[Перевод] Что будет, если взять логарифм от Вселенной?
Художественное представление логарифмической концепции наблюдаемой части Вселенной. Солнечная система уступает место Млечному Пути, Млечный Путь — близлежащим галактикам, а те — масштабной карте звёздного неба и окаймляющей его раскалённой плотной плазме Большого взрыва. Каждое расстояние [каждый «луч зрения»] здесь также отражает время с момента рожден00ия Вселенной. Тем не менее поиск самого удалённого космического тела увенчается успехом только тогда, когда будет составлена полная карта Вселенной (Автор: Пабло Карлос Будасси).
Подробности, иллюстрации и фото — к старту нашего флагманского курса по Data Science.
На этой горизонтальной логарифмической карте слева направо показан переход от масштабов Земли к масштабам Вселенной. Как ни грандиозен этот переход, он требует прибавления к масштабу «всего лишь» 20 нулей.
От Земли до края Вселенной — это далёкое путешествие… А наша крошечная планета, какой бы огромной она нам ни казалась, имеет диаметр всего 12742 километра:
На этом снимке 2013 года с МКС астронавтом Карен Найберг показаны два крупнейших острова на юге Маскаренского плато: ближайший к нам — Реюньон, а дальний, частично закрытый облаками, — Маврикий. Чтобы разглядеть с МКС отдельного человека, нужен телескоп тех же размеров, что и «Хаббл». И если человек всего в 5 000 000 раз меньше Земли, то Земля с диаметром немногим больше 12000 км — пресловутая капля в океане космоса (Автор: NASA/Karen Nyberg).
Если говорить о расстояниях, мы привыкли мыслить линейно: например, расстояние до Солнца приблизительно равно 10000 диаметров Земли:
Форма орбит планет внутренней Солнечной системы — не совсем, но почти правильная окружность. Из всех планет сильнее всего отклоняются от окружности Меркурий и Марс: их орбиты имеют слегка эллиптические контуры. В масштабах этих орбит не только сами планеты, но и Солнце занимают не более одного пикселя. Поэтому линейная шкала едва ли подходит для изображения космического пространства (Автор: NASA/JPL).
В масштабах Вселенной гораздо лучше подойдёт логарифмическая шкала, где каждое деление соответствует увеличению масштаба в 10 раз:
Земля, имеющая диаметр чуть больше 12000 км, очень мала в сравнении с расстоянием от неё до Луны и тем более до Солнца. Но логарифмическая шкала в корне меняет перспективу. Она позволяет нам собрать из объектов разного масштаба цельный образ (Автор: Пабло Карлос Будасси).
На такой логарифмической шкале Солнце, Меркурий и Марс выглядят почти равноудалёнными:
Внутренняя Солнечная система, включая все её планеты, астероиды, пояс Койпера и многое другое, гораздо меньше облака Оорта. Седна, единственный крупный объект с далеким афелием, который может быть частью самой внутренней части облака Оорта, но даже это спорно. Показать всю Солнечную систему на одном изображении чрезвычайно сложно (Автор: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt).
Погрузиться в IT впервые или прокачать навыки вам помогут наши курсы:
Умножаем масштаб на 10000 — и вот мы уже достигли масштабов облака Оорта:
Расстояния внутри Солнечной системы измеряются в астрономических единицах (а. е.), принимая за 1 а. е. расстояние от Земли до Солнца. До Марса и Меркурия —также около 1 а. е., до Сатурна — ~10 а. е., до пояса Койпера — около 100 а. е., а до облака Оорта — около 10000 а. е. На линейной шкале это расстояние будет огромным, а на логарифмической — это всего несколько делений, каждое из которых добавляет к величине один ноль (Автор: Пабло Карлос Будасси).
Небольшой логарифмический скачок уносит нас из Солнечной системы к звёздам:
На этом снимке с длинной экспозицией над телескопами южноамериканской обсерватории ALMA видны многие звёзды, области звездообразования и плоскость Млечного Пути. От нас до ближних звёзд — несколько световых лет: это менее одного деления шкалы от границ облака Оорта. Тем не менее даже более дальние звёзды, отделённые от нас десятками тысяч световых лет, всё ещё видны с Земли невооружённым глазом (Автор: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)).
Многие из звёзд наибольшей светимости, видимых на «земном» звёздном небе, расположены не дальше 1000 световых лет от нас.
