Scienza
Ogni anno, otteniamo una comprensione leggermente migliore della natura dell'universo e del nostro posto in esso.
Per la maggior parte degli Stati Uniti, la tecnologia di mappatura che utilizziamo quotidianamente è limitata alle unità GPS montate sul cruscotto.
Nessuna mancanza di rispetto - voglio dire, solo 10 anni fa dipendevamo da atlanti stradali cartacei per arrivare dove stavamo andando; all'avanguardia significava trovare percorsi in Mapquest e quindi stampare le pagine.
Ma mentre leggete questo, centinaia di team di scienziati stanno lavorando con tecnologie molto più complesse per mappare tutto, dalle più lontane aree dell'universo alle particelle più infinitamente piccole al suo interno. Solo poche settimane fa, gli astronomi che utilizzano l'osservatorio ALMA ancora in costruzione (nella foto sopra) hanno fatto un'importante scoperta sul vicino sistema Fomalhaut - fondamentalmente, che probabilmente contiene un gruppo di pianeti delle dimensioni della Terra.
Ciò che segue è un elenco di scoperte altrettanto importanti sulla composizione e sulla struttura del nostro universo e descrizioni delle ultime tecnologie in astronomia, fisica delle particelle e scienze marine che le hanno rese possibili.
1. La prossima generazione: James Webb Space Telescope
I telescopi spaziali Hubble e Spitzer hanno oscillato per 22 e 9 anni, rispettivamente. Sono responsabili della produzione delle incredibili immagini dello spazio profondo che conosciamo tutti, alcune delle quali sono incluse di seguito. Ma Spitzer ha già esaurito le sue riserve di elio liquido, necessarie per le sue operazioni primarie, e Hubble dovrebbe durare solo altri due anni. James Webb è il loro successore.
Con diverse fasi di costruzione in corso in 17 paesi, il James Webb Space Telescope è previsto per il completamento nel 2018. Il suo design presenta 18 specchi esagonali rivestiti in oro, che focalizzeranno la luce proveniente da fonti target molto distanti e cattureranno ad alta risoluzione visibili e infrarossi immagini. In teoria, questo significa che sarà in grado di vedere gli oggetti più distanti nell'universo, come le prime stelle e galassie che si formano dopo il Big Bang.
Nella foto sopra, "L'ingegnere della NASA Ernie Wright considera i primi sei segmenti pronti per il volo James Webb Space Telescope sono preparati per iniziare i test criogenici finali al Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, AL." La funzionalità deve essere testata in condizioni simile a quelli sperimentati all'interno dell'orbita bersaglio di James Webb, 930.000 miglia dritte.
2. Mappatura della nostra galassia
In alcuni modi ovvi, la Via Lattea è la galassia che conosciamo meglio. Tutti i suoi elementi costitutivi sono molto, molto più vicini alla Terra rispetto ai loro omologhi nelle galassie straniere. Ma quando si tratta di comprendere la forma generale e il trucco della Via Lattea, il compito è sempre stato difficile, proprio perché siamo nel bel mezzo di esso.
Recentemente nel 1785, gli astronomi lo fecero contando le singole stelle viste dalla Terra e tramandandole su una rozza mappa galattica. Più tardi, le vere scoperte vennero dall'osservazione di altre galassie e dalla consapevolezza che si conformavano principalmente a uno dei tre principali tipi strutturali. La Via Lattea era determinata a essere della varietà a spirale, con una spessa barra che tagliava in due il suo rigonfiamento centrale.
L'introduzione dei radiotelescopi della metà del XX secolo ha permesso agli astronomi di misurare la produzione di idrogeno di vari settori della galassia, portando a una mappatura più accurata dei bracci a spirale e del centro barrato. Come mostrato nella grafica a destra, il nostro sole si trova nel braccio di Orione. Quando vedi la Via Lattea di notte, guardi in avanti e verso l'interno attraverso il Sagittario, Scutum-Crux e Norma Arms verso il denso nucleo galattico.
3. Uno sguardo più da vicino al centro della Via Lattea
Le rivelazioni contemporanee sulla nostra galassia sono state gentilmente fornite dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer. Il composito a infrarossi sopra combina le immagini di ciascuna tecnologia per creare l'immagine più dettagliata mai catturata di questa regione di spazio. Mentre le dimensioni della foto qui incorporate sono 900 × 349 pixel, rappresentano un'area di 300 × 115 anni luce.
