raspunsuri finale 2000-2020 G Xtrogrard P. Michon,Ph.D.

sunt unii, Regele Gelon, care cred că numărul nisipului este infinit în mulțime;și vreau să spun prin nisip nu numai ceea ce există despre Siracuza și restul Siciliei, ci și ceea ce se găsește în fiecare regiune, fie ea locuită sau nelocuită.

plaja ne amintește de spațiu.Granulele fine de nisip, toate mai mult sau mai puțin uniforme ca mărime, au fost produse din roci mai mari de-a lungul veacurilor de jostling și frecare,abraziune și eroziune,din nou conduse prin valuri și vreme de luna și soarele îndepărtat
o mână de nisip conține aproximativ 10.000 de boabe, mai mult decât numărul de stele pe care le putem vedea cu ochiul liber într-o noapte senină.Dar numărul de stele pe care le putem vedea este doar cea mai mică fracțiune din numărul de stele care sunt.Ceea ce vedem noaptea este cea mai mică brumă dintre cele mai apropiate stele.Între timp, cosmosul este bogat peste măsură:numărul total de stele din univers este mai mare decât toate boabele de nisippe toate plajele planetei Pământ.
cunoaștem destul de bine Numărul de stele din Galaxia Calea Lactee,prin numărarea atentă a stelelor din regiunile mici, dar reprezentative ale cerului. Sunt câteva sute de miliarde; unele estimări recente o plasează la 410 11 marea majoritate au vieți de miliarde sau mai mulți ani în care strălucesc stabil

prea aproape de apel ? Estimările noastre actuale ale numărului lui Sagan (numărul total de stele din universul observabil) se întâmplă să fie aproape de numărul total de boabe de nisip care există pe pământ; pe plaje, deșerturi și în alte părți.

la 32 de boabe pe mm3, 1022 boabe de nisip mediuar forma doar un strat destul de subțire pe întreaga suprafață a Pământului (0,6 mm grosime).

galaxia Andromeda adăpostește
aproximativ 500 000 000 000 de stele.

(2002-04-14) calculul nisipului
există mai multe stele în univers decât boabe de nisip pe plajă?

Da, dar o plajă este doar o cantitate mică de nisip.O grămadă de nisip cu tot atâtea boabe câte stele există în universul he ar fi cam de mărimea Fujiyama.

în primul rând, să considerămși: Nisipul este tipul dezagregat de sedimentale căror boabe suntintermediate în dimensiune între pietriș(2 mm sau mai mult) și nămol (2 sau 4 mm până la62, 5 mm). Doar cele mai grosiere particule de nămol sunt vizibile cu ochiul liber.Argila este ceva mai fin decât nămolul. Argila pură nu se simte nici măcar pe dinți.Noroiul este un amestec umed de nămol și argilă.

cele de mai sus sunt scara de grad Udden-Wentworth bazată pe o dimensiune standard a granulelor de 1 mm și un raport geometric de 2 între clase. Geologii îl numesc în mod obișnuit Wentworthscale și se extinde la pietriș mai grosier, precum și la nămol sau argilă mai fine. A fost propus în 1898 de Johan A. Udden și popularizat în jurul anului 1922 de C. K. Wentworth.It a fost baza pentru Modern logaritmic F(phi) scaledevised de W. C. Krumbein în 1934:

în ultima coloană a tabelului anterior, numărul de boabe pe milimetru cub a fost obținut luând în considerare cea mai densă ambalare a sferelor perfecte cu diametre egale cu media geometrică a celor două extreme prezentate.

din fericire, acest număr se dovedește a fi un număr întreg (o putere de două). O astfel de estimare” Matematică ” oferă densități de cereale destul de tipicede date experimentale pentru diferitele grade de nisip. Vom considera, prin urmare, că există 32 de boabe într-un milimetru cub de nisip.

cea mai strânsă împachetare a sferelor este rețeaua familiară centrată pe cub,a cărei densitate este egală cu P/0,740480489693…Acest lucru a fost presupus pentru prima dată în 1611 de Kepler, dar dovedit abia în 1998 de Thomas C. Hales(apoi la Universitatea din Michigan).

