L'astrofisico Boris Stern: 3 conoscenze più sorprendenti sull'Universo che abbiamo ricevuto nel 21 ° secolo

Il 29-30 aprile il convegno "Scienziati contro i miti». Su di esso, gli esperti combatteranno gli stereotipi sulla vita sulla Terra e nello spazio. L'astrofisico Boris Stern prenderà parte alla discussione "A cosa portano i tentativi di comprendere la struttura dell'Universo?".

Soprattutto per Lifehacker, ha parlato di casi di successo di esplorazione spaziale e di come hanno cambiato il panorama scientifico e le idee sul mondo.

Nel 20 ° secolo, si è verificata una svolta nello studio dello spazio: tecnologie sviluppate, metodi di osservazione migliorati. Se prima gli scienziati si accontentavano solo dei telescopi, ora ne hanno altri, di più strumenti perfetti: satelliti, dispositivi di radioastronomia, interferometri.

Grazie a questo, negli ultimi 20 anni, sono state fatte le più importanti scoperte in cosmologia e astrofisica: l'esistenza di onde gravitazionali, esopianeti scoperti e, infine, la storia dell'universo e dei suoi contenuti sono determinati con un alto precisione. Tutto questo è la conoscenza più importante che ha ampliato la nostra comprensione del mondo che ci circonda.

1. Ci sono molti pianeti dove la vita è possibile

«epopea degli esopianeti” è iniziata nel 1995, quando è stato applicato per la prima volta il metodo della velocità radiale. Grazie a lui, è stato periodicamente possibile osservare uno spostamento delle linee spettrali delle stelle secondo l'effetto Doppler. Di conseguenza, è stato trovato un pianeta gigante apparentemente impossibile con un periodo orbitale di 4,2 giorni, molto vicino alla stella 51 Pegasus.

Poi è diventata una sensazione scientifica e gli scienziati hanno iniziato a cercare esopianeti. La vera svolta in questo settore è arrivata nel 2009, quando è stato lanciato il telescopio Kepler.

Stava già lavorando a un metodo diverso: il transito. Il punto era "catturare" il piccolo oscuramento delle stelle causato dal passaggio dei pianeti nel loro sfondo.

Di conseguenza, c'è stata una crescita esplosiva nel numero di esopianeti scoperti. Se prima ce n'erano centinaia, ora il numero era di migliaia.

Ad oggi, di questi, l'esistenza di 5.357 è stata fermamente confermata. Questi sono pianeti completamente diversi: sia freddi che caldi, paragonabili sia alla massa di Mercurio che alla massa di 10 Giove. Tra questi, molto probabilmente, ci sono quelli la cui superficie è un oceano continuo e ghiaccio con temperature estremamente basse.

Tuttavia, tra tutto questo "zoo" esoplanetario non ci sono praticamente esemplari del genere su cui potrebbe esserci la vita. Questo non significa che non esistano affatto. È solo che l'effetto di selezione funziona qui: per riscaldarsi allo stesso modo della Terra con una stella della classe Sole, tali pianeti devono avere orbite piuttosto grandi - un "anno lungo". Per fissare i loro transiti, le stelle impiegano molto tempo osservare. Ma Keplero non ha avuto questa volta: ha lavorato solo per 3 anni. Allo stesso tempo, anche se tali pianeti venissero scoperti, sarebbe molto difficile dimostrare che hanno la vita.

Inoltre, è probabile che la vita aliena sia diversa dalla Terra. Con un'alta probabilità, vedremmo solo muco batterico. Perché sulla strada dall'emergere della vita a una forma altamente sviluppata, e ancor più intelligente, ce ne sono diverse eventi improbabili e, molto probabilmente, su altri pianeti, il processo è rallentato nelle fasi iniziali sviluppo.

In questo senso, la Terra è un fenomeno raro.

In questo momento, ci manca la precisione degli strumenti per raccogliere tali pianeti usando il metodo della velocità radiale, e non ci sono telescopi come Kepler per tracciare i loro transiti.

Ma penso che presto i mezzi saranno migliorati e gli scienziati inizieranno a rilevare le prime "Terre". Ad esempio, ci sono indizi che nel sistema Tau Ceti - vicino a sole stella - ci sono pianeti dentro zona abitabile.

2. Le onde gravitazionali esistono

Secondo la teoria della relatività di Einstein, la forza di gravità è il risultato della curvatura dello spazio-tempo sotto l'influenza della materia, dove le onde gravitazionali sono le sue increspature.

