Wie haben wir Fotos von Galaxien in der Ferne?

Eine mögliche Antwort darauf ist, dass das von den Galaxien ausgesandte Licht eine Milliarde Meilen bis zur Erde wanderte, wo das Hubble-Weltraumteleskop dieses Licht über seine Sensoren aufnahm und ein Bild der Galaxie erstellen konnte

Aber wenn dies zutrifft und Galaxien Milliarden von Kilometern entfernt sind, sollten die Lichtteilchen, die von den Galaxien ausgestrahlt werden, nicht überall verstreut werden ? Immerhin reisten sie seit Millionen von Jahren und sind wahrscheinlich mit Asteroiden und anderen Fremdkörpern zusammengestoßen. Wie hoch war die Wahrscheinlichkeit, dass 95% der Photonen tatsächlich die Erde erreichten, was uns ein sehr detailliertes Bild gab?

Betrachten Sie die Andromeda-Galaxie, die eine Entfernung von 1,492 × 10 ^ 19 Meilen von der Erde hat. Wenn das von der Galaxie ausgestrahlte Licht in alle Richtungen wandert, wie kommt es dann, dass wir immer noch die gesamte Galaxie abbilden können, wie auf dem Foto unten zu sehen ist?

Sollte nicht die Hälfte der Galaxie fehlen, da Photonen andere Objekte hätten treffen können und "niemals die Erde erreicht haben"?

Es gibt zwei Gründe, warum oft - aber nicht immer - Licht von Galaxien, die Millionen oder sogar Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, das Universum durchquert und zu uns herunterkommt:

1. $n\sim10^{-7}\,\mathrm{cm}^{-3}$$1\,\mathrm{cm}^{2}$$10^6$

2. $(\sim10^{-24}\,\mathrm{cm}^{2})$

Mit anderen Worten: Die Menge des durchgelassenen Lichts hängt von zwei Faktoren ab: 1) Die Menge der Materie entlang der Sichtlinie und 2) die Fähigkeit dieser Materie, das Licht zu absorbieren. In der IGM sind beide enorm klein. Wenn das Licht in das interstellare Medium (ISM) unserer Galaxie eintritt , kann es auf dichtere Wolken mit Atomen treffen, die das Licht absorbieren können. Aber normalerweise (wenn auch nicht immer) ist "dicht" im Vergleich zur Erdatmosphäre immer noch sehr verdünnt.

$\sigma$$^2$$N$$^{-2}$ $\tau$

$10\,000$

Da das Licht, das wir von diesem Quasar sehen, schon vor langer Zeit ausgesandt wurde, war das Universum zu dieser Zeit erheblich kleiner und damit die Dichte größer. Trotzdem wird nur ein kleiner Teil absorbiert. Je weiter das Licht ausgestrahlt wird, desto länger ist es her, was ein kleineres Universum und eine höhere Dichte bedeutet, und desto mehr Licht wird absorbiert. Wenn Sie diesen Quasar (von hier aus ) betrachten, der 27 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt, sehen Sie, dass in einem Teil des Spektrums viel mehr Licht absorbiert wird. Trotzdem kommt viel Licht zu uns.

Der Grund, dass nur die kurzen Wellenlängen absorbiert werden, ist sehr interessant - aber das ist eine andere Geschichte.

Wie Rob Jeffries sagt, ist das Universum größtenteils ein leerer Raum. Ein Photon kann leicht Tausende von Lichtjahren zurücklegen, ohne mit irgendetwas zu interagieren. Die meiste Wechselwirkung würde stattfinden, wenn Photonen in die Erdatmosphäre eintreten. Der Hubble vermeidet dies. Diese Fotos entstanden höchstwahrscheinlich aus der Kombination mehrerer Betrachtungssitzungen, die im Grunde genommen einen längeren Zeitraum für die Beobachtung der Galaxie ergaben.

Ihre Frage enthält ein Missverständnis. Ich glaube nicht, dass die anderen Antworten es angesprochen haben.