Il centro galattico era noto per comprendere tre grandi ammassi di stelle massicce, ma questa immagine mostra molti più individui giganteschi distribuiti ben oltre i confini degli ammassi. È anche generalmente accettato che un buco nero supermassiccio si nasconda da qualche parte in questa regione centrale. Hubble ha impiegato 144 orbite terrestri e 2.300 esposizioni per generare il mosaico ad alta risoluzione sopra.
4. Telescopio spaziale Hubble
Questo è il pezzo di tecnologia responsabile di tutte le belle immagini spaziali. Kinda sembra una lattina con un foglio avvolto attorno a un'estremità. O un burrito davvero costoso.
Hubble ha impiegato 11 anni per essere costruito ed è stato lanciato nel 1990. A poche settimane dalla sua missione, è diventato ovvio che le misurazioni dello specchio primario del telescopio erano fuori - di 2, 2 micrometri. Fortunatamente, Hubble è stato progettato per adattarsi alla manutenzione in orbita. Nel 1993, l'equipaggio dell'Endeavour ha installato l'ottica correttiva, portando lo strumento agli standard di progettazione originali. La foto sopra è stata scattata durante un'ultima missione di manutenzione programmata nel 2009.
In termini di progressi compiuti sia nella comprensione scientifica che nella comprensione dell'universo, il telescopio spaziale Hubble è senza dubbio la tecnologia di mappatura più significativa mai utilizzata.
5. Andare in profondità
Tra i principali successi di Hubble c'è questo sondaggio: un composto di 800 esposizioni prese in 11 giorni, diretto a una fetta di cielo altrimenti "vuota" all'interno della costellazione di Fornax.
Ciascuno dei punti di luce visibili nello scatto di Hubble Ultra Deep Field è una galassia molto, molto lontana. La loro luce vista nell'immagine a destra viaggiava per 13 miliardi di anni prima di impattare sui sensori di Hubble e creare questa immagine. Ciò significa che guardando questo, stai osservando l'universo com'erano solo 400-800 milioni di anni dopo il Big Bang.
Ci sono 10.000 galassie nella foto. Mostra un'area di cielo solo 1/10 del diametro della luna piena vista dalla Terra. Non è necessario fare la matematica per farti saltare la testa.
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6. Misurare il tasso di espansione dell'universo
Hubble non solo ci ha fornito l'immagine più profonda dell'universo mai registrata, aiutando gli astronomi a determinare con maggiore precisione l'età dell'universo, ma ha anche svolto un ruolo chiave nel modo in cui misuriamo il tasso di espansione dell'universo.
Dall'opera di Edwin Hubble alla fine degli anni 1920, sappiamo che l'universo si sta espandendo - la distanza tra ogni oggetto nell'universo sta aumentando. Il tasso di questo aumento, tuttavia, è stato contestato fino a poco tempo fa. Negli ultimi anni, i dati del telescopio Hubble provenienti da oggetti astronomici come le supernove (come la Nebulosa del Granchio, nella foto sopra, i resti di un'esplosione stellare avvenuta nel 1054 d. C.) hanno portato a misurazioni drammaticamente più accurate della Costante di Hubble, la matematica rappresentazione del tasso di espansione.
In altre parole, i dati di Hubble stanno sia creando mappe più dettagliate del nostro universo, sia aiutandoci a capire come tali mappe cambiano costantemente.
7. Osservatori nella parte superiore delle Hawaii
A 13.796 piedi sulla cima del Mauna Kea sulla Big Island delle Hawaii si trova questa raccolta di osservatori di proprietà internazionale. È un punto privilegiato per osservare le stelle, poiché l'umidità nella zona è generalmente bassa e qualunque sia il vapore acqueo presente si trova principalmente nelle nuvole sotto la cima. Una visita prima dell'alba presso la struttura è diventata un'attività turistica popolare.
Ci sono 13 telescopi in totale, inclusa la coppia Keck, due dei più grandi telescopi ottici al mondo. I ricercatori usano gli osservatori per tracciare una mappa di tutto, dai satelliti scoperti di recente in orbita attorno a Giove, alle caratteristiche del nostro sole, alle galassie "dai secoli bui". Hanno anche creato immagini zoom del cielo ad ampio campo.
8. Studiare un vicino galattico
Come per la Via Lattea, la nostra comprensione delle altre galassie vicine viene costantemente avanzata dalle nuove tecnologie. Nella foto a sinistra è una piccola regione della Grande Magellanic Cloud (LMC), la terza galassia più vicina alla nostra a una distanza di circa 160.000 anni luce.
