Obwohl wir uns in der Milchstraße befinden, kennen wir das wahre Gesicht der Milchstraße

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Dong Zhichuan (Nanjing Institut für Astronomische Optik und Technologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

„Der Altair ist weit weg, die Milchstraße ist hell.“ „Die Milchstraße ist klar und flach. Wie weit sind sie voneinander entfernt?“

In dem Volkslied „Distant Altair“ aus der Han-Dynastie wird die Pracht der Milchstraße anschaulich dargestellt.

Die Milchstraße hat bei der Menschheit so viel Inspiration und Sorge ausgelöst. Obwohl wir Menschen uns in diesem gewaltigen Sternenstromwirbel befinden, haben wir „keine Angst vor den Wolken, die uns die Sicht versperren“ und können uns allein mit unserer Weisheit bemühen, ein Panoramabild davon zusammenzusetzen. Das ist eine erstaunliche Leistung.

Obwohl wir versucht haben, dieses milchig weiße, helle Band am Sternenhimmel zu verstehen, können die in der Milchstraße verborgenen interstellaren Geheimnisse nicht über Nacht gelüftet werden. Egal, ob Sie nur ein bisschen mehr wissen oder das Gesamtbild verstehen möchten, lassen Sie uns über die Milchstraße sprechen, in der wir leben!

Warum sieht die Milchstraße so aus, wenn wir sie von der Erde aus beobachten?

Tatsächlich ist die Milchstraße das ganze Jahr über zu sehen, aber den hellsten und spektakulärsten Teil sehen wir an der Wende zwischen Sommer und Herbst .

Warum ist die Milchstraße, die wir sehen, bandförmig? Da wir uns innerhalb der Milchstraße befinden, können wir sie nur von der Seite sehen .

Galaxis

(Bildquelle: Wikipedia)

Die Erde „wandert“ in der Milchstraße um die Sonne, und die Sonne dreht sich um das Zentrum der Milchstraße (mit einer Periode von etwa 220 Millionen Jahren). Im Winter bewegt sich die Erde nach außen, also auf die vom Zentrum der Milchstraße abgewandte Seite der Sonne. Der Sternenhimmel auf der Sonnenseite ist nicht sichtbar und nur die Sterne am Rand der Milchstraße sind nachts zu sehen, daher ist die Milchstraße dunkel.

Im Sommer bewegt sich die Erde zur Innenseite der Sonne, also zur Seite nahe dem Zentrum der Milchstraße. Der dichteste Teil der Milchstraße ist am Nachthimmel zu sehen. Die mehreren inneren Arme überlappen sich, sodass sie deutlicher zu erkennen sind und die offensichtliche Bandverteilung leichter zu erkennen ist.

Jedes Jahr im Juli und August ist das Wetter klar und kühl und die Erde befindet sich in einer ausgezeichneten Lage. Zu dieser Zeit nimmt mit Unterstützung des subtropischen Hochdruckgebiets auf der Nordhalbkugel die Zahl der Sonnentage zu, der visuelle Kontrast wird stärker und das Licht des Nachthimmels wird schwächer. Aus diesem Grund können wir die Milchstraße im Juli und August deutlicher sehen.

Zwei Möglichkeiten, die gesamte Milchstraße zu „sehen“

Wenn wir uns in der Milchstraße befinden und den Wirbel/Balken und die Struktur der vier Spiralarme der Milchstraße deutlich sehen möchten, müssen wir dann senkrecht zur galaktischen Scheibe nach oben fliegen? Wie weit müssen wir fliegen, um die gesamte Milchstraße zu sehen?

Lassen Sie uns eine einfache Berechnung durchführen. Das angenehme Sichtfeld des menschlichen Auges beträgt etwa 124 Grad. Angenommen, der Durchmesser der Milchstraße beträgt 150.000 Lichtjahre (das ist der Durchschnittswert der neuesten Daten), dann lässt sich anhand trigonometrischer Funktionen berechnen, dass die Entfernung zur visuellen Betrachtung der gesamten Milchstraße 39.900 Lichtjahre beträgt und damit größer ist als die Entfernung zwischen uns und dem Zentrum der Milchstraße (26.000 Lichtjahre).

Das bedeutet, dass wir, wenn wir von der Erde aus starten, etwa 40.000 Jahre mit Lichtgeschwindigkeit reisen müssten, um einen Ort zu erreichen, von dem aus wir die gesamte Milchstraße sehen können.

Diese Distanz ist derzeit unerreichbar. Gibt es also für Menschen andere Möglichkeiten?

haben.

Es gibt mindestens zwei weitere Möglichkeiten, die uns dabei helfen, unser Ziel zu erreichen, die Milchstraße zu sehen. Eine Möglichkeit besteht darin, „andere als Spiegel zu verwenden“, und die andere besteht darin, „den Leoparden durch die Röhre zu sehen“.

„Nutzen Sie andere als Spiegel“

„Andere als Spiegel verwenden“ bedeutet, dass wir durch die Beobachtung anderer weit entfernter Galaxien (wie unserer Nachbargalaxie, der Andromedagalaxie) indirekt Rückschlüsse auf das Aussehen unserer Milchstraße ziehen können.

Es ist, als würden wir in einer Gemeinschaft leben, in der die Gebäude ein sehr einheitliches Erscheinungsbild haben. Obwohl wir in unserem eigenen Haus sind und nicht hinausgehen können und auch nicht das Gesamtbild des Wohnkomplexes überblicken können, können wir dennoch den allgemeinen Stil unseres eigenen Wohnkomplexes verstehen, indem wir andere Wohnkomplexe beobachten.

Unter den der Menschheit bekannten Galaxien sieht die 380 Millionen Lichtjahre entfernte UGC 12158 unserer Milchstraße sehr ähnlich. Sie gilt als die Galaxie, die in ihrem Aussehen der Milchstraße am ähnlichsten ist. Wie die Milchstraße hat auch sie vier oder fünf Spiralarme und ist ebenfalls eine Balkenspiralgalaxie.

Das Aussehen der Galaxie UGC 12158 (links) und der Milchstraße (rechts)

(Bildquelle: Wikipedia)

Allerdings steht diese Methode auch vor einer neuen Herausforderung: Sie besteht darin, aus riesigen Datenmengen Galaxien herauszufiltern, die der Milchstraße ähnlich sind .

Da die manuelle Überprüfung sehr zeitaufwändig und ineffizient ist, haben Astronomen begonnen, die Möglichkeiten künstlicher Intelligenz zu nutzen, um dieses Problem zu lösen.

Sie verwendeten Bilder von mehr als 100.000 Galaxien, die vom Herschel-Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gesammelt wurden, als Trainingsdaten und testeten die kalibrierte KI an weiteren etwa 20.000 Galaxienbildern. Die Ergebnisse zeigen, dass die Klassifizierungsgenauigkeit der künstlichen Intelligenz über 90 % erreicht hat.

Mithilfe von Galaxienbildern, die mithilfe künstlicher Intelligenz klassifiziert wurden, wählten die Astronomen außerdem die 1.000 Galaxien aus, die der Milchstraße am ähnlichsten sind, und führten eine detaillierte Analyse dieser Galaxien durch. Nach Untersuchungen wurde festgestellt, dass 45 % dieser Galaxien „flach“, 12 % „gekrümmt“ und 43 % „verzerrt“ sind.

Dieses Ergebnis bedeutet, dass es sich bei der Milchstraße wahrscheinlich auch um eine „verzerrte“ Galaxie handelt , d. h., die beiden Enden der Milchstraßenscheibe sind nach oben und unten gebogen und bilden eine „S“-Form.

Überraschenderweise stimmt diese Vermutung zufällig mit dem Bild der Milchstraße überein, das wir mit der zweiten Methode unten erhalten haben.

Die Scheibe der Milchstraße ist „verzogen“

(Bildquelle: Wikipedia)

„Den Leoparden durch die Röhre sehen“

Die zweite Methode ist eine Art von uns Menschen geschaffene Technologie, bei der man „das ganze Bild von einem kleinen Teil aus sieht“, oder eine Technologie, bei der „blinde Männer einen Elefanten berühren“, nämlich die „Big Data-Himmelsdurchmusterungstechnologie“.

Im Einzelnen ähnelt die Anwendung dieser Technologie der Verwendung eines hocheffizienten wissenschaftlichen Vermessungsinstruments wie dem LAMOST Guo Shoujing-Teleskop zur Rekonstruktion und Gewinnung von Feinstrukturinformationen der gesamten Milchstraße durch die Aufnahme von Einzelbildbildern der Milchstraße und die Ansammlung riesiger Datenmengen.

Das Prinzip dieses „Porträts“ der Milchstraße ist ganz einfach. Astronomen erfassen die Position, Leuchtkraft, das Spektrum und andere Informationen jedes Sterns, der von einem großen Teleskop „berührt“ wird, und ermitteln so die chemische Zusammensetzung, Verteilung, das Alter und die Bewegung der Sterne. Durch die tägliche Ansammlung neuer Daten sind sie dann in der Lage, das Gesamtbild der Milchstraße zu rekonstruieren und seine strukturellen Merkmale anzupassen.

Die allgemeine Struktur der Milchstraße

(Bildquelle: Wikipedia)

Natürlich müssen wir die Person erwähnen, die dies zuerst getan hat. Er ist kein zeitgenössischer Astronom, sondern ein hochrangiger Pionier in der Geschichte der Astronomie, nämlich der berühmte Sir William Herschel von vor zweihundert Jahren (das oben erwähnte Herschel-Weltraumteleskop ist nach ihm benannt, um an seine großen Leistungen zu erinnern).

Sir William Herschel ist als Begründer der Sternastronomie bekannt und wird als Vater der Sternastronomie bezeichnet. Mit seinem weltberühmten „Cannon“-Teleskop leistete Herschel Pionierarbeit in der modernen Astronomie und entdeckte sogar Uranus in seinem eigenen Garten (mit einem anderen Teleskop).

Sir William Herschel

(Bildquelle: Wikipedia)

Es war dieser legendäre britische Astronom des 18. Jahrhunderts, der nach langjährigen, beharrlichen und präzisen Beobachtungen als Erster entdeckte, dass die Verteilung der Sterne in der Milchstraße eine flache Scheibenstruktur ist, indem er die Beobachtungsmethode der Sternzählung anwandte. Auf dieser Grundlage entwarf er das weltweit erste Umrissmodell der Milchstraße . Zu diesem Zweck reiste er zur weiteren Beobachtung und Überprüfung sogar nach Südafrika.

Viele wissenschaftliche Forschungseinrichtungen haben ähnliche Big-Data-Projekte gestartet, etwa das Projekt „Digital Milky Way“ des National Astronomical Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und das Projekt „Galactic Scroll“ des Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

Die Methode der Big-Data-Himmelsdurchmusterung, die Idee von „blinden Männern, die einen Elefanten berühren und einen Turm aus Sandkörnern bauen“, ist für uns nicht nur eine effektive Möglichkeit, ein vollständiges Bild der Milchstraße zu erhalten, sondern auch die einzige Möglichkeit für uns Menschen, die großräumigen Strukturen anderer Universen zu erforschen.

In den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler mit dieser Methode viele bemerkenswerte Entdeckungen gemacht. So arbeiteten beispielsweise chinesische Wissenschaftler mit deutschen Wissenschaftlern zusammen und nutzten eine ähnliche Methode, um die ultragroße Netzwerkstruktur der dunklen Materie im riesigen Universum zu entdecken.

Eine andere Gruppe von Wissenschaftlern entdeckte durch statistische Big-Data-Analysen einer großen Menge von Galaxiendaten die Existenz des „Großen Attraktors“ und der großräumigen kosmischen Struktur des Laniakea-Superhaufens, der wie eine Faser/Feder aussieht und sich über 520 Millionen Lichtjahre erstreckt.

Laniakea-Superhaufen

(Bildquelle: Wikipedia)

Abschluss

Obwohl wir uns in der Milchstraße befinden, können wir dennoch das wahre Gesicht der Milchstraße erkennen. Auch wenn Galaxien im Universum sehr weit von uns entfernt sind, heißt das nicht, dass der Mensch sie nicht wirklich verstehen kann. Das Universum ist voller Anziehungskraft. Es ist weit weg und doch erreichbar und erfüllt die Menschen mit endlosen Träumereien ...