Hoe vergelijkingen ons helpen het universum te begrijpen

De andere nacht, een paar minuten na 20.30 uur, ging ik naar buiten en bleef hangen. De omgeving was vertrouwd - de vers flikkerende bodega-tekens, de groepjes mensen en honden, de stenen laaiend als de zon precies zo op haar afdaling staat. De lucht zag er ook niet vreemd uit, ik verlengde mijn wandeling vaak naar huis om een ​​glimp op te vangen van de wereld, waste de kleur van een modderige plas, om in de blauwzwarte duisternis te staan ​​die net begon te vallen.

Maar op deze specifieke avond was ik niet buiten om te koesteren in het gouden uur van de bodega. Ik probeerde het gevoel van een hoge middag op Pluto te schatten.

Dit is vanzelfsprekend, maar: Pluto is Brooklyn niet. Het is koud; het is donker; het is 4,67 miljard mijl verderop. De verschillen zijn legio en de sterkste onder hen zijn moeilijk voor te stellen. Ongeacht welk beeld ik squint om te toveren - een lichaam dat sproeten is met ijsblokjes, sneeuw drijft me naar beneden - het concept van een temperatuurverschuiving naar -387 graden Fahrenheit is niet berekenend.

Ik ben nog nooit zo koud geweest. Jij ook niet. Maar we hebben beiden schemering gezien, of de momenten erna, en dat is geen slechte benadering van hoe Pluto eruit ziet op zijn helderst. Om Earthlings te helpen zich het leven daar voor te stellen, heeft NASA een website gemaakt met de naam "Pluto Time". Je plugt je adres in, en het spuugt het exacte moment uit, op die specifieke lengte- en breedtegraad, dat de hemel boven jou het meest lijkt op die boven Pluto . Een aantal andere, duidelijk aardse sensaties zouden je aandacht kunnen trekken - je kunt piepende bussen horen of vlees ruiken dat op een straatkar wordt gekookt - maar visueel heb je een proxy voor onze ver uit elkaar staande zonne-buurman.

Michelle Nichols, van het Adler Planetarium in Chicago, trekt vaak parallellen tussen zonnevlekken (rechts) en het fenomeen van ijzervijlsel dat onder een magneet beweegt (links). Welkomstbeelden / CC BY 4.0 (ijzervijlsel); NASA / SDO (zonnevlekken)

De ruimte is enorm en buitenaards. Dat is een van de fundamenten van zijn romance, maar het is ook een cognitieve hindernis voor iedereen die probeert zijn hoofd rond zijn bereik te wikkelen. "De problemen die we normaal gesproken hebben met ruimte is, als we iets proberen te begrijpen, we hebben maar één voorbeeld - onze eigen planeet", zegt Colin Stuart, een fellow van de Royal Astronomical Society en de auteur van de komende Hoe te leven in de ruimte: alles wat je moet weten voor de niet zo verre toekomst.

Een solipsistisch beeld is niet noodzakelijk een slechte zaak, zegt hij: het gebruik van de aarde als een gegevenspunt is vaak nuttig, vooral voor wetenschapsopvoeders die proberen contact te maken met enthousiastelingen die niet vloeiend zijn in astronomisch jargon. "We proberen altijd dingen met de aarde te vergelijken wanneer we dat kunnen," zegt Stuart. "Als je begint met iets waarvan ze weten, begin je niet vanaf het begin." Hij stapelt vulkanen, valleien en loopgraven in de ruimte op tegen de Grand Canyon of Everest, "omdat mensen dat referentiekader hebben", zelfs als de functies op enorm verschillende schalen zijn. (Olympus Mons, de hoogste van de vulkanische bergtoppen van Mars, is 2,5 keer groter dan Everest, en ongeveer de breedte van Frankrijk.)

"Tenzij je ingebed bent in de wetenschappelijke taal, zou ik elk soort gobbledgook kunnen zeggen, maar dat is voor niemand begrijpbaar", zegt Michelle Nichols, de directeur van observatie van het publiek in het Adler Planetarium in Chicago. Nichols vertaalt vaak kenmerken van ruimte die anders enigszins ondoorgrondelijk zouden kunnen zijn in bekende scenario's of spellen uit de kindertijd. Ze vergelijkt zonnevlekken, zoals een glimp door een telescoop, om ijzervijlsel te dansen dat onder de zwaai van een magneet danst. "Mensen herinneren zich dat ze dat gedaan hebben", zegt ze. "Ze gaan, 'Goed, nu zie ik het.'"

