सारांश
मिल्की वे के बाहर एक स्टार के नीचे खड़े होने वाले 500 बिलियन में से 1 मौका है, 3.3 बिलियन के एक मौका के तहत आप मिल्की वे स्टार के नीचे खड़े हैं, और 184 हजार में से एक मौका आप सूर्य के नीचे खड़े हैं अभी।
बड़ा, मोटा, बदबूदार, चेतावनी! मैंने अपना गणित सीधे रखने की पूरी कोशिश की, लेकिन यह सब सामान है जो मैं अभी-अभी आया हूं। मैं कोई गारंटी नहीं देता कि यह पूरी तरह से सही है, लेकिन संख्या को पवित्रता की जांच के लिए पास लगता है इसलिए मुझे लगता है कि हम अच्छे हैं।
कैविट द फर्स्ट : सूर्य के अलावा अन्य तारों की संख्या अनिश्चितता के एक महान सौदे के साथ डेटा पर आधारित है, जैसे ब्रह्मांड में सितारों की संख्या और एक स्टार का औसत आकार। ऊपर दिए गए नंबर आसानी से किसी भी दिशा में 10 के एक कारक द्वारा बंद हो सकते हैं, और केवल खाली स्थान कैसा है, इसका अनुमान लगाने का इरादा है।
कैविट द सेकंड : सन एंड मिल्की वे की संख्या इस धारणा पर आधारित है कि आप पृथ्वी पर एक यादृच्छिक बिंदु पर खड़े हैं (या तैर रहे हैं)। उष्ण कटिबंध के बाहर किसी के भी सिर पर सूर्य नहीं होगा। उत्तरी गोलार्ध में लोगों के पास अपने सिर पर मिल्की वे सितारे होने की सबसे अधिक संभावना है, सबसे अच्छा बाधाओं के साथ लोग 36.8 ° एन के पास होते हैं, क्योंकि उस अक्षांश पर सीधे एक दिन में एक बार गैलेक्टिक केंद्र के माध्यम से गुजरता है। 26
नोट : आप ज्यादातर इस उत्तर में सब कुछ अनदेखा कर सकते हैं और एक ही परिणाम प्राप्त करने के लिए सूर्य के ठोस कोण को देख सकते हैं। अन्य सभी सितारे वास्तव में बहुत दूर हैं और बहुत फैल चुके हैं। जब हम शेष ब्रह्माण्ड को सूर्य से जोड़ते हैं, तब ठोस कोण में अंतर पाँच प्रतिशत अधिक होता है।
पृष्ठभूमि
आइए कुछ हद तक यथार्थवादी, कठिन संख्या प्राप्त करने का प्रयास करें। ऐसा करने के लिए, हमें कुछ मान्यताओं की आवश्यकता होगी।
के रूप में माइकल Walsby के जवाब में बताया 1 , अगर ब्रह्मांड अनंत (और सजातीय है 2 ), वहाँ केवल वहाँ के एक अत्यल्प मौका है नहीं एक स्टार भूमि के ऊपर, बिल्कुल शून्य मौका के रूप में जो सामान्य गणित व्यवहार किया जा रहा है। तो चलिए मान लेते हैं कि ब्रह्मांड परिमित है।
अनुमान
- विशेष रूप से, मान लें कि ब्रह्मांड में केवल अवलोकन योग्य ब्रह्मांड शामिल है। ( आगे की जानकारी के लिए ब्रह्मांड 3 का विस्तार देखें।)
- इसके अलावा, आइए मान लें कि अवलोकन योग्य ब्रह्मांड की सामग्री को उनके वर्तमान (अनुमानित) पदों पर मापा जाता है, न कि वे जिस स्थिति में दिखाई देते हैं। (यदि हम ब्रह्मांड के शुरू होने के 400 मिलियन वर्ष बाद किसी तारे से प्रकाश को देखते हैं, तो हम इसे लगभग 13.5 बिलियन प्रकाश वर्ष दूर के रूप में मापेंगे, लेकिन हम गणना करते हैं कि यह विस्तार के कारण 45 अरब प्रकाश वर्ष दूर होने की संभावना है।)
- हम अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में तारों की संख्या 1024 लेंगे । 2013 का अनुमान 4 1021 था , 2014 का अनुमान 5 1023 था , और 2017 का अनुमान 6 1024 था , प्रत्येक लेख से अनुमान बढ़ने की उम्मीद थी क्योंकि हम समय के साथ बेहतर टेलीस्कोप प्राप्त करते हैं। इसलिए हम उच्चतम मूल्य लेंगे और इसका उपयोग करेंगे।
- हम नमूदार ब्रह्मांड के आकार ले लेंगे 7 होने के लिए 8.8⋅1026m (diameter) , एक सतह क्षेत्र दे रही है 8 के 2.433⋅1054m2 9 , और एक मात्रा 10 की 3.568⋅1080m3 11 ।
- हम एक स्टार के औसत आकार लेने, सूर्य के आकार होने के लिए करेंगे 1.4⋅109m (diameter) 12 । (औसत स्टार आकार के लिए मुझे कोई स्रोत नहीं मिल सकता है, बस सूर्य एक औसत सितारा है।)
आदर्श
यहां से, हम थोड़ा धोखा देने जा रहे हैं। यथार्थवादी रूप से, हमें प्रत्येक आकाशगंगा को अलग से मॉडल करना चाहिए। लेकिन हम अभी पूरे ब्रह्मांड का दिखावा करने जा रहे हैं, यह पूरी तरह से एक समान है (यह काफी हद तक सही है क्योंकि हम ब्रह्मांड की भव्य योजना में पृथ्वी से बहुत दूर हो जाते हैं)। इसके अलावा, हम मिल्की वे और सूर्य को पूरी तरह से नजरअंदाज करने के लिए काफी दूर से गिनती शुरू करने जा रहे हैं, फिर उन्हें बाद में अलग-अलग गणनाओं के साथ जोड़ दें।
ऊपर अनुमान को देखते हुए, हम आसानी से नमूदार ब्रह्मांड की तारकीय घनत्व की गणना कर सकते हैं होने के लिए δ=1024stars3.568⋅1080m3=2.803⋅10−57starsm3 13।
इसके बाद, हमें एक तारे द्वारा घटाए गए ठोस कोण 14 की गणना करने की आवश्यकता है । एक क्षेत्र की ठोस कोण द्वारा दिया जाता है Ω=2π(1−d2−r2√d) sr 15, जहांΩsteradians में ठोस कोण है16(एसआर),dक्षेत्र से दूरी है औरrगोलक की त्रिज्या है। का उपयोग करते हुएDव्यास, कि में धर्मान्तरित के रूप मेंΩ=2π⎛⎝⎜1−d2−(D2)2√d⎞⎠⎟ sr। औसत व्यास ऊपर (प्रकल्पित को देखते हुए1.4⋅109m), इस औसत ठोस कोण देताΩ = 2 π( 1 - डी2- 4.9 ⋅ 1017म2√घ) श्री 17।
इस बिंदु पर, हम एक उचित अभिन्न अंग स्थापित कर सकते हैं, लेकिन मेरी पथरी जंग खा रही है, और शुरू करने के लिए बहुत तेज नहीं है। तो मैं सांद्र गोले की एक श्रृंखला का उपयोग करते हुए उत्तर का अनुमान लगाने जा रहा हूं, प्रत्येक की मोटाई 1022म (लगभग एक मिलियन प्रकाश) है। हम अपना पहला शेल 1022म दूर रखेंगे , फिर वहां से अपना रास्ता निकालेंगे।
हम प्रत्येक शेल के कुल ठोस कोण की गणना करेंगे, फिर पूरे ऑब्जर्वेबल ब्रह्मांड द्वारा संयोजित ठोस कोण प्राप्त करने के लिए सभी गोले को एक साथ जोड़ेंगे।
यहाँ ठीक करने के लिए अंतिम समस्या ओवरलैप की है। दूर के गोले के कुछ तारे पास के गोले में तारे को ओवरलैप करेंगे, जिससे हमें कुल कवरेज से अधिक का सामना करना पड़ेगा। इसलिए हम किसी भी दिए गए स्टार को ओवरलैप करने की संभावना की गणना करेंगे और वहां से परिणाम को संशोधित करेंगे।
हम किसी दिए गए शेल के भीतर किसी भी ओवरलैप को नजरअंदाज कर देंगे, जैसे कि एक शेल में हर तारा एक निश्चित दूरी पर है, समान रूप से पूरे शेल में वितरित किया गया है।
ओवरलैप की संभावना
किसी दिए गए तारे के लिए नज़दीकी सितारों को ओवरलैप करने के लिए, उसे पहले से नज़दीकी सितारों द्वारा कवर किए जाने की स्थिति में होना चाहिए। हमारे उद्देश्यों के लिए, हम ओवरलैप को द्विआधारी के रूप में मानेंगे: या तो स्टार पूरी तरह से ओवरलैप किया गया है, या बिल्कुल भी ओवरलैप नहीं किया गया है।
