какую часть вселенной мы видим
Что такое видимая Вселенная и видим ли мы всю Вселенную сразу?
Если бы наша Вселенная не расширялась, и скорость света стремилась к бесконечности, вопросы «видим ли мы всю Вселенную?» или «как далеко мы можем видеть Вселенную?» не имели бы смысла. Мы бы «в прямом эфире» видели бы все, что происходит в любом уголке космического пространства.
Но, как известно, скорость света конечна, а наша Вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Если скорость расширения постоянно возрастает, то существуют области, убегающие от нас со сверхсветовой скоростью, которые, согласно логике, видеть мы не можем. Но как такое возможно? Неужели это не противоречит Теории Относительности? В данном случае нет: ведь расширяется само пространство, а у объектов внутри него остаются досветовые скорости. Для наглядности можно представить себе нашу Вселенную в виде воздушного шарика, а пуговица, приклеенная к шарику, будет играть роль галактики. Попробуйте надуть шарик: галактика-пуговица начнет удаляться от вас вместе с расширением пространства шарика-Вселенной, хотя собственная скорость галактики-пуговицы останется нулевой.
Получается, должна существовать область, внутри которой находятся объекты, убегающие от нас со скоростью меньшей скорости света, и излучение которых мы можем фиксировать в свои телескопы. Эта область называется Сферой Хаббла. Она заканчивается границей, где скорость удаления далеких галактик будет совпадать со скоростью движения их фотонов, которые летят в нашем направлении (т.е. скоростью света). Эта граница получила название Горизонт Частиц. Очевидно, что объекты, находящиеся за Горизонтом Частиц, будут иметь скорость выше скорости света и их излучение не может нас достигнуть. Или все-таки может?
Давайте представим, что галактика Х находилась в Сфере Хаббла и испускала свет, который без проблем доходил до Земли. Но из-за ускоряющегося расширения Вселенной, галактика Х вышла за Горизонт Частиц, и уже удаляется от нас со скоростью выше скорости света. Но её фотоны, испущенные в момент нахождения в Сфере Хаббла, все ещё летят в направлении нашей планеты, и мы продолжаем их фиксировать, т.е. наблюдаем объект, который в данный момент удаляется от нас со скоростью, превышающей скорость света.
Но что, если галактика Y никогда не находилась в Сфере Хаббла и в момент начала излучения сразу же имела сверхсветовую скорость? Получается, ни один её фотон за все время существования не побывал в нашей части Вселенной. Но это не означает, что этого не произойдет в будущем! Нельзя забывать, что Сфера Хаббла тоже расширяется (вместе со всей Вселенной), и её расширение больше скорости, с которой от нас удаляется фотон галактики Y (мы нашли скорость удаления фотона галактики Y, вычтя из скорости убегания галактики Y скорость света). При выполнении данного условия когда-нибудь Сфера Хаббла догонит данные фотоны, и мы сможем засечь галактику Y. Наглядно данный процесс продемонстрирован на схеме внизу.
Пространство, включающее в себя Сферу Хаббла и Горизонт частиц, называется Метагалактикой или Видимой Вселенной.
Но есть ли что-нибудь, находящееся за Метагалактикой? Некоторые космические теории предполагают наличие так называемого Горизонта Событий. Возможно, вы уже слышали это название из описания черных дыр. Принцип его действия остается таким же: мы никогда не увидим то, что находится за пределами Горизонта Событий, так как находящиеся за Горизонтом Событий объекты будут иметь скорость убегания фотонов большую, чем скорость расширения Сферы Хаббла, поэтому их свет будет всегда убегать от нас.
Но чтобы Горизонт Событий существовал, Вселенная должна расширяться с ускорением (что согласуется с современными представлениями о мироустройстве). В конце концов, за Горизонт Событий уйдут все окружающие нас галактики. Это будет выглядеть так, будто время в них остановилось. Мы увидим, как они бесконечно уходят за пределы видимости, но так никогда и не увидим их полностью скрывшимися.
