Вселенная - это необъятное пространство, наполненное звездными скоплениями, кометами, туманностями, отдельными звёздами, планетами и их спутниками, астероидами, вакуумом и темной материей.
Размеры Вселенной слишком велики, чтобы мы смогли дать на этот вопрос исчерпывающий ответ на данный момент, учитывая уровень нашего технологического развития. Тем не менее, понимание величины Вселенной требует осознания ряда ключевых аспектов.
Один из таких аспектов - это то, как ведёт себя космос и то, что мы видим, формирует так называемую «наблюдаемую Вселенную». Настоящие размеры Вселенной остаются для нас недоступными, поскольку мы пока не можем увидеть ее «край».
Все, что находится за пределами наблюдаемой Вселенной, по-прежнему загадочно и вызывает бесконечные споры среди астрофизиков. Я постараюсь глубже объяснить достижения науки в понимании размеров Вселенной и ответить на один из самых насущных вопросов о её природе. Начнём с основ определения расстояний в космосе.
Содержание
1. Как определяют расстояние в космосе
2. Что такое параллакс
3. Какова величина Вселенной?
4. Сколько лет Вселенной?
1. Как определяют расстояние в космосе
Основной метод определения расстояния в космосе - это использование света. Однако важно осознавать, что объекты, которые мы наблюдаем с Земли, могут выглядеть иначе, чем на самом деле. Свет от отдаленных объектов может добраться до нашей планеты за десятки, сотни, тысячи или даже миллионы лет.
Скорость света составляет 300 000 километров в секунду, но в контексте огромного пространства космоса понятие секунды не является идеальным для измерения. В астрономии принято использовать термин - световой год, который равен примерно
9 460 730 472 580 800 метров.
Это не только помогает представлять расстояние, но и указывает, сколько времени потребуется свету, чтобы достичь нас.
Самый простой пример - свет от Солнца. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет около 150 000 000 километров. Если мы будем наблюдать за Солнцем, то увидим его состояние, которое произошло 8 минут назад (время, за которое свет доходит до Земли). Свет Проксимы Центавра доходит до нас только через четыре года. Даже если Бетельгейзе станет сверхновой сейчас, мы узнаем об этом не ранее середины 27 века!
Свет и его свойства играют важную роль в нашем понимании величия Вселенной. На текущий момент мы способны заглянуть приблизительно на 46 миллиардов световых лет в наблюдаемую Вселенную. Это стало возможным благодаря методам измерения расстояний, применяемым астрономами.
2. Что такое параллакс?
Телескопы – это лишь один из инструментов для измерения космических расстояний, и не всегда эффективные: чем дальше находится объект, тем сложнее его измерить. Радиотелескопы хорошо подходят для исследования внутри нашей Солнечной системы и могут давать очень точные данные. Но когда мы пытаемся направить их взгляды за её пределы, их эффективность заметно падает.
Астрономы столкнулись с кучей проблем, и поэтому решили попробовать другой способ измерения расстояний — параллакс.
Но что такое параллакс? Давайте объясним это простым примером. Закройте один глаз и взгляните на какой-нибудь объект. Теперь закройте другой глаз и посмотрите снова. Заметили, что объект немного изменил положение? Этот «сдвиг» называется параллаксом, и именно так астрономы измеряют расстояния в космосе. Этот метод хорошо работает для звезд, которые находятся не слишком далеко, примерно до 100 световых лет от нас. Но когда и этот способ уже неэффективен, ученые начинают искать другие решения.
Следующий метод, который используют астрономы, называется «метод главной последовательности». Он основывается на том, как звезды с определенной массой меняются со временем. Сначала астрономы измеряют яркость и цвет звезды, затем сравнивают эти показатели с соседними звездами с похожими характеристиками, чтобы определить приблизительное расстояние. Однако этот метод также имеет ограничения: он подходит только для звезд нашей галактики или тех, которые находятся на расстоянии до 100 000 световых лет.
Чтобы исследовать более удалённые объекты, астрономы применяют метод цефеида. Он основывается на открытии американской астрономки Генриетты Суон Ливитт, которая заметила связь между периодом колебаний яркости и светимостью звезд. Благодаря этому методу исследователи смогли определить расстояния до звезд не только в нашей галактике, но и значительно дальше, до 10 миллионов световых лет.
3. Какой размер Вселенной?
Тем не менее, мы все еще не знаем точные размеры Вселенной. Для этого астрономы используют принцип красного сдвига. Это похоже на эффект Доплера: думайте о гудке поезда, который звучит громче, когда он приближается, и тише, когда уходит.
Свет ведет себя похожим образом. На спектрограмме, например, черные линии показывают, какие цвета поглощаются химическими элементами, находящимися в источнике света и вокруг него. Чем больше эти линии сдвинуты в красную часть спектра, тем дальше находится объект. По таким спектrogramм ученые могут понять, как быстро объект удаляется от нас.
Таким образом, основная часть света, который мы видим, подверглась красному смещению и принадлежит галактикам, возраст которых составляет около 13,8 миллиарда лет.
4. Сколько лет Вселенной?
Если вы считаете, что радиус наблюдаемой Вселенной — 13,8 миллиарда световых лет, учтите, что это не вся картина. Вселенная продолжала расширяться на протяжении всех этих 13,8 миллиарда лет. Это значит, что реальный размер нашей Вселенной значительно больше, чем наши первоначальные оценки.
Чтобы узнать её настоящий размер, нужно учитывать, как быстро Вселенная расширялась с момента Большого взрыва. Физики уверены, что им удалось рассчитать это, и сейчас они полагают, что радиус видимой Вселенной составляет около 46,5 миллиарда световых лет.
Но стоит помнить, что эти расчёты основаны только на том, что мы можем реально наблюдать в космосе. Они не показывают истинного размера Вселенной. Кроме того, некоторые астрономы начинают задаваться вопросами: почему более удаленные галактики выглядят так развитыми, если они появились сразу после Большого взрыва? Для их развития потребовалось гораздо больше времени.
Необъяснимый факт, о котором шла речь, порождает множество новых вопросов. Некоторые исследователи попытались вычислить, сколько времени потребовалось бы для формирования этих полностью развившихся галактик. Например, ученые из Оксфорда пришли к выводу, что размер всей Вселенной может быть в 250 раз больше, чем то, что мы можем наблюдать.
Мы действительно можем измерять расстояния до объектов в пределах наблюдаемой Вселенной, но всё, что находится за её пределами, остается для нас загадкой. Конечно, никто не говорит, что ученые не пытаются разобраться с этим, но, как уже упоминалось, наши возможности ограничены уровнем нашего технического прогресса. Не стоит также быстро отвергать мысль о том, что, возможно, ученым никогда не удастся узнать истинные размеры всей Вселенной, учитывая все факторы, которые могут помешать решить этот вопрос.