Clever Geek Handbook

Fragen Sie Ethan Nr. 12: Entfernungen im Universum

Bild
Dieses Stück Himmel ist das Sternbild Wal. Hier beobachten wir eine Reihe von Galaxien, mit denen die Nahrungssucht junger Galaxien während ihres Wachstums beobachtet wurde. Jeder der kleinen Punkte ist eine Galaxie, wie es drei bis fünf Milliarden Jahre nach dem Urknall war. Sie wurden mit den Tools VLT und SINFONI untersucht. Farbkarten zeigen die Bewegung von Gas in Galaxien. Blaugas bewegt sich relativ zur gesamten Galaxie auf uns zu, Rotgas wird entfernt. Mit diesen Farben können Astronomen herausfinden, ob sich die Galaxien wie Scheiben drehen oder auf andere Weise bewegen.
Das Licht glaubt, dass es sich schneller bewegt als alles andere, aber es ist falsch. Egal wie schnell sich das Licht bewegt, es entdeckt immer, dass dort schon einmal Dunkelheit aufgetreten ist und wartet darauf.
- Terry Pratchet

Der Leser fragt:
Wenn sie über ein Objekt sagen, dass es 13,8 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, bedeutet dies die aktuelle Entfernung zum Objekt, wie weit war es, als das Licht vom Objekt in unsere Richtung ging, oder die Entfernung, die das Licht zurücklegt?
In der Tat sollten diese drei Optionen aufgrund der Expansion des Universums sehr unterschiedlich sein.

Ich wünschte, alle hätten sich an dieselbe Definition gehalten. Leider sind diese drei Entfernungen sehr unterschiedlich, und nicht jeder verwendet dieselbe Entfernung, um die Entfernung zum Objekt zu beschreiben. Nehmen Sie eine einfache Analogie.

Bild

Stellen Sie sich zwei Treppen nebeneinander vor. Du stehst auf dem einen, dein Freund auf dem anderen. Er steht tiefer und hält einen Ball in den Händen. Ihr Freund wirft Ihnen einen Ball mit einer bestimmten Geschwindigkeit, es dauert eine bestimmte Zeit, bis Sie am Ball zu Ihnen gelangen, und wenn Sie diese beiden Werte kennen, können Sie die Entfernung zu einem Freund berechnen. Angenommen, der Ball flog mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde, flog 1 Sekunde und Sie sind 10 Meter von Ihrem Freund entfernt. (Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass die Schwerkraft nicht auf den Ball wirkt). [ca. trans .: und Luftwiderstand; Aber es ist besser, sich vorzustellen, dass Sie auf Reisenden stehen und die Schwerkraft Sie dann nicht stört.

Bild

Lassen Sie uns nun die Aufgabe komplizieren und Sie und Ihren Freund auf Rolltreppen setzen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen - Sie steigen auf und jeder geht ab. Nehmen wir an, die Geschwindigkeit beträgt jeweils 2,5 m / s.

Und alles ist nicht so einfach.

Bild

Wenn Ihr Freund den Ball mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s wirft und Sie aus einer Entfernung von 10 Metern starten, dauert es mehr als 1 Sekunde, bis der Ball erreicht ist, und bei seiner Ankunft sind Sie nicht 10 Meter voneinander entfernt. Am Ball dauert es 1,3 s und bis dahin sind Sie 17 Meter entfernt.

Wenn Sie sich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ball zu Ihnen fliegt, in einem Abstand von 10 Metern voneinander befinden, bedeutet dies, dass Sie aus einem Abstand von 6 Metern gestartet sind und der Ball 0,8 Sekunden gebraucht hat.

Wenn der Ball genau 1 Sekunde auf dem Weg gebraucht hat, bedeutet dies, dass Sie sich beim Werfen in einer Entfernung von 8 Metern befanden und sich jetzt in einer Entfernung von 13 Metern befinden.

Der Einfachheit halber habe ich alle Werte gerundet.

Bild

Der Punkt ist, dass es nicht so einfach ist, Entfernungen zu bestimmen, wenn Sie sich in einiger Entfernung befinden und sich relativ zueinander bewegen - sie haben drei verschiedene Werte:

  1. Die Entfernung, in der sich zwei Objekte befanden, als das emittierende Objekt ein Signal sendete, das der Beobachter empfing
  2. Die Entfernung, in der sich zwei Objekte befinden, wenn der Beobachter ein vom Absender ausgesendetes Signal empfangen hat.
  3. Die Entfernung, die das Signal vom Sender zum Empfänger zurücklegen musste.


Bei bewegungslosen Objekten sind alle drei Werte gleich und bei beweglichen Objekten sind sie unterschiedlich. Und das Universum bewegt sich gerade.

Bild

Durch die Schwerkraft verbundene Objekte wie Planeten im Sonnensystem, Sterne in einer Galaxie und Galaxien in einem Cluster können relativ zueinander als bewegungslos betrachtet werden. Die meisten Galaxien sind voneinander entfernt. Wenn wir in die äußersten Ränder des Universums schauen, schauen wir in die Vergangenheit und sehen Licht aus der Zeit, als Objekte näher beieinander waren, als sich das Universum seit der Antike schneller ausdehnte. Und im Gegensatz zum Beispiel mit Rolltreppen ändert sich auch die Expansionsrate des Universums mit der Zeit.

Bild

Heute ist unser Universum 13,8 Milliarden plus / minus mehrere zehn Millionen Jahre. Was bedeutet das für entfernte Objekte?

Bild

Betrachten Sie den aktuellen Rekordhalter, die am weitesten entfernte der bekannten Galaxien, UDFj-39546284. Was meinen wir, wenn wir sagen, dass es 13,42 Milliarden Lichtjahre entfernt ist?

Die Entfernung, die das Licht von ihm zurückgelegt hat. Zumindest für mich ist dies eine vernünftige Methode, um die Entfernung anzuzeigen. Im expandierenden Universum waren früher die Abstände zwischen Objekten geringer. Während sich Licht vom strahlenden Objekt zu unseren Augen bewegt, dehnt sich das Universum weiter aus.



Was bedeutet das für unseren Rekordhalter?

  1. Diese Galaxie war 1,1 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt, als sie Licht emittierte, das uns heute erreichte.
  2. Das Licht, das heute zu uns kommt, wurde ausgestrahlt, als das Universum nur 380 Millionen Jahre alt war, dh 2,7% des gegenwärtigen Alters.
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


Und obwohl Sie nie wissen, über welche Entfernungen ein Journalist oder Schriftsteller schreibt, habe ich alle möglichen Optionen aufgelistet.

Bild

Normalerweise werden die letzten beiden Optionen verwendet - entweder die vom Licht zurückgelegte Entfernung oder die aktuelle Entfernung. Wir können davon ausgehen, dass wenn die Entfernung in Lichtjahren kleiner als das Alter des Universums ist, sie über die Zeit sprechen, die das Licht zurückgelegt hat, und wenn mehr, dann über die aktuelle tatsächliche Entfernung.

Bild

Bei näheren Objekten und bei Objekten, die durch die Schwerkraft verbunden sind, ist der Unterschied zwischen diesen Optionen viel geringer, aber ich möchte trotzdem, dass die Leute mit Worten vorsichtiger umgehen. Wenn jeder angeben würde, welche Entfernung er meint - die, als das Licht emittiert wurde, den Weg des Lichts oder die aktuelle Entfernung zum Objekt, dann würde es viel weniger Verwirrung geben.

Bild

So funktionieren Entfernungen in einem expandierenden Universum.

More articles:


All Articles