У прошлонедељној колумни Универзум, поставио сам питање читаоца о сударима галаксија у свемиру који се шири. Одговор се бави огромним удаљеностима, недокучивим силама и коначном судбином космоса.
Нису сви упити прилично тако озбиљно. На пример, читаоцу Дејвиду Ериксону је пало на памет: „Да постоје ванземаљци 66 милиона светлосних година од Земље, колики би им телескоп био потребан да виде диносаурусе?“
Ха! Волим ово питање. И сам сам размишљао о томе, али никада нисам разрадио математику – осим што сам помислио: „Вероватно прилично велико“, што се испоставило да драматично потцењује стварни одговор. Али оно што је заиста дивно је да хватање у коштац са овим додуше бизарним мисаоним експериментом има неке импликације у стварном животу за будућност науке.
О подршци научном новинарству
Ако уживате у овом чланку, размислите о томе да подржите наше награђивано новинарство претплата. Куповином претплате помажете да се обезбеди будућност упечатљивих прича о открићима и идејама које данас обликују наш свет.
Прво, зашто је важно што су ванземаљци удаљени 66 милиона светлосних година? То је зато што светлост путује на раздаљину од једне светлосне године годишње кроз свемир, а удар астероида Цхицкулуб који је збрисао нептичје диносаурусе догодио се пре око 66 милиона година. Светлост тог догађаја би управо сада стигла до галаксије удаљене 66 милиона светлосних година, мање-више. На тој удаљености, тамошњи посматрачи су још увек могли да виде (последње) диносаурусе, под претпоставком да желе да направе заиста велики телескоп.
Сада питање треба поделити на два дела: Колико је велики диносаурус са те удаљености и колики мора бити телескоп да би се видело нешто те величине?
Пошто небо изгледа као огромна сфера која нас окружује, астрономи користе углове за мерење привидне величине. Основна јединица за то је степен; на пример, угао од хоризонта до тачке директно изнад посматрача, која се зове зенит, је 90 степени. Месец има привидну величину од око 0,5 степени у пречнику.
Колико велики објекат изгледа зависи од његове физичке величине и удаљености од онога што га посматра. Постоји дивна мала формула која се зове апроксимација малог угла то повезује то двоје. Постоји много различитих начина за представљање ове једначине, у зависности од јединица које користите. За степене, узимате физичку величину објекта, помножите је са 57,3 и поделите са растојањем. Дакле, објекат који је широк један метар, као што је мали телевизор са широким екраном, имао би привидну величину од једног степена на удаљености од 57,3 метара.
За нашег диносауруса, хајде да изаберемо свима омиљеног застрашујућег месождера, а Тиранносаурус рек. Т. рекес различите величине, али рецимо да је онај који ванземаљци желе да посматрају дугачак 10 метара.
Удаљеност је 66 милиона светлосних година, што је мало повећање. То нам је потребно у метрима, па након конверзије („Да видимо, помножимо са 10 трилиона, носимо 2,“ и тако даље), добијамо растојање од невероватних 6,6 × 1023 метара.
Укључујући то у нашу формулу, налазимо да а Т. рек гледано из те удаљене галаксије, имало би привидну величину од око 10-21 степен. То је један секстилиони део степена, или зептостепен, ако волите забавне математичке префиксе. То је несхватљиво мало. Али да будемо поштени, прилично је далеко.
Одлично, то је једно од два кључна питања на која је одговорено! Колико вам је велики телескоп потребан да видите нешто тако лилипутанско?
Можда мислите да нам је потребно увећање да бисмо уочили нашу звер тако далеко, али то није баш тако. Укратко, нешто мало и веома далеко ће изгледати као бездимензионална тачка. Ако увећате ту тачку на слици, ви само увећавате пикселе. Да бисте то видели као више од тачке, морате да је решите. Дакле, оно што заиста треба да видимо а Т. рек а ни тачка није висока резолуцију.
