Următoarea fereastră către univers

Date masive sînt peste tot, chiar și pe cer. Astronomul Andrew Connolly ne informează despre volumul imens de date culese despre universul nostru cu chip mereu schimbător. Dar oare cum culeg oamenii de știință atîtea imagini pe măsura universului? Totul începe cu un telescop uriaș.

În 1781 un compozitor, tehnolog
și astronom englez, William Herschel,

a observat pe cer un obiect care se mișca
puțin altfel decît celelalte stele.

Observînd că ceva e altfel,
că ceva nu e tocmai în regulă,

Herschel a descoperit
o planetă nouă, planeta Uranus.

Numele ei a amuzat generații de copiii
[sună ca „your anus”, „anusul tău”],

dar planeta a dublat peste noapte
dimensiunea sistemului solar cunoscut.

Luna trecută NASA a anunțat
descoperirea a 517 planete noi

în jurul unor stele învecinate,

aproape dublînd peste noapte numărul
de planete cunoscute din galaxia noastră.

Așadar astronomia se transformă constant
prin capacitatea de a colecta date.

Cum datele aproape că se dublează anual,

e posibil ca peste două decenii
să ajungem pentru prima dată în istorie

să descoperim majoritatea
galaxiilor din univers.

Dar intrînd în epoca datelor masive
începem să constatăm o diferență

între datele multe care sînt doar mai bune
și datele multe care sînt diferite,

capabile să ne schimbe întrebările.

Iar diferența nu o dă
cantitatea de date colectate,

ci puterea datelor de a deschide
noi ferestre către univers,

puterea lor de a ne schimba
perspectiva asupra cerului.

Dar care e următoarea
fereastră către univers?

Ce capitol de astronomie urmează?

Vă voi arăta cîteva unelte și tehnologii
pe care le vom crea în următorul deceniu

și cum vor reuși ele, împreună cu
prelucrarea inteligentă a datelor,

să transforme din nou astronomia
deschizînd o nouă fereastră spre univers,

fereastra timpului.

De ce a timpului?

Timp înseamnă origine, înseamnă evoluție,

originea sistemului solar,
cum a apărut sistemul nostru solar.

Este el neobișnuit
sau deosebit în vreun fel?

Înseamnă evoluția universului nostru.

De ce continuă universul să se dilate?

Și ce e misterioasa energie întunecată
care produce dilatarea?

Dar mai întîi vreau să vă arăt

cum urmează tehnologia să schimbe
felul în care ne uităm la cer.

Imaginați-vă că vă aflați în Chile,
în munții din nordul țării,

și priviți spre vest, spre Pacific,
cu cîteva ore înainte de răsărit.

Iată cum arată cerul pe care l-ați vedea.

E o priveliște superbă, cu Calea Lactee
ieșind doar puțin deasupra orizontului.

Dar e o priveliște statică.

În multe privințe așa percepem universul:
etern și neschimbător.

Dar universul numai static nu este.

Se schimbă continuu pe intervale
de la secunde la miliarde de ani.

Galaxiile se unesc, se ciocnesc
la sute de mii de kilometri pe oră.

Stelele se nasc și mor,
explodează în spectacole fantastice.

Dar să ne întoarcem
la cerul calm din Chile

și să dăm timpul înainte

să vedem cum se va schimba
cerul într-un an.

Fiecare lumină pe care o vedeți sclipind
e o supernovă,

ultimele resturi ale unei stele muribunde

care explodează,
luminează brusc și apoi dispare.

Aceste supernove sînt fiecare

de 5 miliarde de ori mai luminoase
decît Soarele nostru.

Le vedem de la mare distanță,
dar numai un timp scurt.

În fiecare secundă explodează
zece supernove undeva în univers.

Dacă le-am putea auzi ar suna
ca o pungă de floricele pocnind în tigaie.

Acum să stingem supernovele.

Nu numai strălucirea se schimbă.

Cerul e în mișcare continuă.

Puzderia de obiecte
pe care le vedeți curgînd pe cer

sînt asteroizi pe orbite
în jurul Soarelui.

Folosind schimbările acestea,
mișcările și dinamica sistemului

putem să construim modele ale universului,

să-i prezicem viitorul
și să-i explicăm trecutul.

Dar telescoapele pe care le-am folosit
în ultimul deceniu

nu sînt proiectate să capteze date
la o asemenea scară.

Telescopul spațial Hubble
a produs în ultimii 25 de ani

imagini dintre cele mai detaliate
ale universului îndepărtat.

Dar dacă l-am folosi
pentru a crea o imagine a cerului

ne-ar trebui
13 milioane de fotografii distincte,

adică vreo 120 de ani
pentru o singură imagine a cerului.

Asta ne conduce spre tehnologii noi
și telescoape noi

cu sensibilități mari
ca să vadă universul îndepărtat,

cît și cu unghiuri de vedere largi
ca să capteze cerul cît mai rapid posibil,

ca Marele Telescop de Explorare Sinoptică
[abreviere în engleză: LSST]

probabil cea mai anostă denumire posibilă

pentru unul din cele mai fascinante
experimente din istoria astronomiei.

E dovada clară, dacă mai era nevoie,

că oamenii de știință și inginerii
nu trebuie lăsați să dea nume,

nici măcar copiilor.
(Rîsete)

Noi construim LSST.

Sperăm că va colecta primele date
pînă la sfîrșitul deceniului.

Vă voi arăta cum credem noi

că ne va transforma
perspectiva asupra universului.

O imagine luată de LSST

e echivalentă cu 3000 de imagini
de la telescopul spațial Hubble.

Fiecare imagine reprezintă 3,5° din cer,
de 7 ori diametrul lunii pline.

Dar cum putem capta imagini atît de mari?

Ei bine, construim cel mai mare
aparat foto digital din istorie,

folosind aceeași tehnologie
din camerele telefoanelor mobile

sau din aparatele foto
cumpărate de la magazin,

dar mare de circa 1,7 m în diametru,

cam cît o Broscuță Volkswagen.

Fiecare imagine are 3 miliarde de pixeli.

Ca să vezi o imagine la rezoluție maximă,
o singură imagine de la LSST,

îți trebuie cam 1500 de ecrane TV
de înaltă rezoluție.

Această cameră va fotografia cerul
o dată la fiecare 20 de secunde,

explorînd treptat cerul

încît după fiecare trei nopți vom obține
o vedere completă a cerului din Chile.

Pe durata misiunii telescopului

acesta va detecta
40 de miliarde de stele și galaxii.

Va fi prima dată cînd vom fi detectat
mai multe obiecte în univers

decît oameni pe Pămînt.

V-aș putea povesti despre teraocteți
și petaocteți și miliarde de obiecte,

dar, ca să vă faceți o idee,
fluxul de date produs de această cameră

e echivalent cu a reda toate prezentările
de la TED înregistrate vreodată

simultan, 24 de ore pe zi,

7 zile pe săptămînă, vreme de 10 ani.

Iar prelucrarea datelor echivalează

cu a căuta în toate prezentările
fiecare idee nouă și fiecare noțiune nouă

și a te uita la fiecare secvență video
pentru a vedea diferențele dintre cadre.

Iar asta schimbă felul în care
facem cercetare, în care facem astronomie.

Acum softul și algoritmii
trebuie să sape printre aceste date,

softul devine la fel de esențial
pentru știință

ca telescoapele și camerele
pe care le-am construit.

Mii de descoperiri
se vor face în acest proiect,

dar mă voi limita la două idei
despre origine și evoluție

care se vor schimba
în urma accesului la atît de multe date.

În ultimii cinci ani NASA a descoperit

peste 1000 de sisteme planetare
în jurul stelelor învecinate.

Dar sistemele pe care le găsim
nu prea seamănă că sistemul nostru solar.

Una din întrebările care se ridică
e dacă n-am căutat noi bine

sau dacă sistemul nostru solar
s-a format într-un mod aparte, neobișnuit.

Ca să răspundem la această întrebare

trebuie să cunoaștem și să înțelegem
istoria sistemului solar în detaliu.

Detaliile sînt cruciale.

Acum să ne uităm din nou la cer,
la asteroizii care străbat cerul.

Acești asteroizi sînt un fel de resturi
ale sistemului solar.

Pozițiile asteroizilor sînt un fel de
amprentă a unui timp trecut,

cînd orbitele lui Neptun și Jupiter
erau mult mai apropiate de Soare.

În migrația lor prin sistemul solar

planetele gigantice au împrăștiat
asteroizii din calea lor.

Studiul asteroizilor e un fel de cercetare
criminalistică asupra sistemului solar.

Dar pentru asta avem nevoie de distanță.

Distanța o obținem din mișcare,
iar mișcarea ne-o dă accesul la timp.

Ce aflăm?

Uitați-vă la asteroizii galbeni
care roiesc pe ecran.

Aceștia sînt asteroizii cei mai rapizi

pentru că sînt cei mai apropiați
de noi, de Pămînt.

Spre ei poate vom trimite nave spațiale
cîndva, pentru a exploata minereuri,

dar tot ei sînt asteroizii care cîndva
poate vor lovi Pămîntul,

ca acum 60 de milioane de ani
cînd au dispărut dinozaurii

sau ca la începutul secolului XX

cînd un asteroid a pustiit
peste 2000 km² de pădure siberiană

sau chiar anul trecut cînd un asteroid
a explodat deasupra Rusiei

generînd energia unei bombe nucleare mici.

Studiind „criminalistic” sistemul solar
nu descoperim doar trecutul,

ci în plus putem prezice viitorul,
inclusiv viitorul nostru.

Cînd vom afla distanța

vom vedea asteroizii în habitatul lor
natural, pe orbită în jurul Soarelui.

Fiecare punct pe care îl vedeți
în această reprezentare

este un asteroid real.

Orbita lui a fost calculată
din mișcarea lui pe cer.

Culorile arată compoziția asteroizilor:

uscați și pietroși spre centru,
bogați în apă și primitivi spre margine.

Aceștia bogați în apă poate au dat naștere
mărilor și oceanelor de pe planeta noastră

cînd au bombardat-o într-o fază timpurie.

Cum LSST va avea și o sensibilitate mare
pe lîngă deschiderea unghiulară,

vom vedea și asteroizii aflați departe
de zona interioară a sistemului solar,

pînă la cei de dincolo de orbitele
lui Neptun și Marte,

poate pînă la comete și asteroizi
la aproape 1 an-lumină de Soare.

Pe măsură ce creștem nivelul de detaliu
din imagine de 10 ori pînă la 100 de ori,

vom putea afla de exemplu dacă există
dovezi pentru planete dincolo de Neptun,

vom găsi asteroizi în drum spre coliziune
cu Pămîntul înainte să fie periculoși,

vom afla poate dacă Soarele s-a format
singur sau într-un grup de stele

și atunci dacă frații stelari ai Soarelui
au influențat formarea sistemului solar,

ceea ce ar putea explica de ce sistemele
solare ca al nostru sînt atît de rare.

Distanța și schimbările din univers...

Distanța echivalează cu timpul
și cu schimbările de pe cer.

Cu fiecare 30 cm de distanță de la care
ne uităm la un obiect mai îndepărtat

vedem cu o miliardime de secundă
înapoi în timp.

Ideea aceasta de a privi înapoi în timp
ne-a revoluționat noțiunile despre univers

nu doar o dată, ci de mai multe ori.

Prima dată a fost în 1929,

cînd un astronom pe nume Edwin Hubble
a arătat că universul se dilată,

ceea ce a dus la ideea de Big Bang.

Observațiile au fost simple:

doar 24 de galaxii

și un desen făcut de mînă.

Dar simpla idee că pe măsură ce
o galaxie e mai departe

se îndepărtează mai repede de noi

a fost destul pentru a da naștere
cosmologiei moderne.

O a doua revoluție
s-a petrecut după 70 de ani,

cînd două grupuri de astronomi au arătat
că universul nu doar că se dilată,

ci accelerează,

la fel de surprinzător
ca a arunca o minge spre cer

și a constata că se înalță
cu atît mai repede cu cît ajunge mai sus.

Astronomii au demonstrat asta
măsurînd strălucirea supernovelor

și observînd că strălucirea lor
scade cu distanța.

Aceste observații erau mai complexe.

A fost nevoie de tehnologii noi
și telescoape noi,

pentru că supernovele erau în galaxii

de 2000 de ori mai îndepărtate
decît cele folosite de Hubble.

A durat trei ani pentru a găsi
abia 42 de supernove,

pentru că o supernovă explodează
abia o dată la 100 de ani într-o galaxie.

Trei ani pentru a găsi 42 de supernove
la o căutare prin zeci de mii de galaxii.

Iar după ce au colectat datele
iată ce au găsit.

Poate nu vi se pare impresionant,

dar așa arată o revoluție în fizică:

o linie care prezice
strălucirea unei supernove

de la 11 miliarde de ani-lumină de noi

și o mînă de puncte
care nu prea se potrivesc cu linia.

Micile schimbări produc mari consecințe.

Micile schimbări prilejuiesc descoperiri,
ca planeta descoperită de Herschel.

Micile schimbări ne transformă radical
înțelegerea asupra universului.

42 de supernove, puțin prea slabe,

deci puțin prea îndepărtate,

presupun un univers care nu doar se dilată,

ci se dilată în mod accelerat,

și dezvăluie o componentă a universului
pe care azi o numim „energie întunecată”,

o componentă care produce dilatarea

și care azi reprezintă 68%
din bugetul de energie al universului.

Atunci care ar putea fi
următoarea revoluție?

Poftim: ce este energia întunecată
și de ce există?

Aceste linii arată fiecare un alt model
pentru ce ar putea fi energia întunecată,

reflectînd proprietățile
energiei întunecate.

Toate sînt compatibile
cu cele 42 de puncte,

dar ideile din spatele acestor linii
sînt radical diferite.

Unii consideră că energia întunecată
e variabilă în timp

sau că proprietățile energiei întunecate
depind de locul unde ne uităm pe cer.

Alții introduc diferențe și modificări
în fizica nivelului subatomic.

Sau se uită la scară largă și ajustează
gravitația și relativitatea generală.

Sau spun că universul nostru
e doar unul din multe,

e parte a unui misterios multivers.

Dar toate aceste idei,
toate aceste teorii,

uimitoare și unele poate
într-adevăr un pic deșucheate,

toate sînt compatibile
cu cele 42 de puncte.

Atunci cum sperăm să descurcăm ițele
în următorul deceniu?

Imaginați-vă că vă dau o pereche de zaruri

și că vreți să verificați dacă zarurile
sînt măsluite sau corecte.

Dacă le arunci o dată afli prea puțin,

dar cu cît le arunci de mai multe ori,
cu cît colectezi mai multe date,

cu atît ești mai sigur,

și nu doar dacă sînt măsluite sau nu,
ci și în ce măsură și în ce fel.

A durat trei ani
pentru a găsi 42 de supernove

pentru că telescoapele construite
puteau explora numai o mică parte din cer.

Cu LSST obținem o perspectivă complet nouă
a cerului din Chile la fiecare trei nopți.

În prima noapte de exploatare
va găsi de 10 ori mai multe supernove

decît cele folosite în descoperirea
energiei întunecate.

Factorul va crește la 1000
în primele patru luni.

Și 1,5 milioane de supernove
pînă la sfîrșitul explorării.

Fiecare supernovă e o aruncare de zaruri,

fiecare supernovă va testa
care teorii ale energiei întunecate

sînt compatibile și care nu.

Astfel, combinînd datele despre supernove
cu alte măsurători cosmologice

vom elimina treptat diferitele idei
și teorii ale energiei întunecate

pînă cînd, sperăm,
la sfîrșitul explorării prin 2030

ne așteptăm să vedem
o teorie a universului,

o teorie fundamentală
a fizicii universului

ieșind treptat la lumină.

În multe privințe întrebările acestea
sînt de fapt cele mai simple întrebări.

Deși nu cunoaștem răspunsurile,
știm măcar cum să punem întrebările.

Dar dacă uitîndu-ne
la zeci de mii de galaxii

am găsit 42 de supernove care
ne-au bulversat înțelegerea universului,

atunci cînd ne vom uita
la miliarde de galaxii

oare de cîte ori vom găsi
42 de puncte

care nu se potrivesc bine
cu ce ne așteptam?

Și planeta găsită de Herchel,

și energia întunecată,

și mecanica cuantică
sau relativitatea generală,

toate sînt idei care au apărut
pentru că datele

nu se potriveau bine cu ce ne așteptam.

Privim cu entuziasm la datele astronomice
din următorul deceniu

pentru că nici nu știm
cîte răspunsuri ne așteaptă,

răspunsuri despre originile noastre
și evoluția noastră.

Oare cîte răspunsuri există pentru care
nici nu știm ce întrebări să punem?

Mulțumesc.

(Aplauze)