ההיסטוריה והמבנה של היקום (אינפוגרפיקה)

מבנה והיסטוריה של היקום

אם היית יכול להציץ מחוץ ליקום כדי לראות איך הוא נראה, איך היית רואה? (אשראי תמונה: איור: קארל טייט, המבוסס על תצלום של Galaxy M74 (NASA, ESA, and Hubble Heritage Collaboration) וחרטוט 'התעוררות עולי הרגל' מתוך 'האטמוספירה: מטאורולוגיה פופולרית' מאת קמיל פלאמריון, 1888)

היקום המואר



המסע שלנו לקראת הבנת טבעו של היקום שלנו החל לפני אלפי שנים ושורשיו היו בדת ובפילוסופיה.



איור: קארל טייט, המבוסס על תצלום של Galaxy M74 (NASA, ESA, and Hubble Heritage Collaboration) ותחריט 'התעוררות הצליינים' מתוך 'האטמוספירה: מטאורולוגיה פופולרית' מאת קמיל פלאמריון, 1888

המסע שלנו לקראת הבנת טבעו של היקום שלנו החל לפני אלפי שנים ושורשיו היו בדת ובפילוסופיה. לפני כ -2,300 שנה, משקיפים זהירים בים התיכון הסיקו שכדור הארץ חייב להיות עגול ועליו להקיף את השמש.

אולם ללא כל אפשרות שהתיאוריות המוקדמות הללו יוכחו כנכונות, הן לא יכלו לעמוד נגד התפיסה המחמיאה יותר שכדור הארץ עומד במרכז הכל וכי הקוסמוס קיים כדי לתמוך בחיי אדם וגורל.

כאשר המציא האסטרונום האיטלקי גלילאו גליליי את הטלסקופ האסטרונומי כ -1,900 שנה מאוחר יותר, סוף סוף ניתן היה לבצע תצפיות מדויקות לגבי כוכבי הלכת והכוכבים. מדע על המבנה וההיסטוריה של היקום כולו, שנקרא 'קוסמולוגיה', צץ.דבר ראשון: מה שאנחנו יודעים עכשיו >>

לקח לא מעט יותר משבעה ימים ליצור את היקום כפי שאנו מכירים אותו כיום. demokratija.eu מסתכל על תעלומות השמים בסדרה בת שמונה חלקים: ההיסטוריה והעתיד של הקוסמוס. זהו חלק 4 בסדרה ההיא.

האנצ'ילדה השלמה



ההבנה הנוכחית שלנו של ההיסטוריה של היקום מתוארת לעיל, כשהזמן עובר משמאל לימין.

מכון מדעי טלסקופ החלל האבל

ההבנה הנוכחית שלנו של ההיסטוריה של היקום מתוארת לעיל, כשהזמן עובר משמאל לימין. אנו חושבים שמיד לאחר יצירתו בזמן המפץ הגדול, היקום התרחב באופן דרמטי - אירוע שנקרא אינפלציה.

כדור הארץ שלנו נוצר כשהיקום היה בסביבות 9.2 מיליארד שנה. התרחבות היקום נמשכת כיום ומאיצה. בסדרה זו של אינפוגרפיקה, נתבונן תחילה במבנה היקום בקני מידה גדולים יותר ויותר ונגלה מעט כיצד הגענו להבנתנו הנוכחית לגביו. בחלק השני של הרצף שלנו, נתחיל במפץ הגדול ונתקדם בזמן כדי לראות כיצד היקום התפתח עד היום.הבא: התחנה הראשונה, כדור הארץ >>

כדור הארץ עגול



התחנה הראשונה שלנו היא כוכב הלכת שאנו קוראים לו בית.

תמונת כדור הארץ: נאס'א; דיוקן ארטוסטנס: אמן לא ידוע

התחנה הראשונה שלנו היא כוכב הלכת שאנו קוראים לו בית. הידיעה שכדור הארץ מעוצב כמו כדור היא למעשה די ישנה.

