Wetenschap
Elk jaar krijgen we een iets beter begrip van de aard van het universum en onze plaats daarin.
VOOR DE MEESTE VAN ONS is de kaarttechnologie die we dagelijks gebruiken beperkt tot op het dashboard gemonteerde GPS-eenheden.
Geen gebrek aan respect - ik bedoel, slechts 10 jaar geleden waren we afhankelijk van papieren wegatlassen om te krijgen waar we heen gingen; cutting-edge betekende route vinden in Mapquest en vervolgens de pagina's afdrukken.
Maar terwijl je dit leest, werken honderden teams van wetenschappers met veel complexere technologieën om alles in kaart te brengen, van de verre uithoeken van het universum tot de meest oneindig kleine deeltjes erin. Slechts een paar weken geleden deden astronomen die het nog in aanbouw zijnde ALMA-observatorium (hierboven afgebeeld) een belangrijke ontdekking doen over het nabijgelegen Fomalhaut-systeem - in feite dat het waarschijnlijk een aantal planeten ter grootte van de aarde bevat.
Wat volgt is een lijst met vergelijkbare gedenkwaardige ontdekkingen over de samenstelling en indeling van ons universum, en beschrijvingen van de nieuwste technologieën in de astronomie, deeltjesfysica en mariene wetenschap die deze mogelijk hebben gemaakt.
1. De volgende generatie: James Webb Space Telescope
De Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen schommelen hem respectievelijk 22 en 9 jaar lang. Ze zijn verantwoordelijk voor het produceren van de ongelooflijke deep-space-afbeeldingen die we allemaal kennen, waarvan sommige hieronder zijn opgenomen. Maar Spitzer heeft zijn reserves aan vloeibaar helium, benodigd voor zijn primaire activiteiten, al uitgeput en Hubble zal naar verwachting nog maar twee jaar meegaan. James Webb is hun opvolger.
Met verschillende bouwfasen in 17 landen, is de James Webb Space Telescope gepland voor voltooiing in 2018. Het ontwerp is voorzien van 18 goudgecoate zeshoekige spiegels, die het licht van super-verre doelbronnen zullen focussen en zichtbaar en infrarood met hoge resolutie vastleggen afbeeldingen. In theorie betekent dit dat het in staat zal zijn om de meest verre objecten in het universum te zien, zoals de eerste sterren en sterrenstelsels die zich vormen na de Big Bang.
In de afbeelding hierboven, "ziet NASA-ingenieur Ernie Wright toe hoe de eerste zes flight ready James Webb Space Telescope's primaire spiegelsegmenten worden voorbereid om te beginnen met de laatste cryogene testen in NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, AL." Functionaliteit moet worden getest in omstandigheden vergelijkbaar met die ervaren in de doelbaan van James Webb, 930.000 mijl recht omhoog.
2. Onze melkweg in kaart brengen
Op een voor de hand liggende manier is de Melkweg de melkweg die we het beste kennen. Alle samenstellende elementen zijn veel, veel dichter bij de aarde dan hun tegenhangers in vreemde sterrenstelsels. Maar als het gaat om het begrijpen van de algehele vorm en make-up van de Melkweg, is de taak altijd moeilijk geweest - juist omdat we er middenin zitten.
Nog in 1785 deden astronomen dit door individuele sterren te tellen vanaf de aarde en ze op een ruwe galactische kaart te plotten. Later kwamen de echte doorbraken door andere sterrenstelsels te observeren en te beseffen dat ze meestal voldoen aan een van de drie belangrijkste structurele typen. De Melkweg was vastbesloten om van de spiraalvormige variëteit te zijn, met een dikke balk die de centrale bobbel doorsneed.
Met de introductie van radiotelescopen in het midden van de 20e eeuw konden astronomen de waterstofoutput van verschillende sectoren van de melkweg meten, wat leidde tot een nauwkeurigere afbeelding van de spiraalarmen en het gestreepte centrum. Zoals te zien in de afbeelding rechts, bevindt onze zon zich in de Orion-arm. Als je 's nachts de Melkweg ziet, kijk je scherp door de Boogschutter, Scutum-Crux en Norma Arms naar de dichte galactische kern.
