Bagaimana kita memiliki foto galaksi sejauh ini?

Sebuah jawaban yang mungkin untuk ini adalah bahwa, cahaya yang dipancarkan dari galaksi menempuh miliaran mil ke bumi, di mana teleskop luar angkasa Hubble mengambil cahaya ini melalui sensornya, dan mampu membangun gambar galaksi

tetapi jika ini benar, dan galaksi miliaran mil jauhnya, bukankah partikel cahaya yang dipancarkan dari galaksi tersebar di semua tempat? setelah semua mereka telah melakukan perjalanan dari jutaan tahun, dan mungkin bertabrakan dengan asteroid dan benda asing lainnya. Apa kemungkinan bahwa sekitar 95% foton benar-benar mencapai bumi, memberikan kita gambar yang sangat rinci.

Pertimbangkan galaksi andromeda yang memiliki jarak 1,492 × 10 ^ 19 mi dari bumi. Jika cahaya yang dipancarkan dari galaksi bergerak ke segala arah, lalu bagaimana mungkin kita masih bisa memetakan seluruh galaksi, terbukti dari foto di bawah ini?

Tidakkah seharusnya setengah dari galaksi hilang karena foton bisa mengenai benda lain, dan "tidak pernah mencapai bumi"?

Ada dua alasan yang sering - tetapi tidak selalu - cahaya dari galaksi jutaan dan bahkan milyaran tahun cahaya pergi melalui Semesta dan turun ke kita:

1. Pertama, media intergalaksi (IGM) sangat encer. Jumlah kepadatan partikel di luar sana adalah urutan , atau kira-kira 26 orde magnitudo lebih rendah dari udara di permukaan laut! Itu berarti bahwa jika Anda mempertimbangkan tabung dari Andromeda ke Bima Sakti dengan luas penampang , itu akan mengandung kira-kira satu mikrogram materi (terima kasih kepada Rob Jeffries karena menangkap faktor) kesalahan).$n\sim10^{-7}\,\mathrm{cm}^{-3}$ 10 $1\,\mathrm{cm}^{2}$$10^6$

2. Kedua, bahkan jika foton mendekati atom, itu hanya akan diserap jika energinya cocok dengan beberapa transisi dalam atom. Karena sebagian besar atom terionisasi (dan karenanya harus disebut plasma, tetapi dalam astronomi perbedaan jika sering tidak dibuat), tidak ada elektron untuk menyerap foton. Foton lebih cenderung berinteraksi dengan elektron bebas melalui hamburan Thomson, tetapi penampang Thomson sangat kecil , jadi bahkan jika Anda mempertimbangkan Foton CMB - yang telah melakukan perjalanan melalui Semesta hampir sejak Big Bang - hanya sekitar 5% dari mereka yang berinteraksi dengan elektron dalam perjalanan mereka.$(\sim10^{-24}\,\mathrm{cm}^{2})$

Dengan kata lain: Jumlah cahaya yang ditransmisikan tergantung pada dua faktor: 1) Jumlah materi di sepanjang garis pandang, dan 2) kemampuan materi untuk menyerap cahaya. Dalam IGM, keduanya sangat kecil. Ketika cahaya memasuki media antar bintang (ISM) di dalam galaksi kita, ia mungkin menghadapi awan yang lebih padat dengan atom yang mampu menyerap cahaya. Namun biasanya (meski tidak selalu) "padat" masih sangat encer dibandingkan atmosfer Bumi.

Secara umum, jika seberkas cahaya melintasi wilayah partikel, masing-masing dengan penampang (diukur misalnya dalam cm ), melewati partikel per area balok (diukur misalnya dalam cm ), maka opacity media diberikan oleh kedalaman optik , didefinisikan oleh Fraksi menular foton kemudian Secara umum, tergantung pada panjang gelombang, dan dengan demikian bagian dari spektrum dapat lewat tanpa halangan, sementara bagian lain dapat sepenuhnya diserap.2 N - 2 τ τ ≡ $\sigma$$^2$$N$$^{-2}$ $\tau$f f = e - τ .