Pluto's hellingen van winderige, bevroren methaan (links) herinneren heuvels van zand op de woestijnen en stranden van de aarde (rechts). NASA / Public Domain (Pluto); NASA / publiek domein (Junggar Basin, China)

Tot op zekere hoogte steunen wetenschappers ook op analogen in collegiaal getoetste artikelen. In een recent document in Wetenschap, een team van onderzoekers waaronder Jani Radebaugh, een planetaire wetenschapper aan de Brigham Young University, en haar medewerker Matt Telfer, een fysisch geograaf aan de universiteit van Plymouth, rapporteerden over de duinen van Pluto, die er ongeveer zo uitzien als die op de woestijnen of stranden van de aarde. Een lay-viewer die naar de beelden kijkt die door het New Horizons-ruimtevaartuig zijn vastgelegd, heeft misschien niet de verbinding gemaakt, maar een analoog kan een gloeilamp inschakelen. "Ze zien misschien alleen een witachtige achtergrond met wat kronkels," zegt Nichols. "Zodra je zegt: 'Het is net een zandduin,' zeggen ze, 'Oh, wacht even! Ik ben in de duinen van Indiana geweest, ik heb foto's van de Sahara gezien. '"Pluto's wallen zijn geen zand - het zijn hellingen van bevroren methaan - maar de wind heeft ze in gelijke vormen gebeeldhouwd en die kennis kan geven leken voet aan de grond.

Hetzelfde geldt voor radarkaarten van Titan, een van de manen van Saturnus, zegt Stuart. De kaarten onthullen een paar eilanden, archipels en schiereilanden, en Stuart denkt: "Als je een radarkaart van Titan naast een kaart van de Schotse kustlijn zet en je maakt ze dezelfde kleuren - geen weggevertjes over wat blauw en groen was- je zou moeite hebben om ze uit elkaar te houden. "Canada zou ook werken, voegt hij eraan toe," overal zijn er grillige kustlijnen met eilanden en inhammen. "Analogen kunnen een deel van de psychische afstand tussen de aarde en de ruimte doen instorten zonder dat dit laatste minder fascinerend lijkt.

Het oppervlak van Titan, de grootste maan van Saturnus (links), roept de grillige Schotse kust op (rechts). NASA / JPL-Caltech / ASI / USGS (Titan); Met dank aan het Rapid Response Team van MODIS bij NASA GSFC (Schotland)

Toch zijn analogen niet altijd geschikt. "Vele decennia geleden waren we niet zeker hoe het oppervlak van Venus eruit zag," zegt Nichols. Door middel van telescopen leek de planeet volledig in wolken te zijn gehuld en omdat onderzoekers niet wisten wat er onder hen gebeurde, speculeerden sommigen dat het landschap stinkend was - misschien gespikkeld met water of klitten van oerwoud. In de eerste helft van de 20e eeuw ontstonden sci-fi-romans en stripverhalen die Venus dik maakten met vleesetende planten en krioelden van moerasliefhebbende hagedissen. "Blijkt dat het 100 procent onjuist was", zegt Nichols. "We leren meer, we gaan, 'Oh wacht, die hele 870 graden oppervlaktetemperatuur, die is misschien niet zo goed voor het leven daar.'"

Geen kwaad gedaan. Het echte probleem met analogen komt, zegt Stuart, wanneer ze de zaak overdrijven en dan grip krijgen. Dan lopen ze het risico om de nieuwsgierigheid van mensen zodanig te oververzadigen dat, wanneer een echt opvallende vergelijking ontstaat, luisteraars niet onder de indruk zijn. Hij denkt dat dit vooral gevaarlijk is met exoplaneten - die verre bollen die we nog niet van dichtbij hebben gezien. "Er zijn de afgelopen jaren heel wat krantenkoppen geweest over astronomen die aardachtige planeten vonden in andere zonnestelsels", zegt Stuart. De frasering wekt enthousiasme en legt de inzet vast; Stuart zegt dat persberichten en artikelen over onderzoek soms "koppel het" om de bevindingen nieuwswaardig en relevant te maken voor de lezers.

"Het probleem is dat we niet weten hoe aarde-achtig [die planeten] zijn," voegt hij eraan toe. Onderzoekers weten dat sommige planeten qua grootte vergelijkbaar zijn met die van ons, en dat ze vergelijkbare temperaturen kunnen hebben, zodat als er water aanwezig was, het waarschijnlijk vloeibaar zou zijn. Maar dat is een grote "als," voegt hij eraan toe, en het onderscheid is cruciaal. "Het gevaar is, als we dit 'aardachtige planeet'-ding blijven doen, en we komen op de plaats waar we een aardachtige planeet met vloeibaar water en een atmosfeer met zuurstof vinden, gaan mensen niet per se om geven zoveel als ze zouden moeten, "zegt hij. 'Ze zullen zich er wel van vervelen, denk ik.'

"Als je begint met iets waarvan ze weten, begin je niet vanaf het begin."