Это интересно: если бы вместо галактик мы наблюдали в телескоп большие часы с циферблатом, а уход за Горизонт Событий обозначал бы положение стрелок на 12:00, то они бы бесконечно долго замедлялись на 11:59:59, а изображение становилось бы более нечетким, т.к. до нас долетало бы всё меньше фотонов.
Но если ученые ошибаются, и в будущем расширение Вселенной начнет замедляться, то это сразу же отменяет существование Горизонта Событий, так как излучение любого объекта рано или поздно превысит скорость его убегания. Нужно будет только подождать сотни миллиардов лет…
Иллюстрация: depositphotos| JohanSwanepoel
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
15 фактов о размерах Вселенной, которые пополнят ваш багаж знаний
Факты о Вселенной, которые кажутся фейком, но на самом деле на 100% правдивы
Поиск способов представить точные размеры Вселенной — занятие заведомо провальное, да и просто скажем — откровенно глупое. Но невероятные пространства окружающей нас черноты вовсе не означают, что попытки познания космоса проводить не нужно. Еще как нужно!
Знать объемы Вселенной, хотя бы очень и очень приблизительные, полезно даже обычному человеку, а не астрофизику или астрономам. Ведь все познается в сравнении, и это, во-первых, полезно для саморазвития, а во-вторых — просто интересно. Ведь кто бы мог подумать, что такие чудеса могут происходить в мире?!
Имея дело с порядками огромных и невероятно больших чисел, которые определяют Вселенную, легко потеряться в абстрактности, но не понять конкретных масштабов. Чтобы настроиться на нужный лад, можно провести один практический эксперимент. Ответьте на вопрос: сколько дней составляет 1 000 000 секунд? Ответ будет следующий: 11.5 дней. Теперь немного проще понять значение этого относительного числа на рельном временном отрезке.
1. Один световой год равен 9.5 триллиона километров
Это примерно 10 триллионов километров. Вторая ближайшая к Земле звезда, Альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,4 световых года. То есть, в почти 44 триллионах километрах от нас.
2. Объем Юпитера в 1300 раз больше объема Земли
фото: NASA/Wikimedia Commons
Тем не менее Юпитер — ничто по сравнению с Солнцем, которое более чем в 1000000 раз больше Земли и составляет от 99,8 до 99,9% массы всей Солнечной системы. Каждое утро, когда встает солнце, вспоминайте о масштабах этого небесного объекта, который, между прочим, по сравнению с некоторыми другими известными звездами сам не представляет собой ничего особенного…
3. Мы можем разглядеть лишь 0,000002% всех звезд Млечного Пути
В особенно ясную ночь в месте с очень низким световым загрязнением может показаться, что небо заполнено десятками, а может, и сотнями тысяч звезд. Возможно, в лучшем случае наблюдатель сможет насчитать до 3 000 светил и других объектов из далекого космоса с одного ракурса наблюдения в идеальных условиях.
Учитывая то влияние, которое ночное небо оказало на человеческую культуру, может быть разочарованием, что невооруженный глаз может увидеть с Земли менее 10 000 звезд, и то если побывать на всех частях света Земли.
4. В Солнце поместится более 1 миллиона планет Земля
One million Earths: A visual representation of how many Earths could fit inside the sun pic.twitter.com/Eq3qpl7Log
Если вы считаете, что Солнце не такая уж большая звезда, то узнайте следующий факт: в нашей родной звезде поместилось бы больше 1 миллиона планет Земля. Только вдумайтесь — более 1 миллиона! А ведь когда светило восходит на небосвод, оно не кажется таким уж и большим. Это все потому, что Солнце находится на значительном удалении от нас — от 147 до 152 млн км.
5. На каждого человека на Земле приходится 285 галактик
фото: NASA/ESA/Hubble Heritage Team/nasa.gov
Если взять каждую известную на сегодняшний день галактику и поделить на количество живущих на Земле человек, то получится, что на каждого человека придется по 285 галактик.