לפני כ -2,500 שנה דיווחו מטיילים יוונים כי כוכבי כוכבים שונים נראים בשמיים כאשר אחד הלך רחוק לצפון או לדרום. משקיפים נבונים היו גם מבחינים שבמהלך ליקוי ירח, לצל שהטיל כדור הארץ יש קצה עגול. כמה מאות שנים לאחר מכן העריך המלומד ארטוסטנס את גודל כדור הארץ בכך שציינו את ההבדל בין אורכי הצללים שהטילה השמש במקומות במרחק של כמה מאות קילומטרים זה מזה.

בהנחה שהשמש רחוקה כל כך עד שקרני האור שלה מקבילות, ארטוסטנס יכול להשתמש בגיאומטריה פשוטה לחישוב היקף כדור הארץ. לא ידוע עד כמה המדידה שלו הייתה מדויקת, אך יתכן שהיא הייתה מנותקת מהנתון האמיתי בלא יותר מכמה נקודות אחוז.הבא: מערכת השמש >>

כדור הארץ הוא כוכב לכת



כעת אנו נסוגים אחורה לראות את כדור הארץ בהקשר של מערכת השמש הפנימית.

קארל טייט, demokratija.eu; דיוקן יוהנס קפלר: אמן לא ידוע

כעת אנו נסוגים אחורה לראות את כדור הארץ בהקשר של מערכת השמש הפנימית. רעיונות מוקדמים אודות תנועות השמש, כדור הארץ וכוכבי הלכת נגזרו מתפיסות תיאולוגיות, אסטרולוגיות ופילוסופיות של האופן שבו אלוהים כנראה הורה לעולם.

האסטרונום הפולני ניקולאוס קופרניקוס עורר סערה באמצע שנות ה -1500 כשהציע שכדור הארץ נע סביב השמש ולא כפי שלימדו מנהיגי הנצרות את השמש סביב כדור הארץ. במשך מאות שנים חשבו שכוכבי הלכת נעים מכיוון שהם מוטבעים ב'כדורי קריסטל 'מקוננים שהסתובבו סביב נקודה מרכזית.

עם זאת, צוין במאה ה -16 שכוכבי שביט נעו בצורה כזו שתפיל אותם דרך תחומי הקריסטל האלה. החלפת הכדורים הייתה הרעיון של 'אפיציקלים', מעגלים המונחים על מעגלים, ומשפיעים מתמטית זה על זה כדי לגרום לתנועות הפלנטריות הנצפות.

לבסוף, בשנת 1609, המתמטיקאי הגרמני יוהנס קפלר פרסם את התיאוריות שלו על תנועה פלנטרית, שקבעו כי גופים במערכת השמש שלנו נעים במסלולים בצורת אליפסים ולא במעגלים.הבא: כוכבי לכת הם עולמות אחרים >>

כוכבי הלכת הם עולמות

מהתקופות המוקדמות ביותר של ההיסטוריה האנושית, היקום כולו נחשב להקיף רק את האלמנטים הנראים לעין בלתי מזוינת.

קארל טייט, demokratija.eu; גלילאו גליליי: דיוקן מאת אוטביו לאוני

מהתקופות המוקדמות ביותר של ההיסטוריה האנושית, היקום כולו נחשב להקיף רק את היסודות הנראים לעין בלתי מזוינת: כדור הארץ, הירח ושמש, חמש נקודות אור שנעו ונקראו 'כוכבי לכת', בתוספת כדור רחוק. שעליו הוטמעו הכוכבים והלהקה הזוהרת של שביל החלב.

תיאוריות של אסטרולוגיה ומאוחר יותר, אסטרונומיה תוכננו כדי להסביר את תנועותיהם של אובייקטים שמימיים אלה, אך ניתן היה לנחש רק את מהותם האמיתית. כאשר בשנת 1609 אימן סוף סוף האסטרונום האיטלקי גלילאו טלסקופ גולמי על השמים, גילה שכוכבי הלכת הם עולמות אחרים. לכמה עולמות אלה נמצאו ירחים משלהם.