Gambar di bawah ini (dari sini ) menunjukkan spektrum quasar pada jarak 22 miliar tahun cahaya, yaitu kali lebih jauh dari Andromeda. Anda melihat bahwa ada beberapa garis serapan tipis (disebabkan oleh awan hidrogen yang mengintervensi yang kepadatannya adalah faktor 10-100 lebih tinggi dari IGM), tetapi sebagian besar cahaya masih membuatnya turun ke kita.$10\,000$

Karena cahaya yang kita lihat dari quasar ini dipancarkan sejak lama, Semesta jauh lebih kecil pada waktu itu, dan dengan demikian kepadatannya lebih besar. Meskipun demikian, hanya sebagian kecil yang diserap. Semakin jauh cahaya dipancarkan, semakin lama itu, yang berarti Universe lebih kecil, dan kepadatan lebih tinggi, dan dengan demikian semakin banyak cahaya yang diserap. Jika Anda mempertimbangkan quasar ini (dari sini ) yang terletak 27 miliar tahun cahaya, Anda melihat bahwa lebih banyak cahaya yang diserap di bagian spektrum. Namun, masih banyak cahaya yang sampai kepada kita.

Alasan mengapa hanya panjang gelombang pendek yang diserap cukup menarik - tapi itu cerita lain.

Seperti yang dikatakan Rob Jeffries, alam semesta sebagian besar adalah ruang kosong. Sebuah foton dapat dengan mudah menempuh ribuan tahun cahaya tanpa berinteraksi dengan apa pun. Sebagian besar interaksi akan terjadi ketika foton memasuki atmosfer bumi. Hubble menghindari ini. Foto-foto ini kemungkinan besar berasal dari kombinasi beberapa sesi pengamatan yang pada dasarnya memberikan periode waktu yang lama untuk mengamati galaksi.

Ada kesalahpahaman dalam pertanyaan Anda, saya tidak berpikir jawaban lain telah diatasi.

Jika cahaya yang dipancarkan dari galaksi bergerak ke segala arah, bagaimana mungkin kita masih bisa memetakan seluruh galaksi

Cahaya yang dipancarkan dari galaksi ke segala arah. Hanya sebagian kecil saja yang diarahkan ke Bumi, dan sebagian kecil dikumpulkan oleh teleskop mana pun. Tapi kita masih bisa melihatnya, karena galaksi sangat, sangat cerah. Andromeda mengandung sekitar satu triliun bintang.

Maaf jika logika ini tampaknya agak melingkar, tetapi kita bisa mendapatkan gambar galaksi yang tidak tertutup karena mereka tidak tertutup.

Seperti yang telah disebutkan - ruang benar-benar besar dan benar-benar kosong. Ini sulit bagi kita untuk direnungkan, karena ada begitu banyak hal di sebelah kita - tetapi ini sebenarnya kondisi yang sangat tidak biasa. Bintang di sebelah Matahari berjarak lebih dari 4 tahun cahaya, tetapi kita mendapatkan hampir semua (99,9999999999 ...%) cahaya darinya yang mengarah ke arah kita - sama dengan cahaya dari jauh - kita mendapatkan sejumlah besar foton yang dikirimkan kepada kami dari benda yang sangat jauh.

Hubble juga menggunakan teknik kamera sederhana untuk pemotretan dan eksposur lama untuk mengambil gambar objek yang jauh - sehingga lebih banyak cahaya diterima untuk membuat gambar.

Tetapi, bagian lain dari ini, hampir tidak mungkin untuk mengambil gambar dari galaksi (atau bintang) yang berada di belakang galaksi lain atau awan debu. Sebagai contoh, kita tidak dapat dengan mudah melihat melewati pusat galaksi kita sendiri, karena ada banyak debu dan gas dan bintang di jalan. Gambar di pertanyaan Anda, di sisi lain, tampaknya Andromeda, yang berada di atas bidang galaksi. Galaksi kita cukup tipis dibandingkan dengan diameternya, dan kita adalah jalan keluar yang layak dari pusat galaksi, yang berarti ada banyak hal yang lebih sedikit di jalan.

Dan ada beberapa galaksi yang telah kami ambil gambarnya yang dikaburkan oleh debu:

Sudah ada beberapa jawaban bagus, tapi saya ingin menambahkan dua-pennyworth saya:

Bagaimana kita memiliki foto galaksi sejauh ini?

Karena tidak ada banyak di antara mereka dan kita yang mengganggu cahaya yang mencapai kamera kita.

