Mensen zijn niets bijzonders

De verkenning van verre donkere materie met de Europese Euclid Ruimtetelescoop maakt vooral duidelijk: mensen zijn niets bijzonders. Geschreven door Pippa Goldschmidt.

Begin juli 2023 lanceert de European Space Agency (ESA) zijn nieuwste ruimtemissie: de Euclid-telescoop zal de komende zes jaar een groot deel van de nachtelijke hemel in kaart brengen. Euclides heeft het technische vermogen om miljarden sterrenstelsels te ontdekken en hun posities, vormen en (voor sommigen) hun afstanden tot ons hier op aarde te meten, met ongekende precisie. Deze informatie wordt gebruikt om de kosmologische verdeling van donkere materie en donkere energie te bepalen, twee essentiële maar slecht begrepen componenten van het oerknalmodel van het universum.

Cartografie is een fundamenteel aspect van de astronomie, zowel oud als modern. In zekere zin is Euclides niet bijzonder revolutionair, aangezien hij zich baseert op veel eerdere beelden van de hemel, b.v. B. On the Hubble Deep Field – een momentopname van het verre heelal, vastgelegd door de Hubble-ruimtetelescoop, en toont enkele van de meest verre sterrenstelsels die ooit zijn ontdekt. Het nieuwe aan Euclides is dat het dit efficiënter en sneller kan doen, en voor een groter aantal objecten dan voorheen.

Hubble heeft ons begrip van het universum op zijn kop gezet

Ter vergelijking: de eerste metingen van sterrenstelsels, uitgevoerd door Edwin Hubble in de jaren twintig, duurden enkele maanden, terwijl hij de afstanden tot 24 nabijgelegen sterrenstelsels berekende. Zelfs deze kleine steekproef was genoeg om een ​​revolutie teweeg te brengen in ons begrip van het universum: door aan te tonen dat sterrenstelsels zich van ons af bewogen, vernietigde Hubble de voorheen wijdverbreide veronderstelling dat het universum statisch was.

Grote onderzoeken naar sterrenstelsels en kaarten van de kosmische achtergrondstraling aan het einde van de 20e en het begin van de 20e eeuw leverden overtuigend bewijs op dat donkere materie sterrenstelsels bij elkaar houdt en op de uitdijing van het heelal. Bovendien lijkt deze uitdijing te versnellen, wat ertoe leidt dat astronomen geloven dat er ‘donkere energie’ moet zijn die de ruimtetijd uit elkaar drijft.

Astronomen experimenteren over het algemeen niet actief met monsters in laboratoria, maar verzamelen eerder licht van objecten op miljarden kilometers afstand die door ons hier op aarde niet kunnen worden beïnvloed. Misschien is dit de reden waarom astronomie vaak wordt gepresenteerd als een ‘pure wetenschap’, en niet zo expliciet gekoppeld is aan commerciële of militaire ambities als andere wetenschappen.

Euclides-telescoop: meer dan 1.000 astronomen namen deel

Wat we ‘daarboven’ zien, houdt nauw verband met ons leven ‘hier beneden’. Zeelieden hebben altijd hemelkaarten gebruikt voor navigatie; Bij gebrek aan oriëntatiepunten werden bekende sterposities gebruikt om hun locatie op aarde te bepalen. De Royal Observatory in Greenwich, opgericht in de 17e eeuw, werd tot halverwege de jaren zeventig gefinancierd door de Britse Royal Navy en had uitdrukkelijk tot doel positietabellen te produceren die nauwkeurig genoeg waren voor schepen om voor navigatie te gebruiken. Daaropvolgende imperiale expedities vertrouwden niet alleen op astronomische informatie om hun weg over de oceanen te vinden, maar voerden ook astronomisch onderzoek uit parallel aan hun activiteiten om een ​​imperium op te bouwen. Toen kapitein Cook in 1769 aan zijn eerste ontdekkingsreis begon, gaf de Britse marine hem de opdracht het legendarische ‘onontdekte zuidelijke continent’ te vinden en de doorgang van Venus te meten.

Net als veel andere ruimtemissies is Euclid een groepsproject waarbij ESA (en in mindere mate NASA) en haar lidstaten betrokken zijn. Ruim duizend astronomen uit veertien verschillende landen werken aan Euclides, waardoor het idee van één ‘enkel wetenschappelijk genie’ achterhaald is. Dit is niet alleen een praktische noodzaak (de missie zal tijdens haar levensduur 30 miljoen gigabyte aan data genereren, wat de creatie en het beheer van complexe dataverwerkingspijplijnen in negen verschillende datacentra over de hele wereld vereist), maar misschien gewoon de nieuwste weerspiegeling van fundamentele astronomie . Het principe van “Wij zijn niets bijzonders.”

Met zijn pogingen om de waargenomen bewegingen van de planeten te verklaren, voor het eerst gepubliceerd in 1543, verplaatste Copernicus de aarde van het vaste en permanente centrum van het bekende universum naar een van de vele banen rond de zon. Deze reductie was zowel een catastrofale herschikking van onze psychologische plaats in het fysieke universum als een prachtige intellectuele kans. Want als we geen unieke of bijzondere plek in het heelal innemen, kunnen we onze waarnemingen van de nachtelijke hemel gebruiken om algemene uitspraken te doen over de oorsprong en het lot van het heelal als geheel, zonder dat we ons zorgen hoeven te maken over de vraag of onze waarnemingen juist zijn of niet. niet. Onze aardse toestanden worden op een enigszins vervormde manier beïnvloed.

De wiskundige details van Copernicus' model van het zonnestelsel waren niet helemaal succesvol (en werden ingehaald door het werk van Kepler in het begin van de 17e eeuw, waaruit bleek dat de banen van de planeten eigenlijk ellipsen waren in plaats van cirkelvormig), maar de verschuiving in perspectief kwam tot uiting in de consolidatie van het gelijknamige principe. Dit principe heeft zijn geldigheid op steeds grotere schaal bewezen; Systematische metingen van sterren in de Melkweg, uitgevoerd in het begin van de twintigste eeuw, toonden aan dat onze zon opmerkelijk ‘gemiddeld’ was, niet meer of minder dan een ster van middelbare leeftijd in een typisch deel van de Melkweg. En de Melkweg zelf? Slechts een van de vele ‘lokale’ sterrenstelsels.

Onderzoek naar donkere materie

In feite is het duidelijk dat de atomaire materie waaruit wij, de planeten en de sterren bestaan, slechts ongeveer vijf procent van de totale massa van het universum vertegenwoordigt. We weten al sinds de jaren tachtig dat donkere materie de reguliere materie domineert. Deze onzichtbare maar alomtegenwoordige substantie kan niet rechtstreeks worden waargenomen, maar we kunnen het bestaan ​​ervan alleen afleiden uit het effect van de zwaartekracht op gewone materie en het licht eromheen.

Kosmologie wordt steeds meer gezien als een exacte wetenschap: we kennen de omvang van het universum met ongekende precisie, en we kunnen de vormen en afmetingen van sterrenstelsels zo ver weg meten dat we ze zien zoals ze miljarden jaren geleden waren. Dit succesverhaal gaat echter gepaard met een fundamentele zorg: kunnen we echt zeggen dat donkere materie en donkere energie ‘echt’ zijn als we ze niet rechtstreeks in het laboratorium kunnen detecteren? Of hebben we ze alleen maar ingeroepen om onze favoriete theorieën te redden, net zoals Copernicus in zijn wiskunde een complexe reeks cirkelbanen – epicykels – gebruikte, banen die geen fysiek equivalent hebben?

Optimistischer gezien zou indirect bewijs voor donkere materie en donkere energie uit kosmologische metingen een nieuw soort wetenschap kunnen vertegenwoordigen waarin we moeten wennen aan een andere standaard van waarheid. We zullen misschien nooit een monster van donkere materie of donkere energie in een laboratorium kunnen vastleggen, maar we zullen het alleen van een afstand kunnen ‘zien’.

Samen met de theorie van Darwin, die mensen op een van de vele takken van de ‘levensboom’ plaatst die ons met alle andere levende wezens verbindt, is het Copernicaanse principe nu stevig verankerd in de wetenschap. Maar de volledige effecten ervan lijken ons in de samenleving nog steeds te ontgaan. Als soort gedragen we ons nog steeds alsof we speciaal zijn en fundamenteel verschillen van wat we om ons heen waarnemen, alsof wat we onze planeet aandoen op de een of andere manier irrelevant is voor onze samenleving.

Satellieten beïnvloeden de nachtelijke hemel

We hebben ons zicht op de nachtelijke hemel nodig om onze plaats in het universum en onze relatie daarmee te begrijpen, zowel wetenschappelijk als cultureel. Maar deze visie wordt bedreigd. Als ik nu 's nachts buiten sta, wordt het zicht boven mij voortdurend onderbroken door lichtstrepen; Kleine, overvolle satellieten schieten heen en weer door de donkere hemel. Deze kunstmatige “satellietconstellaties” zijn nu onmisbaar voor navigatiesystemen; De sterren zijn niet langer nodig om onze weg op onze planeet te vinden.

Satellieten houden ons in de gaten sinds de Sovjets in 1957 de Spoetnik lanceerden, maar ze beginnen pas onlangs een impact te hebben op de astronomie. Nu worden beelden van telescopen op de grond vaak afgewisseld met licht van satellieten, waardoor zonlicht naar ons wordt teruggekaatst als fonkelende tralies in een kooi. We zitten er allemaal in gevangen.