Глядя в небо в ясную безлунную ночь, Вы можете увидеть две тысячи звезд. Во втором веке до н.э. Гиппарх, древнегреческий астроном, глядя в небо, увидел те же звезды. Гиппарх тратил годы на тщательные наблюдения, и стал одним из первых людей, кто создал карту неба. Используя эту карту а также наблюдения, сделанные древними вавилонцами, он обнаружил интересный факт - если Вы смотрите на позиции звезд в первый день весны каждого года, они немного смещаются относительно предыдущего года. Его открытие является одним из величайших открытий в истории астрономии. Но оно бы не согло быть сделано без его карты.

Сегодня астрономы близки ко многим другим впечатляющим открытиям. Они обнаружили объекты, называемые квазарами, размером с Солнечную Систему, но ярче чем вся галактика - наиболее отдаленные объекты во Вселенной. Они обнаружили слабые звезды, названные коричневыми карликами - потерянное звено в эволюции звезд. И они создают карту всей Вселенной, которая могла бы пролить свет на ее присхождение пятнадцать миллиард лет тому назад. Но подобно Гиппарху, современные астрономы не могут делать эти открытия без точной карты. Спустя несколько лет, проект Sloan Digital Sky Survey создаст наиболее детализированную карту в истории астрономии, такую карту, которую будут использовать астрономы в течение десятилетий.

Обсерватория Тико Браге

История небесных исследований

Исследования неба проводятся с давних пор и привели к некоторым наиболее важным открытиям в астрономии. Следующее крупное исследование неба не начиналась вплоть до 1700 лет после Гиппарха. Тихо Браге, датский дворянин шестнидцатого столетия, изучал движения планет из своей собственной обсерватории. Браге и его ассистенты вели наблюдения невооруженым глазом с помощью большого секстанта - прибора, использовавшегося моряками для ориентирования по звездам. Исследования Браге продолжились десятилетия, и были самыми точными среди всех, что проводились прежде. После смерти Браге результаты его исследований были переданы его ассистенту, Иоганну Кеплеру. Используя эти результаты, Кеплер обнаружил, что все планеты вращаются вокруг Солнца по орбитам в форме эллипса, тем самым опровергая теорию о том, что Земля – это центр Вселенной. Позже Кеплер вывел три знаменитых закона о движении планет. Его труды, полностью основанные на карте Браге, являются одними из интеллектуальных достижений, венчающих науку.

В течение трехсот лет после исследований Кеплера, астрономы думали, что Вселенная состоит только из звезд нашего Млечного Пути, а слабые и нечеткие загадочные объекты они назвывали "nebulae" - туманностями. Большинство астрономов верили, что эти объекты были разбросаны среди звезд. Позже было обнаружено, что большинство из них на самом деле были независимыми галактиками, лежащими в сотнях миллионов световых лет от Земли. Ранние телескопы были не в состоянии различить отдельные звезды в этих удаленных галактиках, поэтому они казались лишь небольшими смутными звездами в небе.

Наша Галактика Млечный Путь, обнаруженная SDSS, была аналогична этой.

В 1917 был построен новый телескоп на горе Wilson в Калифорнии. Этот телескоп был самым большим из когда-либо постоенных в мире, и с его помощью астрономы получили качественнр новое понятие нашего места во Вселенной и обнаружили, что многие туманности были другими галактиками, подобными нашему Млечному Пути. Последующие карты показывали, что Вселенная содержала сотни миллиардов галактик. Менее чем за десятилетие после этого удивительного открытия астрономы обнаружили другое, еще более удивительное: Вселенная не только состоит из миллиардов других галактик, но также расширяется и изменяется со временем.

Расширяющаяся Вселенная

В течение двух тысяч лет никто и не догадывался, что Вселенная могла расширяться. Астрономы и философы Древней Греции представляли Вселенную как реализацию совершенства. Небо было воистину небесным - вечное, неизменяемое, и геометрически совершенное. В начале семнадцатого века Исаак Ньютон, открыл закон притяжения, показывающий, что движение в небе может быть объяснено используя все те же законы, что и для движения на Земле.

Тем не менее, Ньютон столкнулся с проблемой, когда он попытался приложить свой закон притяжения к целой Вселенной. Так как гравитация всегда притягивает, то следуя его закону должно получиться, что вся материя во Вселенной должна конечном счете собраться в один большой шар. Ньютон понимал, что такого не может быть, и посчитал, что Вселенная должна быть статичной, предполагая, что Создатель устанавливал звезды так, чтобы они находились "на огромных расстояниях друг от друга".

Теория относительности Альберта Эйнштейна является основой для наших моделей пространства и времени.

В 1916 Альберт Эйнштейн столкнулся с той же проблемой, которую решал Ньютон. Эйнштейн только что завершил свою Общую Теорию Относительности, которая объясняла гравитацию с иной стороны, нежели закон Ньютона. Подобно теории Ньютона, из Теории Общей Относительности Вселенная должна была превратиться в шар. Поскольку Эйнштейн допускал, что Вселенная может быть статичной, он добавил постоянную к своим уравнениям, которая описывала поведение гравитации на очень больших расстояниях. Несколько годами позднее было заметмечено, что уравнение Эйнштейна имело и другое решение, в котором Вселенная должна была бы расширяться, но Эйнштейн продолжал работать с константой, полагая, что Вселенная статична.