בעזרת הטלסקופ התגלו כוכבי לכת שטרם היו ידועים במערכת השמש שלנו: אורנוס בשנת 1781 ונפטון בשנת 1846. בעזרת הטלסקופ אפשר היה לחקור גופים קטנים יותר כמו שביטים ואסטרואידים, וגם את הכוכבים והערפיליות מרחוק. כדור שמימי.הבא: ים של כוכבים >>

הכוכבים הם שמשות

במאה ה -17, המצאת הטלסקופ על ידי גלילאו וגילוי חוקי התנועה על ידי קפלר גרמו להבנה שכוכבים הם בדיוק כמו השמש.

תרשים של כוכבים מקומיים: קארל טייט, מבוסס על עלילת נתונים ברשות הציבור; דיוקן פרידריך בסל: כריסטיאן אלברכט ג'נסן

במאה ה -17, המצאת הטלסקופ על ידי גלילאו וגילוי חוקי התנועה על ידי קפלר גרמו להבנה שכוכבים הם בדיוק כמו השמש, וכולם מצייתים לאותם חוקי פיזיקה. במאה ה -19 ספקטרוסקופיה - חקר אורכי הגל של האור הנפלטים על ידי אובייקטים - אפשרה לחקור את הגזים מהם עשויים הכוכבים.

מדענים גם הבינו במאה ה -19 כיצד למדוד את המרחקים לכוכבים. כאשר אובייקט נצפה מנקודות תצפית שונות, נראה שהאובייקט זז ביחס לרקע הרחוק יותר. השינוי נקרא 'פרלקסה'. כאשר כדור הארץ מקיף את השמש, הוא מספק נקודת מבט משתנה לצפייה בכוכבים. מכיוון שהכוכבים רחוקים הרבה יותר מאובייקטים במערכת השמש שלנו, השינוי בפרלקסה קטן מאוד וקשה למדידה.

המתמטיקאי והאסטרונום הגרמני פרידריך בסל היה הראשון שמדד בהצלחה את המקבילה של הכוכב 61 Cygni והעריך את מרחקו מכדור הארץ ל -10.4 שנות אור. (הערכות מאוחרות יותר התאימו את המרחק הזה ל -11.4 שנות אור.)הבא: הגלקסיה והחומר האפל >>

גלקסיה המתקיימת ביחד על ידי חומר אפל

קשה להבין את פריסת הגלקסיה שלנו מנקודת המבט שלנו, המוטמעת בתוכה

מפת הגלקסיה של שביל החלב: רוברט הרט; תצלום של פריץ צוויקי באמצעות מחלקת האסטרונומיה של אוניברסיטת וירג'יניה

קשה להבין את פריסת הגלקסיה שלנו מנקודת המבט שלנו, המוטמעת בה. על ידי לימוד צורות הגלקסיות הרחוקות ומדידה קפדנית של האובייקטים שאנו רואים בגלקסיה שלנו, הסקנו כי שלנו היא גלקסיה חסומה-ספירלית.

ליבה מרכזית בצורת מוט המורכבת מכוכבים (ומחזיקה חור שחור גדול במיוחד) מוקפת בזרועות מתגלגלות, הנוצרות גם הן מכוכבים כמו גם גז ואבק. אנו נמצאים בשלוחה, או ענף, הנמתח בין זרועות ספירלה גדולות. אסטרונומים עדיין מתלבטים על התצורה המדויקת של זרועות הספירלה, אך סקר שנערך לאחרונה מצא כי לגלקסיית שביל החלב שלנו יש שתי זרועות עיקריות, המסתעפות לארבע זרועות כלפי חוץ.

זרועות הספירלה של הגלקסיה שלנו נחשבות כמעין גל צפיפות הנע סביב הדיסק השטוח. חומר מצטבר, וכוכבים נוצרים לאורך הזרועות. כל דבר בגלקסיה מסתובב סביב מרכזו, והזרועות אינן מבנים מוצקים. מערכת השמש שלנו נוסעת ויוצאת מזרועות הספירלה כשהיא מסתובבת.

