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Astronomen der John Hopkins University gaben vor einigen Wochen bekannt, dass das Ergebnis eine Aquamarinfarbe wäre, wenn Sie die Farbe aller Sterne im Universum herausrechnen würden. Sobald sie den Fehler beseitigt und ihre Berechnungen erneut durchgeführt hatten, wurde die durchschnittliche Farbe des gesamten Universums beige.
Was ist die Farbe des Universums? Diese scheinbar einfache Frage wurde von Astronomen nie wirklich beantwortet. Es ist schwierig, eine genaue und vollständige Zählung des gesamten Lichts im Universum durchzuführen.
Mit der 2dF Galaxy Redshift Survey - einer neuen Umfrage unter mehr als 200.000 Galaxien, die das Licht eines großen Volumens des Universums misst - konnten wir kürzlich versuchen, diese Frage zu beantworten. Wir haben das konstruiert, was wir "das kosmische Spektrum" nennen, das die gesamte Summe aller Energie im lokalen Volumen des Universums darstellt, die bei verschiedenen optischen Wellenlängen des Lichts emittiert wird. So sieht das kosmische Spektrum aus:
Dies ist ein Diagramm der im Universum emittierten Energie für verschiedene Wellenlängen des Lichts (Daten hier). Ultraviolettes und blaues Licht ist links und rotes Licht ist rechts. Dies wird konstruiert, indem alle einzelnen Spektren der einzelnen Galaxien in der 2dF-Vermessung addiert werden. Die Summe repräsentiert das Licht aller Sterne. Wir glauben, dass dieses Spektrum wirklich repräsentativ ist, weil die 2dF-Umfrage so groß ist (mehrere Milliarden Lichtjahre). Wir können das kosmische Spektrum auch folgendermaßen zeigen:
Hier haben wir die ungefähre Farbe eingegeben, die das Auge bei jeder Lichtwellenlänge sehen würde (obwohl wir unter etwa 4000 Angström, dem nahen Ultraviolett, nicht wirklich viel Licht sehen können; und streng genommen können Monitore monochromatische Farben, die Farben des Regenbogens, nicht genau anzeigen). .
Sie können sich das als das vorstellen, was das Auge sehen würde, wenn wir das gesamte Licht im Universum durch ein Prisma leiten würden, um einen Regenbogen zu erzeugen. Die Intensität der Farbe ist proportional zur Intensität im Universum.
Was ist die durchschnittliche Farbe? dh die Farbe, die ein Beobachter sehen würde, wenn er das Universum in einer Kiste hätte und das gesamte Licht auf einmal sehen könnte (und es bewegte sich für einen echten Beobachter auf der Erde nicht, je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto mehr ist es rotverschoben. Wir haben unser gesamtes Licht vor dem Kombinieren de-rotverschoben.
Um diese Frage zu beantworten, müssen wir die durchschnittliche Reaktion des menschlichen Auges auf diese Farben berechnen. Wie drücken wir diese Farbe aus? Der objektivste Weg, dies zu tun, besteht darin, die CIE x, y-Werte anzugeben, die die Position der Farbe im CIE-Chromatizitätsdiagramm und damit den Reiz angeben, den das Auge sehen würde. Jedes Spektrum mit demselben x, y muss dieselbe wahrgenommene Farbe ergeben. Diese Zahlen sind (0,345,0,345) und sie sind robust. Wir haben sie für verschiedene Teilstichproben der 2dF-Umfrage berechnet und sie variieren nur unwesentlich. Wir haben sie sogar für die spektroskopische Untersuchung von Sloan Digital Sky Survey berechnet (die 2dFGRS als größte Rotverschiebungsuntersuchung irgendwann im Jahr 2002 überholen wird) und sie sind im Wesentlichen gleich.
