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Die frühe Datenfreigabe

The frühe Datenfreigabe des Sloan Digital Sky Survey besteht aus Bildern in fünf Farben und gemessene Parameter für alle detektierten Quellen, einschließlich Spektren, Rotverschiebungen und weitere spektroskopische Parameter. Diese Daten wurden während der Inbetriebnahmephase gewonnen, doch die Qualität der Daten und Kallibration erfüllt schon bereits die Ansprüche für viele wissenschaftliche Anwendungen. The frühe Datenfreigabe beinhaltet eine Benutzeroberfläche, um die Datenbank zu durchsuchen und Zugang zu den Daten zu verschaffen.

Was ist der Sloan Digital Sky Survey?

Einfach gesagt, der Sloan Digital Sky Survey ist das ehrgeizigste astronomische Himmelsdurchmusterungsprojekt das jemals unternommen wurde. Die Durchmusterung wird ein Viertel des Himmels umfassen, wobei die Position und die absolute Helligkeit für mehr als 100 Mio Himmelsobjekte bestimmt wird. Zusätzlich wird die Distanz zu mehr als einer Mio Galaxien und Quasaren gemessen. Das Apache Point Observatory, der Standort der SDSS Teleskope, wird durch das Astrophysical Research Consortium (ARC) betrieben.

Der SDSS zielt auf faszinierende, fundamentale Fragen über das Universum ab. Mit der Durchmusterung werden Astronomen in der Lage sein, großräumige Struckturen der galaktischen Materieverdichtungen und der leeren Räume im Universum zu sehen. Wissenschaftler haben unterschiedliche Vorstellungen über die Evolution des Universums, und unterschiedliche Muster in der großräumigen Strucktur deuten auf unterschiedlichen theoretische Modelle über die Entwicklung des Universums hin. Der Sloan Digital Sky Survey wird uns zeigen, welche Theorie richtig ist -- oder ob wir völlig neue Vorstellungen entwickeln müssen.

Das Universum abbilden

Kartieren und die Struktur der Realität zu erfassen, ist eine zentrale Aktivität, die bei der schrittweisen Erweiterung des menschlichen Wissens eine wichtige Rolle spielt. Im letzten Jahrzehnt wurden eine Vielzahl von Unternehmungen zur Kartierung verschiedener Wissensgebiete angefangen, wie in der Gentechik, der Ozeanographie, der Neurologie und der Oberflächenphysik, alle unter Verwendung von Computern, um die großen und komplexen Datenmengen aufzuzeichnen und zu verstehen. Die Möglichkeit große Mengen an Daten aufzuzeichnen und zu effizient zu verarbeiten, ändert die Arbeitsweise der Wissenschaftler. Der Sloan Digital Sky Survey, das ergeizigste aller astronomischen Durchmusterungsprojekte, wird diese moderne Art der umfassenden und quantitativen Kartierung auf die Kosmographie, die Wissenschaft der Kartierung und der Bestimmung unseres Platzes im Universum, anwenden.

Die Himmelsdurchmusterung wird systematisch ein Viertel des gesamten Himmels kartieren, wobei detaillierte Bilder gemacht werden, und die Position und absolute Helligkeit von mehr als 100 Mio Himmelsobjekte bestimmt wird. Zudem werden Distanzen zu 1 Millionen der nächsten Gallaxien bestimmt, um ein dreidimensionales Bilde des Universums zu erhalten in einem Volumen hundert mal größer, als der bisher bekannte Teil. Die Himmelsdurchmusterung wird auch die Distanz zu 100000 Quasaren, den am weit entferntesten bekannten Objekten, aufzeichenen, was uns einen noch nie dagewesenen Hinweis auf die Verteilung der Materie bis zum Rande des sichtbaren Universums gibt.

Die Himmelsduchmusterung ist die jüngste in einer historischen und ehrenwerten Tradition des Studiums des Himmels. Viele der frühen historischen Aufzeichnungen beschreiben Bemühungen das Universum zu erfassen. Die Himmelsdurchmusterung wird diese Tradition mit unterschiedlichen Mitteln fortführen. Zunächst wird ein großes Gebiet mit Hilfe von elektronischen Detektoren vermessen. Die Bilder, die produziert werden, sind im einiges sensitiver und genauer als die früherer Durchmusterungen, die auf photographischen Techniken beruhen. Das Ergebnis der Durchmusterung wird der wissenschaftlichen Gemeinde elektronisch als Bilder und als präzise Kataloge aller entdeckten Objekte zur Verfügung stehen. Die Himmelsduchmusterung erhöht auch deutlich die räumliche Auflösung. Die Gesamtmenge an produzierter Information, etwa 15 terabytes, entspricht dem Informationsgehalt der Library of Congress.

Indem man systematisch und sensitiv einen so großen Bereich des Himmels beobachtet, wird die Himmelsduchmusterung einen starken Einfluß auf verschiedenartigste astronomische Studien haben, wie dem Studium der großräumigen Strukturen des Universums, dem Ursprung und der Evolution von Galaxien, die Verbindung zwischen dunkler und leuchtender Materie im Universum, der Struktur unserer Milchstraße, und der Zusammensetzung und Verteilung von Staub aus dem Sterne wie unsere Sonne entstanden sind. Sie wird einen neuen Bezugspunkt, eine Orientierungshilfe für das Universum zur Jahrtausendwende sein, die von Wissenschaftlern die nachfolgenden Jahrzehnte genutzt werden wird.

Die Wissenschaft mit SDSS

Soap bubbles Das heutige Universum besteht aus Ansammlungen von Galaxien, die sich durch den meißt leeren Raum bewegen. Wie Seifenblasen in einem Becken bilden sich leere Räume und die Galaxien ordnen sich einlang von Linien, die dichte Filamente bilden, an. Unser bestes Modell, vom Begin des Universums, der Urknall, erzeugt die Vorstellung, daß das Universum aus einer heißen, gleichverteilten Suppe aus Fundamentalteilchen bestand. Irgenwie, zwischen dem Anfang des Universums und heute hat Gravitation die Materie zu Regionen mit hoher Dichte zusammengezogen und hat leere Regionen zurückgelassen. Was hat diese Veränderung von Gleichförmigkeit zu Struktur ausgelöst? Der entscheidende Punkt ist nun den Ursprung dieser Struktur zu verstehen, um unsere kosmische Geschichte zu verstehen.

Die Suche wird komplizierter gemacht, weil leuchtstarke Sterne und Galaxien, die wir sehen, nur einen kleinen Teil der Gesamtmaterie des Universums darstellen. Die Natur, Menge und Verteilung der "dunklen Materie" ist eine der wichtigsten Fragen der Astrophysik. Wie beeinflußt die Gravitation der dunklen Materie die sichtbaren Strukturen? Oder, um es anders auszudrücken, kann man die Verteilung der gravitierenden Masse rekonstruieren, indem man genau die Position und Bewegung von Galaxien bestimmt und so Hinweise auf die dunkle Materie erhält.

Eine Karte des Universums

Eine Schwierigkeit bei dem Studium des gesamten Universums is das Problem genüngend Informationen zu erhalten, um ein globales Bild zusammenzufügen. Astronomen haben den Sloan Digital Sky Survey entworfen, um dieses Problem direkt und ambitioniert anzupacken, indem eine Datenmenge zusammengetragen wird, die groß und genau genug ist, einen weiten Bereich von astronomischen Fragen zu umfassen.

Die Himmelsdurchmusterung wird hochaufgelöste Bilder eines Viertels des Himmels in fünf verschiedenen Farben aufnehmen. Mit diesen Bildern werden fortschrittliche Bildverarbeitungsprogramme die Form, Helligkeit und Farbe von hundertmillionen astronomischen Objekten messen, einschließlich Sternen, Galaxien, Quasaren (kompakte, extrem helle Objekte, von denen man annimmt, daß sie ihre Energie durch den Einfall von Material in ein gigantisches schwarzes Loch gewinnen), und einer Vielzahl von exotischen Himmelsobjekten. Ausgewählte Galaxien werden mit einem Instrument, das man Spektrograph nennt, beobachtet, um akurat die Distanz zu einer Million Galaxien und 100 000 Quasaren zu bestimmen, und um eine Vielzahl von Informationen für individuelle Objekte zu erhalten. Diese Daten werden der astronomischen Gemeinde eines der dringend benötigten Dinge geben: einen umfassenden Katalog der Bestandteile eines representativen Teils des Universums.

Der Sloan Digital Sky Survey wird die dreidimensionale Verteilung der Materie in einem Volumen etwa einhundert mal größer als das bisher erkundete Univerum kartieren. Diese Karte wird aufdecken wie groß die größten Struckturen in unserem Universum sind und wie sie aussehen. Er wird uns helfen die Mechanismen zu vertehen, die die primordiale "Suppe" in ein schaumiges Netwerk von Galaxien verwandelt hat.

Stars

Eine intergalaktische Zählung

Das U.S. Census Bureau sammelt statistische Informationen darüber, wieviele Menschen in den U.S.A. wohnen, wo sie wohnen, welche Abstammung sie besitzen, wie hoch das Familieneinkommen ist, und andere Eigenschaften. Die Zählungen sind eine hauptsächliche Informationsquelle für Menchen, die die Nation vertehen wollen. In einer Art von Himmelszählung wird der Sloan Digital Sky Survey Informationen sammeln, darüber wieviele Galaxien und Quasare es im Universum gibt, wie sie verteilt sind, über ihre individuellen Eigenschaften, und wie hell sie sind. Astronomen werden diese Information benutzen, um etwa folgende Fragen zu studieren: warum flache Spiralgalaxien in dichteärmeren Regionen des Universums gefunden werden, als elliptische Galaxien, oder wie sich die rätselhaften Quasare im Laufe der Geschichte des Universums verändert haben.

Die Himmelsdurchmusterung wird auch Informationenen über die Milchstraßengalaxie sammeln und sogar über unser Sonnensystem. Die weite Überdeckung des Himmelsdurchmusterungsteleskops wird genauseoviele Sterne wie Galaxien, und genauso viele Asteroiden in unserem Sonnensystem wie Quasare im Universum umfassen. Das Wissen über diese Objekte wird uns zeigen, wie Sterne in unserer Galaxie verteilt sind und wo Asteroiden in die Geschichte unseres Sonnensystems passen.

Nadeln im Heuhaufen, Lichtblicke im Nebel

Seltenen Objekte sind fast schon per Definition wissenschaftlich interessant. Dadurch, daß man mehrer hundertmillionen Objekte, die durch die Himmelsdurchmusterung erfaßt wurden, durchsehen kann, werden Wissenschaftler in der Lage sein einen vollständigen Katalog der entferntesten Quasare, der seltensten Sterne und der ungewöhnlichsten Galaxien zu erstellen. Die ingewöhnlichtsen Objekte in diesem Katalog werden hundert mal seltener sein, als die jetzt bekannten seltenen Objekte. Zum Beispiel Sterne deren chemische Zusammensetzung sehr metallarm ist, also etwa wenig Eisen haben, sind die ältesten Sterne in der Milchstraße. Sie können uns deshalb Auskunft über die Entstehung unserer Galaxie geben. Aber solche Sterne sind sehr selten und nur eine großräumige, tiefe Durchmusterung kann genug davon finden, um ein kohärentes Bild zu schaffen.

Weil sie so weit weg sind, können Quasare als Testobjekte für intergalaktisches Material im sichtbaren Universum diehnen. Im Besonderen können Astronemen Falaxien identifizieren und studieren, über die Art und Weise, wie sie bestimmte Wellenlängen des vom Quasar emittierten Lichts absorbieren. In dem das Licht der Quasare benutzt wird, kann die Himmelsdurchmusterung tausende von Galaxien in ihrem Anfangsstadium detektieren. Diese Galaxien sind normalerweise zu lichtschwach und diffus, um durch ihr eigenes Licht, sogar durch die größten Teleskope, detektiert zu werden. Tests mit Quasaren wird es Wissenschaftlern ermoglichen die Entwicklung der Chemie des Universum wärend seiner Geschichte zu untersuchen.

Das Teleskop als Zeitmaschine

Mit einem Teleskop in das Universum zu spähen, erlaubt einem nicht nur in das All zu schaün, sondern auch zurück in der Zeit. Man stelle sich ein intellegentes Lebewesen auf einem Planeten um einen Stern in 30 Lichjahren Entfernung vor. Angenommen diese Lebewesen fangen eine Fernsehübertragung von der Erde auf. Sie würden Ereignisse sehen, die jetzt auf der Erde 30 Jahre in der Veragangenheit liegen, zum Beispiel könnten sie eine Nachrichtensendung über den Bau des Fundaments des Sears Towers sehen. Wärend für uns heute der Sears Tower fertiggestellt ist, könnten sie den Arbeitern dabei zusehen, wie das Fundament gegossen wird. Wir denken Licht breitet sich sehr schnell aus, aber das Universum ist ein extrem großer Ort. Tatsächlich beobachten Astronomen Quasare, die so weit weg sind, daß deren Licht Milliarden von Jahren braucht, um uns zu erreichen. Wenn wir also Quasare oder Galaxien beobachten, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, sehen wir sie wie sie vor Milliarden von Jahren waren.

Indem Galaxien und Quasare in unterschiedlichten Entfernungen beobachtet werden, können Astronomen die Änderung ihrer Eigenschaften mit der Zeit verfolgen. Die Himmelsdurchmusterung wird die "lokale" Verteilung der Galaxien messen, die einen Vergleich mit einer Stichprobe bestehend aus entfernteren Galaxien, die mit neueren Instrumenten wie das Hubble Space Teleskope und dem Keck Teleskope zu beobachten sind, erlauben. Weil Quasare sehr hell sind, wird die Himmelsdurchmusterung den Astronomen erlauben ihre zeitliche Evolution über mehr als 90% der Geschichte des Universums zu untersuchen.

Messung von Distanz und Zeit: Rotverschiebung

Raisin bread Man kann sich das Universum als einen Brotlaib mit Rosinen, der im Ofen aufgeht, vorstellen. Das Universum dehnt sich genauso aus wie der aufgehende Brotlaib. Man wähle nun irgendeine Rosine aus und stelle sich vor, dies wäre unsere Milchstraße. Egal wie man es dann betrachtet, wenn sich das Brot ausdehnt, bewegen sich alle anderen Rosinen von unserer Rosine weg. Je weiter weg eine Rosine von unserer ist, desto schneller bewegt sie sich von uns fort. In gleicher Weise bewegen sich alle Galaxien von unsere Galaxie fort, wärend das Universum sich ausdehnt. Und weil das Universum sich gleichmäßig ausdehnt, bewegt sich eine Galaxie schneller von uns weg, je weiter sie von der Erde entfernt ist.

Das Licht, das von diesen entfernten Objekten kommt, ist zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums verschoben, in gleicher Weise wie der Pfeiffton eine Zugppfeiffe sich ändert, wenn ein Zug in eine Station einfährt oder die Station verläßt, im Vergleich dazu, wie sie sich anhört, wenn der Zug in der Station steht. Astronomen messen die stärke der Rotverschiebung im Spektrum einer Galaxie, um herauszufinden, wie weit sie von uns entfernt ist.

Indem die Rotverschiebung von einer Million Galaxien gemessen wird, liefert der Sloan Digital Sky Survey ein dreidimensionales Bild unserer lokalen Umgebung des Universums.

Survey slice