Компьютерная космология!

Когда-то компьютеры были большими. И уже тогда учёные начали моделировать на них нашу Вселенную. Для чего это делалось? В первую очередь, чтобы понять, из чего состоит наша Вселенная, сколько в ней тёмной материи, к примеру, сколько обычной. В 70-е годы 20-го века учёные-космологи могли рассчитывать на своих суперкомпьютерах лишь 300 частиц Вселенной. Чуть позже - 700, в начале 2000-х годов - около 10^8 частиц. На данный момент уже 10^9 (миллиард).

Как думаете, какие мощности были нужны для расчёта Вселенной в 2000-м году? В такой модели галактика вроде нашей будет состоять из 1000 частиц. Всего таких частиц – 10^9. Масса каждой частицы – 10^9 масс Солнца. Чтобы всё рассчитать нужен компьютер с 100 Гб оперативной памяти, 2 Тб жёстким диском и скоростью чтения около 500 Мб/c. В целом, мощный игровой компьютер в 2017-м году обладает похожими характеристиками. В начале 2000-х такое было немыслимо, и вычисления подобного рода могли производиться лишь на суперкомпьютерах.

Представьте только, что лет через 10-15 ваш смартфон сможет моделировать простейшую Вселенную с 10^9 частиц или даже больше. А уж что сможет делать домашний ПК не снилось даже и проекту Illustris, который в 2014-м году проводил расчёты на 8000 ЦПУ с 25 Тб оперативной памяти и около 230 Тб дискового пространства.

Вы скажете, что такого уж точно не будет через 15 лет у нас дома, думаете? Я полагаю, что не будет "железной" версии такой вычислительной мощности, но вот подключение наших компьютеров и смартфонов к облачной платформе с такой мощностью будет вполне себе обычным делом. Каждый сможет смоделировать свою Вселенную после Большого взрыва!

Так вот, почему я вдруг начал про это говорить? А всё просто - я задался вопросом... ок, пусть тёмной материи 26,8%, но почему её 26,8%? Как учёные это посчитали? Всего один вопрос отделял меня от тайного знания космологов! Которые умудрились вычислить количество тёмной материи (или тёмного вещества) во Вселенной, а также ещё и тёмной энергии и обычной (барионной) материи. В общем, посчитали всю Вселенную... на компе! Ага:).

Космологи, чтобы проверить свои вычисления, запустили в космос обсерватории, которые измерили реликтовое излучение во всех направлениях, а так как с Земли реликтовое излучение, скорее всего, выглядит так же, как и с любой точки Вселенной, то мы легко может распространить наши наблюдения с земной орбиты на Вселенную.

Далее они взяли уравнение, описывающее космологическое расширение Вселенной (на основе ОТО), определённый объем с частицами (про который я говорил выше), добавили тёмную материю, гравитацию. Запустили всё это дело на суперкомпьютере, посмотрели на то как появляются галактики в этой модели. Проделали ещё кое-какие выкладки: решили уравнение Фридмана (то самое космологическое) для реликтового излучения, получили спектр его мощности, определили по спектру количество тёмной материи, и сравнили его с наблюдаемым спектром и получили ту самую цифру по тёмной материи 26,8% по массе-энергии во Вселенной.

Вот как-то так, если вкратце. То суть очень проста: находится на компьютере численное решение уравнения Фридмана (в простейшем случае). Как вы могли уже предположить, это всё неточный метод, есть и другие, по которым также можно найти процент тёмной материи, в итоге все методы друг друга страхуют и дают примерно одну и ту же оценку. Главное тут в том, что нельзя посмотреть в телескоп во Вселенную и обнаружить там число 26,8%. Приходится моделировать на компьютерах – такая вот компьютерная космология:).

А вот то самое распределение тёмной материи (ТМ, ось абсцисс) и тёмной энергии (ТЭ, по оси ординат). Как видно, разные методы наблюдения дают примерно похожие числа в 0,25 (по ТМ), 0,65 (по ТЭ)

SNe - это по сверхновым, BAO - это нахождение барионных акустических осцилляций, CMB - по реликтовому излучению. Видите, график говорит, что тёмной энергии примерно 0,7 от всей массы-энергии Вселенной.

А вот то самое офигенное видео (иначе и не скажешь!) - симуляция Вселенной в проекте Illustris. Весьма вероятно, вы его уже видели, но тут версия в разрешении 8К. Пока ещё не каждый компьютер потянет 8К видео уже смоделированной Вселенной, не говоря о том, чтобы её моделировать в реальном времени, но всё впереди. https://youtu.be/M3btuZ_KuPU

Вот и настало время публикации моего практически ежемесячного теперь поста со списком хороших каналов, которые я лично отбираю для вас.

