of years younger than the Planck team predicted. That discrepancy suggested a new model for the universe might be needed and sparked concerns that one of the sets of measurements might be incorrect.

"Now we've come up with an answer where Planck and ACT agree," said Simone Aiola, a researcher at the Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics and first author of one of two papers. "It speaks to the fact that these difficult measurements are reliable."


The oldest light in the universe

The Cosmic Microwave Background, leftover light from the big bang, carries a wealth of information about the universe&mdashfor those who can read it.

Fifty years ago, two radio astronomers from Bell Labs discovered a faint, ever-present hum in their telescope that they couldn&rsquot identify. After ruling out radio broadcasts, radar signals, a too-warm receiver and even droppings from pigeons nesting inside the scope, they realized they&rsquod found a soft cosmic static that originated from beyond our galaxy. Indeed, it seemed to fill all of space.

Fast-forward five decades, and the static has a well-known name: the cosmic microwave background, or CMB. Far from a featureless hum, these faint, cold photons, barely energetic enough to boost a thermometer above absolute zero, have been identified as the afterglow of the big bang.

This light&mdashthe oldest ever observed&mdashoffers a baby picture of the very early universe. How early? The most recent result, announced on Saint Patrick&rsquos Day 2014 by the researchers of the BICEP2 experiment, used extremely faint signals imprinted on CMB photons to reach back to the first trillionth of a trillionth of a trillionth of a second after the big bang&mdashalmost more of a cosmic sonogram than a baby picture. This image offered the first direct evidence for the era of cosmic inflation, when space itself ballooned outward in a turbocharged period of expansion.

CMB photons have more to tell us. Combined with theoretical models of cosmic growth and evolution, ongoing studies will expand this view of the very early universe while also looking forward in time. The goal is to create an entire album chronicling the growth of the universe from the very moments of its birth to today.

Further studies promise clear insight into which of the many different models of inflation shaped our universe, and can also help us understand dark matter, dark energy and the mass of the neutrino&mdashif researchers can read the CMB in enough detail.

That&rsquos not easy, though, because the afterglow has faded. During its epic 13-billion-year-plus journey, light that originally blazed through the universe has stretched with space itself, its waves growing billions of times longer and cooler and quieter.

Relic radiation

The Standard Model of Cosmology says that about 13.8 billion years ago, the universe was born from an unimaginably hot, dense state. Before a single second had ticked away, cosmic inflation increased the volume of the universe by an amount that varies according to the particular model, but always features a 10 followed by about 30 to 80 zeroes.

When inflation hit the brakes, leftover energy from that expansion created many of the particles we see around us today: gluons, quarks, photons, electrons and their bigger brethren, muons and taus, and neutrinos. Primordial photons scattered off free-floating electrons, bouncing around inside the gas cloud that was the universe. Hundreds of thousands of years later, the cosmic cloud of particles cooled enough that single protons and helium nuclei could capture the electrons they needed to form neutral hydrogen and helium. This rounded up the free electrons, clearing the fog and releasing the photons. The universe began to shine.

These photons are the cosmic microwave background. Although now weak, they are everywhere CMB photons bathe the Earth&mdashand every other star, planet, black hole and hunk of rock in the universe&mdashin their cold light.

Cosmic sonograms

The latest big discovery coaxed from CMB data peeks back into the earliest moments of the universe.

Using cutting-edge sensors, the BICEP2 telescope located at the South Pole detected a type of signal that has been predicted at one strength or another by every version of inflation theory out there: a type of polarization to the CMB light called &ldquoB-mode polarization.&rdquo

According to the theories, tiny variations in the energy of the pre-inflation universe caused primordial gravitational waves&mdashripples in the fabric of space-time&mdashthat ballooned outward with inflation. Even before they became the CMB, photons interacted with these ripples, causing the photons&rsquo wavelengths to take on a slight twist. It was this twist that the BICEP2 collaboration measured as a swirling polarization pattern.