3. Een nadere blik op het centrum van de Melkweg
Hedendaagse onthullingen over onze Melkweg komen met dank aan de Hubble- en Spitzer-ruimtetelescopen. De bovenstaande infraroodcomposiet combineert afbeeldingen van elke technologie om de meest gedetailleerde afbeelding te maken die ooit is gemaakt van dit ruimtegebied. Hoewel de afmetingen van de hier ingesloten foto 900 × 349 pixels zijn, vertegenwoordigen ze een oppervlakte van 300 × 115 lichtjaar.
Het was bekend dat het galactische centrum drie grote clusters van massieve sterren omvat, maar dit beeld toont veel meer gigantische individuen die ver buiten de grenzen van de clusters zijn verspreid. Het is ook algemeen aanvaard dat een superzwaar zwart gat zich ergens in deze centrale regio verbergt. Het kostte Hubble 144 banen om de aarde en 2300 opnamen om het mozaïek met hoge resolutie hierboven te genereren.
4. Hubble-ruimtetelescoop
Dit is het stukje technologie dat verantwoordelijk is voor alle mooie ruimtefoto's. Nogal ziet eruit als een blikje met wat folie gewikkeld rond een uiteinde. Of een echt dure burrito.
Het duurde 11 jaar om Hubble te bouwen en werd gelanceerd in 1990. Slechts enkele weken in zijn missie, werd het duidelijk dat de metingen van de primaire spiegel van de telescoop af waren - met 2, 2 micrometer. Gelukkig is Hubble ontworpen voor onderhoud binnen de baan. In 1993 werden corrigerende optica geïnstalleerd door de bemanning van de Endeavour, waardoor het instrument aan de oorspronkelijke ontwerpnormen voldoet. De bovenstaande foto is gemaakt tijdens een laatste geplande servicemissie in 2009.
In termen van vooruitgang in zowel het wetenschappelijke als het leken van het universum, is de Hubble-ruimtetelescoop zonder twijfel de belangrijkste kaarttechnologie die ooit is gebruikt.
5. Ultradiep gaan
Een van de belangrijkste resultaten van Hubble is dit onderzoek - een composiet van 800 opnamen die gedurende 11 dagen zijn gemaakt, gericht op een anders 'lege' hemel in het sterrenbeeld Fornax.
Elk van de lichtpunten die zichtbaar zijn in de Hubble Ultra Deep Field-opname is een heel, heel ver weg sterrenstelsel. Hun licht zoals te zien in de afbeelding rechts reisde 13 miljard jaar voordat het de sensoren van Hubble beïnvloedde en dit beeld creëerde. Dat betekent dat je, door hiernaar te kijken, het universum observeert zoals het slechts 400-800 miljoen jaar na de oerknal was.
Er zijn 10.000 sterrenstelsels op de foto. Het geeft een gebied van de hemel weer op slechts 1/10 van de diameter van de volle maan, gezien vanaf de aarde. Je hoeft daarvoor geen wiskunde te doen om je versteld te doen staan.
Doe jezelf een plezier en klik om deze uit te vouwen.
6. Het meten van de expansiesnelheid van het universum
Hubble heeft ons niet alleen het diepste beeld van het universum gegeven dat ooit is vastgelegd, waardoor astronomen de leeftijd van het universum nauwkeuriger kunnen bepalen, het heeft ook een belangrijke rol gespeeld in de manier waarop we de expansiesnelheid van het universum meten.
