Das Universum ist ein riesiger Raum voller Nebel, Sternhaufen, einzelner Sterne, Planeten mit ihren Satelliten, verschiedener Kometen, Asteroiden und letztendlich eines Vakuums sowie dunkler Materie. Es ist so groß, dass die Vollständigkeit der Antwort auf die Frage, wie groß sie ist, leider durch unseren derzeitigen Stand der technologischen Entwicklung begrenzt ist. Um die Größe des Universums zu verstehen, müssen jedoch mehrere Schlüsselfaktoren verstanden werden. Einer dieser Faktoren ist zum Beispiel das Verständnis des Verhaltens des Kosmos sowie das Verständnis, dass das, was wir sehen, nur das sogenannte "beobachtbare Universum" ist. Wir können die wahren Dimensionen des Universums nicht herausfinden, weil unsere Fähigkeiten es uns nicht erlauben, seinen "Rand" zu sehen.
Alles außerhalb des sichtbaren Universums ist uns immer noch ein Rätsel und Gegenstand endloser Debatten und Debatten unter Astrophysikern aller Art. Heute werden wir versuchen, in einfachen Worten zu erklären, zu was die Wissenschaft im gegenwärtigen Moment gelangt ist, um die Dimensionen des Universums zu verstehen, und wir werden versuchen, eine der brennendsten und komplexesten Fragen über seine Natur zu beantworten. Aber zuerst schauen wir uns die Grundprinzipien an, wie Wissenschaftler die Entfernung im Raum bestimmen.
Scheinen
Die einfachste Methode zur Bestimmung der Entfernung im Raum ist die Verwendung von Licht. Wenn wir jedoch die Art und Weise berücksichtigen, in der sich Licht im Weltraum bewegt, sollte klar sein, dass die Objekte, die wir von der Erde im Weltraum sehen, nicht unbedingt gleich aussehen. In der Tat kann es Zehntausende, Hunderte, Tausende oder sogar Zehntausende von Jahren dauern, bis Licht von entfernten Objekten unseren Planeten erreicht.
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 300.000 Kilometer pro Sekunde, aber für den Weltraum ist das Konzept einer Sekunde für einen solch gigantischen Raum kein idealer Messwert. In der Astronomie ist es üblich, den Begriff Lichtjahr zur Bestimmung der Entfernung zu verwenden. Ein Lichtjahr entspricht in etwa einer Entfernung von 9.460.730.472.580.800 Metern und gibt uns nicht nur eine Vorstellung von der Entfernung, sondern kann auch sagen, wie lange es dauern wird, bis das Licht eines Objekts uns erreicht.
Das einfachste Beispiel für Zeit- und Entfernungsunterschiede ist das Licht der Sonne. Die durchschnittliche Entfernung von uns zur Sonne beträgt ungefähr 150.000.000 Kilometer. Angenommen, Sie haben das richtige Teleskop und den richtigen Augenschutz, um die Sonne zu beobachten. Die Quintessenz ist, dass alles, was Sie durch ein Teleskop sehen werden, tatsächlich vor 8 Minuten der Sonne passiert ist (so viel Licht braucht es, um zur Erde zu gelangen). Licht von Proxima Centauri? Wird uns erst in vier Jahren erreichen. Oder nimm wenigstens einen so großen Stern wie Betelgeuse, der bald zur Supernova wird. Selbst wenn dieses Ereignis jetzt eintreten würde, würden wir es erst Mitte des 27. Jahrhunderts erfahren!
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Licht und seine Eigenschaften haben eine Schlüsselrolle für unser Verständnis der Größe des Universums gespielt. Derzeit ermöglichen uns unsere Fähigkeiten, einen Blick auf etwa 46 Milliarden Lichtjahre des beobachtbaren Universums zu werfen. Auf welche Weise? Alles dank der Entfernungsskala, die von Physikern und Astronomen in der Astronomie verwendet wird.
Entfernungsskala
Teleskope sind nur eines der Werkzeuge zur Messung kosmischer Entfernungen und können diese Aufgabe nicht immer bewältigen: Je weiter ein Objekt entfernt ist, bis zu welcher Entfernung wir messen möchten, desto schwieriger ist es, dies zu tun. Radioteleskope eignen sich hervorragend zum Messen von Entfernungen und zum Beobachten nur innerhalb unseres Sonnensystems. Sie sind in der Tat in der Lage, sehr genaue Daten zu liefern. Man muss aber nur den Blick außerhalb des Sonnensystems richten, da ihre Wirksamkeit stark abnimmt. Angesichts all dieser Probleme beschlossen die Astronomen, auf eine andere Methode zur Entfernungsmessung zurückzugreifen - die Parallaxe.
Was ist Parallaxe? Lassen Sie uns mit einem einfachen Beispiel erklären. Schließen Sie zuerst ein Auge und schauen Sie auf ein Objekt, schließen Sie dann das andere Auge und schauen Sie erneut auf dasselbe Objekt. Beachten Sie eine leichte "Positionsänderung" des Objekts? Diese "Verschiebung" wird Parallaxe genannt, eine Technik zur Bestimmung der räumlichen Entfernung. Die Methode funktioniert hervorragend, wenn es um Sterne geht, die relativ nahe bei uns sind - ungefähr in einem Radius von 100 Lichtjahren. Wenn diese Methode aber auch unwirksam wird, greifen Wissenschaftler auf andere zurück.