&ldquoBICEP2 clearly detected B-mode polarization at precisely the angular scales predicted by inflation,&rdquo says Chao-Lin Kuo, one of four principal investigators on the experiment and a scientist at Stanford University and SLAC National Accelerator Laboratory. &ldquoThis is an incredible combination of big theoretical ideas, teamwork, focus and cutting-edge technologies. The development of mass-produced superconducting polarization detectors and quantum current sensors made a real difference to our success in getting to B-modes first.&rdquo

A discovery of this magnitude calls for further confirmation&mdashnot of the signals, which were very clear, but of their inflationary origin. If it holds, the B-mode polarization signals will also give scientists more details about the inflationary event that took place. For example, it can tell us about the energy scale of the universe&mdashessentially the amount of energy poured into the instant of inflation. The BICEP2 result puts this at about 10 16 billion electronvolts. For comparison, the Large Hadron Collider&rsquos most powerful proton beams smash together at 10 4 billion electronvolts&mdasha number with 12 fewer zeros than the first.

Such information can help scientists determine which of the many different models of inflation actually describes the beginning of our universe. To Walt Ogburn, a postdoctoral researcher at Stanford University and a member of the BICEP2 team, the first view of primordial B-mode polarization does more than turn inflationary theory into fact: It breaks through into uncharted territory in high-energy physics. &ldquoWhat drove inflation is not in the Standard Model,&rdquo Ogburn says. By definition, proof of inflation offers evidence that there&rsquos something more out there that&rsquos not yet discovered, and that something big we don&rsquot yet fully understand helped drive the evolution of the early universe.

Baby picture

The detection of B-mode polarization is the latest in a long string of scientific discoveries base on information coaxed from these scarce, faint photons.

The first successes in probing the CMB came almost two decades after it was identified. Beginning with Relikt-1, a Soviet satellite-based experiment launched in 1983, and continuing all the way up to the present, a variety of balloons and satellites have mapped the temperature of the CMB. They found it was 2.7 kelvin across the whole of the sky, with only small, scattered variations in temperature of about one part in 100,000.

In that temperature map cosmologists saw the image of the infant universe.

&ldquoWe&rsquove learned an enormous amount from the temperature [patterns],&rdquo says Lyman Page, also a cosmologist at Princeton. Page was one of the original researchers on what, until this year, was probably the best-known CMB instrument, the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. He now focuses on the Atacama Cosmology Telescope, and few people know more about how to make the CMB give up its secrets.

Page explains that both the overall sameness of the temperature and the pattern of these minor variations told cosmologists that when the universe began, it was compact enough to be in thermal equilibrium: a dense, nearly featureless plasma of immense energies. But within that plasma, quantum fluctuations caused tiny variations in energy density.

A section of the microwave sky mapped by the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. The colors correspond to slight temperature differences that provided the template for the formation of large-scale structure in the universe.

Then, during cosmic inflation, space grew enormously in all directions. This magnified the variations like an inflating balloon expands ink spots sprayed on it into larger and larger blotches.

This is the same process that generated the gravitational waves imaged by BICEP2. The gravitational waves left telltale swirling polarization patterns in the CMB without doing much else. However, the dense areas&mdash&ldquoblotches&rdquo on the otherwise smooth map of the sky&mdashbecame important seeds of all structures in the universe.

They grew and cooled, morphed from variations in energy density to variations in matter density. The denser regions attracted more matter as the universe continued to expand, eventually building up large-scale structures we see stitched across the universe today.

When combined with other theories and measurements, Page says, the temperature variations provide strong evidence that our universe began with the big bang. They have also helped cosmologists improve estimates for how much dark matter and dark energy existed in the early universe (and likely still exist today), and backed the notion that the geometry of the universe is flat.

&ldquoThe CMB is really a beautiful signal,&rdquo says the University of Chicago&rsquos John Carlstrom, who, like Page, is an expert in extracting information from a few faint photons. He leads the South Pole Telescope project, which uses several instruments mounted on a telescope not too far from BICEP2, to learn more about the CMB. The signal, he continues, offers &ldquovery precise measurements of conditions at recombination,&rdquo which is the name given to the time when the CMB photons escaped from the primordial cloud of cooling plasma.

These temperature maps&mdashin combination with the primordial B-mode signals detected by BICEP2&mdashcover a time period from a tiny fraction of a second after the birth of the universe to about 380,000 years after that. In the coming years, cosmologists want to expand that picture to include everything that&rsquos happened in the more than 13 billion years since recombination. Many predictions exist for what happened during this huge span of time, but scientists need rock-solid empirical data to compare their theoretical models against.

