האסטרופיזיקאי בוריס שטרן: 3 הידע המדהים ביותר על היקום שקיבלנו במאה ה-21
Miscellanea / / April 27, 2023
קוסמולוגים פענחו את המסרים ששלחו לנו המפץ הגדול, ואסטרופיזיקאים השתכנעו באמיתות התחזיות של איינשטיין.
בתאריכים 29-30 באפריל, הכנס "מדענים נגד מיתוסים». על זה, מומחים ילחמו בסטריאוטיפים על החיים על כדור הארץ ובחלל. האסטרופיזיקאי בוריס שטרן ישתתף בדיון "למה מובילים הניסיונות להבין את מבנה היקום?".
במיוחד עבור Lifehacker, הוא דיבר על מקרים מוצלחים של חקר חלל וכיצד הם שינו את הנוף המדעי והרעיונות על העולם.
בוריס שטרן
אסטרופיזיקאי. דוקטור למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, חוקר מוביל במכון למחקר גרעיני של האקדמיה הרוסית למדעים ובמרכז האסטרו-חלל של ה-FIAN.
במאה ה-20 חלה פריצת דרך בחקר החלל – טכנולוגיות התפתחו, שיטות התצפית השתפרו. אם מדענים קודמים הסתפקו רק בטלסקופים, עכשיו יש להם אחרים, יותר כלים מושלמים: לוויינים, מכשירי רדיו אסטרונומיה, אינטרפרומטרים.
הודות לכך, במהלך 20 השנים האחרונות התגלו התגליות החשובות ביותר בקוסמולוגיה ובאסטרופיזיקה: קיומם של גלי כבידה, כוכבי לכת שנחשפו, ולבסוף, ההיסטוריה של היקום ותכולתו נקבעים בשיעור גבוה דיוק. כל זה הוא הידע החשוב ביותר שהרחיב את הבנתנו את העולם סביבנו.
1. ישנם כוכבי לכת רבים שבהם חיים אפשריים
«אפוס אקסופלנט" החל בשנת 1995, כאשר יושמה לראשונה שיטת המהירות הרדיאלית. הודות לו, ניתן היה להבחין מעת לעת בשינוי בקווים הספקטרליים של כוכבים לפי אפקט דופלר. כתוצאה מכך, נמצא כוכב לכת ענק בלתי אפשרי לכאורה עם תקופת מסלול של 4.2 ימים - קרוב מאוד לכוכב 51 פגסוס.
ואז זה הפך לסנסציה מדעית ומדענים החלו לחפש כוכבי לכת. פריצת הדרך האמיתית בתחום זה הגיעה ב-2009, כאשר שוגר טלסקופ קפלר.
הוא כבר עבד על שיטה אחרת - מעבר. העניין היה "לתפוס" את ההחשכה הקטנה של הכוכבים שנגרמה ממעבר כוכבי לכת ברקע שלהם.
כתוצאה מכך, חלה גידול נפיץ במספר כוכבי לכת חיצוניים שהתגלו. אם לפני כן היו מאות מהם, כעת המספר היה באלפים.
עד היום, מתוכם, אושר בתוקף קיומם של 5,357. אלו הם כוכבי לכת מגוונים לחלוטין: קרים וחמים כאחד, ניתנים להשוואה הן למסה של מרקורי והן למסה של 10 יופיטרים. ביניהם, סביר להניח, יש כאלה שפני השטח שלהם הם אוקיינוס רציף, וקרח עם טמפרטורות נמוכות במיוחד.
עם זאת, בין כל "גן החיות" האקסו-פלנטרי הזה אין כמעט דגימות כאלה שעליהן יכולים להיות חיים. זה לא אומר שהם לא קיימים בכלל. רק שאפקט הבחירה עובד כאן: כדי להתחמם באותו אופן כמו כדור הארץ עם כוכב ממחלקת השמש, לכוכבי לכת כאלה חייבים מסלולים גדולים למדי - "שנה ארוכה". כדי לתקן את המעברים שלהם, לוקח הרבה מאוד זמן לכוכבים לצפות. אבל לקפלר לא היה זמן זה - הוא עבד רק 3 שנים. יחד עם זאת, גם אם יתגלו כוכבי לכת כאלה, יהיה קשה מאוד להוכיח שיש להם חיים.
בנוסף, סביר להניח שחיי חייזרים יהיו שונים מכדור הארץ. בסבירות גבוהה, היינו רואים רק ריר חיידקי. מכיוון שבדרך מהופעתם של החיים לצורה מפותחת ביותר, ועוד יותר מכך, צורתה האינטליגנטית, ישנם שונים אירועים בלתי סבירים, וככל הנראה, בכוכבי לכת אחרים, התהליך מואט בשלבים המוקדמים התפתחות.
במובן זה, כדור הארץ הוא תופעה נדירה.
נכון לעכשיו, חסר לנו הדיוק של מכשירים לקלוט כוכבי לכת כאלה בשיטת המהירות הרדיאלית, ואין טלסקופים כמו קפלר שיעקוב אחר מעבריהם.
אבל אני חושב שבקרוב האמצעים ישתפרו ומדענים יתחילו לזהות את "כדור הארץ" הראשונים. למשל, יש רמזים שבמערכת Tau Ceti - קרוב ל שמש כוכב - יש כוכבי לכת ב אזור ראוי למגורים.