Резолуција је својство свих телескопа и зависи углавном од величине огледала телескопа. Постоји још једна формула за то, тзв Давесова граница. И то се може изразити на много различитих начина, али ако користите степене и метре, постаје: резолуција у степенима = 3,2 к 10-5 / Д, где је Д пречник огледала телескопа у метрима. Знамо величину нашег објекта у степенима, па желимо да решимо за Д. Када то урадимо, открићемо да пречник нашег телескопа треба да буде 3,2 к 1016 метара (32 квадрилиона метара).
То је око 3,4 светлосне године, што би представљало, ум, моћан велики телескоп. То је огледало које би се простирало на три четвртине удаљености до Алфе Кентаура!
Непотребно је рећи да немамо технологију прилично тек да изгради тако нешто. Чак и да имамо знање како да направимо ово огледало, набавка потребног грађевинског материјала би била тежак задатак: с обзиром на густину типичног стакла за огледало телескопа и уз претпоставку дебљине огледала од само једног милиметра, наше Т. рек–разлучујуће огледало би имало масу од око 1030 (један немилион) метричких тона. Испоставило се да је ово више од 100 милиона пута масе Земље. Вероватно бисте морали да нападнете, уништите и ремиксујете добар део стеновитих планета велике галаксије да бисте направили такво огледало.
Ако су наши ванземаљци посебно паметни, могли би да заобиђу ово тако што ће уместо тога направити астрономски интерферометар. Ово је низ мањих телескопа распоређених на неком подручју; коришћењем софистицираних математичких техника, њихова запажања се могу комбиновати да би се опонашала резолуција једног телескопа са величином која је једнака размаку између два мања телескопа која су најудаљенија један од другог. Али чак и са материјалним уштедама од овог божанског инжењерског подвига, и даље бисмо говорили о милијарду трилиона метричких тона огледала – пристојном делу масе Земље. Волео бих да видим лице ванземаљца када добију тај задатак. (Под претпоставком да имају лице, тј.)
Само из забаве, рецимо да су наши радознали ванземаљски пријатељи некако направили одговарајући телескоп. И даље би се јављала друга питања, на пример како то усмерити у правом смеру. Само померање би био монументалан задатак. Још горе, морали би да га држе закључаним на нашем давно мртвом диносаурусу неко време да би добили пристојну изложеност. Потреба за праћењем циља није мали проблем јер је све у покрету: Земља се врти и окреће око Сунца; сунце се креће кроз галаксију; галаксија се креће кроз универзум; и галаксија ванземаљаца такође лети около. То привидно кретање је невероватно мало на тако огромним удаљеностима, али запамтите колико је апсурдно мали Т. рек појављује се! Са удаљености од 66 милиона светлосних година, а Т. рек прилично је слаб; на тој удаљености, чак и на сунце било би сувише слабо да би се видело коришћењем нечег попут свемирског телескопа Хуббле. Безброј небеских покрета би замрљао слику осим ако се на неки начин не исправи — и признајем да немам појма како да се изборим са тим. Било да је монолитно огледало или фенси интерферометријски низ, телескоп би био толико велик да би релативистички ефекти дошли у игру.
Све ово је помало чудно и забавно за петљање, али има астрономске последице у стварном свету. Један од циљева астрономије је да се направи телескоп довољно моћан да заиста види детаље као што су карактеристике површине и обрасци облака на удаљеним егзопланетама, оним далеким световима који круже око других звезда. Такав телескоп би морао да буде огроман, чак и да је интерферометар, али јесте технички могуће — визуелно решавање таквих детаља на планети величине Земље удаљеној 10 светлосних година, на пример, захтевало би телескопски низ који се протеже неколико стотина километара у пречнику. Нисмо спремни да то градимо сада, али за неколико деценија, можда.
Колико би било невероватно видети континенте на планети у другом звезданом систему? Само нам је потребна воља да то учинимо; већ имамо моћ мозга. На крају крајева, ми нисмо диносауруси.
