uniVersI/O



Universumin koko

Credit: The Millenium Simulation

Maailmankaikkeus on Iso. Megalomaaninen. Niin iso, että jossain vaiheessa sen suuruutta ei enää käsitä vaan tyytyy puhumaan valovuosista, parsekeista, kiloparsekeista, megaparsekeista ja gigaparsekeista.

Saadaksemme kiinni edes häivähdyksen universumin koosta on aloitettava kaikille meille tutusta mittayksiköstä: metristä. Metri on ihmisille kaikista luonnollisin mitta, koska olemme ja elämme nimenomaan tässä kokoluokassa. Se ei ole erityisen tärkeää miksi valitsimme mittajärjestelmämme perusyksiköksi juuri 100 cm pitkän entiteetin. Yhtä hyvin se olisi voinut olla 90 cm tai 110 cm pitkä, tai kuten jossain vaiheessa oli muotia (ja jossain takahikiässä vieläkin), noin 30 cm, keskivertopulliaisen jalan mitta.

Ihminen on osoittautunut kuitenkin sangen joustavaksi etäisyyden käsityksessään, ja siihen olennaisesti liittyvässä ajan käsityksessä. Ennen vanhaan Tampereelta käveltiin Helsinkiin kolmisen päivää, mutta nykyään italialainen pikajuna kellottaa hyvänä päivänä kyseiseen matkaan puolitoista tuntia. Maailmankuvamme on siis olennaisesti pienentynyt, vaikka nykyäänkin sama matka taittuu samassa ajassa kävellen kuin tuhat vuotta sitten. Jo 1800-luvun lopussa ranskalaisella kirjailijalla Jules Vernellä oli Maapallo hyppysissään 80 päivässä. Reilu sata vuotta myöhemmin Maapallo on kierretty kahdeksassa päivässä. Kiitos lentomatkailun, voimme laittaa pöytämaapallomme pyörimään ja tökkäistä sormemme sattumanvaraiseen paikkaan ja kuvitella olevamme siellä ainakin jonain kauniina päivänä. Pääsimme siis kohtuullisen vaivatta seuraavaan etappiimme: 40 miljoonaa metriä, joka siis on suunnilleen Maapallon ympärysmitta. Kuviteltavissa on, vaikka jo kokenutta matkailijaa uuvuttaisi, matka kaksi ja puoli kertaa Maapallon ympäri, jolloin saavutamme nätin pyöreän luvun: 100 miljoonaa metriä.

Avaruus ei ole kaukana. Se on suorastaan käsinkosketeltavan lähellä. Yleisesti hyväksytty avaruuden rajapyykki sijaitsee noin 100 km päittemme yläpuolella. Mutta heti sinne päästyämme etäisyydet alkavat räjähtää käsiin. Lähin taivaankappale, Kuu, kiertää Maapalloa noin neljänsadan miljoonan metrin päässä, siis suurin piirtein kymmenen kertaa matka Maapallon ympäri. Yksi auto saattaisi juuri ja juuri riittää kulkemaan saman verran ennen lopullista hajoamistaan. Samaisella autolla tehty road trip Kuuhun 100 km/h keskinopeudella ja ilman vessataukoja kestäisi noin puoli vuotta. Jos sattuu omistamaan avaruusraketin, matka Kuuhun sujuu huomattavasti nopeammin. Esimerkiksi Apollo 11:n astronautit kiersivät Kuuta jo kolme päivää laukaisun jälkeen. Maailmankaikkeuden vauhtihirmuin on kuitenkin fotoni, joka hurauttaa Kuuhun reilussa sekunnissa.

Aurinko sijaitsee Maasta karkeasti neljäsataa kertaa niin kaukana kuin Kuu. Siinä missä Kuusta Maahan matkaava fotoni käyttää reilun sekunnin, Auringosta saapuvat fotonit joutuvat odottelemaan kahdeksan minuuttia ennen kuin pääsevät lämmittämään kasvojasi kirkkaana talvipäivänä. Tässä vaiheessa metri alkaa käydä turhan pieneksi yksiköksi, joten on aika esitellä uusi etäisyyden mittatikku: AU, astronominen yksikkö (engl. Astronomical Unit ≈ 150 miljoonaa kilometriä), joka on Maan keskimääräinen etäisyys Auringosta. Käyttäen uutta mittatikkua hyväksemme pääsemme tutustumaan paremmin omaa planetaariseen kehtoomme, Aurinkokuntaan.