Имея дело с такими астрономически большими числами, невозможно вручную подсчитать каждую галактику, и даже очень непросто получить приблизительную оценку. Поэтому до конца 2016 года астрономы считали, что во Вселенной насчитывается около 100-200 миллиардов галактик. Они не просто ошиблись — они ошиблись в десять раз.
Новые исследования показывают, что общее количество галактик составляет около 2 триллионов, или 285 галактик на каждого человека на Земле. Впрочем, следующие поколения ученых лет через 20-30 вполне могут и эту цифру посчитать смехотворно заниженной.
6. Снимки из глубокого космоса, на которых галактики похожи на звезды
Если посмотреть на ночное небо, можно увидеть черный фон, усеянный светящимися точками. Картинка из проекта Hubble Ultra Deep Field может выглядеть на удивление схожей. Разница лишь в том, что точки на ночном небе — это отдельные звезды, а точки на снимках телескопа Хаббл — это галактики, каждая из которых может содержать до 100 миллиардов звезд.
7. При столкновении Млечного Пути и галактики Андромеды ни одна из звезд не столкнется друг с другом
фото: Skeeze / pixabay.com
Галактики Андромеды и Млечный Путь буквально столкнутся одна с другой примерно через 4.5 миллиарда лет. Когда это произойдет, будьте готовы к тому, что ни одна из звезд в галактиках не столкнется друг с другом, ведь в галактиках так много незаполненного пространства, что шансы на физическое столкновение ничтожно малы. То, что не произойдет физического контакта, лишь показывает, насколько обширно пространство даже в таком сосредоточении звезд и планет, как галактика!
8. Ближайшая крупная галактика удалена на 2,5 миллиона световых лет
фото: WikiImages / pixabay.com
Хотя кроме Андромеды есть еще пара небольших галактик, которые находятся ближе к Млечному Пути, Андромеда, как крупнейшее скопление звезд в Местной группе, находится в 2,5 миллиона световых лет от нас. И это ближайшая из крупнейших галактик.
Если бы самого первого человека разумного посадили на космический корабль, летящий со скоростью света к Андромеде, на данный момент он бы прошел менее 20% от общего пути. Само человечество может исчезнуть задолго до того, как этот вымышленный персонаж долетит до границ новой галактики.
9. Даже самым быстрым вымышленным космическим кораблям требуются десятилетия, чтобы пересечь Вселенную
фото: Stevebidmead / pixabay.com
Человеческое воображение даже не может представить, насколько велика Вселенная. Большая часть научной фантастики описывает свои истории с обязательными путешествиями со скоростью, превышающей скорость света, что позволяет киногероям перемещаться между галактиками. Не будь этой возможности, путешествия ограничивались бы горсткой планет.
Тем не менее даже корабли, которые являются основой научной фантастики, недостаточно быстры. Даже самыми быстрыми из этих кораблей, которые могут лететь более чем в 1,3 миллиарда раз быстрее скорости света, все же потребуется большая часть суток на то, чтобы достичь Андромеды. А чтобы пересечь Вселенную (расстояние 93 миллиарда световых лет), потребуются десятилетия.
Все это говорит о том, что даже самые смелые фантазии недооценивают размер того, с чем человечество имеет дело.
10. Диаметр наблюдаемой Вселенной — 93 миллиарда световых лет
фото: Skeeze / pixabay.com
Да, такой диаметр у Вселенной. Но! Это только то, что мы можем видеть при помощи самых мощных приборов. На самом деле реальные масштабы Вселенной мы не можем представить и приблизительно.
Тем не менее, если взглянуть на размер известной Вселенной и представить, что человек мог путешествовать один световой год в секунду, ему потребовалось бы почти 3000 лет, чтобы добраться с одной ее стороны на другую.