In particolare, la Nebulosa Tarantola viene presentata qui. Questa è la più grande e attiva regione produttrice di stelle nel nostro quartiere galattico, rendendola incredibilmente luminosa e di incredibile interesse per gli astronomi mentre studiano come le stelle si formano, si evolvono e alla fine muoiono. Alcune delle stelle blu brillanti mostrate sono le più grandi mai registrate, con masse oltre 100 volte superiori a quelle del sole.
L'LMC era visibile come una foschia vagamente luminosa per i primi astronomi - da qui la terminologia della "nuvola". Non è stato fino a quando Hubble, tuttavia, che siamo stati in grado di risolvere ammassi ristretti come la Nebulosa Tarantola come singole stelle e vedere esattamente cosa stava succedendo in questa galassia ricca di fenomeni.
9. Radiazione cosmica ed evoluzione dell'universo
La maggior parte della mappatura dell'universo che ha luogo non viene eseguita nello spettro della luce visibile e non si traduce necessariamente in immagini attraenti o accessibili.
Il satellite Planck, lanciato nel 2009 dall'ESA, sta misurando il fondo cosmico a microonde (CMB), un tipo di radiazione che permea l'universo e si pensa sia legata agli eventi verificatisi durante e subito dopo il Big Bang. Prendendo letture CMB dell'intero cielo, Planck ha l'obiettivo di rispondere alle grandi domande: "come è iniziato l'Universo, come si è evoluto nello stato che osserviamo oggi e come si evolverà in futuro?"
10. La ricerca di pianeti simili alla Terra
La missione Keplera della NASA, che utilizza il telescopio orbitante di Keplero, ha lo scopo dichiarato di scoprire pianeti simili alla Terra nelle vicinanze, fornendo così una stima più accurata di quanti di questi pianeti possano esistere nella Via Lattea.
Per essere "simile alla Terra", un pianeta deve avere una dimensione simile alla nostra: i grandi pianeti sono ovviamente più facili da individuare, ma sono composti da gas (come Saturno e Giove) rispetto ai materiali solidi. Inoltre, e soprattutto, il pianeta deve orbitare all'interno della "zona abitabile" della sua stella, con temperature superficiali che consentirebbero la presenza di acqua liquida.
Alla fine del 2011, è stata annunciata la conferma del primo tale pianeta, Keplero-22b, e la missione ha già identificato oltre 2.000 altri pianeti candidati. Gli scienziati ora credono che ci siano probabilmente circa 100 pianeti simili alla Terra entro 30 anni luce da noi.
11. Una tabella di marcia dell'universo locale
Una mappa di galassie a una distanza di 380 milioni di anni luce. Immagine: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Dieci anni di scansione del cielo effettuata da telescopi terrestri del 2MASS Redshift Survey (2MRS) hanno portato, nel 2010, la mappa più completa del nostro universo locale fino ad oggi. L'immagine 3D sopra traccia 43.000 galassie, con la loro distanza da noi rappresentata dai colori nella chiave in basso a destra.
È un po 'complicato vedere l'essere 3D guardarlo qui. Da Gizmodo: “Le coordinate 3D di ciascuna galassia sono state registrate in modo che i dati grezzi possano essere potenzialmente utilizzati per costruire un modello 3D realistico dell'universo. Aggiungi una tecnologia olografica e hai qualcosa direttamente da Star Trek.”
12. Collegamento di singoli telescopi in potenti array
Le 27 antenne radio separate della Very Large Array del New Mexico, ognuna circondata da un piatto di 82 piedi di diametro, lavorano in concerto per creare efficacemente un'enorme antenna da osservatorio con un diametro di 22 miglia. Il VLA è pienamente operativo dal 1980 e un significativo aggiornamento dell'hardware completato lo scorso anno ha aumentato le sue capacità tecniche di un fattore di 8.000. La struttura è stata ribattezzata per riflettere questo significativo miglioramento (il nuovo nome è l'array molto grande Karl G. Jansky).
Nel corso degli anni, il VLA ha tracciato grafici di quasar e pulsar super distanti, ha studiato buchi neri e sistemi stellari planetari e ha tracciato il movimento dell'idrogeno nel centro della nostra galassia. Non è coinvolto - indipendentemente da ciò che hai visto fare da Jodie Foster in Contact - nella ricerca della vita extraterrestre.
13. Prova dell'esistenza della materia oscura
Le attuali teorie sostengono che oltre l'80% della materia nell'universo non è come le cose con cui interagiamo o osserviamo ogni giorno. Questa onnipresente materia è "oscura" e non può essere osservata direttamente da nessuna delle tecnologie in questo elenco.
