Koji je sledeći prozor u naš svemir?

"Veliki podaci" su svuda - čak i na nebu. U ovom informativnom govoru, astronom Endru Konoli pokazuje kako se velika količina podataka sakuplja o našem svemiru, snimajući ga u svojim promenljivim raspoloženjima. Kako naučnici snimaju toliko mnogo slika potrebnih za to? Sve je počelo džinovskim teleskopom...

Godine 1781, engleski kompozitor,

tehnolog i astronom
po imenu Vilijam Heršel

primetio je na nebu objekat

koji se nije kretao baš kao ostale zvezde.

I Heršelovo prepoznavanje
da je nešto drugačije,

da nešto nije kako treba,

bilo je otkriće planete -

planete Uran,

sa imenom koje je zabavljalo

nebrojene generacije dece,

ali planete koja je preko noći

udvostručila veličinu našeg
sunčevog sistema.

Prošle godine, NASA je objavila otkriće

517 novih planeta

u orbiti oko obližnjih zvezda,

skoro duplirajući preko noći broj planeta

za koje znamo u našoj galaksiji.

Tako se astronomija
neprestano transformiše

ovim kapacitetom da sakuplja podatke,

i sa podacima koji se skoro
udvostručuju svake godine.

U toku sledeće dve decenije,
možda ćemo čak

po prvi put u istoriji dostići tačku

gde smo otkrili većinu galaksija

u svemiru.

Ali sa ulaskom u to doba
velike količine podataka

počinjemo da otkrivamo da postoji razlika

između toga da je ta veća količina bolja

i toga da je to drugačije,

u stanju da promeni pitanja
koja želimo da postavimo,

i ta razlika nije u tome
koliko podataka sakupljamo,

već da li ti podaci otvaraju nove prozore

u naš svemir,

da li oni menjaju to kako posmatramo nebo.

Šta je, dakle, sledeći prozor
u naš svemir?

Koje je sledeće poglavlje za astronomiju?

Pokazaću vam neke alate i tehnologije

koje ćemo razviti u sledećoj deceniji,

i kako će te tehnologije

zajedno sa pametnim korišćenjem podataka

možda još jednom
transformisati astronomiju

otvaranjem prozora u naš svemir,

prozora vremena.

Zašto vremena? Pa, u vremenu je početak

i evolucija.

Poreklo našeg sunčevog sistema,

kako je on postao,

da li je to na bilo koji način
neuobičajeno ili naročito?

Evolucija našeg svemira.

Zašto svemir nastavlja da se širi

i šta je ta misteriozna tamna energija

koja pokreće to širenje?

Ali prvo hoću da vam pokažem
kako će tehnologija

promeniti to kako vidimo nebo.

Zamislite da sedite

na planinama severnog Čilea

gledajući na zapad

ka Pacifiku

nekoliko sati pre izlaska sunca.

Ovo je slika noćnog neba
koju biste videli,

i slika je prelepa,

sa Mlečnim putem
koji izviruje iznad horizonta,

ali ta slika je takođe i statična,

i uglavnom tako zamišljamo naš svemir,

večan i nepromenljiv.

Ali svemir je sve, samo ne statičan.

On se konstantno menja, kroz sekunde

i milijarde godina.

Galaksije se spajaju, sudaraju

stotinama hiljada kilometara na sat.

Zvezde se rađaju, umiru,

eksplodiraju u ovim
ekstravagantnim prizorima.

Kad bismo mogli da se vratimo

na naše mirno nebo iznad Čilea

i pustimo da prođe vreme

da bismo videli kako će se nebo
promeniti za godinu dana,

pulsacije koje vidite

su supernove, konačni ostaci
umiruće zvezde,

koje eksplodiraju, zasijaju
i nestaju s vidika,

svaka od ovih supernova

je pet milijardi puta sjajnija
od našeg Sunca,

tako da ih možemo videti
na velikim razdaljinama,

ali samo za kratko vreme.

Deset supernova u sekundi eksplodira

negde u svemiru.

Kad bismo to mogli da čujemo,

bilo bi kao pucanje kese kokica.

Ako zatamnimo supernove,

ne menja se samo sjajnost.

Naše nebo je u stalnom kretanju.

Ovaj roj objekata koji se pruža preko neba

su asteroidi koji kruže oko našeg sunca,

i ove promene i kretanje

i dinamika sistema

omogućavaju nam da izgradimo
modele za naš svemir,

da predvidimo njegovu budućnost
i objasnimo njegovu prošlost.

