Jak velký je vesmír?

20. srpna 2023

Jak velký je vesmír?

Jak obrovský je vesmír?
Jaká je velikost vesmíru?

Velikost vesmíru je neznámá.
Spekuluje se o jeho skutečné velikosti.
Existují různé modely. Některé modely naznačují, že vesmír by mohl být až stokrát větší než pozorovatelný vesmír.

Pokud má pozorovatelný vesmír průměr 93 miliard světelných let, celý vesmír by mohl mít průměr více než 9,3 bilionu světelných let.

Pozorovatelný vesmír

Velikost pozorovatelného vesmíru je cca: 8 807 000 000 000 000 000 000 000 km.

To odpovídá 8.807 sextilionům kilometrů.

Pro nás pozorovatelný vesmír je ta část vesmíru, ze které mohlo záření od vzniku vesmíru dorazit na Zemi.

Průměr pozorovatelného vesmíru je cca 93 miliard světelných let, což nám dává představu o enormním rozsahu vesmíru, který můžeme pozorovat.
Kdybychom se podívali kterýmkoliv směrem, hranice, kterou můžeme vidět, je přibližně 46,5 miliard světelných let daleko.

93 miliard světelných let odpovídá přibližně 8,807 × 10²⁴ km.
93 miliard světelných let = 93 × 10⁹ světelných let.
93 × 10⁹ světelných let × 9,461 × 10¹² km/světelný rok ≈ 8,807 × 10²⁴ km

Rozpínání vesmíru

Tento odhad (93 miliard světelných let) je založen na pozorování rozpínání vesmíru a na faktu, že světlo nemá nekonečnou rychlost. To znamená, že nejvzdálenější objekty, které můžeme vidět, jsou ty, od kterých k nám světlo dorazilo od doby Velkého třesku (Big Bangu).

Rychlost rozpínání činí 67 - 74 km/s na každý megaparsek (Mpc) vzdálenosti.

Tento rozptyl vzniká z rozdílů mezi metodami měření:

Kosmické mikrovlnné záření (CMB) — měření starého vesmíru (Planckova sonda) → 67 km/s/Mpc

Cepheidy a supernovy — měření mladého vesmíru → 73-74 km/s/Mpc

Rozdíl mezi měřením pomocí CMB (67 km/s/Mpc) a supernovy typu Ia (74 km/s/Mpc) je problém, kterému se říká Hubbleova tenze.

Nevíme, jestli je chyba v měřeních, nebo jestli jde o nový fyzikální jev, kterému ještě nerozumíme ale

Hubbleovo napětí by mohlo uvolnit nové vysvětlení

1 megaparsek (Mpc) odpovídá vzdálenosti zhruba 3,26 milionů světelných let.

Tedy každá megaparseková vzdálenost znamená, že se objekty vzdalují rychlostí 67 - 74 kilometrů za sekundu km/s/Mpc.

To znamená, že prostor mezi galaxiemi se rozpíná rychlostí cca 67 - 74 km za sekundu na každý megaparsek vzdálenosti.

Rychlost světla

Rychlost světla ve vakuu: 299.792.458 metrů za sekundu.

Světlo oběhne Zemi (obvod ~40 075 km) přibližně 7,5krát za sekundu.

Světelný paprsek dosáhne z Měsíce na Zemi za 1,28 sekundy.

Cesta světla ze Slunce k Zemi trvá přibližně 8 minut a 20 sekund (přesněji 499 sekund).

To odpovídá přibližně 1.079.252.848 kilometrům za hodinu nebo přibližně 9,461 bilionům kilometrů za rok.

Toto měřítko nám umožňuje porovnat rychlost světla s velikostí některých vesmírných jevů.

Přepočet 93 miliard světelných let na kilometry:

Světelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok, což je přibližně 9,461 bilionů kilometrů.

Takže:

93 miliard světelných let × 9,461 bilionů kilometrů/světelný rok ≈ 8,807 × 10²⁴ km.

93 miliard světelných let odpovídá přibližně 8.807 sextilionům kilometrů

Rychlost rozpínání vesmíru

67 km/s/Mpc:

Rychlost expanze vesmíru v hodnotách:

2 139 570 km za sekundu.

7.702.453.987 km za hodinu.

184.858.895.705 km za den.

Elektromagnetické záření a červený posuv

Kosmické mikrovlnné záření, Cosmic Microwave Background (CMB) je jedním z hlavních důkazů rychlosti expanze vesmíru v různých fázích. Bylo objeveno v roce 1965.

Reliktní záření (CMB) pochází z doby, kdy byl vesmír starý přibližně 380 000 let.

Nyní má vlnovou délku přibližně 1,9 mm, což je důsledek rozpínání.

Viditelné světlo má totiž vlnovou délku 300 nanometrů, což odpovídá 0,0003 mm.

Vlnová délka reliktního záření je tedy přibližně 6333x delší než vlnová délka viditelného světla

Kosmologický červený posuv původního záření vzniká kvůli rozpínání vesmíru.
Hubbleův parametr (H) a červený posuv ukazují, jak rychle se vesmír rozpíná v daném čase.

Hubbleova konstanta (H₀) je aktuální měření rychlosti expanze vesmíru.

Dopplerův červený posuv

Dopplerův červený posuv vzniká, když se zdroj světla pohybuje od pozorovatele. Tento jev je podobný jako Dopplerův efekt u zvuku, kdy se mění frekvence zvuku v závislosti na pohybu zdroje.

Světlo z objektů, které k nám přichází dnes po 13,8 miliardách let, je dnes od nás díky rozpínání vzdáleno přibližně 46,5 miliard světelných let.
To je celkem průměr 93 miliard světelných let

Ocenění za objevy

Kosmické mikrovlnné záření (CMB) objevili Arno Penzias a Robert Wilson v roce 1965. Za tento objev dostali Nobelovu cenu za fyziku v roce 1978.

Zrychlování rozpínání vesmíru bylo potvrzeno v roce 1998 při pozorování supernov typu Ia nezávisle dvěma týmy.

Jeden tým vedl Saul Perlmutter, druhý tým Brian Schmidt a Adam Riess.
Všichni získali Nobelovu cenu za fyziku v roce 2011.

Naše galaxie – Mléčná dráha - Milky Way

Průměr: 100 000 až 120 000 světelných let.

Tloušťka disku: cca 1 000 světelných let.

Hmotnost: cca 1,5 bilionu hmotností Slunce.

Počet hvězd: 100 až 400 miliard.

Vzdálenost Slunce od středu galaxie: 26 000 světelných let.

A Logarithmic Tour across the Observable Universe

https://www.youtube.com/watch?v=qk83agHGclc

https://www.easyzoom.com/imageaccess/34e133a632b146d8bb2a808750b37183

https://pablocarlosbudassi.com/2021/02/the-infographic-and-artistic-work-named.html

Orbit of the Sun - oběžná dráha Slunce

Does The Sun Orbit Anything?

Oběžná dráha Slunce kolem středu naší galaxie. Slunce se pohybuje cca 26.600 světelných let od středu naší galaxie.

Zatím nejaktuálnější údaj o rychlosti Slunce, který máme asi k dispozici, pochází z roku 2016 od AAS Nova. Rychlost Slunce se uvádí 239±9 km/s
Studie vedená Jasonem Huntem z Dunlapova institutu na Univerzitě v Torontu kombinovala data z prvního vydání mise ESA Gaia a katalogu hvězd z experimentu Radial Velocity Experiment, aby určila pohyby více než 200 000 hvězd v blízkosti Slunce. Z těchto dat odvodili, že rychlost oběhu Slunce kolem středu Mléčné dráhy je 239±9 km/s.

Pokud se Slunce pohybuje po své oběžné dráze rychlostí zhruba 239 km/s

tak to je 860.400 kilometrů za hodinu
800.000 km/hod x 24 = 20 649 600 km/den
20 649 600 km x 365 = 7.537.104.000 km/rok t.j. cca 7,5 miliardy km za rok

Jeden oběh Galaktický rok

Astronomové odhadují, že Slunci trvá přibližně 225-250 milionů let, aby oběhlo střed Mléčné dráhy.
4,5 miliardy let staré Slunce již dokončilo tento oběh 18-20 krát.