2. קיימים גלי כבידה
לפי תורת היחסות של איינשטיין, כוח הכבידה הוא תוצאה של עקמומיות המרחב-זמן בהשפעת החומר, כאשר גלי הכבידה הם אדוותיו.
גלי כבידה נוצרים כתוצאה מהמיזוג חורים שחורים או כוכבי נויטרונים - כלומר עצמים מסיביים. לידם החלל מתכווץ ומתרחב ב-10% או יותר, ואיתו כל חפץ בו. אנחנו מקבלים אדוות זעירות, שקשה מאוד לרשום.
כאשר איינשטיין ניסח את תורת היחסות, מדענים החלו בניסיון ארוך ולא מוצלח לזהות בניסוי גלי כבידה.
השיטה הסבירה הראשונה שהוצעה סובייטית מדענים: ולדיסלב פוסטובויט ומיכאיל גרצנשטיין. בשנות ה-60 הם כתבו מאמר שהציע ליצור גלאי גלי כבידה בצורת אינטרפרומטר לייזר.
העיקרון של עבודתו היה כדלקמן:
- שתי מראות נמצאות במרחק של מספר קילומטרים זו מזו.
- קרן לייזר הפרעות מודדת במדויק את המרחק ביניהם.
- אם זה מתחיל להשתנות, ייתכן שהדבר נובע מהשפעת גלי כבידה.
הרעיון פשוט, אך התברר שהיישום שלו קשור לקשיים רבים. העובדה היא שהדיוק שבו יש צורך למדוד את השינוי במרחק בין המראות קטן עשרות אלפי מונים מגודלו של פרוטון בגרעין אטום. לשם כך, אתה צריך קרן לייזר עוצמתית, ואקום, מערך גלאים ייחודי.
לקח כמה עשורים להשיג את כל זה. כתוצאה מכך, בשנת 2015, מדענים מארצות הברית הצליחו לעשות זאת. היו להם שני גלאים, שתיעדו את האות של גלי כבידה, והתוצאות שלהם תאמו הן זה את זה והן עם חישובים תיאורטיים.
אין ספק: קיימים גלי כבידה.
תורת היחסות הכללית, היפה מההתחלה, אושרה בפועל. היה חשוב מאוד להראות לכל הספקים: תראו באיזו עוצמה זה עובד.
מאז, מספר הרישומים של גלי כבידה עלה על מאה. מדענים צוברים סטטיסטיקה, וגם מפתחים פרויקט לאינטרפרומטר רגיש במיוחד שניתן להשתמש בו בחלל.
3. רקע מיקרוגל - ספר לימוד על תולדות היקום
רקע המיקרוגל הוא האור שנוצר במאות אלפי השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול. הוא הגיע אלינו בצורה של גלי רדיו קצרים - בגודל של שבריר סנטימטר.
מאיפה הגיע האור הזה? ברגעים הראשונים לחייו, היקום היה צפוף, חם ומיונן בצורה קיצונית - כלומר, גרעיני האטומים הופרדו מאלקטרונים. רק לאחר 380 אלף שנים הם "התיידדו" זה עם זה ויצרו אטומים ניטרליים. בגלל זה, האינטראקציה של האור עם חומרים חדשים השתנתה באופן דרמטי. הפוטונים עפו לכל הכיוונים, הפכו פחות אנרגטיים ככל שאורך הגל שלהם נמתח יחד עם התפשטות היקום. כך הגיע אלינו האור מהמפץ הגדול.
במאה ה-20 החלו מחקרים על רקע המיקרוגל. בשנות ה-90, רגישות המכשירים עלתה עד כדי כך שהכתם וחוסר האחידות שלהם הפכו בולטים.
בשנות ה-2000 שוגר לחלל גלאי קרינה מיקרוגל חזק מסוג WMAP, שלקח מפה של קרינה זו מסביבות שָׁמַיִם ברזולוציה טובה.
בזכותה נבנתה פיזור הניגודיות של כתמים בהתאם לגודלם, היו לו פסגות ושקעים. תופעה כזו נקראת תנודות סחרוב - היא תוארה לראשונה על ידי הפיזיקאי הסובייטי אנדריי דמיטרייביץ' סחרוב.
היחס בין הפסגות והשפל הללו מראה בדיוק איך היה היקום המוקדם וגם מתאר את תכונותיו.
כעת אנו יודעים בדיוק את הכרונולוגיה של האירועים מהשברים הזעירים הראשונים של שניות לאחר המפץ הגדול ועד היום. אני מאמין שזה ההישג החשוב ביותר במאה ה-21.
למרבה הצער, המחקר הזה נתקע. לאחר ניסוי ה-WMAP, הלוויין פלאנק שוגר עם לוויין מתקדם יותר מיקרוגל טֵלֶסקוֹפּ. הוא השיג נתונים שהיו חסרים, אבל לא הביא שום תגליות חדשות ביסודו.
הקוסמולוגיה מיצתה את אפשרויות השיטה למדידת קרינת שריד. לכן, קשה מאוד להתקדם. אבל זה טבעי: אחרי המהפכה מופיעה רמה. פריצות דרך חדשות יצטרכו לחכות.
קרא גם🧐
- 9 מיתוסים על מאדים שאנשים רבים מאמינים בהם. אך לשווא
- "כולנו חיים בחור שחור": 8 מיתוסים מדעיים שאסור להאמין בהם
- "כל השמים צריכים להיות בצלחות מעופפות, אבל אין כמוהם": ראיון עם האסטרופיזיקאי סרגיי פופוב