Science
Chaque année, nous comprenons un peu mieux la nature de l'univers et notre place dans celui-ci.
POUR LA PLUPART DES ÉTATS-UNIS, la technologie de cartographie que nous utilisons quotidiennement se limite aux unités GPS montées sur le tableau de bord.
Pas de manque de respect - je veux dire, il y a à peine 10 ans, nous avions besoin d'atlas en papier pour arriver où nous allions; La technologie de pointe consistait à rechercher un itinéraire dans Mapquest, puis à imprimer les pages.
Mais au fur et à mesure que vous lisez ceci, des centaines d’équipes de scientifiques travaillent avec des technologies beaucoup plus complexes pour cartographier tout, des régions les plus éloignées de l’univers aux plus infimes particules qu’il contient. Il y a quelques semaines à peine, des astronomes utilisant l'observatoire ALMA encore en construction (photo ci-dessus) ont fait une découverte majeure sur le système de Fomalhaut, situé à proximité.
Ce qui suit est une liste de découvertes tout aussi importantes sur la composition et la structure de notre univers, ainsi que des descriptions des dernières technologies en astronomie, en physique des particules et en sciences de la mer qui les ont rendues possibles.
1. La prochaine génération: télescope spatial James Webb
Les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer le bercent depuis 22 et 9 ans, respectivement. Ils sont responsables de la production des incroyables images de l'espace lointain que nous connaissons tous, dont certaines sont présentées ci-dessous. Mais Spitzer a déjà épuisé ses réserves d'hélium liquide, nécessaires à ses opérations principales, et Hubble ne devrait durer que deux ans. James Webb est leur successeur.
Le télescope spatial James Webb, dont les phases de construction sont en cours dans 17 pays, devrait être achevé en 2018. Sa conception comprend 18 miroirs hexagonaux dorés, qui focalisent la lumière provenant de sources cibles très éloignées et capturent les images infrarouge et infrarouge haute résolution images. En théorie, cela signifie qu'il sera capable de voir les objets les plus lointains de l'univers, tels que les premières étoiles et galaxies à se former après le Big Bang.
Sur la photo ci-dessus, «Ernie Wright, ingénieur de la NASA, observe les six premiers miroirs prêts à être utilisés. Les segments de miroirs principaux du télescope spatial James Webb sont prêts pour le dernier essai cryogénique au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alaska.» La fonctionnalité doit être testée dans des conditions similaires à ceux rencontrés au sein de l'orbite cible de James Webb, 930 000 milles directement vers le haut.
2. Cartographie de notre galaxie
De manière évidente, la Voie Lactée est la galaxie que nous connaissons le mieux. Tous les éléments qui le composent sont beaucoup plus proches de la Terre que leurs homologues des galaxies étrangères. Mais s’agissant de comprendre la forme générale et la composition de la Voie Lactée, la tâche a toujours été difficile, précisément parce que nous sommes au cœur de la tâche.
Pas plus tard qu'en 1785, les astronomes faisaient cela en comptant les étoiles individuelles vues de la Terre et en les traçant sur une carte galactique brute. Plus tard, les véritables avancées ont été observées en observant d’autres galaxies et en réalisant qu’elles se conformaient généralement à l’un des trois principaux types de structures. La Voie Lactée était considérée comme étant de la variété spirale, avec une barre épaisse coupant en deux le renflement central.
L’introduction des radiotélescopes au milieu du XXe siècle a permis aux astronomes de mesurer la production d’hydrogène de divers secteurs de la galaxie, ce qui a permis de cartographier plus précisément les bras spiraux et le centre barré. Comme le montre le graphique à droite, notre soleil est situé dans le bras Orion. Lorsque vous voyez la Voie lactée la nuit, vous regardez vers l'intérieur et à travers le Sagittaire, le Scutum-Crux et les Norma Arms en direction du noyau galactique dense.
3. Regard au centre de la voie lactée
Les révélations contemporaines sur notre galaxie sont une gracieuseté des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Le composite infrarouge ci-dessus combine les images de chaque technologie pour créer l'image la plus détaillée jamais capturée de cette région de l'espace. Bien que les dimensions de la photo intégrée ici soient de 900 × 349 pixels, elles représentent une surface de 300 × 115 années-lumière.
On savait que le centre galactique comprenait trois grandes grappes d'étoiles massives, mais cette image montre beaucoup plus d'individus gigantesques répartis bien au-delà des limites des grappes. Il est également généralement admis qu'un trou noir supermassif se cache quelque part dans cette région centrale. Il a fallu à Hubble 144 orbites terrestres et 2 300 expositions pour générer la mosaïque haute résolution ci-dessus.