Особые рекомендации (благодарность за #вп):

@futurist_ru - авторский канал о технологиях, научных открытиях, и событиях, связанных с этим. Также на канале есть статьи, экспертные колонки, видео и тесты. Подписывайтесь!

И мой топ астро-космо каналов в Telegram - подписывайтесь, репостите этот пост:)
@cosmosx - канал о космосе:), просто космосе!
@scimag - канал с pdf-ками научных журналов (Science, Nature, Astronomy)
@ersci - канал-агрегатор ссылок на научпоп статьи
@bosonhiggs - авторский канал с познавательным контентом научной тематики.
@Meteoweb - канал об астрономии и метеорологии. Канал сайта meteoweb.ru
@astroblog - астроном-профессионал Мария Боруха рассказывает о своей деятельности
@roscosmos - официальный канал Роскосмоса
@space_english - космос на английском
@kosmostime - контент смешанный (много космоса)
@SciencePhysics - разные факты про физику и космос
@morespace - много космоса:), иногда интересные посты
@physh - ведёт проф. физик Артём Коржиманов - отличный канал!
@alphacentaurichannel - отличный канал проекта "Альфа Центавра"
@GalaxyInEyes - целый канал про галактики:)
@inSpace - всего по чуть-чуть, техника, космос, астрономия


Космические чаты:

@astroch - чат нашего канала (в основном, астрономия)
@thealphacentauri - чат канала @alphacentaurichannel - тут обо всём, около 1500 участников, в основном, космонавтика.

И ещё два моих канала:

@astronocomments - публикация ссылок на отборные статьи по астрономии!
@astronomylectures - мои лекции по астрономии и космонавтики в одном месте

P.S.
Если вы знаете хорошие астрономические и космические каналы, которые не попали в топ, смело пишите мне @astronom с тегом #каналы - добавлю. Учтите, что пост на редактирование доступен в течение суток.

18 ноября 2017 в Москве буду читать лекцию о колонизации Марса и о том, как нам врут в СМИ об этой планете на конференции "СКЕПТИКОН-2017".

Вся информация, спикеры и билеты: https://goo.gl/FPkii9

Подписывайтесь на канал "Общества скептиков": @Criticalth там будут публиковаться темы спикеров Скептикона, а также другие материалы о критическом мышлении.

Чат "Общества скептиков" https://t.me/joinchat/CB9iigjtuylNGM1fKgxREQ (тут весело, обсуждаются самые насущные и научные вопросы:).

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ конца 2017 года - рассказываю человеческим языком о том, что видно на небе.

В ближайшие два месяца уходящего года (быстро год пролетел, да?) будет немало астрономических событий, которые можно увидеть невооружённым глазом в любом месте (в Северном полушарии Земли). Eсли вы живёте в Европе, Северной Америке или в Азии, то вы их увидите. Я подготовил для вас самые значимые — это метеорные потоки и появление планет:

Сразу начну с обозначений: дата означает максимум метеорного потока, т.е. в это время видно наибольшее количество метеоров в час, оно обозначается как ZHR (zenithal hourly rate или зенитное часовое число). Это число показывает, сколько метеоров за час сможет увидеть человек, если радиант (место, откуда "вылетают" метеоры) потока будет находиться в зените (т.е. прямо над головой) и при это небо будет чистым и без засветки (как в деревне). Т.е. если вы живёте в мегаполисе, то смело делите это число на, не знаю, на 5:).

17 ноября с 19 ч вечера максимум метеорного потока Леониды — до 15 метеоров в час (ZHR=15). Поток будет активен до 23 ноября. Метеоры потока медленные, поэтому зрелище должно быть эффектным. Радиант находится в созвездии Льва (Leo, отсюда и название) — кажется, что они вылетают из этого созвездия, хотя они движутся параллельно, но перспектива приводит к тому, что прямые линии метеоров сходятся в точке (как рельсы на горизонте) — радианте и для этого потока он находится в созвездии Льва.

14 декабря с 02 ч утра (максимум в 6 ч утра) метеорного потока Геминиды — до 88(!) метеоров в час (ZHR=88). Метеоры этого потока преимущественно жёлтого цвета и яркие. Радиант в созвездии Близнецов (Gemini). Поток будет активен до 17 декабря, но количество метеоров резко сократится после максимума 14 декабря, спешите увидеть — ограниченное предложение — только 14 декабря:).