Le onde gravitazionali si formano come risultato della fusione buchi neri o stelle di neutroni, cioè oggetti massicci. Vicino a loro, lo spazio si restringe e si espande del 10% o più, e con esso qualsiasi oggetto al suo interno. Stiamo ottenendo minuscole increspature, che sono molto difficili da registrare.

Quando Einstein formulò la teoria della relatività, gli scienziati iniziarono un lungo e infruttuoso tentativo di rilevare sperimentalmente le onde gravitazionali.

Il primo metodo ragionevole proposto sovietico scienziati: Vladislav Pustovoit e Mikhail Gertsenstein. Negli anni '60 scrissero un articolo proponendo la creazione di un rilevatore di onde gravitazionali sotto forma di un interferometro laser.

Il principio del suo lavoro era il seguente:

1. Due specchi si trovano a una distanza di diversi chilometri l'uno dall'altro.
2. Il raggio laser di interferenza misura accuratamente la distanza tra loro.
3. Se inizia a cambiare, ciò potrebbe essere dovuto all'influenza delle onde gravitazionali.

L'idea è semplice, ma la sua attuazione si è rivelata associata a molte difficoltà. Il fatto è che l'accuratezza con cui è necessario misurare la variazione della distanza tra gli specchi è decine di migliaia di volte inferiore alla dimensione di un protone in un nucleo atomico. Per fare questo, hai bisogno di un potente raggio laser, un vuoto, una configurazione del rivelatore unica.

Ci sono voluti diversi decenni per ottenere tutto questo. Di conseguenza, nel 2015, gli scienziati degli Stati Uniti sono riusciti a farlo. Avevano due rilevatori, che registravano il segnale delle onde gravitazionali, ei loro risultati coincidevano sia tra loro che con calcoli teorici.

Non ci sono dubbi: le onde gravitazionali esistono.

La teoria generale della relatività, bella fin dall'inizio, è stata confermata nella pratica. Era molto importante mostrare a tutti i dubbiosi: guarda con quanta potenza funziona.

Da allora, il numero di registrazioni di onde gravitazionali ha superato il centinaio. Gli scienziati accumulano statistiche e sviluppano anche un progetto per un interferometro ultrasensibile che può essere utilizzato nello spazio.

3. Sfondo a microonde - un libro di testo sulla storia dell'universo

Il fondo a microonde è la luce che si è formata nelle prime centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang. Ci ha raggiunto sotto forma di onde radio corte - una frazione di un centimetro.

Da dove viene questa luce? Nei primi istanti della sua vita, l'Universo era denso, caldo ed estremamente ionizzato, cioè i nuclei degli atomi erano separati dagli elettroni. Solo dopo 380 mila anni hanno "fatto amicizia" tra loro e hanno formato atomi neutri. Per questo motivo, l'interazione della luce con nuove sostanze è cambiata radicalmente. I fotoni volarono in tutte le direzioni, divennero meno energetici man mano che la loro lunghezza d'onda si allungava insieme all'espansione dell'universo. È così che la luce del Big Bang ci ha raggiunto.

Nel XX secolo iniziarono gli studi sul fondo a microonde. Negli anni '90, la sensibilità degli strumenti è aumentata così tanto che le sue macchie e irregolarità sono diventate evidenti.

Negli anni 2000, è stato lanciato nello spazio un potente rilevatore di radiazioni a microonde WMAP, che ha preso una mappa di questa radiazione da tutto il mondo cielo in buona risoluzione.

Grazie a lei, la distribuzione del contrasto delle macchie è stata costruita in base alla loro dimensione, ha avuto picchi e avvallamenti. Un tale fenomeno si chiama oscillazioni di Sakharov - è stato descritto per la prima volta dal fisico sovietico Andrei Dmitrievich Sakharov.

Il rapporto tra questi picchi e depressioni mostra esattamente com'era l'universo primordiale e ne descrive anche le proprietà.

Ora conosciamo esattamente la cronologia degli eventi dalle prime minuscole frazioni di secondo dopo il Big Bang fino ai giorni nostri. Credo che questo sia il risultato più importante del 21° secolo.

Sfortunatamente, questa ricerca si è bloccata. Dopo l'esperimento WMAP, il satellite Planck è stato lanciato con un sistema più avanzato microonde telescopio. Ha ottenuto dati che mancavano, ma non ha portato scoperte fondamentalmente nuove.

La cosmologia ha esaurito le possibilità del metodo per misurare la radiazione delle reliquie. Pertanto, è molto difficile andare avanti. Ma questo è naturale: dopo la rivoluzione appare un plateau. Le nuove scoperte dovranno aspettare.