Sebuah jawaban yang mungkin untuk ini adalah bahwa, cahaya yang dipancarkan dari galaksi melakukan perjalanan miliaran mil ke bumi, di mana teleskop ruang angkasa Hubble mengambil cahaya ini melalui sensornya, dan mampu membangun gambar galaksi

Ini satu miliar mil ke Saturnus . Yah sebenarnya jaraknya bervariasi dengan orbitnya, tetapi lihat artikel Space.com ini : "Pada jarak paling jauh, ketika mereka terletak di sisi yang berlawanan dari matahari satu sama lain, mereka hanya berjarak lebih dari satu miliar mil (1,7 miliar km) terpisah" . The Andromeda galaksi adalah sekitar lima belas milyar miliar mil jauhnya. Atau sekitar lima belas triliun mil.

tetapi jika ini benar, dan galaksi miliaran mil jauhnya, bukankah partikel cahaya yang dipancarkan dari galaksi tersebar di semua tempat?

Jangan lupa bahwa foton memiliki sifat gelombang E = hf. Dan meskipun mereka tersebar di udara, kamu masih bisa melihat Bulan. Ya, ada sedikit cahaya yang tersesat di ruang angkasa. Tapi tidak terlalu penting sehingga langit malam hari hanyalah beberapa kabut kosong. Anda dapat melihat Saturnus juga. Dan bintang-bintang. Dan galaksi, tetapi mereka agak redup .

setelah semua mereka telah melakukan perjalanan dari jutaan tahun, dan mungkin bertabrakan dengan asteroid dan benda asing lainnya. Apa kemungkinan bahwa sekitar 95% foton benar-benar mencapai bumi, memberikan kita gambar yang sangat rinci.

Peluangnya tinggi. Kami memiliki gambar planet dan benda-benda karena kemungkinannya tinggi.

Pertimbangkan galaksi Andromeda yang memiliki jarak 1,492 × 10 ^ 19 mi dari bumi. Jika cahaya yang dipancarkan dari galaksi bergerak ke segala arah, lalu bagaimana mungkin kita masih bisa memetakan seluruh galaksi, terbukti dari foto di bawah ini?

Jika saya ditutupi oleh cahaya, saya akan memancarkan cahaya ke segala arah, dan Anda akan melihat saya karena sebagian dari cahaya itu masuk ke mata Anda. Galaksi Andomeda serupa.

Tidakkah seharusnya setengah dari galaksi hilang karena foton bisa mengenai benda lain, dan "tidak pernah mencapai bumi"?

Tidak. Dan jika setengah foton tidak mencapai Bumi, Anda hanya akan melihat galaksi redup, itu saja.

Izinkan saya memberikan beberapa penjelasan sederhana.

Tidak tidak Tidak. 95% foton tidak mencapai Bumi. Bahkan jika 5% foton dipancarkan (dalam beberapa detik) hanya oleh satu bintang, katakanlah, oleh Matahari kita telah mencapai Bumi, planet kita akan benar-benar hangus! Nah, Andromeda memiliki ratusan miliar bintang (atau matahari). Tidak ada yang mencapai kita, kecuali jumlah yang sangat kecil. Sangat membingungkan betapa kecilnya persentase foton yang mencapai kita! Anda dapat mencoba menghitungnya dengan sangat kasar. Sangat mudah untuk menghitung berapa persentase foton yang dipancarkan oleh Matahari mencapai Bumi. Dan Matahari hanya berjarak 8 menit dari Bumi, sedangkan Andromeda lebih dari 2,5 juta tahun lagi! Jadi, sebenarnya, tidak terlalu sulit untuk membayangkan berapa banyak foton yang mencapai kita.

Sekarang, mengapa asteroid, planet, atau bintang tidak menghalangi segalanya? Andromeda terlalu besar untuk diblokir seperti itu! Lebih mudah untuk menghalangi pemandangan Samudra Pasifik dari luar angkasa dengan menempatkan beberapa bintik debu di antaranya! Diameter Andromeda lebih dari 200 juta tahun cahaya. Bisakah kita memblokirnya dari pandangan? Sebenarnya itu bisa diblokir oleh sesuatu sebesar nebula yang dekat dengan tata surya kita. Nebula semacam itu harus berdiameter tahun cahaya; itu harus cukup padat; dan tidak terlalu jauh. Untungnya tidak ada yang menghalangi galaksi yang indah ini dari pandangan kita. Namun itu terjadi dengan beberapa galaksi lain dan objek ruang angkasa yang dalam. Mengenai nebula yang sangat jauh, mereka tidak akan menghalangi Andromeda dari pandangan kita karena mereka akan terlihat terlalu kecil dengan latar belakang Andromeda yang jauh lebih jauh.

Mengapa cahaya tidak berserakan? Mengapa harus tersebar sebanyak itu untuk membuat Andromeda buram? Ketika Bulan berada di cakrawala, cahayanya bergerak melalui ratusan mil atmosfer padat yang hampir sejajar dengan permukaan Bumi; namun, kita masih bisa melatih teleskop kita di atasnya dan melihat berbagai fitur Bulan. Itu tidak akan menjadi pemandangan yang sangat bersih tetapi kita masih akan melihat banyak. Sekarang, dalam ruang cahaya perjalanan melalui ruang hampa yang hampir lengkap, terutama kosong adalah kekosongan antar galaksi. Jadi, tidak ada alasan bagi cahaya untuk tersebar terlalu banyak. Foton dan banyak partikel lainnya cukup stabil dan dapat menempuh jarak yang jauh lebih besar: miliaran tahun cahaya. Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mengajukan pertanyaan berapa banyak foton yang harus menyimpang dari jalur lurus mereka sehingga Andromeda menjadi buram bagi kita. Yah, mereka harus sering ke samping, dan diameter Andromeda terlalu besar untuk itu. Itu tidak masuk akal, karena foton bergerak dalam garis lurus. Benda-benda besar, seperti bintang dan lubang hitam akan memengaruhi lintasannya, tetapi diameter Andromeda begitu besar sehingga itu bukanlah suatu pilihan, kecuali jika kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk membelokkan gambar Andromeda atau untuk membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: Itu tidak masuk akal, karena foton bergerak dalam garis lurus. Benda-benda besar, seperti bintang dan lubang hitam akan memengaruhi lintasannya, tetapi diameter Andromeda begitu besar sehingga itu bukanlah suatu pilihan, kecuali jika kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk membelokkan gambar Andromeda atau untuk membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: Itu tidak masuk akal, karena foton bergerak dalam garis lurus. Benda-benda besar, seperti bintang dan lubang hitam akan memengaruhi lintasannya, tetapi diameter Andromeda begitu besar sehingga itu bukanlah suatu pilihan, kecuali jika kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk membelokkan gambar Andromeda atau untuk membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: seperti bintang dan lubang hitam akan mempengaruhi jalan mereka tetapi diameter Andromeda sangat besar sehingga itu bukan pilihan, kecuali kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk melengkungkan citra Andromeda atau untuk membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: seperti bintang dan lubang hitam akan mempengaruhi jalan mereka tetapi diameter Andromeda sangat besar sehingga itu bukan pilihan, kecuali kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk melengkungkan citra Andromeda atau untuk membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: kecuali kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk melengkungkan citra Andromeda atau membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: kecuali kita secara artifisial menempatkan triliunan lubang hitam di sepanjang garis antara Andromeda dan tata surya kita dalam upaya untuk melengkungkan citra Andromeda atau membuat lubang hitam ini melahap semua cahaya dari galaksi! Jadi, ketika para astronom mengatakan sebagian besar cahaya mencapai kita, itu berarti bahwa ruang intergalaksi hampa sempurna, dan foton yang bergerak tepat ke arah kita “bebas” untuk pergi. Namun, hanya sedikit dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: hanya sejumlah kecil dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya: hanya sejumlah kecil dari mereka yang pergi tepat ke arah kita dan itu masih cukup untuk foto yang bagus. Mengapa? Itu sebabnya:

$40$$33$$-21.5$$5$$1$$2.5^{5-1}=40$$-21.5-5=-26.5$$2.5^{26.5}\approx 40,000,000,000$

Seperti seberapa besar itu di langit malam, well, memanjang itu kira-kira enam kali diameter bulan tetapi Anda hanya bisa melihat bagian tengah yang cerah. Untuk melihat keseluruhannya, Anda memerlukan teleskop bukaan besar dan fotografi pencahayaan panjang untuk mengumpulkan lebih banyak cahaya dan menghasilkan gambar yang lebih baik dan lebih rinci.

Semoga penjelasan primitif ini dapat membantu. Andromeda terlihat hari ini jika cuaca memungkinkan :)