Kosmos: Odyseja czasoprzestrzenna —Cosmos: A Spacetime Odyssey

Położenie Ziemi w supergromadzie w Pannie .

Tyson otwiera odcinek, aby zastanowić się nad znaczeniem oryginalnego Kosmosu Sagana i celami tej serii. Wprowadza widza w „Statek wyobraźni”, narzędzie narracyjne programu do odkrywania przeszłości, teraźniejszości i przyszłości wszechświata. Tyson zabiera widza, aby pokazać, gdzie znajduje się Ziemia w zakresie znanego wszechświata , definiując „adres” Ziemi w Supergromadzie w Pannie . Tyson wyjaśnia, jak ludzkość nie zawsze postrzegała wszechświat w ten sposób, i opisuje trudności i prześladowania renesansowego Włocha Giordano Bruno, kwestionującego dominujący model geocentryczny wyznawany przez Kościół katolicki . Aby pokazać wizję kosmicznego porządku Bruno, wykorzystuje animowaną adaptację ryciny Flammarion , XIX-wiecznej ilustracji, która stała się obecnie powszechnym memem do odkrywania tajemnic Wszechświata.

Różnorodność gatunków ukazana za pomocą Drzewa Życia .

Odcinek obejmuje kilka aspektów pochodzenia życia i ewolucji . Tyson opisuje zarówno sztuczną selekcję poprzez selektywną hodowlę , na przykładzie ludzkiego udomowienia wilków w psy, jak i dobór naturalny, który stworzył gatunki takie jak niedźwiedzie polarne. Tyson używa Statku Wyobraźni, aby pokazać, jak działają DNA , geny i mutacje oraz jak prowadzą one do różnorodności gatunków reprezentowanych przez Drzewo Życia , w tym jak złożone narządy, takie jak oko, stały się wspólnym elementem.

Pierwsza strona Isaaca Newtona z 1687 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica

Tyson następnie relacjonuje współpracę Edmonda Halleya i Isaaca Newtona pod koniec XVII wieku w Cambridge . Współpraca zaowocowała publikacją Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , pierwszej poważnej pracy opisującej prawa fizyki w terminach matematycznych, pomimo sprzeciwów i twierdzeń o plagiatach ze strony Roberta Hooke'a i trudności finansowych Royal Society of London . Tyson wyjaśnia, w jaki sposób ta praca podważyła dominujące przekonanie, że Bóg zaplanował niebiosa, ale ostatecznie wpłynie na wiele czynników współczesnego życia, w tym loty kosmiczne .

Koncepcja artysty z czarnej dziury „s dysk akrecji .

Tyson rozpoczyna odcinek od wyjaśnienia natury prędkości światła i tego, ile z tego, co widać w obserwowalnym wszechświecie, pochodzi od światła emanującego miliardy lat temu. Tyson dalej wyjaśnia, w jaki sposób współczesna astronomia wykorzystała takie analizy za pomocą głębokiego czasu, aby zidentyfikować wydarzenie Wielkiego Wybuchu i wiek Wszechświata.

Tyson przechodzi do opisania jak dzieło Isaaca Newtona , William Herschel , Michael Faraday i James Clerk Maxwell przyczyniły się do zrozumienia natury fal elektromagnetycznych oraz siły grawitacji i jak ta praca doprowadziła do Albert Einstein „s Teorii Względności , że prędkość światła jest podstawową stałą wszechświata, a grawitację można postrzegać jako zniekształcenie struktury czasoprzestrzeni. Tyson opisuje koncepcję ciemnych gwiazd postulowaną przez Johna Michella , które nie są widoczne , ale wykrywalne przez śledzenie innych gwiazd uwięzionych w studniach grawitacyjnych . Herschel użył tego pomysłu do odkrywania gwiazd podwójnych .

Tyson następnie opisuje naturę czarnych dziur , ich ogromne siły grawitacyjne, które mogą nawet wychwytywać światło, oraz ich odkrycie za pomocą źródeł promieniowania rentgenowskiego, takich jak Cygnus X-1 . Tyson używa Statku Wyobraźni, aby przedstawić postulat wypaczenia czasoprzestrzeni i dylatacji czasu, gdy ktoś wkracza w horyzont zdarzeń czarnej dziury, oraz możliwość, że mogą one prowadzić do innych punktów w naszym wszechświecie lub innych, a nawet podróży w czasie. Tyson kończy na stwierdzeniu, że syn Herschela, John , zainspirowałby się swoim ojcem do dalszego dokumentowania znanych gwiazd, a także wkładu w fotografię, które grają na tej samej naturze głębokiego czasu, którą wykorzystują astronomowie.