Aurinkokunnan planeetat ulottuvat 30 AU:n etäisyydelle, josta alkaa Kuiperin vyöhyke sisältäen mm. kääpiöplaneetta Pluton (etäisyys Auringosta keskimäärin 39 AU). Aurinkokunta, vaikka onkin materiaalinen paratiisi maailmankaikkeuden mittapuulla mitaten, on enimmäkseen tyhjää täynnä. Aurinkokunnan mittakaavasta saa hyvän käsityksen tutkimalla ehkä leveintä nettisivua maailmassa täällä. Kuiperin vyöhyke loppuu suunnilleen 50 AU:n kohdalla, josta alkaa nk. hajanainen kiekko, joka on syntynyt aikoinaan Neptunuksen vaellettua lähemmäs Aurinkoa samalla lingoten pienempiä murikoita tieltään kauemmille kiertoradoille. Yksi Aurinkokunnan rajoista tulee vastaan suurinpiirtein 100 AU:n päässä Auringosta, jossa aurinkotuuli kohtaa tähtienvälisen avaruuden ja hidastuu voimakkaasti muodostaen nk. terminaatioshokin. Kaukaisin ihmisen valmistama kappale Maasta on Voyager-1 -luotain, joka on ylittänyt terminaatioshokin ja sijaitsee tällä hetkellä 116 AU:n päässä Auringosta. Radiosignaalien kulkuaika Voyager 1:n ja Maan välillä on tällä hetkellä 16 tuntia, ja Voyager 1 etääntyy Aurinkokunnasta noin 17000 m/s nopeudella. Vastaavalla nopeudella matka Maasta Kuuhun sujuisi reilussa kuudessa tunnissa. Viimeinen etappi ennen poistumistamme Auringon vaikutuspiiristä on Oortin pilvi, joka ulottuu 2000 AU:n ja 50000 AU:n välille. Se koostuu arviolta tuhannesta miljardista jäisestä kappaleesta, jotka Aurinkokunnan juuri muodostuneet jättiläisplaneetat siivosivat painovoimallaan Aurinkokunnan sisäosista sen syntyvaiheessa. 50000 AU on suurin piirtein myös etäisyys, jossa Auringon painovoima ei pysty enää pitämään kappaleita kiertoradalla sen ympäri, joten tällä rajalla voimme viimein sanoa poistuneemme Aurinkokunnasta. Samalla rajalla on luontevaa myös jättää käytöstä astronominen yksikkö ja siirtyä käyttämään etäisyyden mittatikkuna matkaa, jonka valo kulkee vuodessa, eli valovuotta. Astronomiseen yksikköön verrattuna valovuosi on kutakuinkin yllä mainitun 50000 AU:n verran. Tähtitieteilijät käyttävät mielellään myös hieman suurempaa yksikköä nimeltä parsek, eli parallaksisekunti, joka on pituudeltaan reilu kolme valovuotta.

Aurinkoa lähin tähti Proxima Centauri sijaitsee noin 4.2 valovuoden (reilu parsek) päässä. Tähtivaeltaja kuluttaisi matkaan sinne Voyager 1:n nopeudella noin 73600 vuotta. Kaukaisin ihmisen kädenjälki avaruudessa lienevät ensimmäiset televisiosignaalit, jotka yltävät 65 valovuoteen muodostaen 130 valovuoden läpimittaisen kuplan Aurinkokunnan ympärille. Samaisen kuplan sisälle mahtuu pari tuhatta tähteä ja 52 planeettakuntaa, joiden hypoteettiset ja uskomattoman tehokkaan radiovastaanottimen omaavat elämänmuodot voivat nauttia ihmiskunnan saippuasarjojen helmistä läpi 1900-luvun jälkipuoliskon. Ao. kuva näyttää kosmisen televisioaikataulun valikoiduille tähdille lähellä Aurinkoa. Samaan kokoluokkaan televisiokuplan kanssa mahtuu nk. paikallinen kuuma kupla, noin 300 valovuotta läpimitaltaan oleva ympäröivää avaruutta harvempi ja kuumempi alue, jonka keskellä Aurinko suurin piirtein sijaitsee. Kupla on oletettavasti syntynyt massiivisen tähden räjähtäessä supernovana kahdesta neljään miljoonaa vuotta sitten. Supernova on myös jättänyt jälkeensä neutronitähden, joka mahdollisesti voi olla Geminga pulsari 250 parsekin päässä Auringosta. Tähän kokoluokkaan viimeistään käsitys valtavista etäisyyksistä tyssää. Sata valovuotta eli noin 30 parsekia on etäisyys, jonka fotoni kulkee kunnioitettavaan ikään ehtineen ihmisen elinaikana. Sama fotoni siis saavutti Kuun sekunnissa, matkan jonka autolla ajaisi yhtä soittoa puoli vuotta. Mutta avaruus sen kun jatkuu. Samalla tavalla kuin matemaatikot pystyvät työskentelemään vaikka 12 ulotteisten avaruuksien parissa ongelmitta, kuitenkaan ymmärtämättä kyseistä konstruktiota visuaalisesti, pystyvät tähtitieteilijät työskentelemään käsittämättömien etäisyyksien parissa. Etäisyydet ovat loppujen lopuksi vain numeroita.