în filmul din 1983eroul local,executivul petrolier Mac MacIntyre (Peter Riegert) este afară pentru a cumpăraîntreaga ofertă a satului Pescăresc scoțian. O singură persoană refuză să vândă: Bătrânul Ben Knox (Fulton Mackay), un pustnic care deține plaja locală. Într-o scenă încântătoare, Ben îl tachinează pe Mac despre faptul că este „bun cu numerele” și se oferă să-și vândă plaja pentruun preț proporțional cu numărul de boabe de nisip dintr-o mână. În cele din urmă, Mac dă înapoi de la ceea ce ar fi fost un preț foarte mic de plătit pentru plajă…

dacă există 32 de boabe de nisipîntr-un milimetru cub, avem32 000 pe centimetru cub (cc), 32 000 000 pe litru,32 000 000 000 pe metru cub.

un metru cub de astfel de nisip are, prin urmare, aproximativ la fel de multe boabe în el ca și stelele Dino galaxie tipică: Galaxia noastră Calea Lactee este mai mare decât media; se estimează că adăpostește aproximativ 400 000 000 000 de stele,care este mai mică decât marea galaxie Andromeda (M31), dar de aproximativ 10 ori mai mare decât galaxia Triangulum (M33), a treia ca mărime din „grupul nostru local” de aproximativ 3 duzini de galaxii. Cu 30 sau 40 de miliarde de stele, Triangulumgalaxia poate fi astfel o galaxie destul de tipică.

cele mai recente estimări indică faptul că numărul total de galaxii este de cel puțin 100 000 000 000. Există atât de mulți metri cubi într-un cub de 4642 m pe o parte (aproximativ 3 mile).Imaginați un astfel de cub de nisip; conține aproximativ cât mai multe boabe de nisip ca existăstele din Univers. E o cantitate impresionantă de nisip. Acesta este un univers impresionant.

de fapt, o grămadă de nisip uscat nu poate avea o pantă mai mare de 34 de metri cubi… Cu această pantă, volumul unui con circular de înălțime h este de aproximativ2, 3 h3. Mormanul nostru ar putea, prin urmare, să semene cu un vulcan mare, culminând la 3515 mover o câmpie înconjurătoare și extinzându-se la 5212 m de centru în toate direcțiile orizontale. De fapt,un con de cenușă vulcanică reală (format din resturi uscate numite cenușă, depuse în apropierea centrului, mai degrabă decât lavă fluidă) ar avea, de asemenea, o pantă care se situează în jurul valorii de 34 de centi, deoarece fizica implicată nu depinde de mărimea granulelor. Cu alte cuvinte, o grămadă de nisip cu cât mai multe boabe există stele înuniversul ar fi doar despre dimensiunea și forma Fujiyama (3776 m).

cu toate acestea, deșertul Sahara (cel mai mare din lume) are o suprafață de aproximativ 9000 000 de kilometri pătrați și chiar și atât de mult nisip ar reprezenta doar un strat subțire (aproximativ 11 mm grosime) pe întreaga sa suprafață.

estimarea noastră(3.2 1021 = 3200 000 000 000 000 000 000)din numărul de stele din Universar putea fi ușor oprit cu un factor de 2 (în ambele direcții),iar înălțimea grămezii corespunzătoare de nisip poate varia apoi cu 26% sau mai mult…Cu toate acestea,am putea decide apoi să „folosim” un alt grad de nisip, astfel încât totul să se potrivească exact volumului Fujiyama: este un munte atât de frumos!

pentru a vedea o lume într-un grăunte de nisip
și un cer într-o floare sălbatică,
ține infinitul în palma mâinii tale
și eternitatea într-o oră.
(William Blake)

abia recent am putut estima cu orice încrederenumărul total de stele din Univers. Timp de secole, omenirea a putut observa doar cele 6000 de stele care sunt vizibile cu ochiul liber…

pe de altă parte,există o istorie distinsă a exercițiului de numărare a boabelor de nisip, începând cu un eseu celebru al lui Arhimede din Siracuza(c.287 Î.HR. – 212 î. HR.), care este cunoscut sub titlul de nisip Reckoner. Pentru Arhimede, un obstacol major a fost acela de a exprima un număr mare într-un moment în care un sistem adecvat pentru a face acest lucru nu era încă în uz comun. De fapt, punctul principal al eseului a fost acela de a introduce un astfel de sistem și de a transmiteideea că un număr foarte mare ar putea fi înțeles și „numit” cu relativă ușurință.

pe Web și în mass-Media :

• 2003-07-23:Universitatea Națională Australiană (7 1022 Stele)
• 1998-10-13:The New York Times, Q&A: Stele și nisip (1021 Stele).
• subestima: 7.5 1018 boabe de nisip în toate plajele. (Mai multe în deșerturi!)
• pentru a vedea universul într-un bob de nisip Taranaki de Glen Mackie.
• câtegalaxii în univers?
• stele în Hourglass:Earth and Sky show (2002-01-08).
• Extragalacticastronomie & Cosmologie.