Aber was ist die tatsächliche Farbe? Um dies zu erreichen, müssen wir einige Annahmen über das menschliche Sehen und den Grad der allgemeinen Beleuchtung treffen. Wir müssen auch wissen, welchen Monitor Sie als Leser verwenden! Das ist natürlich unmöglich, aber wir können eine durchschnittliche Vermutung anstellen. Also hier sind die Farben:
Was sind all diese Farben? Sie repräsentieren die Farbe des Universums für verschiedene Weißpunkte, die die Anpassung des menschlichen Auges an verschiedene Arten der Beleuchtung darstellen. Wir werden unter verschiedenen Umständen unterschiedliche Farben wahrnehmen, und die Art des Spektrums, das „weiß“ erscheint, wird variieren. Ein gängiger Standard ist „D65“, bei dem das Tageslicht (bei leicht bewölktem Himmel) fast weiß wird und das Universum im Vergleich dazu rötlich erscheint. "Illuminant E" (Weißpunkt gleicher Energie) ist vielleicht das, was Sie für Weiß sehen würden, wenn sich die Dunkelheit anpasst. "Leuchtmittel A" steht für Innenbeleuchtung, im Vergleich dazu ist das Universum (und das Tageslicht) sehr blau. Wir zeigen auch die Farbe mit und ohne Gammakorrektur von 2,2, was für die Anzeige auf typischen Monitoren am besten geeignet ist. Wir stellen die lineare Datei zur Verfügung, sodass Sie auf Wunsch Ihr eigenes Gamma anwenden können.
Mit ziemlicher Sicherheit müssen Sie sich die Farbfelder mit der Bezeichnung "Gamma" ansehen, aber nicht alle Anzeigen sind gleich, sodass Ihr Kilometerstand variieren kann.
Was ist mit "Türkis" passiert?
Wir haben einen Fehler in unserem Code gefunden! In unserer ursprünglichen Berechnung, die Sie möglicherweise in der Presse gelesen haben, haben wir (nach Treu und Glauben) Software mit einem nicht standardmäßigen Weißpunkt verwendet. Vielmehr sollte ein D65-Weißpunkt verwendet werden, der jedoch nicht angewendet wurde. Das Ergebnis war ein effektiver Weißpunkt, der bei 0,365,0,335 etwas rötlicher als bei Leuchtmittel E war (als ob einige rote Neonlichter vorhanden wären). Obwohl die x-, y-Werte des Universums gegenüber unserer ursprünglichen Berechnung unverändert sind, ließ die Verschiebung des Weißpunkts das Universum „türkis“ erscheinen. (d. h. x, y bleibt gleich, aber die entsprechenden effektiven RGB-Werte verschieben sich).
Unnötig zu erwähnen, dass wir seit dieser ersten Berechnung viel Korrespondenz mit Farbwissenschaftlern hatten und jetzt unsere eigene Software geschrieben haben, um einen genaueren Farbwert zu erhalten. Wir geben zu, dass die Farbe des Universums eine Spielerei war, um unsere Geschichte über Spektren zugänglicher zu machen. Trotzdem ist es eine tatsächlich kalkulierbare Sache, daher glauben wir, dass es wichtig ist, es richtig zu machen.
Wir möchten darauf hinweisen, dass unsere ursprüngliche Absicht nur eine amüsante Fußnote in unserer Zeitung war, die ursprüngliche Pressegeschichte hat unsere wildesten Erwartungen übertroffen! Es dauerte einige Zeit, bis der Fehler erkannt und aufgespürt wurde. Nur eine Handvoll Farbwissenschaftler verfügte über das Fachwissen, um den Fehler zu erkennen. Eine Moral dieser Geschichte ist, dass wir dem Aspekt der „Farbwissenschaft“ mehr Aufmerksamkeit schenken und dies auch beurteilen sollten.
Genug Gerede. Welche Farbe hat das Universum?
Wirklich, die Antwort ist so nah an Weiß, dass es schwer zu sagen ist. Deshalb hatte ein so kleiner Fehler eine so große Wirkung. Die häufigste Wahl für Weiß ist D65. Wenn man jedoch einen Strahl des kosmischen Spektrums in einen Raum einbringen würde, der nur von Glühbirnen stark beleuchtet wird (Leuchtmittel A), würde er wie oben gezeigt sehr blau erscheinen. Insgesamt ist Illuminant E wahrscheinlich das richtigste, um das Universum unter dunklen Bedingungen aus der Ferne zu betrachten. Unsere neue beste Vermutung lautet also:
BEIGE
Obwohl es wahrscheinlich ist, dass es rosiger aussieht (wie D65 oben). Viel Glück, wenn Sie den Unterschied zwischen dieser Farbe und Weiß sehen können! Sie sollten es nur sehen können, aber wenn wir den Seitenhintergrund schwarz gemacht hätten, wäre es sehr schwierig! Wir haben zahlreiche Vorschläge für diese Farbe erhalten. Wir haben eine Top Ten und halten den Gewinner für „Cosmic Latte“, der koffeinabhängig ist!
