Et ekspanderende univers og fjerne stjerner - tips til, hvordan du oplever kosmologi fra din baghave

For folk som mig, lysår, det ekspanderende univers og Big Bang er en del af det daglige sprog.

Du kan opfatte disse som fjerne og abstrakte begreber, bedst overlades til professionelle astronomer med million-dollar teleskoper.

Eller måske ikke. Jeg tror, ​​du kan opleve kosmologi fra din baghave, bare ved at se på nattehimlen eller bruge en amatørastronoms teleskop.

Rummet kan være ufatteligt stort, men du kan opleve og måle det selv. Du kan endda måle, at universet udvider sig.

Her er nogle tips til, hvordan du kommer dertil.

Tip 1:slå op, og forestille sig

Se på nattehimlen. Der er masser af stjerner, men meget af himlen er mørk, og det fortæller os noget meget vigtigt.

Forestil dig et uendeligt stort og gammelt univers fyldt med stjerner. Rejs i enhver retning, og til sidst, du vil løbe ind i en stjerne. I dette univers, en imaginær Jords nattehimmel ville ikke være mørk – den ville være spektakulært lys.

Dette er Olbers' paradoks, som har flere flugtklausuler. Et begrænset univers er ét. Et andet er et univers med en begrænset alder, så lyset fra fjerne objekter ikke har haft tid til at nå os.

Uden selv at gribe et teleskop, vi har lavet noget baghavekosmologi. Den mørke himmel, vi ser fra Jorden, antyder universets begrænsede alder.

Tip 2:Fang stjernerne

Grib nu dit teleskop. Smukke billeder af stjerner kan tages med et teleskop og kamera på en ækvatorial montering, som kan spore stjerner, når de ser ud til at bevæge sig hen over himlen. Teleskoper på ækvatorialmonteringer kan koste mindre end A$1, 000 (selvom himlen virkelig er grænsen med astronomisk sæt).

Et ækvatorialbeslag er anderledes end dit typiske kamerastativ, da den har en akse på linje med Jordens rotationsakse. Beslaget kan spore stjerner ved kun at dreje én akse, og er bogstaveligt talt en mekanisk model af den roterende jord.

Sammenlignet med dit øje ved okularet, et teleskop og et kamera på en ækvatorial montering kan afsløre mere af universet. Med dine øjne kan du se, men med et kamera kan du måle, at forvandle dit teleskop til en kosmologimaskine.

Tip 3:se stjernepositioner

Hvor langt væk er stjernerne? Selv små teleskoper giver spor.

Mens Jorden rejser rundt om Solen, retningen til nærliggende stjerner vil ændre sig. De nærmeste stjerner ser ud til at bevæge sig frem og tilbage i forhold til fjernere himmellegemer.

Dette er parallakse, og det er lidt som at bruge vores to øjne til at opfatte afstand, undtagen ved brug af teleskopiske observationer adskilt af diameteren af ​​Jordens kredsløb om Solen (300 millioner km).

Hvis de nærmeste stjerner var placeret 12, 000 gange Jord-sol-afstanden (1, 800 milliarder km), deres positioner på himlen ville ændre sig med en hundrededel af en grad.

Det lyder lille, men dette er omtrent det samme som Jupiters vinkelstørrelse, og ville være let at se med et baggårdsteleskop. I stedet, selv de nærmeste stjerner er så langt væk, at det er en reel udfordring for baggårdsastronomer at måle deres afstande.

Nogle af de nærmeste stjerner er nemme at finde, men stadig ufatteligt fjerne. Alpha Centauri, den lyseste af "The Pointers" nær Southern Cross, er et par stjerner, hvis afstand fra os er 270, 000 gange Jord-sol afstanden.

Sirius, den klareste stjerne på himlen, er en smule længere ved 540, 000 gange Jord-sol afstanden.

Med et teleskop, kamera, og lidt historie, du kan forstå, at nogle stjerner er endnu længere.

Tip 4:se stjernens lysstyrke

I 1908, Den amerikanske astronom Henrietta Swan Leavitt opdagede, at stjerner kendt som cepheider varierer i lysstyrke med en periode, der afhænger af deres lysstyrke, eller hvor lyse de er. Jo længere periode, jo lysere er stjernen. Cepheids became the tool that allowed astronomers to measure distances to galaxies.

You can see the brightest Cepheids in the Large Magellanic Cloud, which is 160, 000 light years away from Earth, with a telescope and eyepiece. With a camera, you can take images over time to measure Cepheids getting brighter and fainter, just as Henrietta Swan Leavitt did a century ago.

In 1923, Edwin Hubble detected a Cepheid in the Andromeda "nebula" and realised that Andromeda is another galaxy, containing many billions of stars. He concluded that the universe is vast and full of such galaxies.

With a telescope, a modern DSLR camera (or CCD) and long exposures at a dark site, you can spot the very star Hubble used to make his momentous discovery. A star so far away, its light takes two million years to reach us.

Tip 5:measure shifted light

The expanding universe may be one of the strangest of cosmological discoveries. Most galaxies across the universe are rushing away from us and each other.

How can you measure the speed of galaxies across the vastness of space? With a speed camera, of course.

A speed camera on Earth measures the Doppler shift of light bounced off a speeding car. We cannot bounce light off a galaxy, but we can measure the Doppler shift of light emitted by particular elements and molecules.

Hydrogen is the most abundant element in the universe, and it produces a very distinctive spectrum of light. We can see this spectrum in celestial objects if we add a diffraction grating to our telescope.

If we take spectra of quasars, some of the most luminous yet distant of astronomical objects, we can see the spectrum of hydrogen. But the emission lines are Doppler-shifted to redder colours (wavelengths) by the expanding universe.

Quasar 3C 273 is so bright that a 15cm telescope can detect the hydrogen alpha line in its spectrum in one hour. On Earth the hydrogen alpha has a wavelength of 0.66 microns, but for 3C 273 this line is shifted to 0.76 microns.

So what speed does 3C 273 clock? 47, 000 kilometres every second!

You can observe the expanding universe, with your own telescope.

Cutting-edge cosmology may require the Hubble Space Telescope, LIGO and the Square Kilometre Array. But if you're organised, motivated, and have the budget for a few key items, you can be a backyard cosmologist.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.