תצוגה לוגריתמית זו של היקום תפוצץ לכם את הראש

מאת: Ethan Siegel

מקור: Big Think

כאשר אנו מסתכלים על קנה מידה קוסמי גדול יותר, אנו מקבלים מבט רחב יותר על היער הקוסמי רחב הידיים, ובסופו של דבר חושפים את המבט הרחב מכולם. מקנה המידה של כדור הארץ, של כמה אלפי קילומטרים, ועד לקנה המידה של היקום הנצפה, של כמעט 100 מיליארד שנות אור, יש דרך ארוכה מכאן ועד לאופק הקוסמי. אבל במקום סקאלה ליניארית, שתיקח כמה קווינטיליונים של כדורי ארץ מקצה לקצה כדי להגיע לגבולות היקום הנצפה, סקאלה לוגריתמית מכילה הרבה יותר תובנות קוסמיות למתבונן מהצד. מכאן ועד לגבולות של מה שאנחנו יכולים לראות, הנה מבט לוגריתמי עוצר נשימה של היקום, המוכנס לתצוגה אמנותית פנטסטית אחת, מאת האמן פבלו קרלוס בודסי (Pablo Carlos Budassi).

זוהי דרך ארוכה מכוכב הלכת כדור הארץ לקצה היקום.

היקום הנצפה בקונספט הסקאלה הלוגריתמית של האמן. מערכת השמש מפנה את מקומה לשביל החלב, אשר מפנה את מקומו לגלקסיות סמוכות אשר מפנות את מקומן למבנה בקנה מידה גדול ולפלזמה החמה והצפופה של המפץ הגדול בפאתי היקום. כל קו ראייה בו אנו יכולים לצפות מכיל את כל התקופות הללו, אך החיפוש אחר האובייקט הנצפה הרחוק ביותר לא יושלם עד שנמפה את היקום כולו. -Credit: Pablo Carlos Budassi-

עולם הבית הקטנטן שלנו, עצום לכאורה, הוא רק ברוחב של 12,742 ק"מ.

תמונה זו, שצולמה מתחנת החלל הבינלאומית על ידי האסטרונאוטית קארן נייברג ב-2013, מציגה את שני האיים הגדולים ביותר בחלק הדרומי של רמת מסקרין (Mascarene Plateau): ראוניון, בחזית, ומאוריציוס, מכוסה חלקית בעננים. כדי לראות אדם על כדור הארץ מגובה תחנת החלל, יהיה צורך בטלסקופ בגודל של האבל. קנה המידה של אדם הוא פחות מ-1/5,000,000 מקנה המידה של כדור הארץ, אבל כדור הארץ הוא רק טיפה זעירה באוקיינוס הקוסמי, בקוטר של קצת יותר מ-10,000 ק"מ בלבד. -Credit: NASA/Karen Nyberg-

בדרך כלל אנו חושבים באופן ליניארי: מרחק השמש הוא פי 10,000 מקוטר כדור הארץ.

מסלולי כוכבי הלכת במערכת השמש הפנימית אינם בדיוק מעגליים, אבל הם די קרובים, כאשר לחמה ולמאדים יש את הבריחות הגדולות ביותר ואת האליפטיות הגדולה ביותר. אם הייתם מציירים קו דמיוני המחבר בין כדור הארץ לחמה, הייתם רואה את מיקומו הנראה של חמה נודד ממערב למזרח ברוב הפעמים, אבל במהלך נסיגה, כאשר הוא עוקף את כדור הארץ, במקום זה מיקומו היה נודד מזרח למערב: תופעה שרק כוכב לכת פנימי יכול לחוות. - Credit: NASA/JPL-

אבל מבחינה קוסמית, סקאלות לוגריתמיות - שבהן כל פקטור מכפלה של "10" מגדיר סימן נוסף על השליט הקוסמי שלנו - משרתות אותנו הרבה יותר טוב.