Credit: Abstruse Goose

Seuraavat etäisyysetapit etenevät maailmankaikkeuden hierarkian mukaan siten, että seuraava etappi on aina kaksi tai kolme kertaluokkaa suurempi kokonaisuus kuin edellinen. Paikallinen kupla kiertää Linnunradan keskustaa noin kahdeksan kiloparsekin päässä, joka vastaa suunnilleen sataa kertaa paikallisen kuplan läpimittaa. Itse asiassa meitä lähin galaksi, Ison Koiran kääpiögalaksi, sijaitsee Aurinkoa hieman lähempänä, noin seitsemän kiloparsekin päässä, kuin Linnunradan keskusta. Linnunrata taasen kuuluu paikalliseen galaksiryhmään, johon kuuluu Linnunradan lisäksi yli 30 galaksia. Andromedan galaksi ja Linnunrata ovat näistä suurimmat, ollen likipitäen samankokoisia, ja hallitsevat paikallista ryhmää painovoimallaan. Paikallinen ryhmä on läpimitaltaan suurin piirtein kolme megaparsekia tai sata kertaa Linnunradan läpimitan verran. Paikallinen ryhmä sitä vastoin on osa Virgon galaksijoukkoa (läpimitta noin 4.5 megaparsekia), joka ei ole paljon suurempi kuin paikallinen ryhmä, mutta sisältää 50 kertaa enemmän galakseja. Virgon galaksijoukko kuuluu puolestaan Virgon supergalaksijoukkoon, joka on yksi miljoonista näkyvän maailmankaikkeuden superjoukoista. Virgon supergalaksijoukko sisältää ainakin sata galaksijoukkoa ja on läpimitaltaan 33 megaparsekia.

Credit: 2MASS/T. H. Jarrett, J. Carpenter, & R. Hurt

Supergalaksijoukot ovat levittäytyneet avaruuteen muodostaen verkkomaisen rakennelman (kts. kuvat yllä), mutta kuinka suuri on koko maailmankaikkeus? Itseasiassa meidän ei tarvitse välttämättä tietää sitä, kun otamme huomioon suhteellisuusteorian mukaisen valon ja informaation äärellisen nopeuden. Maailmankaikkeuden ensimmäinen valo pääsi liikkeelle noin 13.75 miljardia vuotta sitten, joten se asettaa rajan kuinka kauaksi voimme nähdä. Maailmankaikkeuden laajenemisen ansiosta fotonit ovat ehtineet kuitenkin kulkea huomattavasti pidemmän matkan, noin 45 miljardia valovuotta. Vastaava analogia voisi olla vaikka lentokenttien kävelyhihnat, jossa hihnalla kulkeva henkilö pääsee pidemmälle kuin hihnan vieressä kulkeva samalla määrällä samanpituisia askelia. Tässä tapauksessa kävelyhihna vastaa maailmankaikkeuden laajenemista. Siispä näkyvä maailmankaikkeus, eli se osa maailmankaikkeutta, josta voimme saada ylipäätään informaatiota on läpimitaltaan noin 90 miljardia valovuotta tai 30 gigaparsekia tai tuhat kertaa Virgon supergalaksijoukon läpimitta.