11. Во Вселенной звезд больше, чем песчинок на Земле
фото: mcbeaner / pixabay.com
Даже на Земле есть количества веществ, которые находятся за пределами человеческого понимания. Достаточно сложно представить (а еще сложнее понять, как это подсчитали ученые), что на планете находится примерно 7,5 квинтиллионов песчинок (это 7,5 с 18 нулями). Тем не менее видимых звезд еще больше, ГОООРАЗДО больше!
Их примерно в 5-10 раз больше в уже изученной части Вселенной, и это без учета планет и их спутников.
12. Если бы вы позвонили кому-нибудь на Венеру, между ответами проходило бы по 30 минут
фото: WikiImages / pixabay.com
13. Наибольшее расстояние от Земли до человека составляло 1,3 световых секунды
фото: NASA/GSFC/Arizona State University
14. Расстояния во Вселенной настолько велики, что мы видим устаревшие изображения
фото: Nasa / Getty Images
Если мы посмотрим на объект на расстоянии 50 миллионов световых лет, мы увидим, как этот объект выглядел именно 50 миллионов лет назад, потому что именно столько времени потребовалось свету, чтобы пройти от объекта до наших глаз.
15. И напоследок немного теорий
фото: ESA/Hubble and NASA / nasa.gov
В этой пустоте нет никакого вещества (даже, как считается, темной материи), и она в 40 раз больше, чем самая большая пустота, зафиксированная ранее. Но тем не менее даже при помощи мощнейшего телескопа это огромное поле не так-то просто заметить. Просто потому, что оно слишком мало по общим меркам пространства и времени…
Видимая Вселенная
Портал Kvant.Space – это информационный ресурс, на котором Вы сможете получить много полезных и интересных знаний, связанных с Космосом. В первую очередь речь пойдет о нашей и других Вселенных, о небесных телах, черных дырах и явлениях в недрах космического пространства.
Совокупность всего существующего, материи, отдельных частиц и пространства между этими частицами называют Вселенной. По представлениям ученых и астрологов, возраст Вселенной составляет примерно 14 миллиардов лет. По размерам видимая часть Вселенной занимает около 14 млрд световых лет. А некоторые утверждают, что Вселенная простирается на 90 миллиардов световых лет. Для большего удобства в подсчетах подобных расстояний принято применять величину парсек. Один парсек равен 3,2616 световых лет, то есть парсек – это расстояние, по которому средний радиус орбиты Земли просматривается под углом одной угловой секунды.
Вооружившись данными показателями, можно подсчитать космическое расстояние от одного объекта к другому. К примеру, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 300000 км, или 1 световая секунда. Следовательно, до Солнца это расстояние увеличивается до 8,31 световых минут.
Всю свою историю люди пытались разгадать загадки, связанные с Космосом и Вселенной. В статьях портала Kvant.Space Вы сможете узнать не только о Вселенной, но и о современных научных подходах к ее изучению. Весь материал опирается на самые передовые теории и факты.
Следует заметить, что во Вселенную входит большое число известных людям различных объектов. Самые широко известные среди них – это планеты, звезды, спутники, черные дыры, астероиды и кометы. О планетах на данный момент понятно больше всего, поскольку на одной из них мы живем. У некоторых планет есть собственные спутники. Так, у Земли есть свой спутник – Луна. Помимо нашей планеты, есть еще 8, которые вращаются вокруг Солнца.
В Космосе много звезд, но каждая из них не похожа друг на друга. Они имеют разные температуры, размеры и яркость. Поскольку все звезды разнятся, их классифицируют следующим образом:
Самое плотное известное нам вещество – это свинец. В некоторых планетах плотность их же вещества может в тысячи раз превосходить плотность свинца, что ставит перед учеными много вопросов.
Все планеты вращаются вокруг Солнца, но оно также не стоит на месте. Звезды могут собираться в скопления, которые, в свою очередь, также вращаются вокруг пока не известного нам центра. Эти скопления называются галактиками. Наша галактика называется Млечный путь. Все проведенные исследования на данный момент говорят, что большая часть материи, которую создают галактики, пока что для человека невидима. Из-за этого ее назвали темной материей.
Самыми интересными считаются центры галактик. Некоторые астрономы считают, что возможным центром галактики является Черная дыра. Это уникальное явление, образовавшееся в результате эволюции звезды. Но пока все это лишь теории. Проведение экспериментов или исследование подобных явлений пока что невозможно.
Помимо галактик, во Вселенной присутствуют туманности (состоящие из газа, пыли и плазмы межзвездные облака), реликтовое излучение, которые пронизывают все пространство Вселенной, и многие другие малоизвестные и даже неизвестные вообще объекты.
Кругооборот эфира Вселенной
Симметрия и равновесие материальных явлений – это главный принцип структурной организации и взаимодействия в природе. Причем во всех формах: звездной плазмы и вещества, мирового и высвобожденного эфиров. Вся суть таких явлений состоит в их взаимодействиях и превращениях, большинство из которых представлены невидимым эфиром. Его еще именуют реликтовым излучением. Это микроволновое космическое фоновое излучение, имеющее температуру 2,7 К. Бытует мнение, что именно этот колеблющийся эфир и является первоосновой для всего наполняющего Вселенную. Анизотропия распределения эфира связана с направлениями и интенсивностью его перемещения в разных областях невидимого и видимого пространства. Вся трудность изучения и исследования вполне сопоставима с трудностями изучения турбулентных процессов в газах, плазмах и жидкостях материй.
Почему многие ученые считают, что Вселенная многомерная?
После проведения экспериментов в лабораториях и в самом Космосе были получены данные, из которых можно предположить, что мы живем во Вселенной, в которой размещение любого объекта можно охарактеризовать временем и тремя пространственными координатами. Из-за этого возникает предположение, что Вселенная четырехмерная. Однако некоторые ученые, разрабатывая теории элементарных частиц и квантовой гравитации, возможно, придут к мнению, что существование большого количества измерений просто необходимо. Некоторые модели Вселенной не исключают такого их количества, как 11 измерений.
Модель расширяющейся Вселенной базируется на общей теории относительности. Ее предложили для адекватного объяснения структуры красного смещения. Расширение началось в одно время с Большим взрывом. Ее состояние иллюстрирует поверхность надутого резинового шарика, на который нанесли точки – внегалактические объекты. Когда такой шарик надувается, все его точки удаляются друг от друга независимо от положения. По теории Вселенная может либо расширяться бесконечно, либо сжаться.
Барионная асимметрия Вселенной
Наблюдаемое во Вселенной значительное увеличение количества элементарных частиц над всем числом античастиц называется барионной асимметрией. К барионам относят нейтроны, протоны и еще некоторые короткоживущие элементарные частицы. Данная диспропорция получилась в эру аннигиляции, а именно через три секунды после Большого взрыва. До этого момента количество барионов и антибарионов соответствовало друг другу. Во время массовой аннигиляции элементарных античастиц и частиц большая их часть объединилась в пары и исчезла, тем самым породив электромагнитное излучение.
Возраст Вселенной на портале Kvant.Space
Ученые современности считают, что нашей Вселенной примерно 16 миллиардов лет. По подсчетам минимальный возраст может быть 12-15 миллиардов лет. Минимум отталкивается от самых старых в нашей Галактике звезд. Реальный ее возраст определить можно, только лишь при помощи закона Хаббла, но реальный не значит точный.
Горизонт видимости
Сфера с равным расстоянию радиусом, которое свет проходит за все время существования Вселенной, называется его горизонтом видимости. Существование горизонта прямо пропорционально связано с расширением и сжатием Вселенной. Согласно космологической модели Фридмана, расширяться Вселенная начала от сингулярного расстояния примерно 15-20 миллиардов лет назад. За все время свет проходит в расширяющейся Вселенной остаточное расстояние, а именно 109 световых лет. Из-за этого каждый наблюдатель момента t0 после начала процесса расширения может обозревать лишь небольшую часть, ограниченную сферой, имеющую именно в этот момент радиус I. Те тела и объекты, которые в этот момент находятся за этой границей, в принципе, не наблюдаемы. Отбиваемый от них свет попросту не успевает добраться до наблюдателя. Это невозможно, даже если свет вышел в момент начала процесса расширения.