Ali teleskopi koje smo koristili
u poslednjoj deceniji

nisu projektovani da zabeleže
podatke u ovoj razmeri.

Svemirski teleskop Habl:

poslednjih 25 godina daje

neke od najdetaljnijih slika

udaljenog svemira,

ali ako biste pokušali da pomoću Habla
napravite sliku neba,

trebalo bi vam 13 miliona
pojedinačnih slika

i oko 120 godina da to uradite.

To nas pokreće ka novim tehnologijama

i novim teleskopima

koji mogu da snimaju bleđe

udaljeni svemir,

ali i koji idu u širinu

da bi snimili nebo što brže,

teleskopima kao što je Veliki sinoptički
teleskop za pregledanje

ili LSST,

verovatno najdosadnijeg naziva ikada

za jedan od najfascinantnijih
eksperimenata

u istoriji astronomije,

što dokazuje

da nikada ne treba da dozvolite
naučniku ili inženjeru

da daje ime nečemu, čak ni deci.
(Smeh)

Gradimo LSST.

Očekujemo da počne da skuplja podatke
do kraja ove decenije.

Pokazaću vam kako mislimo

da će to transformisati
naše slike svemira,

jer jedna slika LSST-a

ekvivalentna je 3.000 slika

svemirskog teleskopa Habl,

i svaka slika je 3,5 stepeni na nebu,

7 puta šira od punog meseca.

Kako se napravi slika u ovoj razmeri?

Pa, napravite najveću
digitalnu kameru na svetu

koristeći istu tehnologiju kao u kamerama
na vašem mobilnom telefonu

ili u digitalnim kamerama
koje možete kupiti u ulici Haj,

ali u razmeri od 1,5 metra u prečniku,

veličine Folksvagena Bube,

gde jedna slika ima 3 milijarde piksela.

Kad biste hteli da pogledate sliku

u punoj rezoluciji, samo jednu LSST sliku,

trebalo bi vam oko 1.500 HD TV ekrana.

A ova kamera će predstaviti nebo

slikajući novu sliku svakih 20 sekundi,

konstantno skenirajući nebo

tako da na svake tri noći,
dobijamo potpuno nov prikaz

neba iznad Čilea.

Tokom radnog veka ovog teleskopa

on će detektovati 40 milijardi
zvezda i galaksija,

i to će biti prvi put

da smo otkrili više objekata u svemiru

nego što ima ljudi na Zemlji.

Možemo govoriti o tome

i u terabajtima i petabajtima

i u milijardama objekata,

ali količina podataka

koje će dati ova kamera

je kao kad bi gledali
svaki TED govor ikada snimljen

istovremeno, 24 sata dnevno,

7 dana nedeljno, tokom 10 godina.

I obraditi ove podatke znači

pretražiti u svim tim govorima

sve nove ideje i sve nove koncepte,

gledajući sve delove snimka

da bi videli kako se jedan frejm

razlikuje od sledećeg.

I to menja naš način bavljenja naukom

i način bavljenja astronomijom

do mesta gde softver i algoritmi

moraju da kopaju po ovim podacima,

gde je softver ključan za nauku

isto kao i teleskopi i kamere
koje smo napravili.

Hiljade otkrića

će doći iz ovog projekta,

ali reći ću vam samo za dve ideje

o poreklu i evoluciji

koje se možda trasformišu
zahvaljujući našem pristupu

podacima u ovoj razmeri.

U poslednjih pet godina, NASA je otkrila

preko 1.000 planetarnih sistema

oko obližnjih zvezda,

ali sistemi koje pronalazimo

ne liče mnogo na naš solarni sistem,

i jedno od pitanja
sa kojim se susrećemo je:

da li nismo dovoljno uporno tražili,

ili ima nešto posebno ili neobično

u tome kako je naš
solarni sistem formiran?

I ako hoćemo da odgovorimo na to pitanje,

treba da znamo i razumemo

istoriju našeg solarnog sistema u detalje,

i ti detalji su ključni.

Ako sad opet pogledamo u nebo,

u asteroide koji se pružaju preko neba,

ovi asteroidi su kao krhotine
našeg solarnog sistema.

Položaj asteroida

je kao otisak prsta ranijeg vremena

kada su orbite Neptuna i Jupitera

bile mnogo bliže Suncu,

i kako su se ove džinovske planete selile
kroz naš solarni sistem,

sejale su asteroide svojim tragom.

Proučavanje asteroida

je kao forenzika

nad našim solarnim sistemom,

ali da bismo to uradili,
treba nam distanca,

a distancu dobijamo od pokreta,

a pokret dobijamo zbog
našeg pristupa vremenu.

Šta nam ovo onda govori?

Pa, ako pogledate male žute asteroide

kako jure preko ekrana,

ovo su asteroidi koji se kreću najbrže

jer su nam najbliži, najbliži Zemlji.

Na ove asteroide možda jednog dana

pošaljemo letelice
da iskopavaju minerale,

ali oni takođe mogu jednog dana

udariti u Zemlju,

kao što se desilo pre 60 miliona godina

sa istrebljenjem dinosaurusa,

ili početkom prošlog veka,

kad je asteroid zbrisao

skoro 2.500 kvadratnih kilometara
sibirske šume,

ili čak prošle godine, kad je jedan
sagoreo iznad Rusije

oslobađajući energiju
manje nuklearne bombe.

Tako da nam proučavanje forenzike
našeg solarnog sistema

ne govori samo o prošlosti,

već može da predvidi i budućnost,
uključujući i našu.

Kada dobijemo distancu,

uspevamo da vidimo asteroide
u svom prirodnom okruženju,

u orbiti oko Sunca.

Svaka tačka u ovom prikazu koji vidite

je pravi asteroid.

Njegova orbita je izračunata
iz njegovog kretanja preko neba.

Boje odražavaju sastav ovih asteroida,

suvih i kamenitih u centru,

bogatih vodom i primitivnih ka obodu,

asteroida bogatih vodom
koji su možda posejali

okeane i mora koja možemo naći
na našoj planeti

kad su bombardovali Zemlju u prošlosti.

Pošto će LSST moći da snima bleđe,

a ne samo šire,

moći ćemo da vidimo ove asteroide

daleko izvan unutrašnjeg dela
našeg solarnog sistema,

do asteroida iza orbita Neptuna i Marsa,

do kometa i asteroida koji možda postoje

skoro svetlosnu godinu daleko od Sunca.

I kako uvećavamo detalje ove slike

10 do 100 puta,

moći ćemo da odgovorimo
na pitanja kao što je:

ima li dokaza za postojanje planeta
izvan Neptunove orbite,

da pronađemo asteroide koji
mogu da udare u Zemlju

pre nego što postanu opasni,

i da otkrijemo da li je možda

naše Sunce formirano samo
ili u klasteru zvezda,

ili su možda Sunčeve sestre-zvezde

uticale na formiranje
našeg solarnog sistema,

i možda je to jedan od razloga zašto
su solarni sistemi kao što je naš retki.

Udaljenost i promene u našem svemiru -

udaljenost je u vezi sa vremenom,

kao i promene na nebu.

Svaku stopu daljine koju gledate

ili svaku stopu udaljenosti objekta,

gledate unazad za oko
milijarditi deo sekunde

i ova ideja ili predstava
o gledanju unazad kroz vreme

transformisala je naše ideje o svemiru,

ne jednom, već više puta.

Prvi put je to bilo 1929,

kada je astronom po imenu Edvin Habl

pokazao da se svemir širi,

što je dovelo do ideja o Velikom prasku.

A posmatranja su bila jednostavna:

samo 24 galaksije

i crtež nacrtan rukom.

Ali sama ideja da
što je galaksija udaljenija,

to se još više udaljava

bila je dovoljna da da podstreka
modernoj kosmologiji.

Druga revolucija desila se
70 godina kasnije,

kad su dve grupe astronoma pokazale

da univerzum ne samo da se širi

već i ubrzava,

iznenađenje kao kad biste
bacili loptu u vazduh

i otkrili da što više leti,

to brže ide.

I to su nam pokazali

mereći sjajnost supernova

i to kako sjajnost supernova

bledi s udaljenošću.

Ova posmatranja su bila složenija.

Zahtevala su nove tehnologije
i nove teleskope

jer su supernove bile u galaksijama

koje su 2.000 puta udaljenije

od onih koje je koristio Habl.

I trebalo je tri godine za nalaženje
42 supernove,

jer supernova eksplodira samo

jednom u sto godina u galaksiji.

Tri godine za nalaženje 42 supernove

pretraživanjem desetina hiljada galaksija.

I kad su sakupili podatke,

ovo je ono što su pronašli.

Možda ne izgleda impresivno,

ali ovako izgleda revolucija u fizici:

linija koja predviđa sjajnost supernove

udaljene 11 milijardi svetlosnih godina

i nekoliko tačaka
koje ne pripadaju toj liniji.

Male promene daju podstrek
velikim posledicama.

Male promene nam omogućavaju otkrića,

kao planeta koju je otkrio Heršel.

Male promene preokreću naše shvatanje

svemira.

42 supernove, malo izbledele,

znači da su malo dalje,

zahtevajući da se svemir ne samo širi,

već to širenje mora da se ubrzava,

otkrivajući komponentu svemira

koju zovemo tamna energija,

komponentu koja pokreće ovo širenje

i čini 68 procenata energetskog budžeta

našeg svemira danas.

Kako će onda izgledati sledeća revolucija?

Šta je tamna energija i zašto ona postoji?

Svaka od ovih linija pokazuje
različit model

onoga šta bi tamna energija mogla da bude,

pokazujući osobine tamne energije.

Sve su u skladu sa te 42 tačke,

ali ideja iza ovih linija

je drastično drugačija.

Neki ljudi shvataju tamnu energiju

kao promene s vremenom

ili da li se osobine tamne energije

razlikuju u zavisnosti od toga
u koji deo neba gledate.

Drugi prave razlike i promene

u fizici na subatomskom nivou.

Ili gledaju u velikim razmerama

i menjaju ono kako gravitacija
i opšta relativnost funkcionišu,

ili kažu da je naš univerzum
samo jedan od mnogih,

deo misterioznog multiverzuma,

ali od svih ovih ideja i teorija

neverovatno je, i sigurno da su
neke od njih malo lude,

ali sve su u skladu sa naše 42 tačke.

Kako se nadamo da ćemo razumeti ovo

tokom sledeće decenije?

Zamislite da imate par kockica

i želite da vidite da li su te kockice

nameštene ili regularne.

Jedno bacanje će vam reći vrlo malo,

ali što ih više puta bacite,

više podataka ćete sakupiti

i bićete sigurniji

ne samo u to da li su
nameštene ili regularne,

već i u kojoj meri i na koji način.

Trebalo je tri godine
da se pronađe samo 42 supernove,

jer su teleskopi koje smo gradili

mogli da gledaju samo mali deo neba.

Sa LSST-om, dobijamo potpuno nov pogled

na nebo iznad Čilea na svake tri noći.

U prvoj noći rada,

pronaći će 10 puta više supernova

nego što je korišćeno u otkriću
tamne energije.

To će se uvećati za 1.000

u prva četiri meseca:

1,5 miliona supernova do kraja rada,

svaka supernova kao bacanje kockice,

svaka supernova testira
koje su teorije o tamnoj energiji

dosledne, a koje ne.

I tako, kombinujući ove podatke
o supernovama

sa drugim merama kosmologije,

postepeno ćemo isključiti različite ideje

i teorije o tamnoj energiji

dok, nadamo se,
krajem istraživanja oko 2030,

ne vidimo kako se

teorija našeg svemira,

osnovna teorija za fiziku našeg svemira,

postepeno pojavljuje.

Na više načina, pitanja koja sam postavio

su u suštini najprostija pitanja.

Možda ne znamo odgovore na njih,

ali barem znamo kako da ih postavimo.

Ali ako je pretraživanje
desetina hiljada galaksija

otkrilo 42 supernove koje su okrenule

naglavačke naše razumevanje svemira,

kad radimo sa milijardama galaksija,

koliko puta ćemo još pronaći

42 tačke koje se ne poklapaju
kako smo očekivali?

Kao planeta koju je pronašao Heršel

ili tamna energija

ili kvantna mehanika
ili opšta relativnost,

sve ideje koje su javile jer se podaci

nisu baš poklapali kao što smo očekivali.

Ono što je uzbudljivo u vezi sa
sledećom decenijom podataka

u astronomiji je to

da čak i ne znamo koliko odgovora

čeka da bude otkriveno,

odgovora o našem poreklu i evoluciji.

Koliko odgovora postoji

za koje čak i ne znamo

da postavimo pitanja?

Hvala vam.

(Aplauz)