Многие из ярчайших ближних звёзд входят в Рукав Ориона, а тот гораздо меньше Рукава Персея, составляющего часть Млечного Пути. [Прим. перев. — в оригинале Рукав Ориона назван «небольшим шпуром/отрогом» Рукава Персея (a minor spur of the larger, grander Perseus arm of the Milky Way), что без знания астрономии совершенно непонятно]. От ближних звёзд до этих рукавов — несколько световых лет. При этом расстояние в несколько тысяч световых лет соответствует всего трём делениям нашей логарифмической шкалы (Автор: Пабло Карлос Будасси).
Ещё один логарифмический скачок переносит нас к ближайшим спиральным рукавам.
Эта полная панорама Млечного Пути получена при помощи космического телескопа Gaia. Панорама показывает общую яркость и цвет звёзд (сверху), их общую плотность (в середине) и заполняющую галактику межзвёздную пыль (снизу). Теперь представьте, что в каждом квадратном градусе помещается около 10 миллионов звёзд, а в некоторых областях, таких как плоскость и центр Млечного Пути, гораздо больше этого усреднённого значения (Автор: ESA/Gaia/DPAC).
Далее нашему взору открывается Местная группа галактик:
От спирального рукава Персея мы переходим к полной панораме Млечного Пути. До других галактик Местной группы остаётся несколько делений шкалы. Ещё одно деление уносит нас к крупным группам галактик. Ближайшее скопление галактик уже совсем не за горами (Автор: Пабло Карлос Будасси).
Соседние галактики мгновенно занимают всё поле зрения:
Наше сверхскопление галактик, Ланиакея, содержит галактику Млечный Путь, Местную группу, Сверхскопление Девы и множество периферических групп и скоплений меньшего размера, включая группу M81. Все группы и скопления не привязаны ни к чему, кроме самих себя, и отдаляются друг от друга под действием тёмной энергии и роста Вселенной. Через 100 миллиардов лет до ближайших галактик за пределами нашей Местной группы будет около миллиарда световых лет. Поэтому они станут во много тысяч, а то и миллионов раз более тусклыми, чем сейчас (Автор: Andrew Z. Colvin/Wikimedia Commons).
Последующие скачки показывают нам крупнейшие скопления галактик:
Ещё несколько нулей к масштабу — и мы увидим ближайшие галактики на расстоянии от сотен тысяч до миллионов световых лет от крупномасштабных скоплений, растянувшихся на сотни миллионов, а возможно, и одного миллиарда световых лет. При таких масштабах начинают проявляться крупномасштабные связные структуры Вселенной (Автор: Пабло Карлос Будасси).
И вот, наконец, мы видим огромную космическую паутину — величайшую структуру во Вселенной:
Космическая паутина, как и вся крупномасштабная структура Вселенной, разрастается с течением времени. Вселенная всё больше группируется и усложняется. Этот рост показан здесь с постепенным уменьшением масштаба. С ростом плотностных флуктуаций укрупняются и пустоты в космической паутине. Сама структура становится похожей на сверхскопление или колоссальную великую стену. Но это лишь видимость (Автор: Volker Springel/MPE).
Свойства, которые мы приписываем этой паутине, обманчивы: тёмная энергия разорвёт такие псевдоструктуры на части:
Крупнейшие структуры Вселенной, называемые «великими стенами» и «большими группами квазаров», не имеют космологических связей и являются псевдоструктурами. Гравитация внутри них недостаточна для удержания вместе такой огромной общей массы. В рамках столь крупных структур тёмная энергия разводит космические тела в разные стороны (Автор: Пабло Карлос Будасси).
У границ космического пространства нам открываются и границы времён: проявляются все ранние эпохи, прошедшие с момента Большого взрыва:
Исследования самых отдалённых уголков космоса позволят открыть объекты, удалённые от нас на десятки миллиардов световых лет. Но как бы ни развивались наши технологии, разрыв между самыми далёкими галактиками и Большим взрывом остаётся колоссальным. В какой-то момент наше оборудование просто не сможет обнаружить все космические тела, и перед нами предстанет разрыв между микроволновым излучением и зарождением первых звёзд (Автор: Sloan Digital Sky Survey).
Я хотел бы поблагодарить художника Пабло Карлоса Будасси за волшебные иллюстрации к этому космическому путешествию.
На этой вертикальной логарифмической карте Вселенной на 20 делений шкалы нанесён весь путь от Земли до края Вселенной. Каждое основное деление соответствует десятикратному увеличению масштаба (Автор: Пабло Карлос Будасси).
Mostly Mute Monday раскрывает всю историю звёздного неба в паре сотен слов, иллюстрациях и фото. Меньше слов, больше улыбок!
А мы поможем прокачать ваши навыки или с самого начала освоить профессию, востребованную в любое время:
