Şimdiye kadar galaksilerin fotoğraflarını nasıl bulabiliriz?

Bunun için muhtemel bir cevap , galaksilerden yayılan ışığın, göbek alan teleskopunun bu ışığı sensörlerinden topladığı ve galaksinin bir görüntüsünü oluşturabildiği yeryüzüne bir milyar mil yol kat etmesidir.

Fakat eğer bu doğruysa ve galaksiler milyarlarca kilometre uzaktaysa, galaksilerden yayılan ışık parçacıkları her yere dağılmamalı mı? Sonuçta milyonlarca yıldan beri seyahat ediyorlar ve muhtemelen asteroitler ve diğer yabancı cisimlerle çarpışıyorlar. Fotonların yaklaşık% 95'inin gerçekten dünyaya ulaşma şansı neydi ve bize çok ayrıntılı bir görüntü verdi.

Dünyadan 1.492 × 10 ^ 19 mil uzaklıktaki andromeda galaksisini düşünün. Eğer galaksiden yayılan ışık her yöne yayılıyorsa, o zaman aşağıdaki fotoğraftan da anlaşılacağı üzere galaksinin tamamını nasıl haritalandırabiliriz?

Fotonlar diğer nesnelere çarpabileceğinden ve "asla dünyaya ulaşmadığından" beri galaksinin yarısının kaybolmasını istememeli miydin?

Sık sık - ama her zaman değil - galaksilerden gelen milyonlarca ışığın ve hatta milyarlarca ışığın evrenin içinden geçip bize inmesinin iki nedeni vardır:

1. İlk olarak, intergalaktik ortam (IGM) aşırı derecede seyreltiktir. Dışarıdaki parçacıkların sayı yoğunluğu, sırasına ya da kabaca 26 deniz seviyesinden aşağıya doğru büyüklüktedir! Bunun anlamı, Andromeda'dan Samanyolu'na kesit alanına sahip bir tüp düşünürseniz , kabaca bir mikrogram madde içerecektir (Rob Jeffries sayesinde bir faktörü yakalamak için hatası).$n\sim10^{-7}\,\mathrm{cm}^{-3}$ 10 $1\,\mathrm{cm}^{2}$$10^6$

2. İkincisi, bir foton bir atomun yakınına gelse bile, ancak enerjisi, atomdaki bazı geçişlerle yakından eşleşirse absorbe edilir. Atomların çoğu iyonize edildiğinden (ve bunun yerine plazma olarak adlandırılması gerektiğinden, ancak astronomide sık sık yapılmazsa ayrım), fotonu emecek elektronlar yoktur. Fotonların serbest elektronlarla Thomson saçılması yoluyla etkileşime girme olasılığı daha yüksektir, ancak Thomson kesiti çok küçüktür , Neredeyse Büyük Patlama'dan bu yana evrende dolaşan SPK fotonları sadece% 5'i yolda elektronlarla etkileşime girmiştir.$(\sim10^{-24}\,\mathrm{cm}^{2})$

Başka bir deyişle: İletilen ışığın miktarı iki faktöre bağlıdır: 1) Görüş hattı boyunca maddenin miktarı ve 2) maddenin ışığı absorbe etme kabiliyeti. IGM'de her ikisi de inanılmaz derecede küçük. Işık galaksimizin içindeki yıldızlararası ortama (ISM) girdiğinde , ışığı emebilen atomlarla daha yoğun bulutlarla karşılaşabilir. Ancak, genellikle (her zaman olmasa da) "yoğun", Dünya atmosferine kıyasla hala çok seyreltiktir.

Genel olarak, eğer bir ışık huzmesi, her biri bir kesiti (örneğin, cm ölçülmüş) olan bir parçacık bölgesinden geçerse, ışın alanı başına parçacıklarını geçerek (örneğin, cm ölçülür ), daha sonra ortamın opaklığı, tanımlanan optik derinlik tarafından verilirFotonların iletilen kısmı dır Genel olarak dalgaboyuna bağlıdır ve bu nedenle spektrumun bir kısmı engellenmeden geçebilir, bir kısmı ise tamamen emilebilir.2 N - 2 t alınmak t alınmak ≡ $\sigma$$^2$$N$$^{-2}$ $\tau$f f = e - τ .