בעת לימוד סיבוב הגלקסיות, צוין כי הן אינן מסתובבות כפי שהיינו מצפים להן על סמך משיכת הכבידה של החומר שאנו יכולים לראות. האסטרונום השוויצרי פריץ צוויקי הציע בשנת 1934 כי חייבת להיות כמות גדולה של חומר בלתי נראה, או 'אפל', מה שהופך את הגלקסיות הספיראליות למסיביות יותר מכפי שהן נראות.

מאז אותה תקופה חיפשו האסטרופיזיקאים אחר החומר האפל הזה, ולעתים קרובות משערים שהוא עשוי להיות מורכב מחלקיקים אקזוטיים שלא כמו כל דבר שאנו מכירים על כדור הארץ. ההערכות הנוכחיות מראות שהיקום שלנו מורכב ברובו מצורות לא ידועות של חומר אפל ואנרגיה אפלה, כאשר האטומים המוכרים הם רק חלק זעיר מהסך הכולל.הבא: גלקסיות מלאות כוכבים >>

גלקסיות עשויות כוכבים

שביל החלב, סרט אור קלוש המקיף את השמים, היה ידוע לאורך ההיסטוריה.

מפת הגלקסיה של שביל החלב: רוברט הרט; צילום של אדווין האבל באמצעות נאס'א

שביל החלב, סרט אור קלוש המקיף את השמים, היה ידוע לאורך ההיסטוריה. טבעו האמיתי לא התגלה עד המאה ה -17, כאשר גלילאו גליליי חקר את שביל החלב באמצעות טלסקופ וקבע כי הסרט מורכב ממספר רב של כוכבים. כתמי אור מטושטשים קטנים נראים בשמיים; אלה נקראו ערפיליות.

עד המאה ה -18 העריכו כי שביל החלב הוא מערכת כוכבים ענקית הקשורה בכוח המשיכה, אך אופי הערפיליות נותר לא ידוע. הם היו יכולים להיות ענני גז קטנים בתוך שביל החלב, או שאולי הם היו חיצוניים לגלקסיה שלנו. לא ניתן היה להוכיח אם שביל החלב היווה את היקום כולו.

האסטרונום האמריקאי אדווין האבל בחן באמצעות טלסקופ 100 אינץ 'החדש שנבנה במצפה הר ווילסון בקליפורניה כוכבים הנקראים קפאידים, המתבהרים ומתעמעמים בתבנית הקשורה לבהירותם הפנימית, מה שהופך אותם מתאימים לשימוש כמדד לאומדן מרחקים קוסמיים. במאמר משנת 1925, האבל הגיע למסקנה שחלק מהערפיליות היו חיצוניות לשביל החלב, והן גלקסיות ענק בפני עצמן, וחושפות יקום גדול בהרבה מגלקסיה הביתית שלנו.הבא: היקום מתארגן >>

ארגון מסיבי

לראשונה הבחינו במחצית השנייה של המאה ה -19 שיש קבוצה גדולה של ערפיליות בכוכבית בתולה. מאוחר יותר התגלה כי ערפיליות אלה הן גלקסיות נפרדות החיצוניות לשביל החלב שלנו.

תרשים: קארל טייט המבוסס על איור נאס'א; צילום ברנט טולי באמצעות המכון לאסטרונומיה, אוניברסיטת הוואי

במחצית השנייה של המאה ה -19 הבחינו לראשונה שיש קבוצה גדולה של ערפיליות בכוכבית בתולה. מאוחר יותר התגלה כי ערפיליות אלה הן גלקסיות נפרדות החיצוניות לשביל החלב שלנו.

מאה שנים מאוחר יותר, האסטרונומים שיערו כי יישור לכאורה של גלקסיות אלה עשוי להצביע על רמה גבוהה יותר של מבנה קוסמי, המכונה באופן שונה 'מטגלקסיה' או 'מכלול -על'. בשנת 1982 פרסם האסטרונום ר 'ברנט טולי ניתוח של המרחקים לגלקסיות החברים במכלול העל, והראה שהם אכן חלק מארגון גדול יותר.