BICEP2 revealed a faint but distinctive twist in the polarization pattern of the CMB. Here the lines represent polarization the red and blue shading show the degree of the clockwise and counter-clockwise twist.

Filling in the photo album

CMB photons have more important informationto offer, and a new generation of experiments is listening to what they have to say. Situated mostly on the high, dry, cold deserts of the South Pole and the Atacama Plateau in Chile, or in high-flying balloons that rise above much of the atmosphere, new instruments use the CMB to refine our knowledge of how the universe has evolved.

As the CMB photons traveled through the universe, they were pulled this way and that by gravity, bearing witness to everything that happened on their way from the beginning to now. Using these photons as messengers, the new instruments are helping scientists carefully tease out the story of what the photons saw along their journey.

Interactions with the hot gas that surrounded and infused galaxy clusters, for example, left a mark on some of the photons in the form of a tiny boost in energy, which is detectable as a very slight adjustment to the temperature map.

The new instruments also measure a different type of B-mode polarization, added to the CMB photons long after inflation. This type of twist occurs when the photons brush up against the gravity of large-scale cosmic structures comprising both regular matter and dark matter, and it was detected for the first time just last year by SPTpol, a polarization-sensitive microwave camera mounted on the South Pole Telescope.

Taken together, these measurements of tiny temperature differences and polarization can help scientists map matter distributions over time and improve estimates of how much of the universe is made up of dark matter versus the normal matter we see in stars and planets. It can also help tease apart the difference between expansion due to the momentum left from the big bang and expansion due to dark energy. This will yield an accurate four-dimensional map of the universe, revealing the movement of matter through space and time.

Further measurements are poised to reveal more information about the contributions to our cosmos of a tiny particle with big implications: the neutrino. Its mass is currently not known to any respectable precision, yet this number is of great importance to predictions regarding the neutrinos&rsquo influence on the growing universe.

Experiments so far have seen three types of neutrinos, yet some theories predict a fourth type, called a sterile neutrino, as well.

&ldquoNeutrinos are the second most plentiful particle in the universe&mdashafter photons,&rdquo says Bradford Benson, a scientist at Fermilab and a member of the SPTpol team. &ldquoThe total mass of all the neutrinos in the universe should at least equal the mass of all the stars.&rdquo

When the universe was smaller, that neutrino mass could have had a significant influence on the universe&rsquos developing structure. As the universe expanded, two things happened: Clumps of heavier, slower-moving particles grew even bigger by pulling in more matter, while the light, speedy neutrinos escaped and space expanded while the number of neutrinos stayed the same such that, as their density decreased, their gravitational influence decreased as well.

As they traveled among the growing cosmic structures, the CMB photons recorded these changes in the relative density of neutrinos. Scientists are now mining this record to determine how the influence of neutrinos has evolved over time, and can use the information to estimate their mass. Combined with CMB measurements of dark matter and expansion due to dark energy, scientists expect this research to refine their view of the universe past and present, revealing how matter and energy interacted in the early universe to make the universe we see today.

Old light, new science

Using the CMB to discover primordial gravitational waves has been a tremendous step forward. &ldquoWhat&rsquos truly amazing is that the CMB may still hide more secrets even after we found the holy grail,&rdquo says Kuo, referring to BICEP2&rsquos discovery.

Temperature maps, scattered photons and twisted light still have more to tell us. Over the next decade, CMB measurements are poised to help us understand the immense forces of the big bang, illuminate the physics of the early universe and explain the matter and energy we see around us today.

&ldquoHaving this signal has helped turn cosmology into a precision science,&rdquo Carlstrom says. &ldquoWe&rsquove gone from being told, &lsquoYou guys don&rsquot really know what you&rsquore measuring&rsquo to having independent measurements with levels of precision that rival particle physics.&rdquo

And the benefits are only set to increase. &ldquoThe study of the CMB is a fantastic field, a very rich field,&rdquo Page says. &ldquoThe microwave background is still going to be a useful tool in 20 years.&rdquo


محتويات

Beginning Edit

Before the advent of telescopes, astronomy was limited solely to unaided eyesight. Humans have been gazing at stars and other objects in the night sky for thousands of years, as is evident in the naming of many constellations, notably the largely Greek names used today.