(2002-05-08)
câte galaxii există în univers? Câte stele?

aceasta este o întrebare populară, la care prea mulți oameni renunță.

în jurul anului 1980, unul dintre oamenii care nu au renunțat a fost lateCarl Sagan (1934-1996): Sagan a estimat că există aproximativ 100 000 000 000 de galaxii și că fiecare adăpostește de obicei aproximativ 100 000 000 000 de stele. Numărul total de stele din univers ar pluti astfel în jur1022(numărul lui Sagan).

numărul 1022 se întâmplă, de asemenea, să fie aproximativ egal cu numărul de moleculeîntr-o respirație umană și, întâmplător, și cu numărul de astfel de respirații în întreaga atmosferă a Pământului(există aproximativ 1.068 1044 moleculeîn atmosferă). În folclorul fizicii, această observație este adesea exprimată prin afirmațiecă de fiecare dată când inhalați, luați aproximativ una dintre moleculele din”ultima respirație a lui Cezar”…

la mai bine de 20 de ani de la Sagan, suntem în măsură să confirmăm estimarea sa brută și să oferim un număr ceva mai precis:

să începem cu propriul nostru cartier. Există 33 de stele a căror distanță de soare estemai puțin de 12,5 ani lumină.

un an-lumină este exact egal cu un număr întreg de metri, și anume9460730472580800 m sau aproximativ9.46073 1015 m.Aceasta este distanța parcursă de lumină înun vid,la o viteză de 299792458 m/s, în timpul unui „an științific”de 31557600 s.toate aceste numere sunt exacte… În special,”constanta lui Einstein” este exact c = 299792458 m/s, datorită celei mai recente definiții a contorului, adoptată oficial în 1983.

din ceea ce se observă la această scară, sau una puțin mai mare, se estimează că 80% dintre stele sunt pitice roșii. De obicei,un pitic roșu este de zece ori mai puțin masiv decât Soarele și de o sută de ori mai puțin luminos. Mai puțin masive (și mai numeroase) decât piticii roșii sunt așa-numitelepichii maronii,care nu sunt deloc stele, deoarece nu sunt suficient de masivi pentru a aprinde fuziunea nucleară în miezurile lor (aproximativ 8% din masa Soarelui este necesară pentru asta). Piticii bruni sunt de obicei de 15 până la 80 de ori mai masivi decât Jupiter. Ele strălucesc mai degrabă prin contracție gravitaționalădecât fuziunea nucleară. În ciuda numărului lor mare, se crede că masa totală a tuturor piticilor bruni din MilkyWay contribuie cu mai puțin de 0,1% din masa sa halo.

grupul nostru local de galaxii este dominat de două galaxii spirale mari: Calea Lactee, care adăpostește sistemul nostru Solar, și galaxia Andromeda (M31 sau NGC 224).Care dintre aceste două este mai mare depinde de măsura pe care o utilizați. Diametrul Andromedei (200 000 de ani-lumină) este de aproximativ două ori mai mare decât cel al Căii Lactee (100 000 de ani-lumină), dar Calea Lactee este mult mai densă și se dovedește a avea o masă mai mare: masa halo totală a Căii Lactee este estimată la 3,8 1042 kg,în timp ce galaxia Andromeda este de numai 2,5 1042 kg(respectiv 1,9 și 1,23 trilioane de mase solare).

restul grupului local nu este atât de cunoscut pe cât ne-am putea aștepta. Acest lucru se datorează, în parte, faptului că propria noastră galaxie ne blochează viziunea asupra a mai mult de 20% din sfera cerească. Blocarea este mai puțin amănunțită cu lumina infraroșie decât este pentru partea vizibilă a spectrului. Acest lucru a permis descoperirea destul de recentă a galaxiilor din spatele Căii Lactee, inclusiv una al cărei centru este la doar 78000 de ani lumină distanță, ceea ce îl face cel mai apropiat neigbor de până acum: a fost descoperit în 1994 și poartă numele de”SagittariusDwarf Eliptical Galaxy”, sau „SagDEG”(nu trebuie confundat cu galaxia neregulată pitică Sagittarius, prescurtată SagDIG).Titularul recordului anterior a fost proeminentmare Nor Magellanic,care este vizibil cu ochiul liber din emisfera sudică și este situat la o distanță de aproximativ 179000 de ani-lumină.

masele enumerate în tabelul de mai sus sunt cele mai recente estimări pe care le-am putea găsi pentrumasele totale ale galaxiilor enumerate. O galaxie mare are adesea un halou masiv întunecat, care contribuie la cea mai mare parte a masei sale. Prezența unui astfel de halou este dezvăluită prin studierea modului în care variază viteza orbitală a stelelorcu distanțele lor față de centrul galactic. Alte galaxii, cum ar fi Marele Nor Magellanic (LMC),aparau un halou mai puțin masiv (un raport „masă la lumină” de aproximativ 4)…

până în aprilie 2002, cea mai profundă imagine a Universului a fost oferită de două imagini dramatice de la Telescopul Spațial Hubble (HST). Prima a fost o vedere profundă a unui mic petic al cerului nordic obținut din 342 de expuneri luate cu Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2)timp de 10 zile consecutive între 18 și 28 decembrie 1995. A devenit cunoscut sub numele de Hubble Deep Field (HDF). O „imagine” similară a fost făcută în octombrie 1998 în beneficiul observatorilor din sud(Hubble Deep Field South, HDF-S). WFPC2 utilizat în ambele cazuri a fost instalat câmpul vizualpe HST pentru a corecta aberația sferică a oglinzii primare; înlocuiește o versiune anterioară care nu se aștepta la aberație(de aici „2” în denumire).

instrumentul este format din 4 camere CCD separate, fiecare cu o rezoluție de800 x 800 pixeli. Se utilizează un splitter în formă de piramidă pătrată, astfel încât fiecare dintre cele 4 camere să poată gestiona un sfert din câmpul vizual. Așa-numita cameră planetară (PC) are o rezoluție mai mare decâtalte trei camere „cu câmp larg” și acoperă astfel un plasture mai mic al cerului. Acest lucru conferă câmpului vizual total forma ciudată” chevron ” ilustrată mai sus. Se obișnuiește exprimarea rezoluției unei camere CCD telescopiceîn milli-arcsecundă (mas) pe pixel. Aceasta este de 45,5 mas / pixel pentru camera planetară (PC) și96,6 mas/pixel pentru camerele cu câmp larg (WF2, WF3 și WF4). De 800 de ori unghiul pe pixel dă lățimea unghiulară a câmpului vizual pătrat alfiecare instrument (respectiv 36,4 și 77,28 arcsec). Exprimat în steradieni(sr),întregul câmp vizual al WFPC2 este, prin urmare:

(p/648000)2 ” 4p / 27,8 106 („5,345 arcmin2 )

acest lucru ar fi subtins de un disc de aproximativ 0,66 mm în diametrula o distanță de 0,75 m; pe care media l-a descris ca”un bob de nisip la lungimea brațului”.

cu alte cuvinte, întreaga sferă cerească(4P sr) este de aproximativ 27,8 milioane de ori mai mare decât câmpul vizual al WFPC2. Galaxiile 1686 au fost găsite în imaginea HDF (puțin mai mică decât în HDF-urile ulterioare),dar se estimează că aproximativ 4500 ar fi detectate cu o sensibilitate mai bună. Această presupunere se traduce într-un total mare de aproximativ125 miliarde(125 000 000 000) galaxii. La distanțe cosmologice, doar 2 galaxii (Calea Lactee și Andromeda) ar fi detectabile de WFPC2 printre cele trei zeci ale grupului nostru Local, așa că putem ghici că numărul total de galaxii din universul observabil ar putea fi de 20 de ori mai mare,dacă galaxiile mai mici vor fi numărate. (De asemenea, galaxiile tinere se pot ciocni pentru a forma altele mai mari, astfel încât galaxiile sunt așteptate să fie mai numeroase la distanțe foarte mari, unde observăm un univers mai tânăr.)

în martie 2002, a fost instalată așa-numitacamera avansată pentru sondaje(ACS) la bordul Telescopului Spațial Hubble NASA/ESA,în spațiul eliberat de camera de obiecte slabe (FOC). ACS este un instrument cu rezoluție mai fină (49 mas/pixel) decât Wfpc2și un câmp vizual (202″ 202″)de aproximativ 2,12 ori mai mare. Detectoarele CCD constau din două matrice butted of2048 4096 pixeli,fiecare 15 mm pe o parte (1/10 lățimea unui fir de păr uman).Instrumentul este,de asemenea, de aproximativ 5 ori mai sensibil decât WFPC2, permițând observarea cerului profund să fie finalizată mult mai repede. Pe 1 și 9 aprilie, ACS nou instalat a obținut o imagine dramatică a galaxiei Tadpole (UGC 10214,la o distanță de 420 de milioane de ani-lumină, în constelația Draco)prin 3 expuneri separate prin filtre aproape infraroșii, portocalii și albastre. Imaginea color rezultată a fosteliberată la 30 aprilie 2002 și prezintă un fundal de aproximativ 6000 de galaxii individuale. Pentru un câmp vizual de aproximativ două ori mai mare, acest lucru se traduce în aceeași densitate ca și cele 3000 de galaxii estimate văzute în oricare dintre imaginile „Hubble Deep Field” (HDF și HDF-s) obținute cu WFPC2 în 1995 și 1998. (Rețineți că expunerea totală ACS pentru imaginea Mormoloc a fost de 12 ori mai scurtă decât expunerea totală pentru oricare dintre imaginile WFPC2.)

deplasările fotometrice spre roșu pot fi utilizate pentru a obține o distribuție generală a numărului n(z) de galaxii observate la o anumită deplasare spre roșu. Dintr-o astfel de distribuție, numărul de galaxii nedetectate poate fi mai bine estimat.

(2002-05-29)
câte boabe de nisip există pe Pământ?

un poet a spus odată că „boabele de nisip cresc constant în număr,iar deșerturile devin din ce în ce mai mari”. La prima vedere, poetul pare să spună adevărul: De fiecare dată când un bob de nisip se rupe, numărul de boabe crește cu cel puțin unul(să ignorăm, deocamdată, faptul că nisipul foarte fin poate devenitehnic nămol, noroi sau lut în proces).

pe o scară geologică, totuși,această frumoasă observație poetică nu corespunde unei contabilități corecte,deoarece există procese care scad și numărul de boabe de nisip. Pe perioade lungi de timp, nisipul poate deveni gresie,siltstone, mudstone sau șisturi… Pe perioade mai lungi, Materialul unora dintre aceste roci sedimentare poate fi reciclat încet și, în cele din urmă, reapare ca rocă solidă din interiorul Pământului. Aceasta este ceea ce implică în cele din urmă tectonica plăcilor: cu posibila excepție a câtorva cristale de zircon în regiuni limitate ale unor plăci continentale ,fiecare bob microscopic al fiecărei roci observate vreodată este mult mai tânăr decât Pământul însuși. Cea mai veche podea a mării, în special, nu este cu mult mai veche de 200 de milioane de ani(mai puțin de 5% din vârsta Pământului).

să ignorăm, prin urmare, remușcările poetului și să luăm în considerare doar nisipulcare este în prezent pe fața pământului nostru Matur. Numărul de boabe a fost aproape constant de ceva timp…

(2002-05-11)
câtă materie există în univers? Câte particule elementare?

masa totală a unei galaxii poate fi estimată foarte precis din viteza stelelor care orbitează la o anumită distanță de nucleul său. Mai mult, modul în care aceste viteze variază în funcție de distanță indică modul în care masa este distribuităîn interiorul galaxiei. Problema este că această masă se dovedește a fi de aproximativ 10 ori mai mare decât masa totală a tot ceea ce vedem sau ghicim (stele și gaz interstelar sau praf). 90% din masa din sau în jurul galaxiilor este astfel necunoscută și a devenit cunoscută ca materie întunecată. Deoarece soluțiile posibile evidente ale problemei (cum ar fi numeroși pitici maro abia detectabili) sunt excluse,unii sugerează că materia obișnuită (așa-numita materie barionică)nu este tot ce există. Dimpotrivă, majoritatea lucrurilor din univers ar putea fi altceva pe care nu am reușit încă să-l detectăm din cauza lipsei sale aparente de interacțiune cu tot ceea ce vedem, cu excepția efectelor gravitaționale… Natura materiei întunecate poate fi încă neclară, dar recentavansurile confirmă faptul că aproximativ 90% din masa totală din univers este materia întunecată.

densitatea Universului