כדור הארץ, בקוטר של כמעט 13,000 ק"מ, הוא זעיר בהשוואה למרחקים הקוסמיים בין כדור הארץ לירח, או, באופן מרשים יותר, כדור הארץ והשמש. אבל סקאלה לוגריתמית נותנת לנו פרספקטיבה שונה בתכלית, ומאפשר לנו להתחשב בסקאלות מרחקים שונות בתצוגה ויזואלית אחת. - Credit: Pablo Carlos Budassi-

בסקאלה לוגריתמית, השמש, חמה ומאדים נמצאים כמעט במרחק שווה.

מערכת השמש הפנימית, כולל כוכבי הלכת, האסטרואידים, ענקי הגזים, חגורת קויפר ועוד, היא זעירה בקנה מידה בהשוואה להיקף עננת אורט. סדנה, האובייקט הגדול היחיד עם אפליון מרוחק מאד, עשוי להיות חלק מהחלק הפנימי ביותר של עננת אורט הפנימית, אך אפילו זה שנוי במחלוקת. בקנה מידה ליניארי, הצגת מערכת השמש כולה בתמונה אחת היא מגבילה להפליא. - Credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt-

פקטור נוסף של מרחק של ~10,000 לוקח אותנו לעננת אורט.

במערכת השמש, אנו מודדים בדרך כלל מרחקים ביחידות אסטרונומיות (AU), כאשר המרחק בין כדור הארץ לשמש הוא 1 AU. חמה ומאדים נמצאים גם הם בערך 1 AU מכדור הארץ, כאשר שבתאי ב ~10 AU, חגורת קויפר מסתיימת לפני ~100 AU, ועננת אורט קיימת ברובה ב ~10,000 AU. זהו מרחק עצום בסקאלה ליניארית, אבל רק סט קטן של "פקטורים של 10" משם בלוגריתמית. - Credit: Pablo Carlos Budassi-

קפיצה לוגריתמית קצרה לוקחת אותנו ממערכת השמש אל הכוכבים.

תמונה זו בחשיפה ארוכה לוכדת מספר כוכבים בהירים, אזורי יצירת כוכבים ומישור שביל החלב מעל מצפה הכוכבים ALMA של חצי הכדור הדרומי. הכוכבים הקרובים ביותר נמצאים במרחק שנות אור בודדות בלבד: פחות מפקטור 10 מקצה עננת אורט. אבל כוכבים ומאפיינים רחוקים יותר, שעדיין נראים בעין אנושית,במקום זאת יכולים להיות במרחק עשרות אלפי שנות אור. - Credit: ESO/B. Tafreshi twanight.org

רבים מהכוכבים הבהירים ביותר בשמי כדור הארץ נמצאים במרחק של פחות מ-1,000 שנות אור.

רבים מהכוכבים הסמוכים ביותר לכדור הארץ הם חלק מזרוע אוריון, שהיא בעצמה שלוחה קטנה של זרוע פרסאוס הגדולה יותר של שביל החלב. מהכוכבים הקרובים ביותר, במרחק של כמה שנות אור, ועד לזרועות אלה, במרחק של כמה אלפי שנות אור, מייצגים רק שלושה פקטורים של "10" בסקאלה לוגריתמית. -Credit: Pablo Carlos Budassi-

קפיצה לוגריתמית קטנה נוספת מביאה אותנו לזרועות הספירלה הקרובות ביותר שלנו.

תצפית כל השמים של גאיה (Gaia’s all-sky view) על גלקסיית שביל החלב שלנו והגלקסיות השכנות. המפות מציגות את הבהירות והצבע הכוללים של הכוכבים (למעלה), את הצפיפות הכוללת של הכוכבים (באמצע), ואת האבק הבין-כוכבי שממלא את הגלקסיה (למטה). שימו לב כיצד, בממוצע, ישנם כ-10 מיליון כוכבים בכל מעלה מרובעת, אבל שלאזורים מסוימים, כמו המישור הגלקטי או המרכז הגלקטי, יש צפיפות כוכבים הרבה מעל הממוצע הכללי. - Credit: ESA/Gaia/DPAC-

מעבר לכך מסתתרת הקבוצה הגלקטית המקומית המלאה.

זרוע הספירלה של פרסאוס מובילה אל שביל החלב בקנה מידה מלא, כאשר גלקסיות אחרות בקבוצה המקומית שוכנות רק פקטור בודד של "10" מעבר לשביל החלב בקנה מידה מלא. פקטור נוסף של 10 מעבר לכך לוקח אותנו לקבוצות גלקטיות גדולות ואף מתקרב לצביר הגלקסיות הקרוב ביותר. - Credit: Pablo Carlos Budassi-

במהירות, גלקסיות שכנות הופכות נפוצות.

מפה מאוירת זו של צביר-העל המקומי שלנו שלנו, צביר-על הבתולה, משתרע על פני יותר מ-100 מיליון שנות אור ומכיל את הקבוצה המקומית שלנו, בעלת שביל החלב, אנדרומדה, גלקסיית המשולש וכ-60 גלקסיות קטנות יותר. האזורים היותר צפופים מושכים אותנו מבחינה כבידתית, בעוד שאזורי הצפיפות מתחת לממוצע למעשה דוחים אותנו ביחס למשיכה הקוסמית הממוצעת. - Credit: Andrew Z. Colvin-

השלבים הקוסמיים הבאים חושפים צביר גלקסיות בקנה מידה גדול.

ישנם רק פקטורים בודדים של "10" במרחק לוגריתמי המפרידים בין הגלקסיות הקרובות ביותר, הממוקמות במרחק של כמה מאות אלפים עד כמה מיליוני שנות אור, למאפייני צביר בקנה מידה גדול בסקאלה של מאות מיליונים או אולי מיליארד אחד שנות אור. בסקאלות אלה, המאפיינים הגדולים ביותר של היקום מתחילים להופיע. - Credit: Pablo Carlos Budassi-

בסופו של דבר נחשפים המבנים הגדולים מכולם: הרשת הקוסמית הגדולה.

עם הזמן, אינטראקציות כבידה יהפכו יקום אחיד ברובו בעל צפיפות שווה ליקום עם ריכוזים גדולים של חומר וחללים ענקיים המפרידים ביניהם. נייטרינו ואנטינייטרינו מתנהגים כמו קרינה בזמנים מוקדמים של היקום, אך בזמנים מאוחרים, יפלו לתוך בארות הכבידה של גלקסיות וצבירי גלקסיות, מכיוון שהם מאבדים מהירות בגלל התרחבות החלל. - Credit: Volker Springel/MPE-

רבים מהמאפיינים הללו רק נראים: אנרגיה אפלה תקרע את הפסאודו-מבנים אלה לגזרים.

ייתכן שהמאפיינים הגדולים ביותר שנראים כאן, כמו "קירות גדולים" ו"קבוצות קוואזר גדולות" ("large quasar groups") אינם מבנים הקשורים קוסמולוגית, אלא פסאודו-מבנים לכאורה, שבהם הכבידה בשל המסות המצטברות שלהם לא תהיה מספיקה כדי לשמור אותם קשורים. אנרגיה אפלה, בסקאלה הקוסמית הגדולה ביותר, תפריד את כל הדברים. - Credit: Pablo Carlos Budassi-

בגבולות הקוסמיים מתגלים קצוות הזמן: הרגעים המוקדמים ביותר לאחר המפץ הגדול הלוהט.

סקרי הגלקסיות העמוקים ביותר שלנו יכולים לחשוף עצמים במרחק עשרות מיליארדי שנות אור, אבל אפילו עם טכנולוגיה אידיאלית, יהיה פער מרחק גדול בין הגלקסיה הרחוקה ביותר למפץ הגדול. בשלב מסוים, המכשור שלנו פשוט לא יכול לחשוף את כולם, והפער בין פליטת קרינת הרקע הקוסמית להיווצרות הכוכבים המאד ראשונים יתגלה לנו בודאות. - Credit: Sloan Digital Sky Survey-

תודה לאמן פבלו קרלוס בודסי על יצירת המסע הקוסמי המאויר בצורה מבריקה.

המפה הלוגריתמית הזו בכיוון אנכי של היקום משתרעת על פני כמעט 20 סדרי גודל, ומובילה אותנו מכוכב הלכת כדור הארץ לקצה היקום הנראה לעין. כל "סימן" גדול בסקאלה בצד הימני מתאים לעלייה בסקאלת המרחק בפקטור של 10. -Credit: Pablo Carlos Budassi-