Hans Lippershey, a German-Dutch spectacle maker, is commonly credited as being the first to invent the optical telescope. Lippershey is the first recorded person to apply for a patent for a telescope [1] however, it is unclear if Lippershey was the first to build a telescope. Based only on uncertain descriptions of the telescope for which Lippershey tried to obtain a patent, Galileo Galilei made a telescope with about 3× magnification in the following year. Galileo later made improved versions with up to 30× magnification. [ بحاجة لمصدر ] With a Galilean telescope, the observer could see magnified, upright images on Earth it was what is commonly known as a terrestrial telescope or a spyglass. Galileo could also use it to observe the sky, and for a time was one of those who could construct telescopes good enough for that purpose. On 25 August 1609, Galileo demonstrated one of his early telescopes, with a magnification of up to 8 or 9, to Venetian lawmakers. Galileo's telescopes were also a profitable sideline, selling them to merchants who found them useful both at sea and as items of trade. He published his initial telescopic astronomical observations in March 1610 in a brief treatise titled Sidereus Nuncius (Starry Messenger). [2]

Modern day Edit

In the modern day, visible-light astronomy is still practiced by many amateur astronomers, especially since telescopes are much more widely available for the public, as compared to when they were first being invented. Government agencies, such as NASA, are very involved in the modern day research and observation of visible objects and celestial bodies. In the modern day, the highest quality pictures and data are obtained via space telescopes telescopes that are outside of the Earth's atmosphere. This allows for much clearer observations, as the atmosphere is not disrupting the image and viewing quality of the telescope, meaning objects can be observed in much greater detail, and much more distant or low-light objects may be observed. Additionally, this means that observations are able to be made at any time, rather than only during the night.

Hubble Space Telescope Edit

The Hubble Space Telescope is a space telescope created by NASA, and was launched into low Earth orbit in 1990. [3] It is still in operation today. The Hubble Space Telescope's four main instruments observe in the near ultraviolet, visible, and near infrared spectra. Hubble's images are some of the most detailed images ever taken, leading to many breakthroughs in astrophysics, such as accurately determining the rate of expansion of the universe.

James Webb Space Telescope Edit

The James Webb Space Telescope is the formal successor of the Hubble Space Telescope. [4] It is set to launch on March 30, 2021, [5] and is "one of the most ambitious and technically complex missions NASA has ever set its focus upon." [6] The James Webb Space Telescope is a space-based telescope, and is set to orbit near the second Lagrange point of the Earth-Sun system, 1,500,000 km (930,000 mi) from Earth. [7]

There are three main types of telescopes used in visible-light astronomy:

    , which use lenses to form the image. Commonly used by amateur astronomers, especially for viewing brighter objects such as the Moon, and planets, due to lower cost and ease of usage. , which use mirrors to form the image. Commonly used for scientific purposes. , which use a combination of lenses and mirrors to form the image essentially a combination of refracting and reflecting telescopes.

Each type of telescope suffers from different types of aberration refracting telescopes have chromatic aberration, which causes colors to be shown on edges separating light and dark parts of the image, where there should not be such colors. This is due to the lens being unable to focus all colors to the same convergence point. [8] Reflecting telescopes suffer from several types of optical inaccuracies, such as off-axis aberrations near the edges of the field of view. Catadioptric telescopes vary in the types of optical inaccuracies present, as there are numerous catadioptric telescope designs.

The visibility of celestial objects in the night sky is affected by light pollution, with the presence of the Moon in the night sky historically hindering astronomical observation by increasing the amount of ambient lighting. With the advent of artificial light sources, however, light pollution has been a growing problem for viewing the night sky. Special filters and modifications to light fixtures can help to alleviate this problem, but for the best views, both professional and amateur optical astronomers seek viewing sites located far from major urban areas. In order to avoid light pollution of Earth's sky, among other reasons, many telescopes are put outside of the Earth's atmosphere, where not only light pollution, but also atmospheric distortion and obscuration are minimized.

The most commonly observed objects tend to be ones that do not require a telescope to view, such as the Moon, meteors, planets, constellations, and stars.