Из-за поглощения и рассеивания в ранней Вселенной, с учетом большой плотности, фотоны не могли распространяться в свободном направлении. Поэтому наблюдатель способен зафиксировать только то излучение, которое появилось в эпоху прозрачной для излучения Вселенной. Данная эпоха определяется временем т»300 000 лет, плотностью вещества r»10-20 г/см3 и моментом рекомбинации водорода. Из всего вышесказанного следует, что чем ближе в галактике находится источник, тем большим для него будет значение красного смещения.
Большой взрыв
Момент возникновения Вселенной называют Большим взрывом. Данная концепция стоит на том, что изначально была точка (точка сингулярности), в которой присутствовала вся энергия и все вещество. Основой характеристики принято считать большую плотность материи. Что было до этой сингулярности – неизвестно.
Те события, которые связаны с 5*10-44 по 10-36 секунды, отражают модель «инфляционной Вселенной». Момент 10-36 секунды относят к модели «горячей Вселенной».
В период с 1-3 по 100-120 секунд образовались ядра гелия и небольшое количество ядер остальных легких химических элементов. С этого момента в газе начало устанавливаться соотношение – водорода 78%, гелия 22%. До одного миллиона лет температура во Вселенной начала понижаться до 3000-45000 К, началась эра рекомбинации. Прежде свободные электроны начали объединяться с легкими протонами и атомными ядрами. Начали появляться атомы гелия, водорода и малое количество атомов лития. Стало прозрачным вещество, а излучение, которое наблюдается до сих пор, отсоединилось от него.
Следующий миллиард лет существования Вселенной отметился понижением температуры от 3000-45000 К до показателя в 300 К. Этот период для Вселенной ученые назвали «Темным возрастом» из-за того, что еще не появилось никаких источников электромагнитного излучения. В этот же период неоднородности смеси первоначальных газов уплотнялись благодаря воздействию гравитационных сил. Смоделировав на компьютере эти процессы, астрономы увидели, что это необратимо приводило к появлению звезд-гигантов, превышающих массу Солнца в миллионы раз. По причине такой большой массы эти звезды нагревались до немыслимо высоких температур и эволюционировали за период десятков миллионов лет, после чего они взрывались как сверхновые. Нагреваясь до больших температур, поверхности таких звезд создавали сильные потоки ультрафиолетового излучения. Таким образом, наступил период переионизации. Плазма, которая образовалась в результате таких явлений, начинала сильно рассеивать электромагнитное излучение в его спектральных коротковолновых диапазонах. В некотором смысле Вселенная начала погружаться в густой туман.
Эти огромные звезды стали первыми во Вселенной источниками химических элементов, которые намного тяжелее за литий. Начали формироваться космические объекты 2-го поколения, в которых содержались ядра этих атомов. Эти звезды начали создаваться из смесей тяжелых атомов. Произошла повторного типа рекомбинация большей части атомов межгалактического и межзвездного газов, что, в свою очередь, привело к новой прозрачности пространства для электромагнитного излучения. Вселенная стала именно такой, которую мы можем наблюдать сейчас.
Наблюдаемая структура Вселенной на портале Kvant.Space
Наблюдаемая часть пространственно неоднородна. Большинство скоплений галактик и отдельных галактик формируют ее ячеистую или сотовую структуру. Они конструируют стенки ячеек, которые имеют толщину в пару мегапарсек. Эти ячейки называют «войдами». Они характеризуются большим размером, в десятки мегапарсек, и при этом в них нет вещества с электромагнитным излучением. На долю «войд» припадает около 50% всего объема Вселенной.