Aşağıdaki şekil ( buradan itibaren ), 22 milyar ışıkyılı uzaklıktaki , yani Andromeda'dan kat daha uzakta bulunan bir kuasarın spektrumunu göstermektedir . Birkaç ince emme hattı olduğunu görmektesiniz (yoğunlukları IGM'den 10-100 kat daha yüksek bir faktöre sahip olan hidrojen bulutlarına müdahale etmekten kaynaklanıyor), ancak ışığın çoğu bunu bize bırakıyor.$10\,000$

Bu quasardan gördüğümüz ışık çok uzun zaman önce yayıldığından, o zaman Evren o zaman çok daha küçüktü ve bu yüzden yoğunluk daha büyüktü. Bununla birlikte, sadece küçük bir kısım emilir. Işık ne kadar uzak bir yerde yayılırsa, o kadar uzun zaman önceydi, bu da daha küçük Evren ve daha yüksek yoğunluk anlamına gelir ve böylece daha fazla ışık emilir. 27 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bu karayı ( buradan ) düşünürseniz , spektrumun bir kısmında çok daha fazla ışığın emildiğini görüyorsunuz. Bununla birlikte, yine de, çok fazla ışık bize geçer.

Sadece absorbe edilen kısa dalga boyları olmasının nedeni oldukça ilginçtir - fakat bu başka bir hikaye.

Rob Jeffries'in dediği gibi, evren çoğunlukla boş yer. Bir foton binlerce ışıkyılı boyunca hiçbir şeyle etkileşime girmeden kolayca seyahat edebilir. Etkileşimin çoğu, fotonlar dünya atmosferine girdiğinde gerçekleşir. Hubble bundan kaçınır. Bu fotoğraflar büyük olasılıkla galaksiyi gözlemlemek için uzunca bir zaman süresi veren birkaç görüntüleme oturumunu bir araya getirme eğilimindeydi.

Sorunuzda bir yanılgı var, diğer cevapların ele alındığını sanmıyorum.

Eğer galaksiden yayılan ışık her yöne doğru hareket ederse, o zaman nasıl hala bütün galaksinin haritasını çıkarabiliriz?

Işık olan her yöne galaksiden yayılan. Bunun sadece küçük, küçük bir kısmı Dünya'ya yönlendirilir ve bununla birlikte, verilen herhangi bir teleskop tarafından daha küçük bir kısım toplanır. Ama hala görebiliyoruz, çünkü galaksiler çok, çok parlak. Andromeda trilyon bir yıldız içerir.

Üzgünüm, bu mantık biraz dairesel gözüküyorsa, ancak görünmeyen galaksilerin resimlerini çekebiliriz, çünkü gizlenmemişlerdir.

Daha önce de belirtildiği gibi - uzay gerçekten, gerçekten büyük ve gerçekten, gerçekten boş. Bunu düşünmemiz zor, çünkü yanımızda çok şey var - ama bu gerçekten sıra dışı bir durum. Güneş'in bir sonraki yıldızı 4 yıldan daha uzun bir süre ötede, ama hemen hemen hepsinin (99.9999999999 ...%) yönümüze doğru giden ışığı alıyoruz - aynen daha uzaktaki ışıkla - çok fazla sayıda fotonlar bize çok uzaktaki nesnelerden gönderildi.

Hubble, uzaktaki objelerin görüntülerini çekmek için basit kamera lensi tekniklerini ve uzun pozlama işlemlerini de kullanır - bu yüzden görüntüyü oluşturmak için daha fazla ışık alınır.