The Moon is a very commonly observed astronomical object, especially by amateur astronomers and skygazers. This is due to several reasons: the Moon is the brightest object in the night sky, the Moon is the largest object in the night sky, and the Moon has long been significant in many cultures, such as being the basis for many calendars. The Moon also does not require any kind of telescope or binoculars to see effectively, making it extremely convenient and common for people to observe. [ original research? ]

Meteors, often called "shooting stars" are also commonly observed. Meteor showers, such as the Perseids and Leonids, make viewing meteors much easier, as a multitude of meteors are visible in a relatively short period of time.

Planets are usually observed with the aid of a telescope or binoculars. Venus is likely the easiest planet to observe without the aid of any instruments, as it is very bright, and can even be seen in daylight. [9] However, Mars, Jupiter, and Saturn can also be seen without the aid of telescopes or binoculars.

Constellations and stars are also often observed, and have been used in the past for navigation, especially by ships at sea. [10] One of the most recognizable constellations is the Big Dipper, which is part of the constellation Ursa Major. Constellations also serve to help describe the location of other objects in the sky.


Taking a closer look at the age of the universe

For Bond, the similarities between the age of the universe and that of this old nearby star — both of which have been determined by different methods of analysis — is "an amazing scientific achievement which provides very strong evidence for the Big Bang picture of the universe". He said the problem with the age of the oldest stars is far less severe than it was in the 1990s when the stellar ages were approaching 18 billion years or, in one case, 20 billion years. "With the uncertainties of the determinations, the ages are now agreeing," Bond said.

Yet Matthews believes the problem has not yet been resolved. Astronomers at an international conference of top cosmologists at the Kavli Institute for Theoretical Physics in Santa Barbara, California, in July 2019 were puzzling over studies that suggested different ages for the universe. They were looking at measurements of galaxies that are relatively nearby which suggest the universe is younger by hundreds of millions of years compared to the age determined by the cosmic microwave background.

In fact, far from being 13.8 billion years old, as estimated by the European Planck space telescope's detailed measurements of cosmic radiation in 2013, the universe may be as young as 11.4 billion years. One of those behind the studies is Nobel laureate Adam Riess of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.

The conclusions are based on the idea of an expanding universe, as shown in 1929 by Edwin Hubble. This is fundamental to the Big Bang — the understanding that there was once a state of hot denseness that exploded out, stretching space. It indicates a starting point that should be measurable, but fresh findings are suggesting that the expansion rate is actually around 10% higher than the one suggested by Planck.

Indeed, the Planck team determined that the expansion rate was 67.4 km per second per megaparsec, but more recent measurements taken of the expansion rate of the universe point to values of 73 or 74. That means there is a difference between the measurement of how fast the universe is expanding today and the predictions of how fast it should be expanding based on the physics of the early universe, Riess said. It's leading to a reassessment of accepted theories while also showing there is still much to learn about dark matter و dark energy, which are thought to be behind this conundrum.

A higher value for the Hubble Constant indicates a shorter age for the universe. A constant of 67.74 km per second per megaparsec would lead to an age of 13.8 billion years, whereas one of 73, or even as high as 77 as some studies have shown, would indicate a universe age no greater than 12.7 billion years. It's a mismatch that suggests, once again, that HD 140283 is older than the universe. It has also since been superseded by a 2019 study published in the journal علم that proposed a Hubble Constant of 82.4 — suggesting that the universe's age is only 11.4 billion years.

Matthews believes the answers lie in greater cosmological refinement. "I suspect that the observational cosmologists have missed something that creates this paradox, rather than the stellar astrophysicists," he said, pointing to the measurements of the stars being perhaps more accurate. "That's not because the cosmologists are in any way sloppier, but because age determination of the universe is subject to more and arguably trickier observational and theoretical uncertainties than that of stars."


Ancient Constellations

The Babylonians didn’t only draw pictures of the sky, either. They etched them into rock. By 3,200 years ago, they had carved the first known catalog of stars into stone tablets.

Yet, the titles given to some of those stars seem to have even older origins, apparently coming from the Sumerian people. This implies that formal knowledge of the stars stretches back to before recorded history.

These developments weren’t unique to the West, either. Similar histories played out on different timelines in varied cultures across the world. And that’s why many historians consider astronomy to be the oldest science.