Reprezentatywne linie Fraunhofera wykorzystywane w spektroskopii astronomicznej do określania składu odległych obiektów gwiazdowych

Ten odcinek bada falową teorię światła badaną przez ludzkość, zauważając, że światło odegrało ważną rolę w postępie naukowym, z takimi wczesnymi eksperymentami sprzed ponad 2000 lat z użyciem camera obscura przez chińskiego filozofa Moziego . Tyson opisuje prace XI-wiecznego arabskiego naukowca Ibn al-Haythama , uważanego za jednego z pierwszych postulujących naturę światła i optyki prowadzącej do koncepcji teleskopu , a także jednego z pierwszych badaczy wykorzystujących metoda naukowa .

Supernowa SN 1987A zademonstrowała istnienie neutrin .

Ten odcinek przygląda się naturze kosmosu w skali mikro i atomowej, wykorzystując Statek Wyobraźni do odkrywania tych światów. Tyson opisano niektóre mikroorganizmy żyjące w kropli rosy, wykazując parameciums i niesporczaki . Następnie omawia, w jaki sposób rośliny wykorzystują fotosyntezę poprzez swoje chloroplasty do przekształcania światła słonecznego w reakcje chemiczne, które przekształcają dwutlenek węgla i wodę w tlen i cukry bogate w energię. Tyson następnie omawia naturę cząsteczek i atomów oraz ich związek z ewolucją gatunków. Posługuje się on przykładem przedstawionym przez Karola Darwina, postulując istnienie długojęzycznej ćmy sfinksowej Morgana w oparciu o naturę storczyka kometowego, którego pyłek znajduje się daleko wewnątrz kwiatu. Dalej pokazuje, że zapachy kwiatów są używane do wyzwalania ośrodków węchowych w mózgu , stymulując umysł do zagrożeń, aby pomóc w przetrwaniu gatunku.

Do oszacowania wieku Ziemi i innych materiałów Układu Słonecznego wykorzystano fragmenty meteoru z krateru meteorytowego w Arizonie.

Ten odcinek koncentruje się wokół tego, jak nauka, w szczególności dzieło Claira Pattersona (wyrażone w animowanych sekwencjach Richarda Gere ) w połowie XX wieku, była w stanie określić wiek Ziemi . Tyson po raz pierwszy opisuje, w jaki sposób Ziemia powstała z koalescencji materii kilka milionów lat po powstaniu Słońca i chociaż naukowcy mogą badać formacje w warstwie skalnej, aby datować niektóre wydarzenia geologiczne, mogą one prześledzić tylko miliony lat. Zamiast tego naukowcy wykorzystali szczątki po uderzeniach meteorów, takich jak krater meteorytowy w Arizonie, wiedząc, że materiał z takich meteorów, pochodzący z pasa asteroid, powstałby w tym samym czasie, co Ziemia.

Tyson następnie opisuje pracę, jaką Patterson wykonał jako absolwent pod kierunkiem swojego doradcy Harrisona Browna, aby zapewnić dokładne zliczenie ołowiu w cząstkach cyrkonu z krateru meteorytowego i pracować z podobnymi wynikami zebranymi przez George'a Tiltona na temat liczby uranu; przy ustalonym okresie połowicznego rozpadu radioaktywnego uranu, który prowadzi do ołowiu, będzie to wykorzystane do oszacowania wieku Ziemi. Patterson stwierdził, że jego wyniki były zanieczyszczone ołowiem z otaczającego środowiska, w porównaniu z wynikami Tilton, i wymagał zbudowania pierwszego ultrawysokiego pomieszczenia czystego, aby usunąć wszelkie ślady środowiskowego ołowiu. Dzięki tym czystym wynikom Patterson był w stanie oszacować wiek Ziemi na 4,5 miliarda lat.

Harvard Komputery , które przyczyniły się do klasyfikacji typów gwiazd

Ten odcinek zawiera przegląd składu gwiazd i ich losów na przestrzeni miliardów lat. Tyson opisuje, w jaki sposób wcześni ludzie identyfikowali gwiazdy za pomocą konstelacji powiązanych z różnymi mitami i wierzeniami, takimi jak Plejady . Tyson opisuje pracę Edwarda Charlesa Pickeringa, aby uchwycić widma wielu gwiazd jednocześnie, oraz pracę Harvard Computers lub „Pickering's Harem” , zespołu kobiet-naukowców pod opieką Pickeringa, aby skatalogować widma. W skład tego zespołu weszli Annie Jump Cannon , która opracowała system klasyfikacji gwiazd , oraz Henrietta Swan Leavitt , która odkryła sposób pomiaru odległości od gwiazdy do Ziemi na podstawie jej widm, które później wykorzystano do identyfikacji innych galaktyk we wszechświecie. Później do tego zespołu należała Cecilia Payne , która nawiązała dobrą przyjaźń z Cannonem; Teza Payne oparta na jej pracy z Cannonem była w stanie określić skład i temperaturę gwiazd, współpracując z systemem klasyfikacji Cannona.

Mapa płyt tektonicznych Ziemi

Ten odcinek bada paleogeografię Ziemi na przestrzeni milionów lat i jej wpływ na rozwój życia na planecie. Tyson zaczyna od wyjaśnienia, że drzewa bogate w ligninę wyewoluowały w okresie karbońskim około 300 milionów lat temu, nie były wówczas jadalne dla gatunków i zamiast tego przewróciłyby się i stałyby się węglem bogatym w węgiel . Około 50 milionów lat później, pod koniec okresu permu , aktywność wulkaniczna spaliłaby materię węglową, uwalniając dwutlenek węgla i składniki kwasowe, powodując nagły efekt gazów cieplarnianych , który ogrzewał oceany i uwalniał metan z dna oceanów , co prowadzi do zdarzenie ekstynkcji perm triasu zabijając 90% gatunków na Ziemi.

Tyson następnie wyjaśnia naturę tektoniki płyt , która ukształtowałaby lądy świata. Tyson wyjaśnia, w jaki sposób naukowcy tacy jak Abraham Ortelius wysunęli hipotezę, że masy lądowe mogły być połączone w przeszłości, Alfred Wegener, który postawił hipotezę, że superkontynent Pangea i dryf kontynentów pomimo panującej wówczas idei zalanych mostów lądowych, i Bruce C. Heezen i Marie Tharp, którzy odkryli Grzbiet Śródatlantycki, który wspierał teorię tektoniki płyt. Tyson opisuje, w jaki sposób masy lądowe Ziemi leżą na szczycie płaszcza , który porusza się z powodu ruchu i ciepła zewnętrznego i wewnętrznego jądra Ziemi .

Michael Faraday prezentujący swoje eksperymenty z elektromagnetyzmem na wykładzie bożonarodzeniowym , 1856 r.

Ten odcinek zawiera przegląd natury elektromagnetyzmu , odkrytego dzięki pracy Michaela Faradaya . Tyson wyjaśnia, w jaki sposób idea innej siły natury, podobnej do sił grawitacyjnych, była już wcześniej postulowana przez Izaaka Newtona. Tyson kontynuuje Faradaya, pochodzący z kiepskich początków, w końcu zainteresował się studiowaniem elektryczności po przeczytaniu książek i obejrzeniu wykładów Humphry'ego Davy'ego w Royal Institution . Davy zatrudni Faradaya po obejrzeniu obszernych notatek, które zrobił, jako sekretarka i asystentka laboratoryjna.

Po tym, jak Davy i chemik William Hyde Wollaston bezskutecznie próbowali wykorzystać odkrycie Hansa Christiana Ørsteda dotyczące zjawisk elektromagnetycznych, aby wykorzystać zdolność do tworzenia ruchu z elektryczności, Faraday był w stanie stworzyć własne urządzenie do stworzenia pierwszego silnika elektrycznego , stosując wyrównanie elektryczności wzdłuż magnesu. Davy, rozgoryczony przełomem dokonanym przez Faradaya, zlecił Faradayowi zadanie poprawy jakości wysokiej jakości szkła optycznego, uniemożliwiając Faradayowi kontynuowanie badań. Faraday, niezrażony, kontynuował pracę w Instytucie Królewskim i stworzył wykłady bożonarodzeniowe, których celem było nauczanie dzieci przedmiotów ścisłych. Po śmierci Davy'ego Faraday powrócił do pełnoetatowych badań nad elektromagnetyzmem, tworząc pierwszy generator elektryczny poprzez umieszczenie magnesu w cewce przewodów.

Ten odcinek opisuje, jak mogło rozwinąć się życie na Ziemi i możliwość życia na innych planetach. Tyson zaczyna od wyjaśnienia, w jaki sposób rozwój systemów pisma umożliwił przekazywanie informacji przez pokolenia, opisując, jak księżniczka Enheduanna ca. 2280 p.n.e. byłaby jedną z pierwszych, która podpisała się swoim imieniem pod swoimi dziełami i jak Gilgamesz zbierał historie, w tym historię Utnapisztima dokumentującą wielką powódź porównywalną z historią Arki Noego . Tyson wyjaśnia, w jaki sposób DNA w podobny sposób zapisuje informacje, aby propagować życie, i postuluje teorie, w jaki sposób DNA powstało na Ziemi, w tym ewolucja z płytkiego basenu pływowego lub z wyrzutów zderzeń meteorów z innych planet. W tym drugim przypadku Tyson wyjaśnia, w jaki sposób porównanie składu meteorytu Nakhla w 1911 roku z wynikami zebranymi przez program Viking pokazało, że materia z Marsa może przenosić się na Ziemię, a także zdolność niektórych drobnoustrojów do przetrwania w trudnych warunkach kosmicznych. Przy ruchach układów słonecznych w galaktyce przez miliardy lat, życie mogłoby się rozprzestrzeniać z planety na planetę w ten sam sposób.