Замечу! Наблюдать метеоры нужно без оптических приборов, вам не нужны бинокль и телескоп. Если хотите сфотографировать метеоры, просто поставьте длинную выдержку на фотоаппарате, и, если в этот момент пролетит метеор, вы увидите на фото треки звёзд, которые успеют сместиться за 30 секунд, и яркую полоску света — это и будет метеор. Их так и фотографируют:) — никакой магии. А визуально наблюдать их просто — смотрите вверх, но учтите, что долго так стоять нельзя, лучше куда-нибудь лечь или сесть в кресло, чтобы не сдавливать сосуды шеи.

Кроме метеорных потоков ясными морозными днями можно наблюдать планеты.

В ноябре вы сможете найти на утреннем небе (до восхода Солнца):

ВЕНЕРУ — на юго-востоке (там, где и восходит Солнце потом). Ослепительно яркая белая "звездочка" — не спутаете ни с чем другим, кроме Луны, Солнца и фонаря.

МАРС — там же где и Венера, виден до восхода Солнца, низко над горизонтом, не очень яркий, вряд ли найдёте:)

ЮПИТЕР — вся компашка собралась в одном месте — до восхода Солнца в предутренние часы на юго-востоке. Юпитер появится там в середине ноября, он будет поярче Марса, поэтому его нетрудно обнаружить. Похож на желтовато-кремовую очень яркую звёздочку. Не мерцает.

Остальные планеты (Уран и Нептун) видны только в телескоп или в бинокль. Прости, Плутон! А Меркурий и Сатурн находятся близко к Солнцу и наблюдения их затруднены.

В декабре:

Ситуация почти не изменится, кроме Венеры, которая будет близка к Солнцу и почти незаметна в его утренних лучах.

Удачных наблюдений!

A/2017 U1 - возможно, первый межзвёздный астероид. Он летит так быстро, что звёзды сместились в кадре, при слежении за ним с помощью телескопа с экспозицией 5 минут. Объект в центре, движется со скоростью 26 км/с. Нет, это не корабль пришельцев;).

Почему думают, что это залётный межзвёздный астероид - орбита у него такая, что при всём желании он не сможет надолго задержаться у Солнечной системы и полетит дальше. Все астероиды, открытые до этого дня, да и кометы в т.ч. принадлежат Солнечной системе и их орбиты таковы, что они всегда будут её частью, а этот объект - нет. Летит он по гиперболической траектории.

Пока я отсутствовал объект, про который я писал в посте выше - первый межзвёздный кандидат - получил название и другое обозначение: 1I/ʻOumuamua: 1 - ну, это понятно, первый:), I - от слова Interstellar (с англ. межзвёздный), а вот ʻOumuamua - ... об этом чуть ниже.

Первоначально обозначение у объекта было таким: С/2017 U1, C от слова Comet, потом A/2017 U1 - А (Asteroid), т.к. поняли, что он не проявляет кометной активности, а обозначений для межзвёздных объектов не существовало, и до какого-то времени он оставался астероидом.

Имя «Оумуамуа» ('Oumuamua) было выбрано командой Pan-STARRS (телескопы быстрого реагирования), обнаружившей астероид. В переводе с гавайского оно означает «гость», или «посланник» из прошлого (’ou означает «дотягиваться до чего-то», а двойное mua с выделением последнего — означает «первый», «передовой»). В общем, первый гость, который дотянулся до нас:), наверное.

Размер этого межзвёздного гостя, прилетевшего в Солнечную систему вероятно из окрестностей Веги, около 160 метров. Движется он со скоростью 26 км/c по гиперболической орбите (т.е. явно не является объектом Солнечной системы: в Солнечной системе все кометы, астероиды и другие объекты являющиеся её частью, движутся по замкнутым орбитам вокруг Солнца, а этот - нет, у него орбита "открытая", т.е. около Солнца он не задержится надолго).

Это и правда знаменательное событие, т.к. в классификации комет появилась новая приставка "I/". Теперь все межзвёздные (залётные) объекты будут классифицировать с приставкой I.

Изначально классификация была такой:

P/ - периодическая комета (которая прилетает снова и снова или с периодом менее 200 лет)
C/ - непериодическая комета (с периодом больше 200 лет или наблюдавшаяся 1 раз)
X/ - комета с невычислимой орбитой, к примеру, историческая комета
D/ - потерянная комета или разрушившаяся
A/ - ошибочно считавшийся кометой объект, позже ставший астероидом (как в нашем случае с А1/2017 U1).

Но, мой рассказ будет неполным, если я не скажу про обозначение А1/2017 U1, что же такое 2017, U и 1?

2017 - это год открытия. К примеру, у других комет это может быть 1885 или 2012.

U - это заглавная буква, обозначающая полумесяц наблюдения в течение года (A - первая половину января, B - вторая половина, U - посчитайте:) - ответ ниже.

1 - число, представляющее порядок обнаружения в течение этого полумесяца. Т.е. в данном случае, в течение полумесяца U обнаружили один такой объект. U - это вторая половина октября.

