Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ғаламның пайда болуын зерттеу (құрылысы және эволюциясы)
Study of the origin of the universe (structure and evolution)
Байқаулық космология – телескоптар және ғарыш сәулелерін тіркеу құралдарын пайдалана отырып, ғаламның құрылымын, эволюциясын және оның пайда болуын бақылау арқылы зерттейтін ғылым.
Observational cosmology is the study of the structure, the evolution and the origin of the universe through observation, using instruments such as telescopes and cosmic ray detectors.
Алғашқы байқаулар
Физикалық космология ғылымы қазіргі күйінде Шэпли-Кертис пікірсайысынан кейінгі жылдары қалыптасты, сол кезде ғаламның Көкжол галактикасынан гөрі зәулім екені анықталды. Бұл Альберт Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясымен түсіндірілетін ғарыш кеңістігінің мөлшері мен динамикасын анықтаған байқауларға байланысты болды. Космологияның бастапқы кезеңдерінде ол өте шектеулі деректерге негізделген, болжамдық ғылым еді және тұрақты күй теориясын қолдаушылар мен Ұлы жарылыс космологиясын жақтаушылар арасындағы пікір таластармен ерекшеленді. Астрономиялық байқаулар тек 1990-жылдардан бастап бәсекелес теорияларды жоюға және 1992 жылы Ұлттық ғылым академиясының конференциясында Дэвид Шрамм жариялаған "Космологияның алтын ғасырына" жетелеуге мүмкіндік берді.
The science of physical cosmology as it is practiced today had its subject material defined in the years following the Shapley Curtis debate when it was determined that the universe had a larger scale than the Milky Way galaxy. This was precipitated by observations that established the size and the dynamics of the cosmos that could be explained by Albert Einstein's General Theory of Relativity. In its infancy, cosmology was a speculative science based on a very limited number of observations and characterized by a dispute between steady state theorists and promoters of Big Bang cosmology. It was not until the 1990s and beyond that the astronomical observations would be able to eliminate competing theories and drive the science to the "Golden Age of Cosmology" which was heralded by David Schramm at a National Academy of Sciences colloquium in 1992.
Хаббл заңы және ғарыштық қашықтық сатысы
Астрономиядағы қашықтық өлшемдері тарихи түрде де, қазір де елеулі өлшеу белгісіздігімен қиындыққа тап болып келеді. Атап айтқанда, жұлдыздық параллакс жақын жұлдыздардың қашықтығын өлшеуге қолданылса, галактикамыздан тыс объектілерге байланысты өте шағын параллакстарды өлшеу қиындықтары астрономдарды ғарыштық қашықтықтарды өлшеудің басқа жолдарын іздеуге мәжбүр етті. Осы мақсатта, 1908 жылы Генриетта Свон Ливитт Кефеидтік айнымалылары үшін стандартты шам өлшемін ашты, бұл Эдвин Хабблге спиральді тұмандықтарға дейінгі қашықтықты анықтау үшін қажетті ғарыштық қашықтық сатысындағы баспалдақ болды. Хаббл Маунт-Уилсон обсерваториясындағы 100 дюймдік Хукер телескопын сол галактикалардағы жеке жұлдыздарды анықтау үшін пайдаланды және жеке Кефеидтерді бөліп, галактикаларға дейінгі қашықтықты анықтады. Бұл спиральді тұмандықтардың Құс жолы галактикасынан тыс объектілер екенін нақтылады. "Арал ғаламдары" деп аталатын осы объектілерге дейінгі қашықтықты анықтау ғаламның масштабын белгіледі және Шэпли-Кертис дауын біржола шешті. 1927 жылы Хабблдің қашықтық өлшемдері мен Весто Слайфердің осы объектілердің қызыл жылжуларын анықтауы сияқты әртүрлі өлшемдерді біріктіре отырып, Жорж Лематр галактикалардың қашықтығы мен олардың "кері жылдамдықтары" арасындағы пропорционалдық тұрақтыны бірінші болып бағалады, ол шамамен 600 км/с/Мпк құрады.