Eine Simulation des Universums
Aufgrund all dieser Komplexität haben wir uns entschlossen, es selbst zu sehen. Mark Fairchild von den Munsell Color Laboratories in Rochester, NY, arbeitet mit uns an einer Simulation des kosmischen Spektrums. Sie können Lichtquellen so steuern, dass sie genau die gleiche rot / grün / blaue Augenstimulation erzeugen, wie Sie sie aus dem kosmischen Spektrum sehen würden. Wir werden dies dann unter verschiedenen Lichtbedingungen betrachten können, vielleicht um den Weltraum zu simulieren, und uns selbst von der wahren Farbe des Universums überzeugen können.
Die wahre Wissenschaftsgeschichte
Natürlich war unser eigentliches Motiv für die Berechnung des kosmischen Spektrums viel mehr als die Erzeugung dieser hübschen Farbbilder. Die Farbe ist interessant, aber tatsächlich ist das kosmische Spektrum reich an Details und sagt viel mehr über die Geschichte der Sternentstehung im Universum aus. Sie haben vielleicht oben bemerkt, dass das kosmische Spektrum dunkle Linien und helle Bänder enthält, die der charakteristischen Emission und Absorption verschiedener Elemente entsprechen:
Diese erinnern möglicherweise an Fraunhofer-Linien im Sonnenspektrum. Genau der gleiche Prozess der Atomabsorption ist am Werk. Die Stärke der dunklen Linien wird durch die Temperaturen der Sterne bestimmt, die zum kosmischen Spektrum beitragen. Ältere Sterne haben eine kühlere Atmosphäre und produzieren andere Linien als heiße junge Sterne. Durch Analyse des Spektrums können wir die relativen Anteile dieser Spektren ermitteln und versuchen, auf die Sternentstehungsrate in früheren Zeitaltern des Universums zu schließen. Die blutigen Details dieser Analyse sind in Baldry, Glazebrook et al. 2002. Ein einfaches Bild unserer vermuteten wahrscheinlichsten Geschichte der Sternentstehung im Universum ist hier gezeigt:
Alle diese Modelle liefern das richtige kosmische Spektrum in der 2dF-Umfrage und alle sagen, dass sich die Mehrheit der Sterne im Space Magazine vor mehr als 5 Milliarden Jahren gebildet hat. Dies impliziert natürlich, dass die Farbe des Universums in der Vergangenheit anders gewesen wäre, wenn es mehr heiße junge blaue Sterne gegeben hätte. Tatsächlich können wir anhand unseres am besten passenden Modells berechnen, was dies wäre. Die Entwicklung der Farbe von vor 13 Milliarden Jahren auf 7 Milliarden Jahre in der Zukunft sieht unter unseren verschiedenen Annahmen so aus:
Das Universum begann jung und blau und wurde allmählich roter, als sich die Population der entwickelten „roten“ Riesensterne aufbaute. Die Geschwindigkeit der Bildung neuer Sterne ist in den letzten 6 Milliarden Jahren aufgrund des Rückgangs der Reserven an interstellarem Gas zur Bildung neuer Sterne stark zurückgegangen. Wenn die Sternentstehungsrate weiter abnimmt und mehr Sterne zu roten Riesen werden, wird die Farbe des Universums immer röter. Irgendwann werden alle Sterne verschwinden und nichts bleibt übrig als schwarze Löcher. Auch diese werden schließlich durch den Hawking-Prozess verdunsten und nichts bleibt übrig als altes Licht, das sich selbst rötet, wenn sich das Universum für immer ausdehnt (im aktuellen kosmologischen Modell).
Originalquelle: JHU-Pressemitteilung