Wenn das von der Galaxie ausgestrahlte Licht in alle Richtungen wandert, wie kommt es dann, dass wir immer noch die gesamte Galaxie abbilden können?

Licht wird von der Galaxie in alle Richtungen ausgestrahlt. Nur ein winziger Bruchteil davon ist auf die Erde gerichtet, und von diesem wird ein noch winzigerer Bruchteil von einem gegebenen Teleskop gesammelt. Aber wir können es immer noch sehen, denn Galaxien sind sehr, sehr hell. Andromeda enthält ungefähr eine Billion Sterne.

Es tut uns leid, wenn diese Logik ein bisschen kreisförmig erscheint, aber wir können ungehinderte Bilder von Galaxien erhalten, weil sie ungehindert sind.

Wie bereits erwähnt - der Raum ist wirklich sehr, sehr groß und sehr, sehr leer. Das ist für uns schwer zu überlegen, weil es so viel Zeug direkt neben uns gibt - aber das ist tatsächlich ein wirklich ungewöhnlicher Zustand. Der nächste Stern zur Sonne ist mehr als 4 Lichtjahre entfernt, aber wir bekommen fast alles (99,9999999999 ...%) Licht, das in unsere Richtung geht - das gleiche gilt für Licht aus weiter Entfernung - wir bekommen eine große Anzahl von Photonen, die von weit entfernten Objekten zu uns geschickt wurden.

Hubble verwendet auch die einfachen Kameratechniken des Objektivierens und der Langzeitbelichtung, um Bilder von entfernten Objekten aufzunehmen - so wird mehr Licht empfangen, um das Bild zu konstruieren.

Andererseits ist es fast unmöglich, ein Bild von einer Galaxie (oder einem Stern) zu machen, die sich hinter einer anderen Galaxie oder Staubwolke befindet. Zum Beispiel können wir nicht so leicht hinter das Zentrum unserer eigenen Galaxie sehen, weil viel Staub, Gas und Sterne im Weg sind. Das Bild in Ihrer Frage scheint andererseits Andromeda zu sein, das sich über der Ebene der Galaxie befindet. Unsere Galaxie ist im Vergleich zu ihrem Durchmesser ziemlich dünn, und wir sind ein anständiger Weg aus dem galaktischen Zentrum, was bedeutet, dass viel weniger Material im Weg ist.

Und es gibt einige Galaxien , von denen wir Bilder gemacht haben, die von Staub verdeckt sind:

Es gab bereits einige gute Antworten, aber ich möchte meinen Zwei-Cent-Wert hinzufügen:

Wie haben wir Fotos von Galaxien in der Ferne?

Weil zwischen ihnen und uns nicht viel ist, was das Licht stört, das unsere Kameras erreicht.

Eine mögliche Antwort darauf ist, dass das von den Galaxien ausgestrahlte Licht eine Milliarde Meilen bis zur Erde wanderte, wo das Hubble-Weltraumteleskop dieses Licht über seine Sensoren aufnahm und ein Bild der Galaxie erstellen konnte

Bis zum Saturn sind es eine Milliarde Meilen . Eigentlich variiert die Entfernung mit den Umlaufbahnen, aber siehe diesen Space.com-Artikel : "Am weitesten voneinander entfernt, wenn sie auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne liegen, sind sie etwas mehr als eine Milliarde Meilen (1,7 Milliarden km) voneinander entfernt." . Die Andromeda-Galaxie ist ungefähr fünfzehn Milliarden Milliarden Meilen entfernt. Oder ungefähr fünfzehn Billionen Meilen.

Aber wenn dies zutrifft und Galaxien Milliarden von Kilometern entfernt sind, sollten die Lichtteilchen, die von den Galaxien ausgestrahlt werden, nicht überall verstreut werden?

Vergessen Sie nicht, dass Photonen eine E = hf-Wellennatur haben. Und das, obwohl sie in der Luft verstreut sind, können Sie immer noch den Mond sehen. Ja, im Weltall geht ein bisschen Licht in die Irre. Aber nicht so sehr, dass der nächtliche Himmel ein leerer Nebelschwarm ist. Sie können Saturn auch sehen. Und die Sterne. Und die Galaxien, aber sie sind eher dunkel .

Immerhin reisten sie seit Millionen von Jahren und sind wahrscheinlich mit Asteroiden und anderen Fremdkörpern zusammengestoßen. Wie hoch war die Wahrscheinlichkeit, dass 95% der Photonen tatsächlich die Erde erreichten, was uns ein sehr detailliertes Bild gab?

Die Chancen stehen gut. Wir haben Bilder von Planeten und Dingen, weil die Chancen hoch sind.

Betrachten wir die Andromeda-Galaxie, die eine Entfernung von 1,492 × 10 ^ 19 Meilen von der Erde hat. Wenn das von der Galaxie ausgestrahlte Licht in alle Richtungen wandert, wie kommt es dann, dass wir trotzdem die gesamte Galaxie abbilden können, wie auf dem Foto unten zu sehen ist?

Wenn ich in Lichter gehüllt wäre, würde ich Licht in alle Richtungen aussenden und du würdest mich sehen, weil ein Teil dieses Lichts in dein Auge geht. Die Andomeda-Galaxie ist ähnlich.

Sollte nicht die Hälfte der Galaxie fehlen, da Photonen andere Objekte hätten treffen können und "niemals die Erde erreicht haben"?

Nein. Und wenn die Hälfte der Photonen die Erde nicht erreicht hätte, hätte man nur eine dunkle Galaxie gesehen, das ist alles.

Lassen Sie mich einige einfache Erklärungen geben.

Nein nein Nein. 95% der Photonen erreichen die Erde nicht. Selbst wenn 5% der Photonen (innerhalb weniger Sekunden) nur von einem Stern emittiert würden, sagen wir, wenn unsere Sonne die Erde erreicht hätte, wäre unser Planet vollständig versengt! Dann hat Andromeda Hunderte von Milliarden von Sternen (oder Sonnen). Nichts davon erreicht uns, bis auf eine unendlich kleine Zahl. Es ist umwerfend, wie wenig Photonen uns erreichen! Sie können versuchen, das sehr grob zu berechnen. Es ist sehr einfach zu berechnen, wie viel Prozent der von der Sonne emittierten Photonen die Erde erreichen. Und die Sonne ist nur 8 Minuten von der Erde entfernt, während Andromeda mehr als 2,5 Millionen Jahre entfernt ist! Es ist also gar nicht so schwer, sich vorzustellen, wie viele Photonen uns erreichen.

Warum blockieren Asteroiden, Planeten oder Sterne nicht alles? Andromeda ist viel zu groß, um so blockiert zu werden! Es ist einfacher, den Blick auf den Pazifischen Ozean vom Weltraum abzuhalten, indem Sie ein paar Staubflecken dazwischen legen! Der Durchmesser von Andromeda beträgt mehr als 200 Millionen Lichtjahre. Können wir es aus dem Blickfeld blockieren? Tatsächlich kann es von etwas so Großem wie einem Nebel in der Nähe unseres Sonnensystems blockiert werden. Ein solcher Nebel muss einen Durchmesser von vielen Lichtjahren haben; es muss dicht genug sein; und nicht zu weit weg. Zum Glück blockiert nichts dergleichen diese wunderschöne Galaxie aus unserer Sicht. Es kommt jedoch auch bei einigen anderen Galaxien und Weltraumobjekten vor. Sehr entfernte Nebel werden Andromeda nicht aus unserer Sicht blockieren, da sie vor dem Hintergrund von Andromeda, das viel weiter entfernt liegt, viel zu klein erscheinen.

Warum wird Licht nicht gestreut? Warum sollte es so weit verstreut sein, dass Andromeda verschwimmt? Wenn sich der Mond am Horizont befindet, bewegt sich sein Licht durch mehrere hundert Kilometer dichte Atmosphäre, die nahezu parallel zur Erdoberfläche verläuft. Dennoch können wir unsere Teleskope darauf trainieren und die verschiedenen Merkmale des Mondes sehen. Es wäre keine sehr saubere Aussicht, aber wir würden immer noch viel sehen. Jetzt durchläuft das Licht im Weltraum ein fast vollständiges Vakuum, besonders leer ist die Leere zwischen den Galaxien. Es gibt also keinen Grund, warum Licht zu stark gestreut wird. Photonen und viele andere Partikel sind stabil genug und können viel größere Entfernungen zurücklegen: Milliarden von Lichtjahren. Eine andere Sichtweise ist die Frage, wie viel Photonen von ihrem geraden Weg abweichen sollten, damit Andromeda für uns unscharf wird. Nun, sie müssen viel seitwärts gehen, und der Durchmesser von Andromeda ist zu groß dafür. Das erscheint nicht logisch, da sich Photonen in geraden Linien bewegen. Große Objekte wie Sterne und Schwarze Löcher beeinflussen ihren Weg, aber der Durchmesser von Andromeda ist so groß, dass dies keine Option ist, es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Andromeda zu verzerren Bild von Andromeda oder um diese schwarzen Löcher dazu zu bringen, das ganze Licht der Galaxie zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: Das erscheint nicht logisch, da sich Photonen in geraden Linien bewegen. Große Objekte wie Sterne und Schwarze Löcher beeinflussen ihren Weg, aber der Durchmesser von Andromeda ist so groß, dass dies keine Option ist, es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Andromeda zu verzerren Bild von Andromeda oder um diese schwarzen Löcher dazu zu bringen, das ganze Licht der Galaxie zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: Das erscheint nicht logisch, da sich Photonen in geraden Linien bewegen. Große Objekte wie Sterne und Schwarze Löcher beeinflussen ihren Weg, aber der Durchmesser von Andromeda ist so groß, dass dies keine Option ist, es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Andromeda zu verzerren Bild von Andromeda oder um diese schwarzen Löcher dazu zu bringen, das ganze Licht der Galaxie zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: wie Sterne und Schwarze Löcher beeinflussen sie ihren Weg, aber der Durchmesser von Andromeda ist so groß, dass dies keine Option ist, es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Bild von Andromeda zu verzerren oder um diese schwarzen Löcher dazu zu bringen, das ganze Licht der Galaxis zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? 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Deshalb: es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Bild von Andromeda zu verzerren oder diese Schwarzen Löcher dazu zu bringen, das gesamte Licht der Galaxie zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: es sei denn, wir platzieren künstlich Billionen von Schwarzen Löchern entlang der Linie zwischen Andromeda und unserem Sonnensystem, um das Bild von Andromeda zu verzerren oder diese Schwarzen Löcher dazu zu bringen, das gesamte Licht der Galaxie zu verschlingen! Wenn Astronomen sagen, dass das meiste Licht uns erreicht, bedeutet dies, dass der intergalaktische Raum fast ein vollständiges Vakuum ist und die Photonen, die genau in unsere Richtung gehen, „frei“ sind. Doch nur eine winzig kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: nur eine unendlich kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb: nur eine unendlich kleine Anzahl von ihnen geht genau in unsere Richtung und es reicht immer noch für schöne Fotos. Warum? Deshalb:

$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$

Wie groß es am Nachthimmel ist, ist ungefähr sechsmal so groß wie der Mond, aber Sie können nur den hellen Mittelteil sehen. Um das gesamte Ausmaß zu sehen, benötigen Sie ein Teleskop mit großer Apertur und Langzeitbelichtung, um mehr Licht zu sammeln und ein besseres, detaillierteres Bild zu erhalten.

Hoffe, diese primitive Erklärung wird hilfreich sein. Andromeda ist heute sichtbar, wenn das Wetter es zulässt :)