Invece, gli astronomi devono misurare gli effetti della materia oscura sulle galassie e su altri fenomeni osservabili. Uno di questi effetti si chiama lente gravitazionale, che si verifica quando la luce di oggetti distanti è piegata attorno a un oggetto enorme (in questo caso, un'enorme quantità di materia oscura) dalla gravità di quell'oggetto, guardandoci sulla Terra come se fosse passando attraverso un pezzo di vetro curvo.
Questo è ciò che sta accadendo nella foto di Galaxy Cluster Abell 1689 a destra. La nostra visione di queste galassie è distorta dalla materia oscura presente nell'ammasso (rappresentato come il bagliore viola).
Usando immagini come questa da Hubble e altre fonti e confrontando il grado di lente con il modo in cui le galassie apparirebbero normalmente, gli astronomi sono in procinto di creare una mappa 3D della materia oscura dell'universo.
14. Più vicino a casa: mappatura del fondo dell'oceano
Mentre una serie impressionante di tecnologia è rivolta verso l'alto per favorire la nostra comprensione dell'universo oltre, una ricerca altrettanto intensa è stata intrapresa per colmare le lacune nella nostra conoscenza di questo pianeta.
Sono passati solo pochi decenni che gli scienziati sono stati in grado di produrre mappe accurate del fondale marino e della varietà di funzioni che si trovano lì, a partire dall'uso del sonar sviluppato militarmente dopo la seconda guerra mondiale. Oggi, il sonar tradizionale viene impiegato in combinazione con altre tecniche, come la mappatura magnetica.
Questa è una delle capacità del veicolo subacqueo autonomo Sentry (AUV). Tuttavia, mentre i precedenti strumenti di rilevamento magnetico erano rimorchiati dietro le navi a livello della superficie, Sentry è progettato per funzionare a 100 m sopra il fondo del mare, fino a una profondità di 5 km. Questa vicinanza, combinata con il suo magnetometro super sensibile, produce mappe dei fondali con dettagli senza precedenti.
La sentinella è stata utilizzata per mappare potenziali siti per un osservatorio sottomarino al largo della costa dello Stato di Washington. I suoi sensori ambientali sono stati inoltre utilizzati durante le indagini sulla fuoriuscita di petrolio di Deepwater Horizon.
15. Immersioni nel fondo del mondo
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
Il 26 marzo, il regista James Cameron ha fatto la storia diventando la prima persona ad immergersi da solo a Challenger Deep, l'area più remota della Fossa delle Marianne e il luogo più profondo della Terra (sette miglia in basso).
Cameron lo ha fatto nel suo sommergibile d'altura, il Deepsea Challenger, che è stato costruito in segreto negli ultimi otto anni. Mentre secondo quanto riferito non ha visto molto durante l'immersione di sette ore, la sua squadra è tornata senza di lui pochi giorni dopo e ha catturato l'immagine a destra, che raffigura il Deepsea Challenger ed è stata presa dal compagno senza pilota "lander d'altura, "La cui esca è probabilmente responsabile per attirare la creatura vista nell'immagine.
Per un divertente quadro di riferimento su quanto stiamo parlando in profondità, dai un'occhiata a questo grafico. A 35.756 piedi, Challenger Deep è più profondo di quanto sia alto l'Everest, con un miglio da risparmiare. È molto più lontano della profondità alla quale, "se si lancia un buco in un carro armato SCUBA pressurizzato, invece che l'aria fuoriesce, l'acqua si precipita dentro." Molto più in profondità di dove combattono i calamari giganti e i capodogli e più del doppio della profondità il luogo di riposo del Titanic, che Cameron visitò nel 1995.
Sono in corso altri progetti per progettare e costruire navi che possono viaggiare fino in fondo all'oceano, in particolare DeepFlight Challenger di Virgin Group. Forse la possibilità di un pacchetto su un volo suborbitale con Virgin Galactic e un viaggio lungo la Mariana con Virgin Oceanic non è poi così lontana.
16. Di cosa è fatto tutto
Dalle mappe con scale infinitamente grandi, a quelle infinitamente piccole. Il Large Hadron Collider, messo online nel 2008 come il più grande acceleratore di particelle al mondo, cerca di dimostrare l'esistenza dell'ipotizzata ma ancora inosservata particella di bosone di Higgs.
È tutto collegato. La materia oscura, che costituisce l'83% dell'universo, è composta da una particella subatomica che a malapena può essere teorizzata. Un elettrone in orbita attorno ad un atomo nel tuo corpo potrebbe essere contemporaneamente in orbita attorno al centro della galassia.
Guardando questo elenco e pensando a quanto è arrivata la tecnologia anche negli ultimi 10 anni, è impossibile prevedere le rivelazioni dei prossimi 10.