Sinds het werk van Edwin Hubble in de late jaren 1920, weten we dat het universum zich uitbreidt - de afstand tussen elk object in het universum wordt groter. De snelheid van deze stijging werd echter tot voor kort betwist. In de afgelopen jaren hebben Hubble-telescoopgegevens van astronomische objecten zoals supernovae (zoals de krabnevel, hierboven afgebeeld, de overblijfselen van een stellaire explosie die plaatsvond in 1054 AD) geleid tot dramatisch nauwkeurigere metingen van de Hubble-constante, de wiskundige weergave van de expansiesnelheid.
Met andere woorden, gegevens van Hubble creëren zowel gedetailleerdere kaarten van ons universum als helpen ons te begrijpen hoe die kaarten constant veranderen.
7. Observatoria aan de top van Hawaii
Op 13.796ft op de top van Mauna Kea op het Grote Eiland van Hawaï bevindt zich deze verzameling observatoria van internationaal bezit. Het is een uitstekende plek om sterren te kijken, omdat de luchtvochtigheid in het gebied over het algemeen laag is en wat waterdamp er meestal hangt in wolken onder de top. Een bezoek vóór de zonsopgang aan de faciliteit is een populaire toeristische activiteit geworden.
Er zijn in totaal 13 telescopen, inclusief het Keck-paar, twee van de grootste optische telescopen ter wereld. Onderzoekers gebruiken de observatoria om alles in kaart te brengen, van nieuw ontdekte satellieten in een baan rond Jupiter, tot kenmerken van onze zon, tot sterrenstelsels "uit de donkere tijdperken". Ze hebben ook zoomobjecten met een groot veld gemaakt om in te zoomen.
8. Het bestuderen van een galactische buurman
Net als bij de Melkweg wordt ons begrip van andere nabije sterrenstelsels voortdurend verbeterd door nieuwe technologieën. Links is een klein gebied van de Grote Magelhaense Wolk (LMC) afgebeeld, het derde meest nabije sterrenstelsel op een afstand van ongeveer 160.000 lichtjaar.
In het bijzonder wordt hier de Tarantula-nevel tentoongesteld. Dit is het grootste en meest actieve sterrenproducerende gebied in onze galactische buurt, waardoor het ongelooflijk lichtgevend en van ongelooflijk belang is voor astronomen terwijl ze bestuderen hoe sterren worden gevormd, evolueren en uiteindelijk sterven. Sommige van de helderblauwe sterren die worden getoond zijn de grootste tot nu toe geregistreerd, met massa's die meer dan 100 keer groter zijn dan die van de zon.
De LMC was zichtbaar als een vaag heldere waas voor vroege astronomen - vandaar de 'cloud'-terminologie. Het was echter pas bij de Hubble dat we strakke clusters zoals de Tarantula-nevel als individuele sterren konden oplossen en precies konden zien wat er gaande was in dit fenomenale melkwegstelsel.
9. Kosmische straling en de evolutie van het universum
Het grootste deel van de universummapping die plaatsvindt, gebeurt niet binnen het spectrum van zichtbaar licht en leidt niet noodzakelijk tot aantrekkelijke of toegankelijke afbeeldingen.
De Planck Satellite, gelanceerd in 2009 door de ESA, meet de kosmische microgolfachtergrond (CMB) - een soort straling die het universum doordringt en waarvan wordt gedacht dat het verbonden is met de gebeurtenissen die plaatsvonden tijdens en vlak na de oerknal. Met CMB-metingen van de hele hemel heeft Planck als doel de grote vragen te beantwoorden: "hoe is het universum begonnen, hoe is het geëvolueerd naar de toestand die we vandaag observeren, en hoe zal het in de toekomst evolueren?"
10. De zoektocht naar aardachtige planeten
De Kepler-missie van NASA, die gebruik maakt van de Kepler-telescoop die in een baan om de aarde draait, heeft het verklaarde doel om nabijgelegen aardachtige planeten te ontdekken, waardoor een nauwkeuriger schatting wordt gemaakt van het aantal van dergelijke planeten in de Melkweg.