Теперь вы с лёгкостью справитесь с заданием:
C/1995 O1.

Я очень рад тому, что мы преодолели отметку в 5000 подписчиков.

Канал наш про астрономию, и я хотел бы рассказать вам, моим новым подписчикам, зачем же нужна астрономия в современном мире. Какая же практическая польза от неё, а то, в последнее время, люди любят спрашивать о практическом применении:).

Это, во-первых, прикладные исследования, связанные с созданием систем точного времени и навигации (GPS, ГЛОНАСС).

Решение геофизических задач, таких как расчёт движения географических (не путать с магнитными) полюсов Земли и литосферных плит.

Как фундаментальная наука астрономия, являясь частью естественного-научного образования, готовит кадры для прикладных исследований, например, для космической отрасли.

Создание многих астрономических приборов требует современных технологий, поэтому эта наука выступает в качестве их заказчика (к примеру, рентгеновские детекторы в аэропортах появились благодаря космической рентгеновской обсерватории Чандра).

Технологию Wi-Fi придумали радиоастрономы для своих целей https://en.wikipedia.org/wiki/John_O'Sullivan_(engineer) разговор о том, где стала применяться эта технология позднее будет излишним:).

Открытие квазаров, которые стали основной современной глобальной системы координат и радиопульсаров. В данный момент разрабатываются системы навигации по этим источникам для космических аппаратов.

И это только малая доля от общей картины, в которую вносит свой вклад современная астрономия. Поэтому, астрономы не только тратят бюджетные деньги на постройку огромных телескопов для наблюдения за прошлым:), но и создают высокотехнологичное настоящее и будущее.

В эти выходные в Москве состоится 4-я конференция по науке и критическому мышлению - "Скептикон". И я тоже там буду читать лекцию - расскажу о мистификациях с планетой Марс и о том, как нам врут СМИ:).

18 и 19 ноября в культурном центре Архэ с утра и до позднего вечера бороться с псевдонаукой, развенчивать мифы и насаждать критическое мышление будут:

- Александр Панчин
- Артур Шарифов
- Александр Сергеев
- Сергей Белков
- Михаил Лидин
И еще 7 замечательных спикеров.

Одними лекциями дело не ограничится – у вас будет шанс проверить собственную эрудицию и навыки отличать науку от лженауки.
_________
18-19 ноября, культурный центр Архэ (г. Москва, м. Спортивная).
Подробная программа и билеты:
https://goo.gl/FwQNrS

Вчера читал лекцию о Марсе (есть в записи, скоро выложу тут), после лекции мне задали очень интересный вопрос о других формах жизни (не на основе углерода).

Наверняка вы тоже задумывались о жизни на других планетах. Какая она? Какие необходимые компоненты?

1.Растворитель для биохимических процессов. На Земле это вода. Но им также спокойно могут быть аммиак, метан, фтороводород, синильная кислота и другие вещества. Вопрос только в поддержании их стабильности.

2. Атмосфера. Окислитель - кислород, фтор, хлор и инертный газ - азот, монооксид углерода или любой благородный.

3. Наконец, сами живые существа. Мы знаем только углеродные формы жизни, но почему мы не сможем встретить существ на основе кремния, серы, оксидов металлов или даже газов?
На канале @scienceeveryday автор написал целую серию статей про возможные варианты эволюции. Там вы найдёте много все интересного;)!

Отдыхайте на Кеплер-16b, где у вашей тени всегда есть компания! Офигенные плакаты NASA, как я раньше их не замечал:(. Вот тут все остальные: https://www.jpl.nasa.gov/visions-of-the-future/

Решили уже, где будет встречать Новый год? Кеплер-16b - неплохое местечко:), там Новый год наступает каждые 229 дней, чуть чаще, чем на Земле!

Написал небольшую заметку о пульсарной навигации и внеземных цивилизациях, которые могут строить галактический GPS. Приятного чтения!

http://telegra.ph/Galakticheskij-GPS-11-27

Вчера как раз писал про пульсарную навигацию, а сегодня - знаменательная дата - 50 лет назад были открыты радиопульсары. Всё равно, лучше Сергея Попова по этой теме вряд ли кто может высказаться, поэтому даю ссылку на его пост в ЖЖ.

Сергей Попов - популяризатор астрономии, доктор физ.-мат. наук, астрофизик, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, профессор РАН.

https://sergepolar.livejournal.com/3399168.html

Теперь у любителей астрономии есть свой путеводитель - замечательная (ещё бы, ведь я принимал активное участие в научной редактуре) книга Ирины Поздняковой! А чуть ниже отрывок из неё: