1781-ben, egy angol zeneszerző,
technológus és csillagász, William Herschel
észrevette, hogy egy objektum az égbolton
nem egészen úgy mozog, ahogy a többi csillag.
Herschel felismerése, hogy valami különbözik,
hogy valami nem stimmel,
egy bolygó felfedezését jelentette,
az Uránusz bolygóét,
melynek nevén jókat derültek
a gyermekek generációkon keresztül.
De ez a bolygó egycsapásra
megduplázta az addig ismert naprendszerünk méretét.
Csak az elmúlt hónapban a NASA
517 új bolygó felfedezését jelentette be,
melyek idegen csillagok körül keringenek.
Ezzel egy csapásra szinte megduplázódott
az eddig azonosított bolygók száma galaxisunkban.
A csillagászatot tehát folyamatosan alakítja
ez az adatgyűjtésre való képesség
és mivel az adatok évente duplázódnak,
a következő két évtizedben eljuthatunk
arra a pontra, a történelemben először,
amikor ismertté válik a legtöbb galaxis
az univerzumon belül.
De ahogy belépünk a nagy adatmennyiség korszakába,
egy különbözőséget kezdünk felfedezni:
a több adat nemcsak jobb,
a több adat más helyzetet teremt,
és ez átírhatja, hogy milyen kérdéseket akarunk feltenni.
A különbözőség pedig nemcsak az, hogy mennyi adatot gyűjtünk,
hanem, hogy az adatok új ablakokat nyitnak-e
az univerzumunkra,
másként tekintünk-e majd az égboltra.
Mi lesz tehát a következő ablak az univerzumunkra?
Mi lesz a csillagászat új fejezete?
Nos, bemutatok Önöknek néhány új eszközt és technológiát,
amit a következő két évtizedben fejlesztünk ki,
valamint, hogy ezen technológiák
az intelligens adatfeldolgozással együtt
újfent átalakíthatják a csillagászatot
egy ablak megnyitásával az univerzumunkra,
ez pedig az idő ablaka.
Miért az idő? Nos, az idő a kezdetekről
és a fejlődésről szól.
A naprendszerünk eredetéről,
arról, hogyan lépett működésbe,
hogy ez szokatlan vagy különleges volt-e bármilyen módon.
Az univerzumunk fejlődéséről is szól.
Miért tágul tovább az univerzumunk,
és mi az a rejtélyes sötét energia,
amely hajtja ezt a tágulást?
De először szeretném megmutatni, hogy a technológia
hogyan változtatja meg az égbolt vizsgálatát.
Képzeljék hát el, hogy
Észak-Chilében a hegyekben ülnek
és nyugatra néznek
a Csendes-óceán felé,
napfelkelte előtt néhány órával.
Ezt az éjszakai égboltot látnák,
gyönyörű látvány,
ahogy a Tejútrendszer éppen kikukucskál a horizont felett,
ugyanakkor ez egy statikus látvány,
és sok szempontból ilyennek gondoljuk az univerzumunkat:
örök és változatlan.
De az univerzum egyáltalán nem statikus.
Állandóan változik a másodpercektől
az évmilliárdokig terjedő időskálán.
Galaxisok egybeolvadnak, összeütköznek,
óránként több százezer mérföldes sebességgel.
Csillagok születnek, meghalnak
és felrobbannak, ilyen látványos "tűzijátékokban".
Ha visszatérhetnénk
a békés égboltunkhoz Chile felett,
és az idő múlásával
megnéznénk, hogyan változik az égbolt a következő egy év alatt,
a lüktetések, amiket látnak,
szupernóvák, utolsó maradványai egy haldokló csillagnak, amely
felrobban, fénylik, majd lassan eltűnik,
és mivel minden ilyen szupernóva
ötmilliárdszor fényesebb a mi napunknál,
nagy távolságból is láthatóak,
de csak egy rövid ideig.
Másodpercenként tíz szupernóva robban fel valahol
az univerzumunkban.
Ha hallhatnánk,
olyan lenne, mint egy pop-cornos zacskó pukkanása.
Ha a szupernóvákat kitakarjuk,
nemcsak a fényesség lenne más.
Az égbolt állandó mozgásban van.
Látják, egy sereg objektum nyüzsög az égbolton,
ezek aszteroidák, amelyek a Nap körül keringenek
és ezek a változások és mozgások,
valamint a rendszer dinamikái
teszik lehetővé, hogy modellezzük az univerzumot,
hogy megjósoljuk a jövőjét, és elmagyarázzuk a múltját.
De az előző évtizedben használt teleszkópokat
nem ilyen léptékű adatgyűjtésre tervezték.