המרחקים נקבעו על ידי ציון הזזה האדומה של ספקטרום האור מהגלקסיות. (ראה 'זמן אפס: המפץ הגדול' בהמשך גלריה זו להסבר מלא יותר על הזזה האדומה.)הבא: המבנים הגדולים ביותר בחלל >>

המבנים הגדולים ביותר בחלל

קרדיט: 2dF Galaxy Redshift Survey, מצפה הכוכבים האנגלו-אוסטרלי; צילום מרגרט גלר באמצעות המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הרווארד

קרדיט: 2dF Galaxy Redshift Survey, מצפה הכוכבים האנגלו-אוסטרלי; צילום מרגרט גלר באמצעות המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הרווארד

המבנים הגדולים ביותר שאנו מכירים הם החוטים הגלקטיים - הנקראים גם קומפלקסים של Supercluster - המקיפים חללים עצומים בחלל. הגלקסיות בתוך נימה קשורות זו לזו בכוח המשיכה.

כאשר התגלה הראשון ממבנים אלה על ידי מרגרט גלר וג'ון הוכרה בשנת 1989, הוא כונה 'החומה הגדולה'. מבנה גדול בהרבה, 'החומה הגדולה של סלואן', התגלה בשנת 2003 על ידי ג'יי ריצ'רד גוט השלישי ומריו ג'וריץ '.

המחקר הנוכחי על המבנה בקנה מידה גדול של היקום מנצל נתונים שנאספו על ידי סקרי הזזה אדומה כגון סקר השמים הדיגיטליים של סלואן. מאמצים אלה משתמשים בחיישני מצלמה דיגיטלית כדי לצלם אזורים בשמיים, ולוכדים מיליוני אובייקטים רחוקים יחד עם הנתונים הדרושים למפותם בחלל תלת-ממדי.הבא: הכי רחוק שאנחנו יכולים לראות >>

הכי רחוק שאנחנו יכולים לראות

היקום הנצפה הוא כל מה שאנו יכולים לזהות.

הדמיה של היקום הנצפה: קארל טייט, demokratija.eu; צילום של אלן גות 'דרך המעבדה הלאומית ברוקהאבן

היקום הנצפה הוא כל מה שאנו יכולים לזהות. זהו כדור בקוטר של 93 מיליארד שנות אור, שבמרכזו כדור הארץ. איננו יכולים לתפוס את היקום כולו בבת אחת, בשל האיטיות של מהירות האור בהשוואה לקנה המידה העצום של היקום.

כאשר אנו מביטים החוצה לחלל, אנו רואים אובייקטים כפי שהיו בתקופות מוקדמות ומוקדמות יותר בהיסטוריה. כמו כן, בגלל ההתרחבות המואצת של היקום, עצמים רחוקים רחוקים הרבה יותר מכפי שגילם היה חושב עלינו. לדוגמה, קצה היקום הנצפה מוערך במרחק של כ -46 מיליארד שנות אור, למרות שהיקום עצמו בן 13.7 מיליארד שנים בלבד.

היקפו האמיתי של היקום אינו ידוע. הוא יכול להיות גדול בהרבה מהיקום הנצפה - אולי אפילו אינסופי בגודלו. עם זאת, אור מהאזורים הרחוקים ביותר לעולם לא יוכל להגיע אלינו; החלל שעליו לעבור הוא פשוט מתרחב מהר מדי.

התמונה הנוכחית שלנו של היקום הנצפה חייבת הרבה את הפיזיקאי האמריקאי אלן גות ', שבשנות השמונים הבין כיצד יקום הדומה לשלך שלנו עשוי לצאת מהאירוע של המפץ הגדול שיצר אותו. לאחר מכן, נאפס את השעון לאפס בזמן ונראה כיצד היקום התפתח מתחילתו ועד היום.הבא: המפץ הגדול >>