Позже, в 1924, Эдвин Хаббл в Обсерватории Карнеги создал новую карту. Он использовал новый телескоп на Калифорнийской горе Wilson, чтобы наблюдать серию удаленных галактик, и обнаружил, что свет из этих галактик смещен - световые волны были растянуты подобно звуковым волнам проехавшей мимо машины с сиреной. Хаббл обнаружил, что чем дальше галактика, тем больше этот сдвиг. Наблюдение Хаббла показывало, что Вселенная расширялась, начиная с момента, назваваемого Большим Взрывом, около пятнадцати миллиардов лет тому назад. Когда Эйнштейн услышал об открытии Хаббла, он понял, что его уравнения предсказывали расширяющуюся Вселенную, и назвал свою константу как "большую грубую ошибку." Сегодня идея расширяющейся Вселенной - основа для всей современной астрономии.

Что значит создать карту звездного неба?

Со времени Хаббла было проведено еще несколько исследования неба. Но в основном астрономические исследования фокусировались на наблюдении индивидуальных объектов, часто выбираемых по тому, насколько они необычны. Выбирая необычные объекты, астрономы пытались наблюдать и распределять большое разнообразие явлений, чтобы обнаружить и ограничить пределы исследований. Но некоторые астрономы, использовавшие этот научно-исследовательский метод, обнаруживали, что вычисления, которые они применяли, были просты и в тоже время очень сложны. Например, они обнаружили, что особенно трудно определить степень расширения Вселенной (так называемую константу Хаббла), плотность Вселенной как группы галактик, и даже из чего в основном состоит материя Вселенной. Причины этих трудностей ясны: астрономы имели слишком небольшое количество данных. Все равно, что если бы они пытались изучать океаны, видя только небольшую часть Северного Атлантичесого океана. Астрономы понимали, что настало время для другой карты, которая могла бы вмещать большую часть неба на расстояниях вплоть до нескольких миллиардов световых лет. Теперь, когда технология стала достаточно развитой, эта карта создается в проекте Sloan Digital Sky Survey.

Что же подразумевается, когда мы говорим, что SDSS будет отображать Вселенную? Что касается SDSS, отображение означает измерение позиций и свойств всех сотен миллионов небесных объектов, которые телескоп может фиксировать над одной четвертью северного неба. Для того, чтобы находить эти объекты, астрономы SDSS должны сначала использовать телескопы, чтобы сделать снимок неба над всем обследуемым районом. После первых наблюдений почти все объекты могут быть разделены на типы, например, звезды, галактики, и квазары. Эта съемка также точно измеряет позиции объектов. В некотором роде съемка - это карта неба: она сообщает астрономам куда надо смотреть, чтобы найти любой из объектов. Но астрономы заинтересованы в измерении расстояния до этих объектов для того, чтобы получить полный трехмерный снимок Вселенной.

Измерение расстояния представляет особый интерес для исследователей космоса, которые изучают зарождение и структуру Вселенной. Чтобы определять расстояния до небесных объектов, астрономы SDSS должны исследовать каждую обнаруженую галактику и наблюдать ее инструментом, так называемым спектрографом, проще говоря, гигантской призмой, которая разделяет свет на составляющие цвета. Спектрограф анализирует для каждого цвета сколько его излучается объектом. С тех пор как Вселенная расширяется, длина волны света, исходящего из галактики растягивается по мере движения. Это растяжение названо красным смещением (redshift) света. Измеряя смещение для каждой галактики, астрономы могут определить расстояние до галактики и сделать полную трехмерную карту размещения галактик. Технология Sloan Digital Sky Survey способна измерить расстояния до 600 галактик менее чем за час. В течение пяти лет будут измерены расстояния более чем до миллиона галактик.

Спектр галактики, который показывает сколько галактика выделяет долей цвета. Этот спектр смещен относительно того, каким он должен быть на Земле. Число "z" внизу изображения показывает степень смещения.

Будущее астрономии

От убеждения, что Земля является центром Вселенной до понимания, что наше Солнце - просто одна из сотен миллиардов звезд, из которых состоит Млечный Путь, знания человечества совершили путешествие от Античности до Ренессанса. И подобно знаменитым исследователям Ренессанса, астрономы в начале прошлого столетия осмелились зайти еще дальше чем когда-либо, и обнаружили Вселенную более далекую, чем кто-либо прежде мог бы представить. Астрономы двадцатого столетия обнаружили черные дыры, затаившиеся в центре галактик, звезд с массой равной горе, сжатой в кубик сахара, взрывающиеся звезды, и квазары - гиганты, сияющие маяки, излучающие больше света, чем 1000 Млечных Путей.

Точно так же, как на смену ботаникам, географам, геологам, и исследователям пришли выдающиеся европейские ученые, которые тщательно и систематически изучали "Новый Мир", сегодня астрономы сменили астрономических исследователей последнего столетия, тщательно и систематическ исследуя небо.

Тем не менее Вселенная, не спешит раскрыть все свои секреты. Sloan Digital Sky Survey сочетается с кропотливой работой астрономов. Астрономы использует данные из SDSS, чтобы обнаружить разные удивительные открытия втечение многих лет.