A Hubble űrteleszkóp
az elmúlt 25 évben
rendkívül részletes képeket készített
az univerzum távoli vidékeiről,
de ha a Hubble segítségével próbálnánk leképezni
az égboltot, 13 millió egyedi felvételre lenne szükség
120 éven át, hogy ez sikerüljön.
Ez vezet el minket új technológiákhoz
és új teleszkópokhoz,
amelyek mélyebbre látnak,
hogy vizsgálhassák a távoli univerzumot,
és amelyek széles látószögűek,
hogy befogják az egész égboltot,
olyan teleszkópokhoz, mint a Nagy Égboltfelmérő Távcső
vagy rövidítve LSST,
ami párját ritkítóan unalmas név
a csillagászat történetének
legcsodálatosabb kísérletéhez képest,
ha úgy tetszik, bizonyíték arra,
hogy soha nem szabad engedni, hogy egy tudós vagy mérnök
bármit is elnevezzen, beleértve gyermekeinket is. (Nevetés)
Az LSST most épül.
Várhatóan az évtized végére kezd adatokat rögzíteni.
Bemutatom, hogyan fogja szerintünk
átalakítani az univerzum feltérképezését.
Az LSST egyetlen képe
felér 3000,
a Hubble űrtávcsővel készített képpel,
minden kép 3,5 fokos, azaz
a teleholdnál hétszer nagyobb látómezőt ad.
Hogyan lehetséges ilyen méretű képet előállítani?
Nos, a világ legnagyobb digitális kameráját kell megépíteni,
azzal a technológiával, ami megtalálható mobiltelefonok kamerájában,
vagy a bárhol megvásárolható digitális kamerákban,
csak ezúttal olyan nagyságrendben, hogy a képátló 1,7 m,
kb. akkora, mint egy Volkswagen Beetle,
és egy kép 3 milliárd pixeles lesz.
Így ha egy képet
teljes felbontásban szeretnénk nézni, egyetlenegy LSST képhez
1500 HD-tévé képernyőjére lenne szükség.
Az égbolt fényképezése során a kamera
húsz másodpercenként új felvételt készít,
folyamatosan pásztázva az égboltot,
így három naponta teljesen új képet kapunk
a Chile feletti égboltról.
Tervezett működési ideje alatt
40 milliárd csillagot és galaxist fog azonosítani,
így először fog megtörténni,
hogy több objektumot azonosítunk az univerzumunkban,
mint ahány embert a Földön.
Beszélhetnénk róla
a terabájtok, petabájtok
és a milliárdnyi objektum szempontjából,
de, hogy érzékeltessem az adatmennyiséget,
ami lejön erről a kameráról,
olyan ez, mintha minden eddig felvett TED előadást
egyszerre lejátszanánk a nap 24 órájában,
a hét minden napján, 10 éven át.
És hogy feldolgozzuk ezt az adatmennyiséget,
az összes beszédben felkutatnánk
minden új ötletet, minden új elképzelést,
a videó minden részét megvizsgálva,
hogy lássuk a váltásokat egyik pontról
a másikra.
Mindez átalakítja tudomány művelését,
a csillagászat művelését
olyan területté, ahol szoftverek és algoritmusok
feladata végigbányászni az adatokat,
ahol a szoftver éppolyan fontos a tudomány számára,
mint a teleszkópok és kamerák, amiket építünk.
Nos, több ezer felfedezést
fog eredményezni ez a projekt,
de csak kettőt említek
a kezdetekről és a fejlődésről szóló elméletek közül,
amelyeket átformálhat az ilyen mennyiségű adathoz
való hozzáférésünk.
Az elmúlt öt évben a NASA
több mint ezer bolygórendszert fedezett fel,
amelyek csillagok körül keringenek,
de ezek a megismert rendszerek
nem nagyon hasonlítanak a mi naprendszerünkhöz,
és az egyik kérdés, amivel szembesülünk,
hogy vagy nem voltunk elég alaposak,
vagy van valami különleges és szokatlan
abban, ahogy a naprendszerünk kialakult.
Ha el akarjuk dönteni ezt a kérdést,
részletesen meg kell ismernünk
és értenünk naprendszerünk történetét,
és a részletek kulcsfontosságúak.
Ha újra megnézzük az égboltot,
az aszteroidákat, amik ott nyüzsögnek,
ezek tulajdonképp a naprendszerünk romjai.
Az aszteroidák pozíciói
egy korábbi kor ujjlenyomatai,
amikor a Neptunusz és a Jupiter
sokkal közelebb volt a Naphoz,
és ezek az óriási bolygók a naprendszerünkön keresztülvándorolva
szétszórták maguk után az aszteroidákat.
Az aszteroidák tanulmányozása tehát
olyan, mint a helyszínelés,
mintha a naprendszerünk lenyomatát vizsgálnánk,
de ehhez szükséges a távolság,
és a távolságot a mozgásból kapjuk meg,
a mozgást pedig az idő ismeretében kapjuk meg.
Milyen információt mond ez nekünk?
Nos, nézzék a kis sárga aszteroidákat,
ahogy átsuhannak a képernyőn.
Ezek mozognak a leggyorsabban,
mert ezek vannak legközelebb hozzánk, a Földhöz.
Ezekre egy nap űrhajót küldhetünk,
hogy ásványokat keressünk rajtuk,
de ezek az aszteroidák egy nap
becsapódhatnak a Földbe,
mint 60 millió évvel ezelőtt
a dinoszauruszok kihalásakor,
vagy nem olyan rég a múlt század elején,
amikor egy aszteroida
közel 2600 négyzetkilométert pusztított el a szibériai erdőből,
vagy éppen tavaly, amikor felrobbant egy Oroszország fölött,
egy kisebbfajta nukleáris bomba energiáját felszabadítva.
A naprendszerünk lenyomatának tanulmányozása során
nemcsak a múltról szerezhetünk ismereteket,
hanem a jövő is megjósolható, beleértve saját jövőnket.
Amikor megkapjuk a távolságot,
az aszteroidákat egyre inkább természetes környezetükben látjuk,
csillag körüli pályán.
Minden pont ezen a képernyőn
egy valódi aszteroida.
A pályáját az égbolton történő mozgásából számítják ki.
A színek az aszteroidák összetételét tükrözik,
száraz és sziklás a közepén,
vízben gazdag és primitív kőzetű a széleknél.
A vízben gazdag aszteroidák hozhatták létre
a bolygónkon található óceánokat és tengereket,
amikor a Földbe csapódtak egy korábbi korszakban.
Mivel az LSST nem csak szélesebb,
de halványabb kép befogadására is képes,
látni fogjuk ezeket az aszteroidákat
jóval túl a naprendszerünk belső részén,
aszteroidákat túl a Neptunusz ás a Mars pályáján,
üstökösöket és aszteroidákat,
amelyek csaknem fényévnyi távolságra lehetnek a Naptól.
Ahogy növeljük e kép részletességét
tízszeresről százszorosra,
olyan kérdésekre kapunk választ,
hogy vannak-e bolygók a Neptunusz pályáján kívül,
észlelni tudjuk Földdel ütköző aszteroidákat
jóval azelőtt, hogy veszélyt jelentenének,
és talán feltárjuk, hogy
a Nap önállóan keletkezett-e vagy csillaghalmazban,
és hogy esetleg ezek a testvércsillagok
hatással voltak-e a naprendszerünk keletkezésére,
és ez lenne az egyik oka, amiért oly ritka a miénkhez hasonló naprendszer.
Távolság és változások az univerzumban --
a távolság egyenletbe állítható az idővel,
ahogy az égbolton történő változások is.
Ha fél méterrel messzebb tekintünk,
vagy egy fél méterrel távolabbi objektumot vizsgálunk,
a másodperc egy milliárdod részével messzebb tekintünk a múltba,
és ez a szemlélet, hogy a múltat látjuk
forradalmasította az univerzumról alkotott nézeteinket,
nem egyszer, többször is.
Először 1929-ben,
amikor egy csillagász, Edwin Hubble
bebizonyította, hogy a világegyetem tágul,
ebből következett az ősrobbanás-elmélet.
A megfigyelések egyszerűek voltak,
mindössze 24 galaxis
és egy kézzel rajzolt ábra.
De az elgondolás, hogy minél távolabb van egy galaxis,
annál gyorsabban távolodik,
elegendő volt a modern kozmológia kialakulásához.
70 évvel később pedig
két kutatócsoport bebizonyította,
hogy a világegyetem nemcsak tágul,
hanem gyorsul is,
mintha feldobnánk egy labdát,
és meglepetésre azt látnánk, hogy minél magasabbra ér,
annál gyorsabban mozog.
Ezt úgy bizonyították be,
hogy megmérték a szupernóvák fényességét,
valamint, hogy a fényességük
hogyan csökken a távolsággal.
Ezek a megfigyelések komplexebbek voltak.
Új technológiákat, új teleszkópokat igényeltek,
mert a szupernóvák olyan galaxisokban voltak,
amelyek 2000-szer messzebb vannak
a Hubble által megfigyelt galaxisoktól.
Három év alatt csak 42 szupernóvát találtak,
mert szupernóva-robbanás
csak 100 évente történik egy galaxisban.
Három év alatt 42 szupernóva,
több ezer galaxist átkutatva.
És amikor elkészültek az adatgyűjtéssel,
ez lett az eredmény.
Lehet, hogy nem túl lenyűgöző,
de így néz ki egy forradalom a fizikában:
egy vonal, amely felvázolja egy szupernóva fényességét
11 milliárd fényév múlva,
és néhány pont, amely nem illik a vonalba.
Az apró változások nagy következményeket idézhetnek elő.
Az apró változások utat nyitnak felfedezésekhez,
mint a Herschel által felfedezett bolygó.
Az apró változások gyökeresen felforgatják
az univerzumról alkotott tudásunkat.
Szóval 42 szupernóva, egészen halvány
tehát egészen távol,
arra utal, hogy az univerzum nem csak tágul,
hanem ez a tágulás gyorsul,
felfedve univerzumunk egyik alkotóelemét,
amelyet sötét energiának neveztek el.
Ez az alkotóelem hajtja a tágulást,
és 68%-át teszi ki jelenleg
az univerzum összenergiájának.
Milyen lesz a következő forradalmi változás?
Mi a sötét energia és miért létezik?
Ezek a vonalak különböző modelleket mutatnak
a sötét energia magyarázatára,
annak tulajdonságait mutatva.
Mindegyik konzisztens a 42 ponttal,
de a mögöttük lévő elgondolások
markánsan különböznek.
Néhányan úgy gondolják, hogy a sötét energia
változik az idővel,
vagy hogy a tulajdonságai
attól függnek, hol nézünk az égboltra.
Mások a fizikával kísérleteznek
szubatomi szinten,
vagy nagyban gondolkodnak,
és kutatják a gravitáció és az általános relativitáselmélet működését,
vagy azt mondják, az univerzum csak egy a sok közül,
része a rejtélyes multiverzumnak,
de mindegyik elgondolás, mindegyik elmélet
lenyűgöző, némelyik beismerten kissé meredek,
de mindegyik konzisztens a 42 ponttal.
Milyen felismeréseket remélhetünk hát
az elkövetkezendő évtizedben?
Képzeljék el, hogy adok Önöknek egy pár dobókockát,
és azt mondom, nézzék meg, hogy a dobókockák
cinkeltek-e vagy valódiak.
Egy gurítással keveset tudunk meg,
de minél többször dobunk,
annál több adathoz jutunk,
és annál magabiztosabbak lehetünk
nem csak abban, hogy cinkeltek-e vagy valódiak,
hanem abban is, hogy milyen mértékben és milyen módon.
Három év alatt csak 42 szupernóvát találtak,
mert a teleszkópok, amiket építettünk,
az égboltnak csak egy részét tudták felmérni.
Az LSST-vel három naponta teljesen új képet kapunk
a Chile feletti égboltról.
Működése első éjszakáján
tízszer több szupernóvát talál,
mint amennyivel dolgoztak a sötét energia felfedezésekor.
Ez a szám 1000-rel fog nőni
az első négy hónapban:
1,5 millió szupernóva a felmérés végére,
minden szupernóva egy gurítás a dobókockával,
minden szupernóva teszteli, melyik sötét energia-elmélet
konzisztens és melyik nem az.
A szupernóvák adatait
a kozmológia más méréseivel egyesítve
fokozatosan kizárhatjuk a különböző elképzeléseket
és elméleteket a sötét energiáról,
amíg remélhetőleg a felmérés végén, 2030 körül
úgy gondoljuk, hogy
egy elmélet az univerzumunkról
egy alapelmélet az univerzumunk fizikájáról
ki fog bontakozni.
Sok szempontból a kérdések, amiket feltettem
a valóságban a legegyszerűbb kérdések.
Lehet, hogy nem tudjuk a választ,
de legalább tudjuk, hogyan tegyük fel a kérdést.
De ha több tízezer galaxis átvizsgálása
42 szupernóvát derített fel,
ami gyökeresen felforgatta az univerzumunkról alkotott tudásunkat,
akkor, ha több milliárd galaxissal dolgozunk majd,
hányszor fogunk még találni olyan
42 pontot, ami nem illeszkedik a várakozásainkhoz?
Mint a Herschel által felfedezett bolygó
vagy a sötét energia
vagy a kvantummechanika vagy az általános relativitáselmélet,
mind olyan elgondolások, amelyek úgy születtek,
hogy az adat nem egészen illeszkedett a várakozásainkhoz.
Ami igazán izgalmas a következő évtized
csillagászati adataiban,
hogy nem tudjuk, hány válasz
vár odakint,
válaszok a kezdetekről és a fejlődésről.
Hány válasz van odakint,
amelyhez nem tudjuk a kérdéseinket
sem feltenni.
Köszönöm.
(Taps)