Om 'aarde-achtig' te zijn, moet een planeet een grootte hebben die vergelijkbaar is met de onze - grote planeten zijn duidelijk gemakkelijker te herkennen, maar bestaan uit gas (zoals Saturnus en Jupiter) in tegenstelling tot vaste materialen. Bovendien, en vooral, moet de planeet in een baan rond de 'bewoonbare zone' van zijn ster draaien, met oppervlaktetemperaturen die de aanwezigheid van vloeibaar water toelaten.
Eind 2011 werd de bevestiging van de eerste dergelijke planeet, Kepler-22b, aangekondigd en de missie heeft al meer dan 2.000 andere kandidaat-planeten geïdentificeerd. Wetenschappers geloven nu dat er waarschijnlijk ongeveer 100 aardachtige planeten zijn binnen 30 lichtjaar van ons.
11. Een routekaart van het lokale universum
Een kaart met sterrenstelsels tot een afstand van 380 miljoen lichtjaar. Afbeelding: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Tien jaar skyscannen uitgevoerd door grondtelescopen van de 2MASS Redshift Survey (2MRS) resulteerde in 2010 in de meest complete kaart van ons lokale universum tot nu toe. De 3D-afbeelding hierboven toont 43.000 sterrenstelsels, met hun afstand tot ons weergegeven door de kleuren in de sleutel rechtsonder.
Het is een beetje lastig om de 3D-heid hier te bekijken. Van Gizmodo: “De 3D-coördinaten van elk sterrenstelsel werden vastgelegd, zodat de onbewerkte gegevens mogelijk konden worden gebruikt om een realistisch 3D-model van het universum te bouwen. Voeg wat holografische technologie toe en je hebt iets rechtstreeks van Star Trek. '
12. Afzonderlijke telescopen koppelen in krachtige arrays
De 27 afzonderlijke radio-antennes van de Very Large Array van New Mexico, elk omgeven door een schotel van 82 voet in diameter, werken samen om effectief één massieve observatoriumantenne met een diameter van 22 mijl te creëren. De VLA is sinds 1980 volledig operationeel en een aanzienlijke hardware-upgrade die vorig jaar werd voltooid, heeft de technische capaciteiten met een factor 8.000 vergroot. De faciliteit werd hernoemd om deze significante verbetering weer te geven (de nieuwe naam is de Karl G. Jansky Very Large Array).
Door de jaren heen heeft de VLA super-verre quasars en pulsars in kaart gebracht, zwarte gaten en planeet producerende sterrenstelsels bestudeerd en de beweging van waterstofgas in het centrum van onze melkweg gevolgd. Het is niet betrokken - ongeacht wat je Jodie Foster in Contact zag doen - bij de zoektocht naar buitenaards leven.
13. Bewijs voor het bestaan van donkere materie
Volgens de huidige theorieën is meer dan 80% van de materie in het universum niet hetzelfde als de dingen waarmee we dagelijks omgaan of waarnemen. Deze alomtegenwoordige kwestie is 'donker' en kan door geen van de technologieën in deze lijst direct worden waargenomen.
In plaats daarvan moeten astronomen de effecten van donkere materie op sterrenstelsels en andere waarneembare fenomenen meten. Een dergelijk effect wordt gravitatielensing genoemd, wat optreedt wanneer het licht van verre objecten door een zwaartekracht van dat object om een massief object (in dit geval een enorme hoeveelheid donkere materie) wordt gebogen, naar ons kijkend op aarde alsof het ware door een gebogen stuk glas.
Dit is wat er gebeurt op de foto van Galaxy Cluster Abell 1689 aan de rechterkant. Onze kijk op deze sterrenstelsels wordt vervormd door de donkere materie die aanwezig is in de cluster (weergegeven als de paarse gloed).
Met behulp van dit soort afbeeldingen van Hubble en andere bronnen en het vergelijken van de lensgraad met hoe de sterrenstelsels er normaal uitzien, zijn astronomen bezig een 3D-kaart te maken van de donkere materie van het universum.
