Da Ingenieure und Techniker fleißig daran arbeiten, eine Lösung zu diagnostizieren und zu entwickeln (bestenfalls) oder (im schlimmsten Fall) die jüngsten Gyroskopprobleme im Hubble-Weltraumteleskop zu umgehen, haben wir einen Moment Zeit, um einige seiner größten Leistungen zu überprüfen und zu reflektieren Wissenschaft. Keine Sorge, dieses großartige Observatorium am Himmel wird nicht so schnell irgendwohin gehen (so sehr wir ein Upgrade oder einen Ersatz wünschen), also können wir uns zuversichtlich auf viele weitere Jahre astronomischer Größe freuen. Aber der Hubble läuft seit fast drei Jahrzehnten. Was hat es zur Gesamtsumme des menschlichen Wissens über das Universum beigetragen?
Die Antwort: viel. Und heute werde ich nur einen der Höhepunkte treffen.
Das Messen weit entfernter Entfernungen zu weit entfernten Dingen im Weltraum ist keine leichte Aufgabe. Es stellt sich heraus, dass es im Backend wirklich schwierig ist, etwas Markiges wie „Die Andromeda-Galaxie ist ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt“ zu sagen. Moderne astronomische Messungen beruhen auf einer Reihe überlappender, ineinandergreifender Techniken, die stetig nach außen in immer größere Entfernungen vom Mond bis zum Rand des beobachtbaren Universums arbeiten.
Einer der Schlüsselanker in dieser sogenannten "kosmischen Entfernungsleiter" (weil sie wie eine Leiter mit Entfernungen zum Kosmos ist) ist ein seltsames astronomisches Objekt, das als Cepheid-Variablen bekannt ist. Benannt nach der königlichen Konstellation, in der sie zum ersten Mal entdeckt wurden, haben diese Sterne eine sehr eigenartige und sehr nützliche Eigenschaft: Sie pulsieren.
Im Laufe einiger Tage werden diese Sterne stetig heller und dunkler und durchlaufen sie in einem regelmäßigen, wiederholbaren und zuverlässigen Muster. Und Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte ein wunderbar begabter Astronom namens Henrietta Swan Leavitt, dass diese Cepheid-Variablen nicht nur langweilig, sondern auch interessant sind. Es gibt eine sehr merkwürdige Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit der diese Sterne heller / dunkler werden, und ihrer Helligkeit (im Astronomie-Jargon wird dies als "bekannt" bezeichnet Helligkeit).
Und wenn Sie wissen, wie hell etwas ist, können Sie die Entfernung berechnen. Denken Sie ein wenig mit mir darüber nach, um zu erkennen, wie großartig das ist. Geh heute Abend raus und schau dir einen zufälligen Stern an. Wie weit ist es entfernt? Nehmen Sie eine zufällige Vermutung. Suchen Sie nach einem helleren Stern. Ist dieser hellere Stern heller, weil er näher ist? Oder ist es heller, weil ... es nur heller ist? Es ist ein schwieriges Rätsel, das selbst Gedanken-Titanen wie Newton beunruhigte.
Aber wenn Sie die Leuchtkraft (die tatsächliche Helligkeit) dieser Sterne kennen, können Sie sicher wissen, welcher weiter und welcher näher ist. Für jeden Stern kann man seine vergleichen wahr Helligkeit zu der Helligkeit, die Sie am Himmel messen, machen Sie ein wenig, aber von High-School-Trigonometrie, und Sie würden die Entfernung zu diesen herausragenden Bewohnern kennen.
Dies ist mit einem alten Stern schwer zu tun, da es schwierig ist, ihre wahre Helligkeit zu erkennen. Aber zum Glück sind Cepheiden nicht irgendein alter Stern. Da Sie ihre Variation messen können und diese Variation direkt mit ihrer Leuchtkraft zusammenhängt, können Sie ihre Abstände mit (relativer) Leichtigkeit bestimmen.
Mit Cepheids entdeckte Edwin Hubble zum ersten Mal, dass die Andromeda-Galaxie a) ihre eigene Galaxie und b) wirklich weit entfernt ist, was unseren ersten großen Sprung in die weitere kosmologische Szene ermöglichte. Und jetzt wissen Sie, warum Hubble (das Weltraumteleskop) nach Hubble (der Person) benannt wurde. Aber Cepheiden können uns nur so weit bringen. Sie müssen immer noch einen einzelnen Stern beobachten und über ein Teleskop verfügen, das empfindlich genug ist, um die zeitliche Veränderung aufzuzeichnen. Dies ist keine leichte Aufgabe und wird umso schwieriger, je weiter Sie hinausgehen.
Um zu den wirklich großen kosmologischen Entfernungen zu gelangen, die wir heute kennen und lieben, wechseln wir zu anderen Techniken. Aber diese Techniken (z. B. das Betrachten bestimmter Arten von Supernovae) sind in der Nähe nicht gut, daher bieten Cepheiden den entscheidenden Ankerpunkt, um zu den… na ja, Sternen zu gelangen.
Und hier lieferte der Hubble einen großen Beitrag. Das Hubble ist ein großes Teleskop, was bedeutet, dass es sehr weit entfernte Cepheiden sehen kann. Und es befindet sich im Weltraum, sodass es sich keine Sorgen machen muss, dass die lästige Atmosphäre seine Messungen beeinträchtigt. Mit diesen Vorteilen und anderen Fortschritten können Astronomen die Entfernungen zu drei Dutzend Galaxien bis zu 65 Millionen Lichtjahren mit mehreren Cepheid-Messungen pro Galaxie bestimmen, um sie wirklich einzuschließen.
Dieses einzige Ergebnis festigte unser Verständnis der kosmischen Entfernungen und half uns, mehr über alles von der Geschichte unseres Kosmos bis zur Natur der dunklen Energie zu lernen. Und es war nur ein kleiner Ausschnitt dessen, was mit dem Hubble erreicht wurde.
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