4. Télescope spatial Hubble
C'est la technologie responsable de toutes les jolies images de l'espace. Kinda ressemble à une boîte de conserve recouverte d'une feuille d'aluminium. Ou un burrito vraiment cher.
La construction de Hubble a pris onze ans et a été lancée en 1990. Quelques semaines seulement après le début de sa mission, il était devenu évident que les mesures du miroir principal du télescope étaient décalées - de 2, 2 micromètres. Heureusement, Hubble a été conçu pour prendre en charge les réparations en orbite. En 1993, l’équipage de l’Endeavour a installé une optique corrective, ce qui a permis à l’instrument de respecter les normes de conception d’origine. La photo ci-dessus a été prise lors d'une dernière mission d'entretien prévue en 2009.
Le télescope spatial Hubble est sans aucun doute la technologie de cartographie la plus importante jamais utilisée.
5. Aller ultra profond
Cette enquête figure parmi les principales réalisations de Hubble - un composite de 800 expositions prises sur 11 jours, dirigées vers une tranche de ciel autrement «vide» dans la constellation de Fornax.
Chacun des points de lumière visibles dans le plan Hubble Ultra Deep Field est une galaxie très très éloignée. Leur lumière, telle que représentée dans l'image de droite, a voyagé pendant 13 milliards d'années avant d'influer sur les capteurs de Hubble et de créer cette image. Cela signifie que, en regardant cela, vous observez l'univers tel qu'il était juste 400 à 800 millions d'années après le Big Bang.
Il y a 10 000 galaxies dans l'image. Il affiche une zone du ciel à peine 1 / 10ème du diamètre de la pleine lune vue de la Terre. Vous n'avez pas besoin de faire le calcul pour que cela souffle dans votre esprit.
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6. Mesurer le taux d'expansion de l'univers
Hubble nous a non seulement donné l'image la plus profonde de l'univers jamais enregistrée, aidant les astronomes à déterminer avec plus de précision son âge, mais a également joué un rôle clé dans la mesure du taux d'expansion de l'univers.
Depuis le travail d'Edwin Hubble à la fin des années 1920, nous savons que l'univers est en expansion - la distance entre chaque objet de l'univers augmente. Le taux de cette augmentation n'a toutefois été contesté que récemment. Au cours des dernières années, les données du télescope Hubble provenant d’objets astronomiques tels que les supernovae (telles que la nébuleuse du crabe (voir ci-dessus, les restes d’une explosion stellaire survenue en 1054 après JC)) ont conduit à des mesures considérablement plus précises de la constante de Hubble, de la représentation du taux d'expansion.
En d'autres termes, les données de Hubble créent à la fois des cartes plus détaillées de notre univers et nous aident à comprendre comment ces cartes changent constamment.
7. Observatoires au sommet d'Hawaï
Cette collection d’observatoires de propriété internationale se trouve au sommet du Mauna Kea, sur la grande île d’Hawaï, à 13 796 pieds. C'est un endroit privilégié pour observer les étoiles, car le taux d'humidité dans la région est généralement bas et, quelle que soit la vapeur d'eau qu'il contient, la plupart du temps, elle se bloque dans les nuages au-dessous du sommet. Une visite de l'établissement avant le lever du soleil est devenue une activité touristique populaire.
Il y a 13 télescopes au total, y compris la paire Keck, deux des plus grands télescopes optiques du monde. Les chercheurs utilisent les observatoires pour cartographier tout, depuis les satellites récemment découverts en orbite autour de Jupiter, jusqu'aux caractéristiques de notre soleil, en passant par les galaxies «à partir des âges sombres». Ils ont également créé des images du ciel zoomables en champ large.
8. Étudier un voisin galactique
Comme dans le cas de la Voie lactée, les nouvelles technologies font constamment progresser notre compréhension des autres galaxies voisines. Sur la photo, à gauche, se trouve une petite région du Grand nuage de Magellan (LMC), la troisième galaxie la plus proche de la nôtre à une distance d'environ 160 000 années-lumière.
Plus précisément, la nébuleuse de la Tarentule est présentée ici. C'est la région la plus vaste et la plus active pour la production d'étoiles dans notre quartier galactique, ce qui la rend incroyablement lumineuse et d'un intérêt incroyable pour les astronomes qui étudient comment les étoiles se forment, évoluent et finalement meurent. Certaines des étoiles bleues brillantes présentées sont les plus grandes jamais enregistrées, avec des masses plus de 100 fois supérieures à celles du soleil.