Ancak, bunun diğer kısmı, başka bir galaksinin veya toz bulutunun arkasındaki galaksinin (veya yıldızın) fotoğrafını çekmek neredeyse imkansızdır. Mesela kendi galaksimizin merkezini kolayca göremiyoruz, çünkü çok fazla toz ve gaz ve yıldız var. Sorunuzdaki resim, diğer yandan, galaksinin düzleminin üstünde olan Andromeda gibi görünüyor. Gökadamız çapına göre oldukça ince ve galaktik merkezin dışına çıkmanın iyi bir yoluyuz, yani yolunda çok daha az şey var.

Ve görüntülerini çektiğimiz tozdan gizlenmiş bazı galaksiler var :

Zaten bazı iyi cevaplar oldu, fakat iki pennyworth'umu eklemek istiyorum:

Şimdiye kadar galaksilerin fotoğraflarını nasıl bulabiliriz?

Çünkü kameralarımıza ulaşan ışığa müdahale eden, aramızda pek bir şey yok.

Bunun için muhtemel bir cevap, galaksilerden yayılan ışığın, Hubble uzay teleskopunun bu ışığı algılayıcılarından aldığı ve dünyanın galaksisinin bir görüntüsünü oluşturabildiği yeryüzüne bir mil kadar yol kat etmesidir.

Satürn'e bir milyar mil . Aslında, uzaklık yörüngelere göre değişir, ancak şu Space.com makalesine bakın : "En uzak noktalarında, birbirlerinin arasından güneşin karşı taraflarına uzandıklarında birbirlerinden bir milyar mil (1,7 milyar km) uzaktadırlar" . Andromeda galaksisi 15000000000 dolaylarında olduğunu milyar mil uzakta. Ya da yaklaşık on beş beş milyon mil.

Fakat eğer bu doğruysa ve galaksiler milyarlarca kilometre uzaktaysa, galaksilerden yayılan ışık parçacıkları her yere dağılmamalı mı?

Fotonların bir E = hf dalga doğasına sahip olduğunu unutmayın. Ve onlar havada dağılmış olsalar bile, Ay'ı hala görebiliyorsunuz. Evet, uzayda yoldan geçen bir miktar ışık var. Ama gece vakti gökyüzünün biraz boş sisli bir sürahi olması o kadar da değil. Sen de Satürn'ü görebilirsin. Ve yıldızlar. Ve galaksiler, ama oldukça sönükler .

Sonuçta milyonlarca yıldan beri seyahat ediyorlar ve muhtemelen asteroitler ve diğer yabancı cisimlerle çarpışıyorlar. Fotonların yaklaşık% 95'inin gerçekten dünyaya ulaşma şansı neydi ve bize çok ayrıntılı bir görüntü verdi.

Şanslar yüksek. Şanslarımız yüksek olduğu için gezegenlerin ve şeylerin resimlerine sahibiz .

Dünyadan 1.492 × 10 ^ 19 mil uzaklıktaki Andromeda galaksisini düşünün. Eğer galaksiden yayılan ışık her yöne yayılıyorsa, o zaman aşağıdaki fotoğraftan da anlaşılacağı üzere galaksinin tamamını nasıl haritalandırabiliriz?

Işıklarla kaplı olsaydım, her yöne ışık yayardım ve beni görürdünüz, çünkü o ışık bir kısmı gözünüze gider. Andomeda galaksisi benzerdir.

Fotonlar diğer nesnelere çarpabileceğinden ve "asla dünyaya ulaşmadığından" beri galaksinin yarısının kaybolmasını istememeli miydin?

Hayır. Fotonların yarısı Dünya'ya ulaşmasaydı, sadece daha sönük bir galaksi görürsünüz, hepsi bu.

Bana bazı basit açıklamalar vereyim.

Hayır hayır hayır. Fotonların% 95'i Dünya'ya ulaşmıyor. Fotonların% 5'i (birkaç saniye içinde) sadece bir yıldız tarafından yayılmış olsa bile, Güneşimizin Dünya'ya ulaşmasıyla gezegenimiz tamamen kavrulur! O zamanlar Andromeda'nın yüzlerce milyar yıldızı (ya da güneşi) vardır. Bunların hiçbiri sonsuz küçük sayılar dışında bize ulaşamaz. Bize ulaşan fotonların yüzdesinin ne kadar küçük olduğu akıl almaz! Bunu kabaca hesaplamayı deneyebilirsiniz. Güneş'in yaydığı fotonların yüzde kaçının Dünya'ya ulaştığını hesaplamak çok kolaydır. Ve Güneş Dünya'dan sadece 8 dakika uzaklıktadır, Andromeda ise 2,5 milyon yıldan fazladır! Yani, aslında, bize kaç tane foton ulaştığını hayal etmek zor değil.

Şimdi, neden asteroitler, gezegenler veya yıldızlar her şeyi engellemiyor? Andromeda böyle engellenemeyecek kadar büyük! Aralarına birkaç leke tozu koyarak Pasifik Okyanusu manzarasının uzaydan uzak durması daha kolay! Andromeda'nın çapı 200 milyon ışıkyılıdır. Görünümden engelleyebilir miyiz? Aslında güneş sistemimize yakın bir bulutsu kadar büyük bir şey tarafından engellenebilir. Böyle bir bulutsu çapı çok hafif yıl olmalıdır; yeterince yoğun olması gerekir; ve çok uzak değil. Neyse ki böyle bir şey bu güzel galaksiyi bizim görüşümüze göre engellemiyor. Ancak, bazı diğer galaksilerde ve derin uzay nesnelerinde olur. Çok uzaktaki bulutsulara gelince, Andromeda'yı bizim görüşümüze göre engellemiyorlar çünkü çok daha uzaktaki Andromeda'nın arka planına karşı çok küçük görünecekler.

Işık neden dağınık değil? Andromeda'yı bulanıklaştırmak neden bu kadar dağınık olmalı? Ay ufukta olduğunda ışığı, neredeyse Dünya yüzeyine paralel olarak yüzlerce kilometre yoğun atmosferden geçer; yine de teleskoplarımızı üzerinde eğitebilir ve Ay'ın çeşitli özelliklerini görebiliriz. Çok temiz bir manzara olmazdı ama yine de çok görüyoruz. Şimdi, uzaydaki ışık neredeyse tamamen bir boşluktan geçiyor, özellikle boş galaksiler arasındaki boşluktur. Bu yüzden ışığın fazla dağılması için hiçbir sebep yok. Fotonlar ve diğer birçok parçacık yeterince stabildir ve çok daha büyük mesafelere seyahat edebilir: milyarlarca ışık yılı. Buna bakmanın bir başka yolu, Andromeda'nın bize bulanık olması için fotonların düz yollarından ne kadar sapması gerektiğini sormaktır. Eh, çok fazla yanlara gitmek zorundalar. ve Andromeda'nın çapı bunun için çok büyük. Fotonlar düz çizgiler halinde hareket ederken, mantıklı görünmüyor. Yıldızlar ve kara delikler gibi büyük nesneler yollarını etkileyecektir, ancak Andromeda'nın çapı o kadar büyüktür ki, Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgide trilyonlarca kara delik yapay olarak yerleştirmediğimiz sürece Andromeda'nın görüntüsü ya da bu karadelikleri yapmak için galaksideki tüm ışığı yukarı yuvarlayın! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Oysa, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gidiyor ve yine de güzel fotoğraflar için yeterli. Neden? Bu yüzden: Fotonlar düz çizgiler halinde hareket ederken, mantıklı görünmüyor. Yıldızlar ve kara delikler gibi büyük nesneler yollarını etkileyecektir, ancak Andromeda'nın çapı o kadar büyüktür ki, Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgide trilyonlarca kara delik yapay olarak yerleştirmediğimiz sürece Andromeda'nın görüntüsü ya da bu karadelikleri yapmak için galaksideki tüm ışığı yukarı yuvarlayın! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Oysa, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gidiyor ve yine de güzel fotoğraflar için yeterli. Neden? Bu yüzden: Fotonlar düz çizgiler halinde hareket ederken, mantıklı görünmüyor. Yıldızlar ve kara delikler gibi büyük nesneler yollarını etkileyecektir, ancak Andromeda'nın çapı o kadar büyüktür ki, Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgide trilyonlarca kara delik yapay olarak yerleştirmediğimiz sürece Andromeda'nın görüntüsü ya da bu karadelikleri yapmak için galaksideki tüm ışığı yukarı yuvarlayın! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Oysa, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gidiyor ve yine de güzel fotoğraflar için yeterli. Neden? Bu yüzden: Yıldızlar ve kara delikler gibi yollarını etkileyecektir ancak Andromeda'nın çapı o kadar büyüktür ki, Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgi boyunca trilyonlarca kara delik yapay olarak yerleştirmediğimiz sürece Andromeda'nın görüntüsünü çarpıtma ya da bu kara deliklerin galaksideki tüm ışığı yakması için! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Oysa, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gidiyor ve yine de güzel fotoğraflar için yeterli. Neden? Bu yüzden: Yıldızlar ve kara delikler gibi yollarını etkileyecektir ancak Andromeda'nın çapı o kadar büyüktür ki, Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgi boyunca trilyonlarca kara delik yapay olarak yerleştirmediğimiz sürece Andromeda'nın görüntüsünü çarpıtma ya da bu kara deliklerin galaksideki tüm ışığı yakması için! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Oysa, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gidiyor ve yine de güzel fotoğraflar için yeterli. Neden? Bu yüzden: Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgi boyunca trilyonlarca kara delik açmazsak, Andromeda imajını çarpıtma ya da bu kara deliklerin galaksideki tüm ışığı yakması için! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Ancak, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gider ve yine de güzel fotoğraflar için yeterlidir. Neden? Bu yüzden: Andromeda ile güneş sistemimiz arasındaki çizgi boyunca trilyonlarca kara delik açmazsak, Andromeda imajını çarpıtma ya da bu kara deliklerin galaksideki tüm ışığı yakması için! Bu nedenle, gökbilimciler ışığın çoğunun bize ulaştığını söylediğinde, galaksiler arası boşluğun neredeyse tamamen boş olduğu ve tam olarak yönümüze giren fotonların “serbest” olduğu anlamına gelir. Ancak, sadece sonsuz sayıda küçük bir sayı tam olarak bizim yönümüze gider ve yine de güzel fotoğraflar için yeterlidir. Neden? Bu yüzden: sadece sonsuz küçük sayıdakiler tam olarak bizim yönümüze gider ve yine de güzel fotoğraflar için yeterlidir. Neden? Bu yüzden: sadece sonsuz küçük sayıdakiler tam olarak bizim yönümüze gider ve yine de güzel fotoğraflar için yeterlidir. Neden? Bu yüzden:

Andromeda'nın mutlak büyüklüğü ( ışıkyılı uzaklıktaki Güneş'ten kat daha parlak olan bir nesneye karşı göreceli parlaklık ) . Güneşimiz sadece . Sayı ne kadar yüksek olursa, nesne o kadar kısılır. Mutlak şiddetinde olan bir nesne olacaktır Güneş'ten parlak katı Andromeda ve Güneşimiz arasındaki fark . Bu, Andromeda'nın kabaca Güneş'ten kat daha parlak olduğu anlamına gelir .33 - 21,5 5 1 2,5 5 - 1 = 40 - 21,5 - 5 = - 26,5 2,5 26,5 ± 40 , 000 , 000 , $40$$33$$-21.5$$5$$1$$2.5^{5-1}=40$$-21.5-5=-26.5$$2.5^{26.5}\approx 40,000,000,000$

Gece gökyüzünde ne kadar büyük olduğuna bakılırsa, uzunlamasına, yaklaşık olarak ayın çapının altı katıdır, ancak yalnızca parlak orta kısmı görebilirsiniz. Daha fazla ışık toplamak ve daha iyi, daha ayrıntılı bir görüntü üretmek için geniş açıklıklı teleskop ve uzun pozlama fotoğrafçılığına ihtiyacınız var.

Umarım, bu ilkel açıklama biraz yardımcı olacaktır. Hava izin verirse, bugün Andromeda görünebilir :)