Distance measurements in astronomy have historically been and continue to be confounded by considerable measurement uncertainty. In particular, while stellar parallax can be used to measure the distance to nearby stars, the observational limits imposed by the difficulty in measuring the minuscule parallaxes associated with objects beyond our galaxy meant that astronomers had to look for alternative ways to measure cosmic distances. To this end, a standard candle measurement for Cepheid variables was discovered by Henrietta Swan Leavitt in 1908 which would provide Edwin Hubble with the rung on the cosmic distance ladder he would need to determine the distance to spiral nebula. Hubble used the 100 inch Hooker Telescope at Mount Wilson Observatory to identify individual stars in those galaxies, and determine the distance to the galaxies by isolating individual Cepheids. This firmly established the spiral nebula as being objects well outside the Milky Way galaxy. Determining the distance to "island universes", as they were dubbed in the popular media, established the scale of the universe and settled the Shapley Curtis debate once and for all. In 1927, by combining various measurements, including Hubble's distance measurements and Vesto Slipher's determinations of redshifts for these objects, Georges Lemaître was the first to estimate a constant of proportionality between galaxies' distances and what was termed their "recessional velocities", finding a value of about 600 km/s/Mpc.
Нуклидтердің мол болуы
Элементтердің ғарыштық кеңістіктегі мөлшерін анықтау тарихы, астрономиялық объектілерден шығатын жарықтың спектроскопиялық өлшемдеріне және Жерде анықталған химиялық элементтердегі белгілі бір электрондық өтулерге сәйкес келетін эмиссиялық және сіңіру сызықтарын табуға дейін жетеді. Мысалы, Гелий элементі Жерде газ күйінде бөліп алынар алдында, оның спектроскопиялық белгісі арқылы бірінші рет анықталды. Элементтердің салыстырмалы мөлшерін есептеу метеориттердің элементтік құрамын өлшеумен байланысты спектроскопиялық байқаулар арқылы іске асырылды.
Determination of the cosmic abundance of elements has a history dating back to early spectroscopic measurements of light from astronomical objects and the identification of emission and absorption lines which corresponded to particular electronic transitions in chemical elements identified on Earth. For example, the element Helium was first identified through its spectroscopic signature in the Sun before it was isolated as a gas on Earth. Computing relative abundances was achieved through corresponding spectroscopic observations to measurements of the elemental composition of meteorites.
Космикалық микротолқынды фонды анықтау
Космикалық микротолқындық фонды 1948 жылы Джордж Гамов пен Ральф Альфер, сондай-ақ Альфер мен Роберт Герман ыстық Ұлы жарылыс моделіне сәйкес болжаған. Альфер мен Герман температураны шамалап есептегенмен, олардың нәтижелері кеңінен талқыланбады. Олардың болжамын 1960-шы жылдардың басында Роберт Дикке мен Яков Зельдович қайта ашты. КМБ сәулеленуінің анықтамалы құбылыс екендігі алғаш рет 1964 жылдың көктемінде совет астрофизиктері А. Г. Дорошкевич пен Игорь Новиковтың қысқаша мақаласында жарияланды. 1964 жылы Принстон университетіндегі Диккенің әріптестері Дэвид Тодд Уилкинсон мен Питер Ролл ғаламдық микротолқындық фонды өлшеу үшін Дикке радиометрін құрастыруға кірісті. 1965 жылы Арно Пензиас пен Роберт Вудроу Уилсон Нью-Джерси штатының Холмдел қалашығындағы Белл телефон зертханаларының Кроуфорд-Хилл орналасқан жерінде радиоастрономия және спутниктік байланыс эксперименттері үшін қолдануға арналған Дикке радиометрін жасады. Олардың құрылғысының антенна температурасы 3,5 К-қа артты, бірақ олар оның себебін анықтай алмады. Кроуфорд-Хиллден телефон қоңырауы алғаннан кейін Дикке әйгілі түрде: "Жігіттер, бізден бұрын тауып қойғандар бар!" деді. Принстон және Кроуфорд-Хилл топтарының арасындағы кездесу антенна температурасының шынында да микротолқындық фонға байланысты екенін анықтады. Пензиас пен Уилсон өздерінің ашылулары үшін 1978 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды.
A cosmic microwave background was predicted in 1948 by George Gamow and Ralph Alpher, and by Alpher and Robert Herman as due to the hot Big Bang model. Moreover, Alpher and Herman were able to estimate the temperature, but their results were not widely discussed in the community. Their prediction was rediscovered by Robert Dicke and Yakov Zel'dovich in the early 1960s with the first published recognition of the CMB radiation as a detectable phenomenon appeared in a brief paper by Soviet astrophysicists A. G. Doroshkevich and Igor Novikov, in the spring of 1964. In 1964, David Todd Wilkinson and Peter Roll, Dicke's colleagues at Princeton University, began constructing a Dicke radiometer to measure the cosmic microwave background. In 1965, Arno Penzias and Robert Woodrow Wilson at the Crawford Hill location of Bell Telephone Laboratories in nearby Holmdel Township, New Jersey had built a Dicke radiometer that they intended to use for radio astronomy and satellite communication experiments. Their instrument had an excess 3.5 K antenna temperature which they could not account for. After receiving a telephone call from Crawford Hill, Dicke famously quipped: "Boys, we've been scooped." A meeting between the Princeton and Crawford Hill groups determined that the antenna temperature was indeed due to the microwave background. Penzias and Wilson received the 1978 Nobel Prize in Physics for their discovery.
Қазіргі заманғы байқаулар
Бүгін бақылау космологиясы теориялық космологияның болжамдарын тексеруді жалғастырып, космологиялық модельдерді жетілдіруге ықпал етті. Мысалы, қара материяның байқау деректері құрылым мен галактикалардың қалыптасуының теориялық модельдеуіне зор әсер етті. Хаббл диаграммасын дәл супернова стандартты шамдарымен калибрлеуге талпынғанда, 1990 жылдардың соңында қара энергияның байқау деректері алынды. Бұл байқаулар алты параметрлік жүйеге енгізілді, ол ΛCDM моделі деп аталады және ғаламның эволюциясын оның құрамындағы материя арқылы түсіндіреді. Бұл модель кейіннен ғарыштық микротолқындық фонды, әсіресе WMAP эксперименті арқылы жасалған егжей-тегжейлі байқаулармен расталды. Бұл жерде космологияға тікелей әсер еткен қазіргі заманғы байқау жұмыстары да қамтылған.
Today, observational cosmology continues to test the predictions of theoretical cosmology and has led to the refinement of cosmological models. For example, the observational evidence for dark matter has heavily influenced theoretical modeling of structure and galaxy formation. When trying to calibrate the Hubble diagram with accurate supernova standard candles, observational evidence for dark energy was obtained in the late 1990s. These observations have been incorporated into a six parameter framework known as the Lambda CDM model which explains the evolution of the universe in terms of its constituent material. This model has subsequently been verified by detailed observations of the cosmic microwave background, especially through the WMAP experiment. Included here are the modern observational efforts that have directly influenced cosmology.
Қызыл ауытқуды зерттеу
Автоматтандырылған телескоптардың және спектроскоптардың жетілдірілуімен бірге, ғаламның қызыл жылжу кеңістігінде картасын жасау мақсатында бірнеше ынтымақтастықтар құрылды. Қызыл жылжуды бұрыштық координаттармен үйлестіру арқылы, қызыл жылжу зерттеуі аспанның бір бөлігіндегі материяның үш өлшемді таралуын картаға түсіреді. Бұл байқаулар ғаламның ірі масштабты құрылымының қасиеттерін өлшеу үшін қолданылады. 500 миллионнан астам жарық жылына созылған алып галактикалар шоғыры – Ұлы Қабырға, қызыл жылжу зерттеулері арқылы анықталатын ірі масштабты құрылымның жарқын мысалы болып табылады. Қызыл жылжуды зерттеудің алғашқысы – CfA Қызыл Жылжу Зерттеуі, 1977 жылы басталды және бастапқы деректерді жинау 1982 жылы аяқталды. Соңғы кезде 2dF Galaxy Redshift Survey ғаламның бір бөлігінің ірі масштабты құрылымын анықтады, 220 000-нан астам галактиканың z мәндерін өлшеді; деректерді жинау 2002 жылы аяқталды, ал соңғы деректер жиынтығы 2003 жылдың 30 маусымында жарияланды. (Галактикалардың ірі масштабты үлгілерін картаға түсіруден басқа, 2dF нейтрино массасының жоғарғы шегін де анықтады.) Тағы бір маңызды зерттеу – Слоан Цифрлық Аспан Зерттеуі (SDSS), 2011 жылға дейін жалғасуда және шамамен 100 миллион нысанның өлшемдерін алуды мақсат етеді. SDSS галактикалардың қызыл жылжуын 0,4-ке дейін тіркеді және z = 6-дан асып түсетін квазарларды анықтауға қатысты. DEEP2 Қызыл Жылжу Зерттеуі жаңа "DEIMOS" спектрографымен жабдықталған Кек телескоптарын пайдаланады; пилоттық бағдарлама DEEP1-дің жалғасы болып табылатын DEEP2, қызыл жылжуы 0,7 және одан жоғары әлсіз галактикаларды өлшеуге арналған, сондықтан ол SDSS және 2dF зерттеулеріне толықтыру болып табылады.
With the advent of automated telescopes and improvements in spectroscopes, a number of collaborations have been made to map the universe in redshift space. By combining redshift with angular position data, a redshift survey maps the 3D distribution of matter within a field of the sky. These observations are used to measure properties of the large scale structure of the universe. The Great Wall, a vast supercluster of galaxies over 500 million light years wide, provides a dramatic example of a large scale structure that redshift surveys can detect. The first redshift survey was the CfA Redshift Survey, started in 1977 with the initial data collection completed in 1982. More recently, the 2dF Galaxy Redshift Survey determined the large scale structure of one section of the Universe, measuring z values for over 220,000 galaxies; data collection was completed in 2002, and the final data set was released 30 June 2003. (In addition to mapping large scale patterns of galaxies, 2dF established an upper limit on neutrino mass.) Another notable investigation, the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), is ongoing as of 2011 and aims to obtain measurements on around 100 million objects. SDSS has recorded redshifts for galaxies as high as 0.4, and has been involved in the detection of quasars beyond z = 6. The DEEP2 Redshift Survey uses the Keck telescopes with the new "DEIMOS" spectrograph; a follow up to the pilot program DEEP1, DEEP2 is designed to measure faint galaxies with redshifts 0.7 and above, and it is therefore planned to provide a complement to SDSS and 2dF.
Радио
Төмен жиілікті радиоэмиссияның ең жарқын көздері (10 МГц және 100 ГГц) – өте жоғары қызыл жылжуларға дейін байқалатын радиогалактикалар. Бұл галактика ядросынан мегапарсектерге дейін созылатын лобтар мен джеттер деп аталатын кеңейтілген құрылымдары бар, белсенді галактикалардың бір тобы. Радиогалактикалардың жарқынырақ болуына байланысты, астрономдар оларды ғаламның дамуының ең алыс қашықтықтары мен ерте замандарына зерттеу үшін пайдаланады.
The brightest sources of low frequency radio emission (10 MHz and 100 GHz) are radio galaxies which can be observed out to extremely high redshifts. These are subsets of the active galaxies that have extended features known as lobes and jets which extend away from the galactic nucleus distances on the order of megaparsecs. Because radio galaxies are so bright, astronomers have used them to probe extreme distances and early times in the evolution of the universe.
Инфрақызыл
Субмиллиметрлік астрономияны қоса алғанда, алыс инфрақызыл бақылаулар космологиялық қашықтықтағы көптеген көздерді анықтады. Атмосфераның кейбір терезелерінен басқа, инфрақызыл сәулелердің көп бөлігі атмосферамен сіңіріледі, сондықтан мұндай бақылаулар көбінесе аэростаттан немесе ғарышқа орналастырылған құралдар арқылы жүзеге асырылады. Қазіргі кезде инфрақызыл диапазонда жүргізіліп жатқан бақылау эксперименттеріне NICMOS, Космикалық Тектер Спектрографы, Спитцер ғарыш телескопы, Кек Интерферометрі, Инфрақызыл Астрономия жөніндегі Стратосфералық Обсерватория және Гершель ғарыш обсерваториясы кіреді. NASA жоспарлап отырған келесі үлкен ғарыш телескопы – Жеймс Вебб ғарыш телескопы да инфрақызыл диапазонда зерттеулер жүргізеді. Сонымен қатар, екі микрондық толық аспан зерттеуі де галактикалардың таралуын анықтауда, төменде сипатталған басқа оптикалық зерттеулермен салыстырылатын пайдалы болды.