La LMC était visible sous un nuage vaguement brillant pour les premiers astronomes - d’où la terminologie «nuage». Ce n’est que jusqu’à Hubble, cependant, que nous avons pu résoudre des grappes étroites comme la nébuleuse de la Tarentule en tant qu’étoiles individuelles et voir exactement ce qui se passait dans cette galaxie riche en phénomènes.
9. Rayonnement cosmique et évolution de l'univers
La majeure partie de la cartographie de l'univers réalisée ne se fait pas dans le spectre de la lumière visible et ne donne pas nécessairement des images attrayantes ou accessibles.
Le satellite Planck, lancé en 2009 par l'ESA, mesure le fond cosmique hyperfréquence (CMB), un type de rayonnement qui pénètre dans l'univers et qui serait lié aux événements survenus pendant et juste après le Big Bang. En prenant des lectures CMB de tout le ciel, Planck a pour objectif de répondre aux grandes questions: «Comment l'univers a-t-il commencé, comment a-t-il évolué jusqu'à l'état que nous observons aujourd'hui et comment va-t-il évoluer à l'avenir?"
10. La recherche de planètes semblables à la Terre
La mission Kepler de la NASA, qui utilise le télescope Kepler en orbite, a pour objectif déclaré de découvrir des planètes proches de la Terre, fournissant ainsi une estimation plus précise du nombre de planètes pouvant exister dans la Voie Lactée.
Pour être «semblable à la Terre», une planète doit avoir une taille semblable à la nôtre - les grandes planètes sont évidemment plus faciles à repérer, mais sont composées de gaz (comme Saturne et Jupiter) par opposition à des matériaux solides. De plus, et surtout, la planète doit orbiter dans la «zone habitable» de son étoile, avec des températures de surface permettant la présence d’eau liquide.
Fin 2011, la confirmation de la première planète de ce type, Kepler-22b, a été annoncée et la mission a déjà identifié plus de 2 000 autres planètes candidates. Les scientifiques croient maintenant qu'il y a probablement environ 100 planètes semblables à la Terre à moins de 30 années-lumière de nous.
11. Une feuille de route de l'univers local
Une carte des galaxies sur une distance de 380 millions d'années-lumière. Image: Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian
Dix années de balayage du ciel effectuées avec des télescopes au sol du 2MASS Redshift Survey (2MRS) ont abouti, en 2010, à la carte la plus complète de notre univers local à ce jour. L'image 3D ci-dessus représente 43 000 galaxies, leur distance par rapport à nous étant représentée par les couleurs de la clé en bas à droite.
Il est un peu difficile de faire regarder la 3D ici. De Gizmodo: «Les coordonnées 3D de chaque galaxie ont été enregistrées afin que les données brutes puissent potentiellement être utilisées pour construire un modèle 3D réaliste de l'univers. Ajoutez une technologie holographique et vous obtenez quelque chose directement de Star Trek."
12. Liaison de télescopes individuels dans de puissants réseaux
Les 27 antennes radio du Very Large Array du Nouveau-Mexique, chacune entourée d'une antenne parabolique de 82 pieds de diamètre, travaillent de concert pour créer une antenne d'observation massive de 22 milles de diamètre. Le VLA est pleinement opérationnel depuis 1980 et une importante mise à niveau matérielle achevée l'an dernier a multiplié par 8 000 ses capacités techniques. L'installation a été renommée pour refléter cette amélioration significative (le nouveau nom est Karl G. Jansky Very Large Array).
Au fil des ans, le VLA a cartographié des quasars et des pulsars super-lointains, étudié les trous noirs et les systèmes d'étoiles produisant des planètes, et tracé le mouvement de l'hydrogène gazeux au centre de notre galaxie. Peu importe ce que vous avez vu Jodie Foster faire dans Contact, vous êtes à la recherche de la vie extraterrestre.
13. Preuve de l'existence de matière noire
Les théories actuelles soutiennent que plus de 80% de la matière dans l'univers ne ressemble pas à la matière avec laquelle nous interagissons ou que nous observons tous les jours. Cette matière omniprésente est «sombre» et aucune des technologies de cette liste ne peut l'observer directement.
Les astronomes doivent plutôt mesurer les effets de la matière noire sur les galaxies et autres phénomènes observables. Un de ces effets est appelé lentille gravitationnelle, ce qui se produit lorsque la lumière d'objets distants est pliée autour d'un objet massif (dans ce cas, une énorme quantité de matière noire) sous l'effet de la gravité de cet objet, qui nous regarde sur Terre comme si elle était passant à travers un verre incurvé.
C'est ce qui se passe dans l'image de Galaxy Cluster Abell 1689 à droite. Notre vision de ces galaxies est en train d'être faussée par la matière noire présente dans l'amas (représentée par la lueur violette).
En utilisant des images de ce type provenant de Hubble et d'autres sources, et en comparant le degré de lentille à l'apparence normale des galaxies, les astronomes sont en train de créer une carte en 3D de la matière noire de l'univers.
14. Plus près de chez nous: cartographier le fond de l'océan
Tandis qu'une gamme impressionnante de technologies est orientée vers le haut pour approfondir notre compréhension de l'univers au-delà, des recherches tout aussi intensives sont entreprises pour combler les lacunes dans nos connaissances de cette planète.
Cela fait seulement quelques décennies que les scientifiques ont été capables de produire des cartes précises du fond marin et de la variété de leurs caractéristiques, à commencer par l’utilisation d’un sonar développé militairement après la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, le sonar traditionnel est utilisé conjointement avec d'autres techniques, telles que la cartographie magnétique.
C'est l'une des capacités du véhicule sous-marin autonome Sentry (AUV). Cependant, alors que les instruments de levés magnétiques précédents étaient remorqués à la surface par des navires, Sentry est conçu pour fonctionner à 100 m au-dessus du fond de la mer, à des profondeurs allant jusqu'à 5 km. Cette proximité, combinée à son magnétomètre ultra-sensible, produit des cartes des fonds marins avec des détails sans précédent.
Sentry a été utilisé pour cartographier des sites potentiels pour un observatoire sous-marin au large de la côte de l'État de Washington. Ses capteurs environnementaux ont également été utilisés lors des enquêtes sur la marée noire de Deepwater Horizon.
15. Plonger au fond du monde
Deepsea Challenger. Photo: Mark Thiessen / National Geographic
Le 26 mars, le réalisateur James Cameron est entré dans l'histoire en devenant la première personne à plonger en solo dans Challenger Deep, la région la plus reculée de la fosse Mariana et l'endroit le plus profond de la planète (à une dizaine de kilomètres).
Cameron l'a fait dans son propre submersible hauturier, le Deepsea Challenger, qui a été construit dans le secret au cours des huit dernières années. Alors qu'il n'aurait apparemment pas vu grand chose au cours de la plongée de sept heures, son équipe est revenue sans lui quelques jours plus tard et a capturé l'image à droite, qui représente le Deepsea Challenger et a été prise par le compagnon sans pilote «Deep-Sea Lander,”Dont l'appât est probablement responsable de l'attraction de la créature vue dans l'image.
Pour un cadre de référence amusant sur la profondeur de nos discussions, consultez ce graphique. À 35 756 pieds, Challenger Deep est plus profond que l'Everest, avec un kilomètre à parcourir. C’est bien plus loin que la profondeur à laquelle ", si vous percez un trou dans un réservoir SCUBA sous pression, au lieu de laisser échapper de l’air, de l’eau se déverse." Bien plus profond que le lieu où les calmars géants et les cachalots se battent, et plus de deux fois plus profond que le lieu de repos du Titanic, que Cameron a visité en 1995.
D'autres projets sont en cours pour concevoir et construire des navires pouvant se rendre jusqu'au fond de l'océan, notamment le DeepFlight Challenger du groupe Virgin. Peut-être que la possibilité d'un forfait sur un vol suborbital avec Virgin Galactic et une descente du Mariana avec Virgin Oceanic n'est pas si éloignée.
16. De quoi tout est-il fait
Des cartes avec des échelles infiniment grandes, à celles infiniment petites. Le Grand collisionneur de hadrons, mis en ligne en 2008 en tant que plus grand accélérateur de particules au monde, cherche à prouver l’existence de la particule de boson de Higgs supposée mais non encore observée.
Tout est connecté. La matière noire, qui représente 83% de l'univers, est composée d'une particule subatomique sur laquelle on peut à peine penser. Un électron en orbite autour d'un atome de votre corps pourrait être simultanément en orbite autour du centre de la galaxie.
En regardant cette liste et en réfléchissant au chemin parcouru par la technologie, même au cours des 10 dernières années, il est impossible de prédire les révélations des 10 prochaines années.