Die nächste Methode zur Bestimmung der Entfernung wird als "Hauptsequenzmethode" bezeichnet. Es basiert auf unserem Wissen darüber, wie sich Sterne einer bestimmten Größe im Laufe der Zeit ändern. Die Wissenschaftler bestimmen zunächst die Helligkeit und Farbe eines Sterns und vergleichen dann die Indikatoren mit nahe gelegenen Sternen mit ähnlichen Eigenschaften, wobei sie anhand dieser Daten eine ungefähre Entfernung ableiten. Auch diese Methode ist sehr begrenzt und funktioniert nur für Sterne, die zu unserer Galaxie gehören oder sich in einem Radius von 100.000 Lichtjahren befinden.
Astronomen verlassen sich auf die Cepheid-Messmethode, um weiter zu suchen. Es basiert auf der Entdeckung der amerikanischen Astronomin Henrietta Swan Leavitt, die die Beziehung zwischen der Periode der Helligkeitsänderung und der Leuchtkraft eines Sterns entdeckte. Dank dieser Methoden konnten viele Astronomen die Entfernungen zu Sternen nicht nur innerhalb, sondern auch außerhalb unserer Galaxie berechnen. In einigen Fällen handelt es sich um Entfernungen von 10 Millionen Lichtjahren.
Und doch sind wir der Frage nach der Größe des Universums noch nicht nahe gekommen. Daher wenden wir uns dem ultimativen Messwerkzeug zu, das auf dem Prinzip der Rotverschiebung (oder Rotverschiebung) basiert. Das Wesen der Rotverschiebung ähnelt dem Prinzip des Doppler-Effekts. Denken Sie an einen Bahnübergang. Bemerken Sie jemals, wie sich das Pfeifen eines Zuges mit der Entfernung ändert, stärker wird, wenn Sie sich nähern, und leiser wird, wenn Sie sich entfernen?
Licht funktioniert ähnlich. Schauen Sie sich das Spektrogramm oben an und sehen Sie schwarze Linien? Sie geben die Grenzen der Absorption von Farbe durch chemische Elemente in und um die Lichtquelle an. Je mehr die Linien in den roten Teil des Spektrums verschoben sind, desto weiter ist das Objekt von uns entfernt. Wissenschaftler verwenden diese Spektrogramme auch, um zu bestimmen, wie schnell sich ein Objekt von uns entfernt.
Also haben wir reibungslos und zu unserer Antwort gekommen. Der größte Teil des rotverschobenen Lichts stammt aus Galaxien, die etwa 13,8 Milliarden Jahre alt sind.
Alter ist nicht die Hauptsache
Wenn Sie nach dem Lesen zu dem Schluss gekommen sind, dass der Radius des Universums, den wir beobachten, nur 13,8 Milliarden Lichtjahre beträgt, haben Sie ein wichtiges Detail ausgelassen. Tatsache ist, dass sich das Universum in diesen 13,8 Milliarden Jahren nach dem Urknall weiter ausdehnte. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die tatsächliche Größe unseres Universums viel größer ist als in unseren ursprünglichen Messungen angegeben.
Um die tatsächliche Größe des Universums herauszufinden, muss daher ein weiterer Indikator berücksichtigt werden, nämlich wie schnell sich das Universum seit dem Urknall ausgedehnt hat. Die Physiker sagen, dass sie endlich die notwendigen Zahlen ableiten konnten und sind zuversichtlich, dass der Radius des sichtbaren Universums derzeit etwa 46,5 Milliarden Lichtjahre beträgt.
Es ist auch erwähnenswert, dass diese Berechnungen nur auf dem basieren, was wir selbst sehen können. Genauer gesagt können sie in den Tiefen des Weltraums erkennen. Diese Berechnungen beantworten nicht die Frage nach der wahren Größe des Universums. Darüber hinaus wundern sich Wissenschaftler über einige Diskrepanzen, nach denen weiter entfernte Galaxien in unserem Universum zu gut geformt sind, um angenommen zu werden, dass sie unmittelbar nach dem Urknall erschienen sind. Für diesen Entwicklungsstand dauerte es viel länger.
Vielleicht sehen wir einfach nicht alles?
Die oben erwähnte unerklärliche Tatsache eröffnet eine ganze Reihe neuer Probleme. Einige Wissenschaftler haben versucht zu berechnen, wie lange es dauern würde, bis sich diese vollständig gebildeten Galaxien entwickeln. Zum Beispiel kamen Oxford-Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Größe des gesamten Universums das 250-fache der Größe des beobachteten Universums betragen könnte.
Wir sind zwar in der Lage, Entfernungen zu Objekten innerhalb des beobachtbaren Universums zu messen, aber was jenseits dieser Grenze liegt, wissen wir nicht. Natürlich sagt niemand, dass Wissenschaftler nicht versuchen, es herauszufinden, aber wie oben erwähnt, sind unsere Fähigkeiten durch unseren technologischen Fortschritt begrenzt. Darüber hinaus sollte man auch nicht sofort die Annahme verwerfen, dass Wissenschaftler angesichts aller Faktoren, die der Lösung dieses Problems im Wege stehen, möglicherweise nie die tatsächliche Größe des gesamten Universums kennen.
NIKOLAY KHIZHNYAK