Far infrared observations including submillimeter astronomy have revealed a number of sources at cosmological distances. With the exception of a few atmospheric windows, most of infrared light is blocked by the atmosphere, so the observations generally take place from balloon or space based instruments. Current observational experiments in the infrared include NICMOS, the Cosmic Origins Spectrograph, the Spitzer Space Telescope, the Keck Interferometer, the Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, and the Herschel Space Observatory. The next large space telescope planned by NASA, the James Webb Space Telescope will also explore in the infrared. An additional infrared survey, the Two Micron All Sky Survey, has also been very useful in revealing the distribution of galaxies, similar to other optical surveys described below.
Оптикалық сәулелер (адам көзімен көрінетін)
Оптикалық жарық әлі де астрономияның басты құралы болып табылады, ал космология контекстінде бұл ғаламның ірі масштабты құрылымын және галактикалардың эволюциясын зерттеу үшін алыс галактикалар мен галактикалар топтарын бақылауды білдіреді. Қызыл жылжуды зерттеулер осы мақсатқа жетудің кең таралған тәсілі болып табылады, оның ең танымал мысалдары – 2dF Galaxy Redshift Survey, Sloan Digital Sky Survey және болашақтағы Large Synoptic Survey Telescope. Бұл оптикалық байқаулар әдетте галактиканың қызыл жылжуын өлшеу үшін фотометрия немесе спектроскопия қолданады, содан кейін Хаббл заңы арқылы оның қашықтығын, ерекше жылдамдықтарға байланысты қызыл жылжу бұрмалануларын ескере отырып, анықтайды. Галактикалардың аспандағы координаттарындағы орналасуы да басқа екі кеңістік өлшемі туралы ақпарат алуға мүмкіндік береді. Көрінетіннен де терең байқаулар (яғни, әлсіз нысандарға сезімтал) космологияда да маңызды құралдар болып табылады. Хаббл терең даласы, Хаббл ультра терең даласы, Хаббл экстремалды терең даласы және Хаббл терең даласы Оңтүстік – осының барлығы осыған мысалдар.
Optical light is still the primary means by which astronomy occurs, and in the context of cosmology, this means observing distant galaxies and galaxy clusters in order to learn about the large scale structure of the Universe as well as galaxy evolution. Redshift surveys have been a common means by which this has been accomplished with some of the most famous including the 2dF Galaxy Redshift Survey, the Sloan Digital Sky Survey, and the upcoming Large Synoptic Survey Telescope. These optical observations generally use either photometry or spectroscopy to measure the redshift of a galaxy and then, via Hubble's Law, determine its distance modulo redshift distortions due to peculiar velocities. Additionally, the position of the galaxies as seen on the sky in celestial coordinates can be used to gain information about the other two spatial dimensions. Very deep observations (which is to say sensitive to dim sources) are also useful tools in cosmology. The Hubble Deep Field, Hubble Ultra Deep Field, Hubble Extreme Deep Field, and Hubble Deep Field South are all examples of this.
Ультрафиолет
Күлгін сәуле астрономиясын қараңыз.
See Ultraviolet astronomy.
Рентген сәулелері
Рентгендік астрономияны қараңыз.
See X ray astronomy.
Гамма сәулелері
Гамма сәулелері астрономиясына қараңыз.
See Gamma ray astronomy.
Космикалық сәулелерді бақылау
Космикалық сәулелер обсерваториясын қараңыз.
See Cosmic ray observatory.
Космикалық нейтринолар
Бұл Үлкен жарылыс моделінің болжамы бойынша, ғалам нейтринолық фондық сәулеленумен толы, бұл ғарыштық микротолқындық фондық сәулеленуге ұқсас. Микротолқындық фон – ғалам шамамен 380 мың жыл болған кезде қалған із, ал нейтринолық фон – ғалам шамамен екі секундтық болған кезде қалған із. Егер осы нейтрино сәулесін байқау мүмкін болса, ол ғаламның өте ерте кезеңдеріне арналған терезе болар еді. Алайда, бұл нейтринолар қазір өте салқын болғандықтан, оларды тікелей байқау іс жүзінде мүмкін емес.
It is a prediction of the Big Bang model that the universe is filled with a neutrino background radiation, analogous to the cosmic microwave background radiation. The microwave background is a relic from when the universe was about 380,000 years old, but the neutrino background is a relic from when the universe was about two seconds old. If this neutrino radiation could be observed, it would be a window into very early stages of the universe. Unfortunately, these neutrinos would now be very cold, and so they are effectively impossible to observe directly.