14. Dichter bij huis: kaart van de oceaanbodem
Hoewel een indrukwekkende reeks technologie naar boven gericht is om ons begrip van het universum verder te vergroten, wordt even intensief onderzoek verricht om de hiaten in onze kennis van deze planeet op te vullen.
Het is pas een paar decennia geleden dat wetenschappers in staat zijn geweest om nauwkeurige kaarten van de zeebodem en de verscheidenheid aan functies die daar te vinden zijn te produceren, te beginnen met het gebruik van militair ontwikkelde sonar na de Tweede Wereldoorlog. Tegenwoordig wordt traditionele sonar gebruikt in combinatie met andere technieken, zoals magnetische mapping.
Dit is een van de mogelijkheden van het Sentry autonome onderwatervoertuig (AUV). Hoewel vorige magnetische meetinstrumenten achter schepen op maaiveldhoogte werden gesleept, is Sentry ontworpen om 100 meter boven de zeebodem te werken, op een diepte van maximaal 5 km. Deze nabijheid, gecombineerd met zijn supergevoelige magnetometer, produceert zeebodemkaarten met ongekende details.
Sentry is gebruikt om potentiële locaties in kaart te brengen voor een onderwaterobservatorium voor de kust van de staat Washington. De omgevingssensoren werden ook gebruikt tijdens onderzoeken naar de olieramp met Deepwater Horizon.
15. Duiken naar de bodem van de wereld
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
Op 26 maart schreef filmregisseur James Cameron geschiedenis door de eerste persoon te worden die solo naar Challenger Deep, het meest afgelegen gebied van de Mariana Trench en de diepste plek op aarde (zeven mijl recht naar beneden), duikt.
Cameron deed het in zijn eigen diepzee-duikboot, de Deepsea Challenger, die de afgelopen acht jaar in het geheim werd gebouwd. Hoewel hij naar verluidt niet veel zag tijdens de zeven uur durende duik, keerde zijn team een paar dagen later zonder hem terug en nam de foto aan de rechterkant, die de Deepsea Challenger voorstelt en werd genomen door de onbemande metgezel diepzee lander, 'Wiens aas waarschijnlijk verantwoordelijk is voor het aantrekken van het wezen dat op de afbeelding te zien is.
Bekijk deze afbeelding voor een leuk referentiekader over hoe diep we het hebben. Op 35, 756 voet, Challenger Deep is dieper dan Everest lang is, met een mijl te sparen. Dat is veel verder dan de diepte waarop "als je een gat in een onder druk staande SCUBA-tank schiet in plaats van dat er lucht uit stroomt, water naar binnen stroomt." Veel dieper dan waar gigantische inktvissen en potvissen vechten, en meer dan twee keer zo diep als de rustplaats van de Titanic, die Cameron in 1995 bezocht.
Andere projecten zijn aan de gang om schepen te ontwerpen en te bouwen die tot op de bodem van de oceaan kunnen reizen, met name de DeepFlight Challenger van Virgin Group. Misschien is de mogelijkheid van een pakketdeal op een suborbitale vlucht met Virgin Galactic en een reis over de Mariana met Virgin Oceanic niet zo ver weg.
16. Waar is het allemaal van gemaakt
Van kaarten met schalen die oneindig groot zijn, tot die oneindig klein. The Large Hadron Collider, in 2008 online gebracht als 's werelds grootste deeltjesversneller, wil het bestaan van het veronderstelde maar nog niet waargenomen Higgs-bosondeeltje bewijzen.
Het is allemaal verbonden. Donkere materie, die 83% van het universum uitmaakt, bestaat uit een subatomair deeltje dat nauwelijks te theoretiseren is. Een elektron in een baan rond een atoom in je lichaam kan tegelijkertijd in een baan rond het centrum van de melkweg zijn.
Als we naar deze lijst kijken en nadenken over hoe ver de technologie zelfs in de afgelopen 10 jaar is gekomen, is het onmogelijk om de onthullingen van de volgende 10 te voorspellen.