Odhady pro konec života Slunce se pohybují kolem 10 miliard let celkové životnosti.
Zbývá tedy přibližně 5,5 miliardy let jeho života.
Slunce tedy oběhne střed galaxie ještě přibližně 22–24krát, než se jeho životní cyklus ukončí.
Celkem tak Slunce během svého života oběhne střed galaxie asi 40–44krát

Kromě kruhové trajektorie Slunce také osciluje nahoru a dolů v průběhu své cesty, což je dáno rozložením hmoty v galaxii, a přibližně každých 33 milionů let prochází skrze galaktický disk.

Slunce se pohybuje po téměř kruhové dráze s mírnou elipticitou (asi 5%)

Speed of Light Calculator (omnicalculator.com)

5 Little-Known Facts About The Sun’s Journey Through The Galaxy

Light Day
299,792km/s × 86,400s = 25,902,068,800km

The Sun Solar system - Slunce Sluneční soustava

Měřítko vesmíru - Rozložení vesmíru
Vzdálenosti ve vesmíru - Distances in the Universe

Scale Universe - Layout of the universe

The Scale of the Universe 2

https://htwins.net/scale2

https://htwins.net/minesweeper/

Sonda Voyager 1
NASA Voyager 1 vypuštěna 5. září 1977
https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/
voyager 1 trajectory

Deklinace - Rektascenze

Precese
Osa, okolo které se Země otáčí, není nehybná.
Osa vykonává krouživý pohyb, jeden okruh trvá cca 19 - 25 800 let

Polárka

Svítivost Polárky cca 2500 x větší než Slunce
Velikost Polárky 30 x větší než Slunce
Hmotnost Polárky cca 6 x větší než Slunce
Polaris luminosity 2500 times the Sun

Polárka, nebo také Severní hvězda, je od Země vzdálená přibližně 433 světelných let. Tato vzdálenost je odhadem založeným na měřeních trigonometrické paralaxy a jiných astronomických metodách. Světelný rok je jednotka, která udává, jakou vzdálenost urazí světlo ve vakuu za jeden rok, a je často používána pro měření velkých kosmických vzdáleností mezi hvězdami a galaxiemi.

Převedeme 433 světelných let do různých jednotek:

Světelný rok na astronomické jednotky (AU):

Jeden světelný rok je přibližně 63,241 AU.

Světelný rok na kilometry:

Jeden světelný rok se rovná přibližně 9.461 x 10^12 kilometrů.

Světelný rok na parseky:

Jeden světelný rok je přibližně 0.306 parseků.

Polárka je od Země vzdálená:

Přibližně 27,383,353 astronomických jednotek (AU)

Přibližně 4,096,613,000,000,000 kilometrů

Přibližně 132,498 parseků

Voyager 1 byl odstartován po Voyageru 2
kvůli rychlejší trase opustil sluneční soustavu dříve než jeho dvojče.
Voyager 1 ho předběhl 15. prosince 1977

Sonda Voyager 1 - Launch Date: Mon, 05 Sept 1977 12:56:00 UTC

Data naznačovala, že sonda Voyager 1 vstoupila do mezihvězdného prostoru 25. srpna 2012

Sonda Voyager 1 k 1. květnu 2024
je vzdálena cca 15,125,330,737 mil
nebo 24,341,860,341 kilometrů

Sonda Voyager 1 je vzdálená přibližně
One-Way Light Time 22:33:15 (hh:mm:ss)

https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status

Sonda Voyager 1 - tracking
https://theskylive.com/planetarium?objects=sun-moon-voyager1-mercury-venus-mars-jupiter-saturn-uranus-neptune-pluto

Převody rychlosti:

Kilometry za hodinu: již jsme vypočítali jako 61,198 km/h.

Kilometry za den: 61,198×24

61,198×24 km/den.