Wzrost temperatury powierzchni Ziemi w wyniku globalnego ocieplenia

Ten odcinek bada naturę efektu cieplarnianego (odkrytego przez Josepha Fouriera i Svante Arrheniusa ) oraz dowody świadczące o istnieniu globalnego ocieplenia pod wpływem ludzkości. Tyson zaczyna od opisania długiej historii planety Wenus; w oparciu o odczyty z serii sond Venera do planety, planeta miała kiedyś ocean i atmosferę, ale z powodu uwolnienia dwutlenku węgla z erupcji wulkanicznych niekontrolowany efekt cieplarniany na Wenus spowodował wzrost temperatury powierzchni i wyparowanie oceany.

Tyson następnie zauważa, że ​​delikatna natura ilości dwutlenku węgla w atmosferze może wpływać na klimat Ziemi ze względu na efekt cieplarniany, a poziom dwutlenku węgla wzrasta od początku XX wieku. Dowody wykazały, że jest to od ludzkości konsumpcji z ropy naftowej , węgla i gazu zamiast z erupcji wulkanicznych powodu izotopowej podpisu dwutlenku węgla. Wzrost dwutlenku węgla doprowadził do wzrostu temperatury, co z kolei prowadzi do dodatniego sprzężenia zwrotnego topniejących polarnych czap lodowych i odmrażania wiecznej zmarzliny w celu zwiększenia poziomu dwutlenku węgla.

Ziemia jako bladoniebieska kropka w środku pasma światła, zrobiona przez Voyagera I spoza orbity Neptuna

Tyson rozpoczyna odcinek od zwrócenia uwagi, jak zniszczenie Biblioteki Aleksandryjskiej spowodowało utratę dużej części wiedzy ludzkości do tego momentu. Następnie przeciwstawia się dążeniu ludzkości do dalszego odkrywania nowych faktów o wszechświecie i potrzebie nie zamykania dalszych odkryć.

Tyson następnie przechodzi do opisu odkrycia promieni kosmicznych przez Victora Hessa podczas podróży balonem na dużych wysokościach, gdzie promieniowanie wzrastało wraz z odległością od powierzchni. Szwajcarski astronom Fritz Zwicky , badając supernowe , postulował, że te promienie kosmiczne pochodzą z tych zdarzeń, a nie z promieniowania elektromagnetycznego. Zwicky kontynuował badania nad supernowymi, a patrząc na emitowane przez nie standardowe świece , szacował ruch galaktyk we wszechświecie. Jego obliczenia sugerowały, że we wszechświecie musi być więcej masy niż w obserwowalnych galaktykach i nazwał to ciemną materią . Początkowo zapomniana teoria Zwicky'ego została potwierdzona przez prace Very Rubin , która zaobserwowała, że ​​rotacja gwiazd na krawędziach obserwowalnych galaktyk nie przebiega zgodnie z oczekiwanym zachowaniem rotacyjnym bez uwzględnienia ciemnej materii. To dalej doprowadziło do zaproponowania ciemnej energii jako realnej teorii wyjaśniającej rosnące tempo ekspansji Wszechświata.

Tyson następnie opisuje podróż międzygwiezdną, używając dwóch sond Voyager . Oprócz możliwości identyfikacji kilku cech na planetach Układu Słonecznego, Voyager I był w stanie niedawno zademonstrować istnienie zmiennej heliosfery Słońca, która pomaga chronić Układ Słoneczny przed wiatrami międzygwiezdnymi . Tyson opisuje rolę Carla Sagana w programie Voyager, w tym stworzenie Złotego Zapisu Voyagera, który zawiera w sobie ludzkość i pozycję Ziemi we wszechświecie oraz przekonuje dyrektorów programu, aby Voyager I zrobił zdjęcie Ziemi spoza orbity Neptuna, tworząc obraz bladoniebieskiej kropki . Tyson kończy serię, podkreślając przesłanie Sagana na temat kondycji ludzkiej w bezmiarze kosmosu i zachęcając widzów do dalszego odkrywania i odkrywania tego, co jeszcze wszechświat ma do zaoferowania.