Çıplak gözle uzak galaksileri neden göremiyoruz?

Işık düz bir çizgide ilerlemeye devam ederse, neden çıplak gözle uzak galaksileri göremiyoruz? Elbette yeterince uzun süre bakarsanız, onlardan gelen ışık sonunda gözünüze çarpacaktı? Bu aptalca bir soru ise özür dilerim :)

Elbette yeterince uzun süre bakarsanız, onlardan gelen ışık sonunda gözünüze çarpacaktı?

Uzun süre ışık toplamak, teleskopların çok soluk cisimleri nasıl görebileceğidir. İnsan görsel sistemi bu şekilde çalışmaz.

Bir şey için, bir şeye baktığınızı düşünüyor olsanız bile, gözleriniz hala biraz dans ediyor. Oküler mikrotremorlar denilen yerleşik bir cevap. Bu mikro elemanlar, görüş sistemini işlevsel hale getirmenin önemli bir parçası gibi görünüyor.

Bir başkası için, gözünüz isteğe bağlı olarak uzun süre (fotoğrafik teleskopun yapabileceği şekilde) ışık tutmaz ve toplayamaz. Gözde ve beyne giderken gerçekleşen çok miktarda sinyal işleme var. Bu sinyal işleme, kısa süre boyunca toplanan ışığa bağlıdır.

Görme sistemimiz, iyi aydınlatılmış koşullar altında yiyecekleri, dostları ve tehlikeleri görmek için gelişti. Gün ışığında hareketi görmek konusunda çok iyiyiz. Sabit cisimleri görmekte o kadar iyi değiliz ve çok karanlık gökyüzü altında zar zor görünen kaynakları görmekte hiç de iyi değiliz.

Çıplak göz astronomi insan vizyon sisteminin doğası ile sınırlıdır. Görebildiğimiz en uzak nesne Triangulum Galaxy, ve bu sadece çok karanlık ve açık gökyüzü koşullarında.

Tüm aptal soruya, ama aslında yapabilirsiniz çıplak gözle uzak gökadaları bakın. Kuzey yarımküreden, en büyük komşu galaksimiz olan Andromeda Gökadası, nereye bakacağınızı biliyorsanız ve oldukça karanlık bir yerde olduğunda görülebilir. Güney yarım küreden, Küçük ve Büyük Macellan Bulutları olarak adlandırılan daha küçük fakat daha yakın, düzensiz galaksiler görülebilir.

Daha uzak galaksilerin görünmemesinin nedeni, ters kare yasası nedeniyledir : Işık parçacıkları (fotonlar) galaksiden (veya başka bir ışık kaynağından) çekilirken, sürekli artan bir yüzeye dağılırlar. Bu, belirli bir bölgedeki dedektörün (örneğin gözünüz) galaksiden uzaklaştıkça daha az foton yakalayacağı anlamına gelir. Yasalar, ortalama olarak Δt zaman aralığında, D mesafesinde 8 foton algıladığında, o zaman aynı zaman aralığında 2B mesafede 8/2 ² = 2 foton algılayacağını söylüyor . 4D mesafede 8/4 ² = 0.5 foton algılayacaktır . Veya, eşdeğerde, tek bir fotonun algılanması için iki kez zamana ihtiyacı olacaktır.

Sonuç olarak, prensipte çok uzak galaksileri görebilirsiniz, ancak fotonlar çok azdır ve nadiren gelir, gözünüz yeterince iyi bir dedektör değildir. Teleskopun faydası, 1) gözünüzden daha geniş bir alana sahip olması ve 2) bir kamerayı gözünüzün yerine odak noktasına koyabilir ve daha uzun pozlama süresi olan bir fotoğraf çekebilirsiniz, yani Δt.

Akıl yürütmeniz sadece galaksiler için değil, aynı zamanda Yıldızlar ve Evrendeki parladığı herhangi bir şey için de geçerli olacak, ancak onu geçersiz kılan önemli bir etki var: ışığın emilimi.

Galaksiler arası ve yıldızlar arası ortam, ışığı uzaktaki nesnelerden emmeye ve dağıtmaya katkıda bulunan toz ve gazla doludur. Özellikle Galaksimizin düzleminde hala bol miktarda gaz ve toz var (Samanyolu nispeten genç bir gökadadır): Gerçekten de, mümkün olduğunca ne zaman olursa olsun teleskoplarımızı Lockman Deliğine yönlendirmeye çalışıyoruz .

Bu, özellikle düşük frekanslı ışık için geçerlidir: daha yüksek enerjilerde, X-ışını ve gama ışınlarının standart emici maddeden saçılması ve emilmesi ihmal edilebilir (nesnelere ne kadar uzak bakarsanız, nesneler ne kadar küçük olursa o kadar fazla olur) (hala yıldızlarda kilitli olmayan toz ve gaz kullanılabilir).

Ayrıca, Olbers'in genişleyen bir Evrenin “karanlık gökyüzünü” hesaba katması için belirten paradoksunu düşünün .

1. Birkaç fotonlar - Küçük öğrencilerin var. Sadece küçük öğrencilerinizle kesişen bir yol boyunca bu kadar mesafeden seyahat etmeyi başaran fotonlar görülme şansına sahip olacaktır. Ve sadece retinalarınıza ulaşan bazı fotonlar aslında varışlarını kaydeden moleküllerle etkileşime girer.

2. Girişim - Atmosferin molekülleri, atmosferdeki toz, gözünüzün yansıması / kırılması, güneş sistemindeki toz, Oort bulutu, galaksimizdeki yıldızlar arası toz, galaksiler arası uzaydaki toz, tüm bölgeler boyunca bulunan herhangi bir molekül yolu, hepsi az sayıda fotondan herhangi birini emebilir ve farklı bir yönde yeniden yayabilir.

3. Kararlılık - Özellikle Hubble gibi teleskoplar gözlerinize kıyasla gerçekten, gerçekten de olabilir. Sadece gözleriniz sürekli küçük değişiklikler yapmakla kalmaz, aynı zamanda nefes alırsınız ve kalbin atışları ve diğer şeyler çok loş görüntülerin oluşmasını önler.

4. Pozlama - İlk Hubble Derin Alan resmi, yaklaşık 100 saatlik pozlamadan toplandı . Bunu gözlerinle zor bulabilirsin.

5. Saklama - Maruz kalma süresi, fotonların kayıt yüzeyine çarptığı yer hakkında ne kadar 'veri' tutulduğunu etkiler. Gözleriniz, bir dakika önce bir reseptöre kayıtlı bir fotonun bile hatırlayamayacak. Gözleriniz 'hala fotoğrafçılık' için hiç iyi değil.

6. Işık kirliliği / evrensel genişleme - Evren milyarlarca yıldır genişliyor. Genişledikçe, uzayda ilerleyen ışık görünür spektrumun kırmızı ucuna 'daha fazla uzanır'. Uzak galaksiler için bu, onlardan görünen ışığın, buraya geldiğinde kızılötesi ve görünmeyecek kadar uzağa kaydığı anlamına gelir. Şimdi, ultraviyole ışık da değişecek ve bir kısmı “görünür” hale gelecektir. Fakat daha sonra atmosfere ulaştığında dağınık “hafif kirlilik” etkileri ile karışmaya başlar. Hangi fotonların hangi kaynaklardan geldiğini takip etmede gözleriniz hiç iyi değil.

Muhtemelen başka faktörler de vardır, ama belki de sorunun ne kadar büyük olduğunu belirtmek için fazlasıyla yeterlidirler. 100 saatlik erken Hubble görüntüsünün gökbilimciler için büyük bir sürpriz olduğunu unutmayın. Daha önce mevcut olan büyük ışık toplayan teleskoplarla bile, faydalı veriler için yeterli ışık alamamışlardı. Daha önceki ekipmanların sizinkinden çok daha büyük öğrencileri, daha hassas görüntüleme yüzeyleri vardı ve sizden çok daha uzun süre 'oturmaya devam edebildiler; ve hala uzak galaksilerde zorluk çekiyordu.

$x$$x$

Ve bu, diğer cevaplarda açıklandığı gibi diğer tüm faktörlerin üstündedir (ama bu belirli noktaya diğer cevaplardan biraz daha öteye geçmek istedim.).

Bence sorunuzun, "Obler's paradox" olarak bilinen bir şeyi yeniden çerçevelemek olduğunu düşünüyorum - yani evren sonsuzsa neden gece gökyüzü beyaz değilse, er ya da geç görüş çizgimiz bir yıldıza çarpıyorsa ve çok uzakta olsa bile orada sonsuz yıldızlar olurdu.

Bunun cevabı ya (a) Evren sonsuz değildir ya da (b) Evren hiç burada olmamıştır, bu yüzden sonsuz olsa bile, çok uzaklardan gelen ışık henüz bize ulaşmamıştır.

Dava (b) genel olarak kabul edilir - yani Evren sınırlı bir süre önce "büyük patlama" da başladı - buna rağmen (a) tartışmalı - yani evrenin hiçbir durumda sonsuz olmadığı olabilir.

Bir insan tek bir foton görebilir mi?

İnsan gözü çok hassastır ama tek bir foton görebilir miyiz? Cevap, retinaktaki sensörlerin tek bir foton yanıt vermesidir. Bununla birlikte, sinir filtreleri, en az yaklaşık beş ila dokuz, 100 ms'den daha kısa bir sürede ulaştığında bilinçli bir yanıtı tetiklemek için bir sinyalin beyne geçmesine izin verir. Tek fotonları bilinçli bir şekilde görebilseydik, çok düşük ışıkta çok fazla görsel "gürültü" yaşardık, bu nedenle bu filtre zayıflık değil, gerekli bir uyarlamadır.

Bu kağıda göre http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html

Uzak galaksiler için bu her zaman mümkün olmadığından uzak galaksileri göremeyiz.

Sorunun özü çoktan cevaplandı, ancak hala son derece parlak olan yakındaki bir galaksinin M81'i çıplak gözle gözlemlemenin ne kadar zor olduğunu göstermek ilginçtir. Gökbilimci Brian Skiff , bu galaksinin buradaki çıplak gözle başarılı gözlemini anlatıyor. .

Şimdi, belirli bir parlaklığın galaksilerinin, genişletilmiş doğası nedeniyle aynı parlaklıktaki yıldızlardan daha zordur. Gökyüzü yeterince karanlıksa, yıldızları büyüklük 8 kadar sönük olarak görebilirsiniz, ancak yine de büyüklüğü 7 parlaklığı olan M81'i bulmak için mücadele edersiniz. Büyüklüğü 7 gelen ışığı toplayarak elde edilen yapay bir figürdür. biraz farklı yönlerden.

Ayrıca, göğsünün görünmez bir şekilde görünmesini sağlamak için göğsün sadece küçük bir gri görünmesini sağlamak için çok az miktarda ışık kirliliğine ihtiyacınız olurken, soluk yıldızların görünürlüğü esasen etkilenmez. Bunun nedeni, yıldız durumunda gökyüzündeki konumun bir işlevi olarak parlaklığın çok güçlü ve dar bir zirveye sahip olmasıdır, çünkü galaksideki genişletilmiş doğası nedeniyle büyük bir tepe göstermez. Entegre parlaklık her iki durumda da aynı olabilir, ancak galaksiyi görünmez hale getirmek için ihtiyacınız olan arka plan ışığı miktarı kesinlikle yıldız için ihtiyacınız olandan çok daha az.