संभावना ठोस कोण की राशि पहले से ही पिछले गोले आकाश (में कुल ठोस कोण से विभाजित से subtended द्वारा दिया जाएगा 4 π sr )।
की संभावना किसी दिए गए स्टार कहते हैं, मैं , ओवरलैप हो रही है पीमैं , ठोस कोण कि स्टार से subtended Ωमैं , और सितारों की संख्या n । गैर ओवरलैप ठोस एक दिया खोल से subtended कोण की राशि, क , तो है Ωके टी= ( 1 - पी1) Ω1+ ( 1 - पी2) Ω2+ … + ( 1 - पीn) Ωn srरों टी एक आर । जब से हम जो बोलते हैं उसे एक खोल में सितारों एक दूसरे को ओवरलैप नहीं,पीमैंसभी के लिए समान हैमैं, किसी दिए गए खोल में हमारे लिए उपरोक्त समीकरण को आसान बनाने के लिए अनुमतिΩके टी= ( 1 - पीक)(Ω1+Ω2+…+Ωn) srstar , जहांPkखोल के लिए ओवरलैप की संभावना हैk। जब से हम एक ही है, औसत आकार होने के रूप में सभी सितारों के इलाज कर रहे हैं, यह करने के लिए आगे भी सरलΩkT=(1−Pk)Ωkn srstar , जहांΩkखोल में एक स्टार के ठोस कोण हैk।
ठोस कोण की गणना
किसी शेल में तारों की संख्या शेल के वॉल्यूम के द्वारा दी गई है, जो कि शेल के स्टेलर के घनत्व का है। दूर के गोले के लिए, हम खोल के आयतन को उसकी सतह के क्षेत्र की मोटाई का समय मान सकते हैं। Vshell=4πd2टी , जहां घ खोल करने के लिए दूरी पर है और टी इसकी मोटाई है। का उपयोग करते हुए δ तारकीय घनत्व के रूप में, सितारों की संख्या बस है n = δवीखोल=δ4 πघ2टी ।
यहाँ से, हम (से एक खोल के ठोस कोण के लिए गणना का उपयोग कर सकते ओवरलैप की संभावना , ऊपर) प्राप्त करने के लिए Ωके टी= ( 1 - पीक) Ωकδ4 πघ2t srरों टी एक आर ।
ध्यान दें कि पीक को कुल ठोस कोण द्वारा विभाजित पिछले सभी गोले के लिए ठोस कोण के आंशिक योग द्वारा दिया गया है। और Ωक द्वारा दिया जाता है Ωक= 2 π( 1 -डी2क- 4.9 ⋅ 1017म2√घक) श्रीरों टी एक आर (सेमॉडल, ऊपर)।
यह हमें देता है Ωके टी=( 1 - Ω(के - 1 ) टी4 π) 2π( 1)- डी2क-4.9 ⋅ 1017म2√घक)δ4πघ2t sr। देखते हुए कि प्रत्येक खोल है1022मकी दूरी पर है, हम स्थानापन्न कर सकते हैंघकके साथk 1022म। इसी तरह,टीको1022मसाथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है। और हम पहले से ही गणना कीδ= 2.803 ⋅ 10- 57सितारोंम3 (मॉडल से, ऊपर)।
यह हमें देता है
Ωके टी= ( 1 - Ω( के - 1 ) टी4 π) 2π( 1 - ( के 10)22म )2- 4.9 ⋅ 1017म2√k 1022म) 2.803⋅ १०- 57सितारोंम34 π( के १०22म )21022मी श्रीरों टी एक आर
= ( 1 - Ω( के - 1 ) टी4 π) ( 1 - के21044- 4.9 ⋅ 1017√k 1022) 2.803⋅ 10- 578 π2क21066 sr
=(1−Ω(k−1)T4π)2.213⋅1011k2(1−k21044−4.9⋅1017√k1022) sr
यहां से, हम केवल संख्याओं को एक गणना कार्यक्रम में प्लग कर सकते हैं।
ΩT=∑kmaxk=1ΩkT
जहां kmax किसी दिए गए खोल की मोटाई से विभाजित अवलोकन योग्य ब्रह्मांड की त्रिज्या है। इस प्रकार = 4.4 ⋅ 10 26 मीkmax =4.4⋅104=44000=4.4⋅1026m1022m=4.4⋅104=44000
ΩT=∑44000k=1ΩkT
परिणाम
बड़ी संख्या में शामिल होने के कारण, इसे केवल एक कार्यक्रम में चलाना मुश्किल है। मैंने बड़ी संख्या में ttmath लाइब्रेरी 18 का उपयोग करके एक कस्टम C ++ प्रोग्राम लिखने का सहारा लिया । परिणाम था 2.386⋅10−11 sr , या 1.898⋅10−12 पूरे आकाश के। इसके विपरीत, लगभग 1 से 500 बिलियन की संभावना है कि आप अभी एक स्टार के नीचे खड़े हैं।
ध्यान दें कि हमने इसके लिए मिल्की वे और सूर्य की अनदेखी की।
C ++ प्रोग्राम PasteBin 25 में पाया जा सकता है । आपको ठीक से काम करने के लिए ttmath प्राप्त करना होगा। मैंने सी ++ कोड के शीर्ष पर कुछ निर्देश जोड़े हैं ताकि आप इसे शुरू कर सकें यदि आप इसे काम करने के लिए परवाह करते हैं। यह सुरुचिपूर्ण या कुछ भी नहीं है, बस कार्य करने के लिए पर्याप्त है।
सूरज
6.8⋅10−5 sr
आकाशगंगा
हम मिल्की वे के लिए इसका आकार और घनत्व ले कर और छोटे पैमाने पर छोड़कर, ऊपर जैसी ही गणना कर सकते हैं। हालांकि, आकाशगंगा बहुत सपाट है, इसलिए यह बहुत हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि आप आकाशगंगा के विमान में खड़े होने के लिए होते हैं या नहीं। इसके अलावा, हम एक तरफ से दूर हैं, इसलिए दूर की तुलना में गांगेय केंद्र की ओर अधिक तारे हैं।
5⋅1020 m2⋅1016 m1.571 ⋅ 1058 म3
आकाशगंगा के त्रिज्या का वर्तमान अनुमान 100000 प्रकाश वर्ष 21 22 के करीब है , लेकिन मुझे लगता है कि सितारों का विशाल बहुमत इसके मुकाबले बहुत करीब है।
δ= 200 ⋅ 109सितारों1.571 ⋅ 1058 म3= 1.273 ⋅ 10- 47सितारोंम3
1017 m1.554⋅1019 m
ΩT=∑155k=1ΩkT
ऊपर से हमारे सूत्र का उपयोग करना ( ठोस कोण की गणना ), हम संख्याओं को प्रतिस्थापित करना शुरू कर सकते हैं।
ΩkT=(1−Ω(k−1)T4π)2π(1−d2k−4.9⋅1017m2√dk)δ4πd2tsrstar
=(1−Ω(k−1)T4π)2π(1−(k⋅1017 m)2−4.9⋅1017 m2√k⋅1017 m)1.273⋅10−47starsm34π(k⋅1017 m)21017 msrstar
=(1−Ω(k−1)T4π)(1−k2⋅1034 m2−4.9⋅1017 m2√k1017 m)1.273⋅10−47starsm38π2k21051 m3srstar
=(1−Ω(k−1)T4π)⋅1.005⋅106k2(1−k2⋅1034−4.9⋅1017√k1017) sr
कार्यक्रम में इस प्लग देता 3.816⋅10−9 sr3.037⋅10−10
सॉलिड एंगल टोटल
ठोस कोण है:
- 6.8⋅10−5 sr
- 3.816⋅10−9 sr
- ब्रम्हांड, 2.386⋅10−11 sr
- संपूर्ण, 6.800384⋅10−5 sr
- मिल्की वे प्लस यूनिवर्स, 3.840 ⋅ 10- ९ sr
संदर्भ
1 माइकल वाल्स्बी के इस सवाल का जवाब , क्या मेरे सिर पर स्टार है? । https://astronomy.stackexchange.com/a/33294/10678
2 एक विकिपीडिया लेख, कॉस्मोलॉजिकल सिद्धांत । https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_principle
3 एक विकिपीडिया लेख, ब्रह्मांड का विस्तार । https://en.wikipedia.org/wiki/Expansion_of_the_universe
4 एक UCSB साइंसलाइन खोज, अंतरिक्ष में कितने तारे हैं? , 2013 से। https://scienceline.ucsb.edu/getkey.php?key=3775
5 A आकाश और दूरबीन लेख, ब्रह्मांड में कितने सितारे हैं? , 2014 से। https://www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/how-many-stars-are-there/
6 A Space.com लेख, ब्रह्मांड में कितने सितारे हैं? , 2017 से।https://www.space.com/26078-how-many-stars-are-there.html
7 एक विकिपीडिया लेख, 9 एक वुल्फरामला गणना, एक गोले की सतह क्षेत्र, व्यास 8.8 * 10 ^ 26 मीटर । https://www.wolframalpha.com/input/?i=surface+area+of+a+sphere%2C+diameter+8.8*10%5E26+m 10 एक विकिपीडिया लेख, क्षेत्र , खंड भूतल क्षेत्र । https://en.wikipedia.org/wiki/Sphere#Surface_area 11 https://nineplanets.org/sol.html 13 एक वुल्फरामआल्प गणना, (10 ^ 24 तारे) / (3.568⋅10: 80 m ^ 3) । अवलोकनीय ब्रह्मांड । https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe
8 एक विकिपीडिया लेख, क्षेत्र , खंड संलग्न मात्रा । https://en.wikipedia.org/wiki/Sphere#Enclosed_volume
एक वुल्फरामअल्प गणना, एक गोले का आयतन, व्यास 8.8 * 10 ^ 26 मीटर । https://www.wolframalpha.com/input/?i=volume+of+a+sphere%2C+diameter+8.8*10%5E26+m
12 A Ninplanets.org लेख, द सन ।
https://www.wolframalpha.com/input/?i=%2810%5E24+stars%29+%2F+%283.568%E2%8B%8510%5E80+m%5E3+29
14 A विकिपीडिया लेख, ठोस कोण । https://en.wikipedia.org/wiki/Solid_angle
15 भूगोल के लिए हरीश चंद्र राजपूत का जवाब। सवाल , अंतरिक्ष में एक क्षेत्र के लिए ठोस कोण की गणना । https://math.stackexchange.com/a/1264753/265963 16 एक विकिपीडिया लेख, स्टेरियन ।https://en.wikipedia.org/wiki/Steradian 17 एक वुल्फरामला गणना, 2 * pi * (1-sqrt (d ^ 2-) ( 1.4-10 ^) 9 मीटर / 2) ^ 2) / डी) । https://www.wolframalpha.com/input/?i=2*pi*%281-sqrt%28d%5E2-%281.4*10%5E9+m%2F2%29%5E2%29%2Fd%29 18 वेबसाइट ttmath के लिए। https://www.ttmath.org/ 19 A वुल्फरामअल्फा https://www.wolframalpha.com/input/?i=pi+*+%285*10%5E20+m%29%5E2+*+%287:59*10% 5E16 + m% 29 21
गणना, 2 * pi * (1 - sqrt (d ^ 2 - r ^ 2) / d), जहां d = 150 बिलियन, r = 0.7 बिलियन । https://www.wolframalpha.com/input/?i=2*pi*%281+-+sqrt%28d%5E2+-+r%5E2%29%2Fd%29%2C+where+d+%3D+150 + बिलियन% 2C + r% 3D0.7 + बिलियन
20 ए वोल्फ्रामअल्फा गणना, पीआई * (5 * 10 ^ 20 मीटर) ^ 2 * (2 * 10 ^ 16 मीटर) ।
एक विकिपीडिया लेख, मिल्की वे । https://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way
22 2018 का एक Space.com लेख, यह मिल्की वे को पार करने के लिए प्रकाश की गति पर 200,000 वर्ष लगेगा । https://www.space.com/41047-milky-way-galaxy-size-bigger-than-thought.html 23 करें।
A वुल्फरामअल्प गणना, (200 * 10 ^ 9 स्टार) / (1.571 * 10 ^ 58 ^ 3) ) का है । https://www.wolframalpha.com/input/?i=(200*10.049+stars)+%2F+(1.571*10.0458+m^3)
24 ए वोल्फ्रमअल्फा गणना,r के लिए हल: (4/3) * pi * r ^ 3 = 1.571 * 10 ^ 58 m ^ 3 । https://www.wolframalpha.com/input/?i=solve+for+r%3A++%284%2F3%29*pi*r%5E3+%3D+1.571*10%5E5+m%5E3
25 मेरा C ++ प्रोग्राम PasteBin पर कोड । https://pastebin.com/XZTzeRpG
26 एक फ़िज़िक्स फ़ोरम पोस्ट, पृथ्वी की सूर्य, सौर प्रणाली और मिल्की वे में ओरिएंटेशन । विशेष रूप से, चित्रा 1 , सूर्य के लिए 60.2 ° का कोण दिखा रहा है, और पृथ्वी के लिए 23.4 ° कम है। https://www.physicsforums.com/threads/orientation-of-the-earth-sun-and-solar-system-in-the-milky-way.888643/