Voor sommige onderzoekers en astronauten gaan analogen veel verder dan de taal. Een handvol onderzoeksstations op onze planeet reconstrueren de omstandigheden van verschillende omgevingen in de ruimte. De afgelopen jaren hebben door de Aarde gesloten bemanningen koepelkampen opgezet bovenop Mauna Loa, een vulkaan op het eiland Hawaï waarvan de rossige grond lijkt op het ruige terrein van Mars. In een programma georganiseerd door de Universiteit van Hawaï en gesteund door de NASA, streefde het team ernaar om als menselijke marsmannetjes te leven. Ze aten middelmatig eten, ze sliepen en verlieten zichzelf in krappe wijken, ze werden geïsoleerd van vrienden en familie. Hier was de aarde een generale repetitie.

Afgelopen winter ging een van de oefenritten mis. Na een medisch noodgeval werd de hele zaak opgeschort, in afwachting van onderzoek. "We hebben alle manieren geleerd waarop je jezelf op Mars kunt doden, en we hebben geleerd om die dingen te voorkomen", vertelde Bill Wiecking, een van de supportleads van het project, Marina Koren op De Atlantische Oceaan. "Dus het is heel, heel waardevol geweest, omdat het veel beter is om het hier te doen, waar je omhoog kunt rijden en wegwezen, oh god, een waterklep is geopend en nu heb je geen water. In plaats van op Mars, waar het is, heb je geen water, jullie gaan over een paar dagen dood. "In plaats van de overeenkomsten tussen onze werelden te benadrukken, benadrukte het analoge experiment hoeveel we nog steeds niet weten over hoe elders te functioneren.

Wetenschappers gebruiken vaak het afgelegen Devon Island (rechts) in Baffin Bay als een proxy voor Mars of de maan (links). NASA / publiek domein (maan); Anthonares / CC BY-SA 3.0 (Devon Island)

Zelfs als analogen ons een manier geven om de ruimte te begrijpen, werpen ze ook licht op de aarde. Wanneer we onszelf een verhaal vertellen over de kosmos, onthullen we iets over wat onze planeet op dat moment bezighoudt. Dat was vooral duidelijk in de 19e eeuw, toen Percival Lowell en andere astronomen, ongetwijfeld doordrenkt van de 'kanaalmanie' die rond de Erie- en Suez-kanalen wervelde, suggereerden dat Mars werd beschoten met kunstmatige waterwegen die waren uitgehouwen door intelligent leven. "Gezien deze ontwikkelingen is het misschien niet verwonderlijk dat Lowell en veel van zijn tijdgenoten openstonden voor het idee ... dat er kanalen zouden kunnen bestaan ​​op de meest aardachtige planeet in het zonnestelsel", schrijft Klaus Brasch, emeritus hoogleraar biologie bij California State University, in Lucht en telescoop tijdschrift. Het uitzicht door de telescoop weerspiegelde iets over het leven hier op de grond, omdat we het niet weg konden knipperen.

Nieuwsgierigheid terzijde, de meesten van ons hoeven niet precies te weten hoe Pluto, Mars of de Maan eruit zien. We hoeven geen vaardigheden te oefenen om te overleven op de grond daar, omdat we dat waarschijnlijk nooit zullen hoeven doen. Als onze banen of levens niet afhankelijk zijn van het begrijpen van de kenmerken van een verre wereld, lijken de equivalenties tussen de aarde en een verre planeet niets dan nuggets van trivia. Ze zijn echter meer dan dat: door te denken aan een andere wereld kunnen we verborgen reserves van verwondering vinden in de onze. Analogen herinneren ons eraan dat ruimte "een rare plaats is", zegt Stuart. Maar "het is niet zo raar, want het is ook griezelig bekend."

Mary Roach, de wetenschapsjournalist en auteur van Packing for Mars: The Curious Science of Life in the Void, was geanimeerd toen ze me vertelde over het rapporteren over Devon Island, een ander fysiek analoog dat wetenschappers gebruiken om off-world missies te simuleren. Ze stuiterde op het ruige, afgelegen terrein van het Canadese eiland op een ATV en tekende mee terwijl de bemanning oefende voor een expeditie met twee voertuigen. De omgeving was betoverend - uitgestrekt en monochroom, bezaaid met een paar kleine bloemen en een enkele hommel. "Ik was als 'Yeehaw!'" Zegt Roach. "Het was leuk om aan het werk te zijn op een ATV in dit landschap, en rond te gaan denken 'Ik zou op de maan kunnen zijn'. Het was een beetje opwindend en leuk en ontzettend mooi. "Gelijktijdig vertrouwd en aantrekkelijk, wonderlijk, comfortabel vreemd.