Ajan kuluessa näemme siis yhä kauempaa tulevia fotoneita, joten näkyvän maailmankaikkeuden läpimitta kasvaa jatkuvasti ja yhä kaukaisempia galakseja kuuluu näkyvään maailmankaikkeuteen. Kuitenkin nykyisten havaintojen mukaan (esim. supernovista) maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä nopeudella, joten kaukaisimmat galaksit liikkuvat meistä poispäin yhä kiihtyvällä tahdilla. Jossain vaiheessa ne loittonevat meistä yli valonnopeudella (kyllä, mikään ei estä avaruutta itsessään laajenemasta nopeammin kuin valo, mutta galaksien nopeus avaruuden sisällä ei voi ylittää valonnopeutta), joten näkyvän maailmankaikkeuden koko pienenee. Ennen pitkää (siis tuhansien miljardien vuosien päästä) emme voi nähdä muita supergalaksijoukkoja ollenkaan ja meidän täytyy tyytyä vain katselemaan omaamme. Tämä skenaario olettaa, että maailmankaikkeus on avoin, laajenee jatkuvasti ja kiihtyvällä tahdilla, joka on tällä hetkellä parhaiten havaintoihin istuva maailmankaikkeuden malli. On myös mahdollista, että maailmankaikkeus on topologialtaan suljettu, eli maailmankaikkeuden voisi kiertää samaan tapaan kuin Maapallon ja saapua takaisin lähtöpisteeseen kääntymättä matkan varrella ympäri. Uuden tutkimuksen mukaan minimikoko tällaiselle maailmankaikkeudelle olisi kuitenkin 250 kertaa näkyvän maailmankaikkeuden läpimitta eli noin 7 teraparsekia. Maailmankaikkeus on siis läpimitaltaan vähintään 7 teraparsekia, mutta todennäköisesti vieläkin suurempi.

Maailmankaikkeuden kokoskaalat pienimmästä suurimpaan ovat näppärästi sullottuna scaleoftheuniverse.com:iin.

Advertisements

Trackbacks & Pingbacks

  1. Nobel-viikko « uniVersI/O pingbacked : 5 years, 7 months ago

Kommentit

  1. * Jere says:

    Upea postaus! Universumin skaalan ”inhimillistäminen” on kohtuuttoman vaikea tehtävä, ja tämän postaus oli parhaimpia mitä suomenkielisenä löytää.

    Päiväys: 6 years, 3 months ago
  2. * Karri says:

    Kiitos kaunis! Tämä ehtikin muhia pääkopassa jo pitkän aikaa.

    Päiväys: 6 years, 3 months ago
  3. * Elena says:

    Nyt en muista kommentoinko jo:
    Wikipedian artikkelit
    http://fi.wikipedia.org/wiki/Paikallinen_kuuma_kupla
    http://fi.wikipedia.org/wiki/Kuuma_kupla
    kaipaavat kipeästi asiantuntijan kättä.

    terv.

    Päiväys: 4 years, 9 months ago
  4. * Karri says:

    Hei! Kiitos mielenkiinnosta blogiani kohtaan. Voin sanoa, että katsoin kyseisen artikkelin ja olen huomioinut sen puutteet. Uusi versio on työn alla, mutta toistaiseksi aikani ei ole riittänyt sen loppuun saattamiseksi.

    Päiväys: 4 years, 8 months ago
  5. * Seppo karhu says:

    Voyager 1 etenee noin 17.2 km/s aurinkokunnasta on tullut muutama nolla liikaa seppo kirjoittaa mutta on todella mielenkiintoista

    Päiväys: 4 years, 8 months ago
  6. * Karri says:

    Joo, näinhän se todellakin menee. Kiitos korjauksesta! Nyt pitäisi olla tekstiin korjattu oikeat yksiköt ja matka-aika Maasta Kuuhun Voyager 1:sen kyydissä (reilu kuusi tuntia).

    Päiväys: 4 years, 6 months ago
  7. * Seppo Karhu says:

    Onko mitään uusia teorioita mailman kaikkeudesta vinkkinä vuonna 2022 pitäisi valmistua sellainen tähtitorni/kaukoputki/radioskoopi että sillä pitäis nähdä tai jopa tietää onko muualla mailman kaikkeudessa elämää esim jonkinlaista

    Päiväys: 3 years, 4 months ago


Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: