Vetenskap
Varje år får vi en lite bättre förståelse för universums natur och vår plats i det.
För de flesta av USA är kartläggningstekniken vi använder dagligen begränsad till instrumentmonterade GPS-enheter.
Ingen respektlöshet - jag menar, bara för tio år sedan var vi beroende av pappersatlas för att komma dit vi skulle; banbrytande innebar ruttfynd i Mapquest och sedan skriva ut sidorna.
Men när du läser detta arbetar hundratals team av forskare med mycket mer komplexa tekniker för att kartlägga allt från universums avlägsna delar till de oändligt små partiklarna i det. För bara några veckor sedan gjorde astronomer som använder det fortfarande under konstruktion ALMA-observatoriet (bilden ovan) en viktig upptäckt om det närliggande Fomalhaut-systemet - i princip att det förmodligen innehåller ett gäng jordstorlekar.
Nedan följer en lista över liknande betydelsefulla upptäckter om vårt universums sammansättning och utformning, och beskrivningar av den senaste tekniken inom astronomi, partikelfysik och marinvetenskap som har gjort dem möjliga.
1. Nästa generation: James Webb Space Telescope
Hubble- och Spitzer-rymdteleskopen har gungat det i 22 respektive 9 år. De ansvarar för att producera de otroliga djupa rymdbilderna som vi alla känner till, av vilka några ingår nedan. Men Spitzer har redan uttömt sina reserver av flytande helium, som krävs för sina primära operationer, och Hubble förväntas bara pågå i ytterligare två år. James Webb är deras efterträdare.
Med olika konstruktionsfaser pågår i 17 länder planeras James Webb Space Telescope att vara färdig 2018. Dess design har 18 guldbelagda sexkantiga speglar, som kommer att fokusera ljus från superavlägsna målkällor och fånga synliga och infraröda högupplösta bilder. I teorin betyder detta att det kommer att kunna se de mest avlägsna föremålen i universum, till exempel de första stjärnorna och galaxerna som bildades efter Big Bang.
På bilden ovan "NASA-ingenjören Ernie Wright ser på när de första sex flygfärdiga James Webb rymdteleskopets primära spegelsegment är förberedda för att påbörja slutliga kryogentest vid NASA: s Marshall Space Flight Center i Huntsville, AL." Funktionalitet måste testas under förhållanden liknande de som upplevs inom James Webbs målbana, 930 000 mil rakt upp.
2. Kartlägga vår galax
På vissa uppenbara sätt är Vintergatan den galax vi känner bäst. Alla dess beståndsdelar är mycket, mycket närmare Jorden än deras motsvarigheter i främmande galaxer. Men när det gäller att förstå mjölkvägens övergripande form och smink har uppgiften alltid varit svår - just för att vi har rätt i det.
Så sent som 1785 gjorde astronomer detta genom att räkna enskilda stjärnor sett från jorden och plotta dem på en rå galaktisk karta. Senare kom de verkliga genombrotten från att observera andra galaxer och inse att de mestadels överensstämmer med en av tre huvudstrukturtyper. Vintergatan var fast besluten att vara av spiralsorten med en tjock stång som halverar sin centrala utbuktning.
Införandet av radioteleskop i mitten av 1900-talet gjorde det möjligt för astronomer att mäta väteutgången i olika delar av galaxen, vilket ledde till en mer exakt kartläggning av spiralarmarna och spärrade mitten. Som visas på bilden till höger ligger vår sol i Orion-armen. När du ser Vintergatan på natten ser du framåt och inåt genom Skytten, Scutum-Crux och Norma Arms mot den täta galaktiska kärnan.
3. En närmare titt på mitten av Vintergatan
Samtida avslöjanden om vår galax kommer med tillstånd från Hubble och Spitzer rymdteleskop. Den infraröda kompositen ovan kombinerar bilder från varje teknik för att skapa den mest detaljerade bild som någonsin har tagits av denna rymdregion. Medan måtten på fotot inbäddat här är 900 × 349 pixlar, representerar de ett område 300 × 115 ljusår i storlek.
Det galaktiska centrumet var känt för att innehålla tre stora kluster av massiva stjärnor, men denna bild visar många fler gigantiska individer som distribuerats långt utanför klusterens gränser. Det är också allmänt accepterat att ett supermassivt svart hål gömmer sig någonstans i denna centrala region. Det tog Hubble 144 banor av jorden och 2 300 exponeringar för att generera högupplösta mosaiken ovan.
4. Hubble rymdteleskop
Detta är den teknik som ansvarar för alla vackra rymdbilder. Kinda ser ut som en plåtburk med lite folie lindad runt ena änden. Eller en riktigt dyr burrito.
Hubble tog 11 år att bygga och lanserades 1990. Bara veckor efter sitt uppdrag blev det uppenbart att mätningarna av teleskopets primära spegel var av - med 2, 2 mikrometer. Lyckligtvis var Hubble utformad för att underlätta service i omloppsbana. 1993 installerades korrigerande optik av besättningen på Endeavour, vilket förhöll instrumentet till original designstandarder. Bilden ovan togs under ett slutligt planerat servicemission 2009.
När det gäller framsteg som gjorts i både vetenskapliga och läggra förståelser av universum är Hubble rymdteleskop utan tvekan den mest betydelsefulla kartläggningstekniken som någonsin har använts.
5. Going Ultra Deep
Bland de största framstegen i Hubble är denna undersökning - en sammansättning av 800 exponeringar som har tagits under 11 dagar, riktade mot en annars”tom” himmelskiva inom stjärnbilden Fornax.
Var och en av de ljuspunkter som syns i Hubble Ultra Deep Field-skottet är en galax mycket, mycket långt borta. Deras ljus som sett på bilden till höger reste i 13 miljarder år innan de påverkade Hubbles sensorer och skapade denna bild. Det betyder att du tittar på detta genom att titta på universum eftersom det bara var 400-800 miljoner år efter Big Bang.
Det finns 10.000 galaxer i bilden. Den visar ett himmelområde bara 1/10 av fullmånens diameter sett från jorden. Du behöver inte göra matematiken för att blåsa ditt sinne.
Gör dig själv en tjänst och klicka för att utöka den här.
6. Mäta hastigheten för universums expansion
Hubble har inte bara gett oss den djupaste bilden av universumet som någonsin registrerats, vilket hjälpte astronomer mer exakt att bestämma universumets ålder, det har också spelat en nyckelroll i hur vi mäter universumets expansionshastighet.
Sedan Edwin Hubbles arbete i slutet av 1920-talet har vi vetat att universum expanderar - avståndet mellan varje objekt i universum ökar. Hastigheten på denna ökning bestred emellertid bara förrän nyligen. Under de senaste åren har Hubble-teleskopdata från astronomiska föremål som supernovaer (som Crab Nebula, bilden ovan, resterna av en stellar explosion som inträffade 1054 e. Kr.) lett till dramatiskt mer exakta mätningar av Hubble Constant, den matematiska representation av expansionshastigheten.
Med andra ord, data från Hubble skapar både mer detaljerade kartor över vårt universum och hjälper oss att förstå hur dessa kartor ständigt förändras.
7. Observatorier på toppen av Hawaii
Upp på 13 796 ft på toppen av Mauna Kea på Big Island Hawaii ligger denna samling av internationellt ägda observatorier. Det är en utmärkt plats för stargazing, eftersom fuktigheten i området i allmänhet är låg, och oavsett vattenånga där hänger främst i moln under toppen. Ett besök före soluppgången på anläggningen har blivit en populär turistaktivitet.
Det finns totalt 13 teleskoper, inklusive Keck-paret, två av världens största optiska teleskoper. Forskare använder observatorierna för att kartlägga allt, från nyupptäckta satelliter i omloppsbana runt Jupiter, till funktioner i vår sol, till galaxer”från de mörka åldrarna.” De har också skapat zoombara bilder med stora fält av himlen.
8. Studera en galaktisk granne
Liksom med Vintergatan, förstås vår förståelse för andra galaxer i närheten kontinuerligt av ny teknik. Bilden till vänster är en liten region i det stora magellanska molnet (LMC), den tredje närmaste galaxen till vår egen på ett avstånd av cirka 160 000 ljusår.
Specifikt visas Tarantula Nebula här. Detta är den största och mest aktiva stjärnproducerande regionen i vårt galaktiska område, vilket gör det otroligt lysande och av otroligt intresse för astronomer när de studerar hur stjärnor bildar, utvecklas och slutligen dör. Några av de ljusblå stjärnorna som visas är de största som hittills registrerats, med massor över 100 gånger större än solens.
LMC var synlig som en vagt ljusa dis för de tidiga astronomerna - därmed "moln" -terminologin. Det var dock inte förrän Hubble att vi lyckades lösa trånga kluster som Tarantula Nebula som enskilda stjärnor och se exakt vad som hände i denna fenomenrika galax.
9. Kosmisk strålning och universums utveckling
De flesta av de universella kartläggningar som sker sker inte inom spektrumet av synligt ljus och leder inte nödvändigtvis till attraktiva eller tillgängliga bilder.
Planck Satellite, som startades 2009 av ESA, mäter den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) - en typ av strålning som genomsyrar universum och tros vara bunden till händelserna som inträffade under och strax efter Big Bang. Genom att läsa CMB av hela himlen har Planck som mål att svara på de stora frågorna: "hur började universum, hur utvecklades det till det tillstånd vi observerar idag och hur kommer det att utvecklas i framtiden?"
10. Sökningen efter jordliknande planeter
NASAs Kepler Mission, som använder det kretsande Kepler-teleskopet, har det uttalade syftet att upptäcka närliggande jordliknande planeter och därigenom ge en mer exakt uppskattning för hur många sådana planeter som kan existera inom Vintergatan.
För att vara "jordliknande" måste en planet ha en storlek som liknar vår - stora planeter är uppenbarligen lättare att upptäcka, men består av gas (som Saturn och Jupiter) i motsats till fasta material. Dessutom, och viktigast av allt, måste planeten kretsa inom den "bebodliga zonen" av sin stjärna, med yttemperaturer som skulle möjliggöra närvaro av flytande vatten.
I slutet av 2011 tillkännagavs bekräftelse av den första sådana planeten, Kepler-22b, och uppdraget har redan identifierat över 2 000 andra kandidatplaneter. Forskare tror nu att det troligen finns cirka 100 jordliknande planeter inom 30 ljusår efter oss.
11. En färdplan för det lokala universum
En karta över galaxer på ett avstånd av 380 miljoner ljusår. Bild: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Tio års himmelskanning som utfördes av markbaserade teleskoper från 2MASS Redshift Survey (2MRS) resulterade 2010 i den mest fullständiga kartan över vårt lokala universum hittills. 3D-bilden ovan planerar 43 000 galaxer, med deras avstånd från oss representerade av färgerna i tangenten längst ner till höger.
Det är lite knepigt att få 3D-nesset att titta på det här. Från Gizmodo:”3D-koordinaterna för varje galax registrerades så att rådata kan potentiellt användas för att bygga en realistisk 3D-modell av universum. Kasta in lite holografisk teknik så har du något direkt från Star Trek.”
12. Länka enskilda teleskop till kraftfulla matriser
De 27 separata radioantennerna i New Mexikos Very Large Array, var och en omgiven av en skål med 82 fot i diameter, arbetar tillsammans för att effektivt skapa en massiv observationsantenn med en diameter på 22 mil. VLA har varit fullt i drift sedan 1980 och en betydande hårdvaruuppgradering som genomfördes förra året har ökat sin tekniska kapacitet med en faktor på 8 000. Anläggningen byttes namn för att återspegla denna betydande förbättring (det nya namnet är Karl G. Jansky Very Large Array).
Under åren har VLA kartlagt superavlägsna kvasarer och pulsarer, studerat svarta hål och planetproducerande stjärnsystem och spårat rörelsen av vätgas i mitten av vår galax. Det är inte involverat - oavsett vad du såg Jodie Foster göra i kontakt - i jakten på utomjordiskt liv.
13. Bevis för förekomsten av mörk materia
Nuvarande teorier anser att mer än 80% av materien i universum inte är som de saker vi interagerar med eller observerar varje dag. Denna allestädes närvarande fråga är "mörk" och den kan inte direkt observeras av någon av teknologierna i denna lista.
I stället måste astronomer mäta effekterna av mörk materia på galaxer och andra observerbara fenomen. En sådan effekt kallas gravitationslinsering, som uppstår när ljuset från avlägsna föremål böjs runt ett massivt objekt (i detta fall en enorm mängd mörk materia) av det objektets tyngdkraft och ser till oss på jorden som om det vore passerar genom ett krökt glasstycke.
Det här är vad som händer på bilden av Galaxy Cluster Abell 1689 till höger. Vår syn på dessa galaxer förvrängs av den mörka materien som finns i klustret (representerad som den lila glöd).
Genom att använda bilder som detta från Hubble och andra källor och jämföra linsgraden med hur galaxerna skulle se ut normalt är astronomer i processen att skapa en 3D-karta över universumets mörka materia.
14. Närmare hemmet: Kartlägga havsbotten
Medan en imponerande mängd teknik pekas uppåt för att öka vår förståelse av universum bortom, genomförs lika intensiv forskning för att fylla i luckorna i vår kunskap om denna planet.
Det har bara varit några decennier som forskare har kunnat producera exakta kartor över havsbotten och de olika funktionerna som finns där, med början med användning av militärt utvecklad sonar efter andra världskriget. Idag används traditionell ekolod tillsammans med andra tekniker, såsom magnetisk kartläggning.
Detta är en av kapaciteterna för det autonoma undervattensfordonet Sentry (AUV). Emellertid, medan tidigare magnetiska mätinstrument togs bakom fartyg på ytnivå, är Sentry utformad för att arbeta 100 m över havsbotten, på djup upp till 5 km. Denna närhet, i kombination med sin superskänsliga magnetometer, producerar kartor över havsbotten med enastående detalj.
Vaktmästare har använts för att kartlägga potentiella platser för ett undervattensobservatorium utanför Washington State kust. Dess miljösensorer användes också under undersökningar av Deepwater Horizon-oljeutsläpp.
15. Dykning till världens botten
Deepsea Challenger. Foto: Mark Thiessen / National Geographic
Den 26 mars gjorde filmregissören James Cameron historia genom att bli den första personen som solo dykade till Challenger Deep, det mest avlägsna området i Mariana Trench och den djupaste platsen på jorden (sju mil rakt ner).
Cameron gjorde det inuti sin helt egen djuphavssänkbara, Deepsea Challenger, som byggdes i hemlighet under de senaste åtta åren. Medan han enligt uppgift inte såg mycket under sju timmars dyk, återvände hans team utan honom några dagar senare och fångade bilden till höger, som visar Deepsea Challenger och togs av den obemannade följeslagaren djuphavslandare,”Vars bete förmodligen ansvarar för att locka varelsen som syns i bilden.
För en rolig referensram om hur djupt vi pratar, kolla in den här grafiken. Vid 35 756 fot är Challenger Deep djupare än Everest är hög, med en mil att spara. Det är långt längre än djupet, "om du skjuter ett hål i en trycksatt SCUBA-tank, istället för att luft rusar ut, rusar vatten in." Vägen djupare än där jättefiskar bläckfiskar och sperma valar slåss, och mer än dubbelt så djup som rastplatsen för Titanic, som Cameron besökte 1995.
Andra projekt pågår för att designa och konstruera fartyg som kan färdas till havets botten, särskilt Virgin Groups DeepFlight Challenger. Kanske är inte möjligheten till ett paketavtal på en suborbitalflyg med Virgin Galactic och en resa ner Mariana med Virgin Oceanic så långt borta.
16. Vad allt är gjort av
Från kartor med våg oändligt stora, till de oändligt små. The Large Hadron Collider, som kom online 2008 som världens största partikelaccelerator, försöker bevisa förekomsten av den hypoteserade men ännu ej observerade Higgs bosonpartikeln.
Det är allt anslutet. Mörk materia, som utgör 83% av universum, består av en subatomär partikel som knappt kan teoretiseras om. En elektron i omloppsbana runt en atom i din kropp kan samtidigt ligga i bana runt galaxens centrum.
När man tittar på denna lista och tänker på hur långt tekniken har kommit även under de senaste tio åren är det omöjligt att förutsäga avslöjningarna av de kommande 10.