Kilometry za rok: 61,198×24×365.25

61,198×24×365.25 km/rok (365.25 zahrnuje přestupné roky)

Výpočet doby letu:

Celková vzdálenost ve km: 24,341,860,341 km

Doba letu v hodinách:

Vzdálenost/Rychlost v km/h

Doba letu v letech: Doba letu v hodinách / (24 * 365.25)

61,198 km/h

1,468,752 km/den

536,461,686 km/rok

Při této rychlosti by let k vzdálenosti 162.71528617 AU (což je přibližně 24,341,860,341 km) trval:

397,756 hodin, což je přibližně 45.37 let

Kolik km uletí při této rychlosti 61,198 km/h za 10, 50, 100 let?

Za 10 let: přibližně 5,364,616,858 km

Za 50 let: přibližně 26,823,084,291 km

Za 100 let: přibližně 53,646,168,581 km

Za 10 let: 0.000567 světelných let

Za 50 let: 0.0028351 světelných let

Za 100 let: 0.0056702 světelných let

Za 10 let: 0.21 světelných dnů

Za 50 let: 1.04 světelných dnů

Za 100 let: 2.07 světelných dnů

při rychlosti 61,198 km/h

Kosmická rychlost

1.
První kosmická rychlost (orbitální rychlost): Přibližně 7.9 km/s (28,440 km/h). To je rychlost potřebná k udržení objektu na nízké oběžné dráze Země.

2.
Druhá kosmická rychlost (úniková rychlost): Přibližně 11.2 km/s (40,320 km/h). Tato rychlost je potřebná k opuštění Zemské gravitace bez dalšího pohonu, tedy k úniku z gravitačního pole Země.

3.
Třetí kosmická rychlost: Přibližně 16.6 km/s (59,760 km/h). To je rychlost, která je potřebná pro únik z gravitačního působení Sluneční soustavy.

4. kosmická rychlost

5. kosmická rychlost

6. kosmická rychlost

Následně sonda Voyager 1 využila zrychlení gravitačních praků u Jupitera a Saturnu

Mise Voyager 1

Start mise:

Datum a čas: 5. září 1977 / 12:56:01 UT

Místo startu: Cape Canaveral, Florida / Launch Complex 41

Klíčové události mise Voyager 1:

5. března 1979 - Průlet kolem Jupiteru

Voyager 1 se přiblížil k Jupiteru na vzdálenost 349 000 km, což mu umožnilo zachytit detailní snímky atmosférických bouří a vulkanické činnosti na měsíci Io. Poprvé byly objeveny vulkány mimo Zemi – aktivní sopky na Io. Sonda také poskytla detailní snímky Velké rudé skvrny, obří bouře větší než Země.

12. listopadu 1980 - Průlet kolem Saturnu

Voyager 1 se přiblížil k Saturnu na vzdálenost 124 000 km a odhalil komplexní strukturu prstenců, které jsou tvořeny miliardami kusů ledu a prachu. Sonda také studovala měsíce Titán, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione a další. Na Titanu objevila hustou atmosféru složenou převážně z dusíku s metanem a dalšími organickými sloučeninami.

17. února 1998 - Stal se nejvzdálenějším objektem vyrobeným člověkem, když překonal sondu
Pioneer 10. Od této chvíle je Voyager 1 nejvzdálenější lidská sonda od Země.

16. srpna 2006 - Voyager 1 dosáhl vzdálenosti 100 astronomických jednotek (AU) od Slunce. To odpovídá přibližně 15 miliardám kilometrů.

Srpen 2012 - Vstup do mezihvězdného prostoru

Voyager 1 se stal prvním lidským objektem, který překročil hranici heliopauzy (hranice heliosféry) a vstoupil do mezihvězdného prostoru. Přístroje na palubě detekovaly dramatickou změnu v hustotě částic, což potvrdilo, že sonda opustila vliv Slunce.

Vědecké přístroje na Voyager 1:

Imaging Science System (ISS) – Systém kamer pro snímkování planet a jejich měsíců.

Ultraviolet Spectrometer (UVS) – Studium ultrafialového záření v atmosférách planet.

Infrared Interferometer Spectrometer (IRIS) – Analýza tepelného záření a složení atmosféry.

Planetary Radio Astronomy Experiment (PRA) – Záznam rádiových emisí planet.

Photopolarimeter (PPS) – Měření polarizace světla pro zkoumání atmosférických částic.

Triaxial Fluxgate Magnetometer (MAG) – Měření magnetických polí planet a mezihvězdného prostoru.

Plasma Spectrometer (PLS) – Studium plazmového prostředí v meziplanetárním a mezihvězdném prostoru.

Low-Energy Charged Particles Experiment (LECP) – Měření nízkoenergetických částic.

Plasma Waves Experiment (PWS) – Záznam elektromagnetických vln v plazmě.

Cosmic Ray Telescope (CRS) – Detekce kosmického záření.

Radio Science System (RSS) – Studium gravitačních polí a atmosfér pomocí rádiových signálů.

Napájení sondy Voyager 1:

Podobně jako Voyager 2, je Voyager 1 napájen třemi radioizotopovými termoelektrickými generátory (RTG) na bázi oxidu plutonia (Pu-238), které jsou namontovány na konci výložníku. Tyto generátory využívají rozpad plutonia pro generování elektrické energie, což umožňuje sondě pracovat i ve velké vzdálenosti od Slunce, kde je solární energie nedostupná.

Mezihvězdná mise Voyager 1:

Po průletech kolem Jupiteru a Saturnu byla mise rozšířena na Voyager Interstellar Mission (VIM), jejímž cílem je zkoumat podmínky v mezihvězdném prostoru. Voyager 1 stále poskytuje cenné údaje o kosmickém záření, hustotě plazmatu a magnetických polích daleko za hranicemi naší sluneční soustavy.

Zlatá deska Voyageru:

Obě sondy (Voyager 1 i Voyager 2) nesou na své palubě zlatou desku s informacemi o Zemi, životě a kultuře lidstva. Deska obsahuje:

Zvuky a obrazy Země, pozdravy ve 55 jazycích, hudební skladby (včetně Bacha a Chucka Berryho).

Obrazové informace o životě, přírodě, matematických principech a kulturních aspektech.

Zlatý disk je určen pro případný kontakt s mimozemskou inteligencí jako "kosmická zpráva v lahvi".

Mise Voyager 2

Start mise:
Datum a čas: 20. srpna 1977 / 14:29:44 UT

Místo startu: Cape Canaveral, Florida / Launch Complex 41

Klíčové události mise Voyager 2:

9. července 1979 - Průlet kolem Jupiteru

Voyager 2 poskytl podrobné snímky povrchu planety, objevil nové měsíce a zkoumal složení atmosféry. Detekoval silné bouře a dynamické atmosférické procesy.

25. srpna 1981 - Průlet kolem Saturnu

Mise odhalila složitou strukturu prstenců Saturnu, včetně vln a mezer. Voyager 2 také zkoumal měsíce Enceladus, Tethys, Dione a další.

24. ledna 1986 - Průlet kolem Uranu

Voyager 2 je zatím jedinou sondou, která navštívila Uran. Mise odhalila 10 nových měsíců, neznámé prstence a neobvyklou rotaci planety. Bylo také objeveno, že Uran má extrémně skloněnou magnetosféru.

25. srpna 1989 - Průlet kolem Neptunu

Voyager 2 provedl detailní průzkum Neptunu a jeho největšího měsíce Tritonu. Objevil aktivní gejzíry na Tritonu, mapoval atmosférické bouře, jako je Velká temná skvrna, a zaznamenal silné větry na planetě.

30. srpna 2007 - Překročení Termination Shock - 180,000° K - 179,726.85 °C

Bod, kde rychlost slunečního větru klesá pod rychlost zvuku kvůli interakci s mezihvězdným médiem.

25. listopadu 2018 - Vstup do mezihvězdného prostoru

Voyager 2 se stal druhou lidskou sondou, která opustila heliosféru a vstoupila do mezihvězdného prostoru, což potvrdilo měření hustoty plazmatu.

Vědecké přístroje na Voyager 2: