Astronomie

Wird die Milchstraße so gesehen, wie sie vor Millionen von Jahren aussah?

Wird die Milchstraße so gesehen, wie sie vor Millionen von Jahren aussah?


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Je entfernter ein interstellares Objekt ist, desto länger dauert die Reise des Lichts, die in Lichtjahren gemessen wird. Werden die am weitesten entfernten Sterne und Gashaufen in der Milchstraße also so gesehen, wie sie vor Millionen von Jahren aussahen und nicht wie sie heute aussehen?


Der größte Teil der Materie in der Milchstraße befindet sich in einem Radius von 100.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum entfernt. Dies umfasst die Scheibe und den größten Teil des Halos, einschließlich Halosterne und Kugelsternhaufen. Es umfasst auch einige (wenn auch nicht alle) Satellitengalaxien der Milchstraße. Dies ist ziemlich groß – die Sonne ist nur etwa 25.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt – aber nicht wirklich intergalaktisch. Andromeda, die nächste große Spiralgalaxie, ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt, und daher sehen wir sie so, wie sie vor 2,5 Millionen Jahren war. Wir sehen jedoch die meisten Objekte in der Milchstraße so, wie sie vor nicht mehr als 100-200.000 Jahren waren, normalerweise viel näher an der heutigen Zeit.

Es stimmt, dass einige Galaxien einen Durchmesser von ein paar Millionen Lichtjahren haben, aber sie sind ziemlich selten. Tatsächlich hat die größte bekannte Spiralgalaxie, Malin 1, einen Durchmesser von nur 650.000 Lichtjahren. Ich sollte jedoch klarstellen, dass die meisten dieser Galaxien groß sind, weil sie extrem große Halos haben, die aus Gas, Sternentaschen und dunkler Materie bestehen. Die meiste Materie ist nicht im Halo enthalten. Außerdem ist nicht immer klar, wo eine Galaxie endet und wo das intergalaktische Medium beginnt.


Wir können die Sterne auf der anderen Seite der Milchstraße nicht sehen, aber (einige Zahlen aus der Antwort von HDE): Wenn wir 25.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt sind und auf die andere Seite der Milchstraße schauen , zu Sternen am Rand der Scheibe, etwa 75.000 Lichtjahre von uns entfernt, sehen wir diese Sternensysteme so, wie sie vor 75.000 Jahren waren.

75.000 Jahre sind sehr wenig Zeit im Vergleich zu den 230 Millionen Jahren, die unsere Sonne braucht, um die Milchstraße zu umkreisen, und wenn die äußeren Sterne etwas schneller umkreisen (sagen wir 225 Millionen Jahre), ist das nur 1/3000stel einer Umlaufbahn Sterne hätten sich nicht viel bewegt.

Was sich ändern würde, wenn wir es sehen könnten, ist, dass Sterne nahe beieinander herumtanzen würden. 75.000 Jahre sind genug Zeit für Sterne, um sich relativ zu ihren nächsten Nachbarn zu bewegen. Mehr Infos hier und Tabelle unten.

Wir haben keine Teleskope, die gut genug sind, um solche Details auf der anderen Seite der Galaxie zu erkennen, aber das ist ein Beispiel für etwas, das sich in 75.000 Jahren verändert hätte.

Als eine etwas verwandte Seitenleiste nutzte Ole Rømer dieses Verständnis, um die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, indem er Jupiter beobachtete und misst, wann sein Mond Io von der Erde aus hinter ihm vorbeiging. Dies funktioniert jedoch nur für sich wiederholende Umlaufbahnen.


Ja, jedes Objekt, das wir sehen, ist so, wie es war, als das Licht von seiner Oberfläche reflektiert wurde oder seine Oberfläche verließ (bei selbstleuchtenden Objekten).

Sogar die Sonne, die wir sehen, ist 8 Lichtminuten alt. Proxima Centauri, der unserem Sonnensystem am nächsten gelegene Stern, erscheint wie er 4 Jahre zuvor war, da er 4 Lichtjahre entfernt ist.

Die Andromeda-Galaxie erscheint uns so, wie sie vor 2,5 Millionen Jahren war.

Wenn jemand in der Andromeda anwesend ist und die Erde betrachtet, würde er sehen, wie die Erde vor 2,5 Millionen Jahren war. Theoretisch konnten sie uralte Menschen auf der Erde durchstreifen sehen.


Die Milchstraßen-Supernova, von der Sie noch nie gehört haben

Jedes Jahr sehen Astronomen Hunderte von Supernovae in anderen Galaxien ausbrechen, aber aus so großer Entfernung sehen diese Sternexplosionen nur wie helle Punkte aus. Forscher schätzen daher die wenigen Supernovae, die frühere Beobachter in der Milchstraße beobachtet haben, wo Teleskope das Wrack untersuchen können. Seit dem Jahr 1000 n. Chr. haben Himmelsbeobachter gesehen, wie fünf Sterne unserer Galaxie in brillanten Explosionen starben. Jetzt bringt eine neue Distanzbestimmung zu den geheimnisvollsten von ihnen neue Einsichten in ihr Wesen.

Alle fünf Sterne explodierten Tausende von Lichtjahren entfernt, so dass ihr Licht viele Jahrtausende brauchte, um uns zu erreichen. Aber Beobachter können Himmelsereignisse nur erkennen, wenn ihr Licht die Erde trifft, und Astronomen sagen daher normalerweise, dass sie im selben Jahr stattfinden. Vier der fünf Supernovae nach 1000 sind berühmt: Eine 1006-Explosion am Südhimmel war die hellste in der aufgezeichneten Geschichte eine 1054-Supernova im Sternbild Stier brachte den bekannten Krebsnebel hervor und Supernovae in den Jahren 1572 und 1604 tragen die Namen zweier Renaissance Astronomen, Tycho (Brahe) und (Johannes) Kepler.

Das hinterlässt eine rätselhafte Explosion, die chinesische und japanische Beobachter 1181 aufzeichneten. "Das Ereignis war da, wir wissen, dass es passiert ist&mdashwir wissen es aus mehreren unabhängigen Quellen&mdasund die Beschreibungen sind sehr ähnlich" sagt Roland Kothes, ein Astronom am Dominion Radio Astrophysical Observatory in Großbritannien Columbia. "Die Länge [der Explosion] ist zu lang für eine Nova."

Ab August 1181 tauchte in Kassiopeia, einer W-förmigen Konstellation am Nordhimmel, aus dem Nichts ein "Gaststern" auf. Selbst bei höchster Helligkeit war der Neuankömmling viel lichtschwächer als die vier anderen hellen Supernovae des zweiten Jahrtausends, die jeden Nachtstern überstrahlten. Der Gaststar entsprach lediglich Vega, dem fünfthellsten Stern der Nacht. Sechs Monate später war es verschwunden.

Bis die Astronomen die Überreste der Explosion lokalisiert hatten, konnte niemand sagen, welche Art von Stern in die Luft gesprengt war. War es ein massereicher Stern, wie der Vorfahre der Krabbe, oder ein winziger weißer Zwerg, wie die Sterne von 1006, 1572 und 1604? Vor vier Jahrzehnten lieferte der Astronomiehistoriker F. Richard Stephenson einen entscheidenden Hinweis, als er die Explosion von 1181 mit 3C 58 in Verbindung brachte, einem Nebel in Cassiopeia, der Radiowellen aussendet. Röntgenbeobachtungen zeigten später, dass der Nebel einen Pulsar beherbergt, den sich schnell drehenden kollabierten Kern eines explodierten massereichen Sterns.

Einer frühen Schätzung zufolge war der Nebel 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, spätere Arbeiten reduzierten diese Entfernung auf 10.000 Lichtjahre. Aber selbst diese Zahl ist so groß, dass Astronomen die Verbindung zwischen der Supernova 1181 und 3C 58 in Frage stellen. Jetzt hat Kothes die Entfernung von 3C 58 neu gemessen und festgestellt, dass der Nebel nur 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, was seiner Meinung nach die Verbindung zu . bestätigt die Supernova.

Um die 3C 58-Distanz zu messen, nutzen Astronomen die Rotation der Milchstraße und messen die Geschwindigkeiten von Wasserstoffwolken vor dem Nebel, um abzuleiten, wie schnell er sich um das Zentrum der Galaxie dreht. Aus der Kenntnis der Rotation der Milchstraße leiten Astronomen die Entfernung von der Erde zum Nebel ab. Aber Kothes sagt, dass der Nebel den Perseus-Arm der Milchstraße bewohnt, den nächsten Spiralarm aus unserem, der Wasserstoffwolken in Richtung des galaktischen Zentrums schiebt und dadurch ihre Geschwindigkeit ändert. Indem er diese Störung korrigiert, findet er eine viel engere Entfernung für den Nebel.

Die neue Entfernung verändert die Eigenschaften, die Astronomen für den Nebel herleiten. Da 3C 58 näher ist, folgt daraus, dass es weniger Synchrotronstrahlung erzeugen muss, die Elektronen emittieren, wenn sie um magnetische Feldlinien herumwirbeln, als bisher angenommen. Die ultimative Energiequelle für diese Strahlung ist der Pulsar des Nebels. Astronomen verwenden das Alter und den Spin des Pulsars, um zu berechnen, wie viel Energie er in den Nebel injiziert hat.

Wenn einer der früheren Abstände richtig war, sagt Kothes, "ist die minimale Energie, die Sie benötigen, um den Synchrotronnebel zu erzeugen," höher als die Energie, die der Pulsar seit seiner Geburt abgegeben hat.“ Im Gegensatz dazu bedeutet die neue Entfernung, dass der Nebel nicht mehr Energie abgibt, als der Pulsar liefern kann. Wie er in Arbeit berichtet, um in zu erscheinen Astronomie und Astrophysik, ist er überzeugt, dass 3C 58 den Ort der Explosion von 1181 markiert.

Wenn 3C 58 so nah dran ist, wie Kothes denkt, dann war die Explosion von 1181 noch mehr ein Weichei, als die Astronomen glaubten. Bei seiner vorgeschlagenen Entfernung war die Explosion von 1181 etwa ein Fünftel so hell wie die Supernova von 1987 in der Großen Magellanschen Wolke, einer nahegelegenen Galaxie, die ebenfalls weniger Licht als die Norm aussendete. Kothes vermutet, dass die beiden Explosionen ähnlich waren. Er schätzt, dass der Vorläufer von 3C 58 als blauer Stern vom Spektraltyp O begann, der 20 bis 30 Mal massereicher war als die Sonne.

Wenn der Nebel die Explosionsstelle nicht markiert, sind natürlich alle Wetten auf den Vorfahren ausgeschlossen. Ist das Rätsel gelöst?

Nicht so schnell, sagt Robert Fesen, Astronom vom Dartmouth College. Er glaubt, dass 3C 58 Tausende von Jahren alt sein könnte, was bedeutet, dass es nicht vor 832 Jahren in einer Explosion entstanden ist. Das Problem, sagt Fesen, ist, dass der Nebel groß ist und sich langsam ausdehnt, was darauf hindeutet, dass er sich seit langer Zeit ausdehnt. Aber eine Verbindung zur Supernova von 1181 bedeutet, dass 3C 58 jünger ist als der Krebsnebel, der 1054 geboren wurde, obwohl er größer ist als der Krebsnebel und sich mit halber Krebsgeschwindigkeit ausdehnt. Kothes kontert, dass sich die Expansion von 3C 58 in den letzten Jahrhunderten wahrscheinlich stark verlangsamt hat, aber Fesen ist zweifelhaft.

Ist 3C 58 wirklich der Überrest der Supernova 1181? „Ich weiß es nicht“, sagt Fesen. "Es ist an der richtigen Stelle. Es gibt nichts anderes in diesem Bereich. Wir haben nachgesehen. Wenn es nicht 3C 58 war, was zum Teufel haben die Leute dann 1181 gesehen?“ Doch der Nebel scheint zu alt zu sein, sagt er. „Ich habe viele, viele Jahre darüber gegrübelt“, sagt Fesen. "Es ist ein Rätsel."


Das trippige Zeitraffer-Video der ESA reist 1,6 Millionen Jahre in die Zukunft der Milchstraße

Was wäre, wenn Sie Ihr Auge auf ein Teleskop richten und tatsächlich sehen könnten, wie unsere Galaxie in ferner Zukunft aussehen wird?

ESA-Wissenschaftler waren gerade dort. Mit dem Gaia Early Data Release 3 (Gaia EDR3) haben sie eine Animation erstellt, die die Entwicklung der Milchstraße in den nächsten 1,6 Millionen Jahren zeigt, obwohl der letzte Frame zurückgeht, um unsere Galaxie in 400.000 Jahren für ein weniger verwirrendes Bild zu zeigen . Es ermöglicht einen Blick in die zukünftige Flugbahn von 40.000 Sternen in einer Entfernung von etwa 326 Lichtjahren von der Sonne. Obwohl dies nicht alle Sterne berücksichtigt, die innerhalb dieser Grenzen existieren, gibt es dennoch eine ziemlich genaue Visualisierung ihrer Fortbewegung (relativ zur Sonne), wenn sie sich beschleunigen, verlangsamen und sich unserem Stern nähern oder weiterbewegen.

Mehr Astronomie

„Aus der Kenntnis der heutigen Position eines Sterns am Himmel und der von Gaia gemessenen Entfernung und Bewegung können wir vorhersagen, wo Sterne in Zukunft am Himmel erscheinen werden“, sagte ESA-Astronom Anthony Brown, der die Bemühungen mithilfe eines Codes leitete hier gefunden, sagte SYFY WIRE.

Was wie kosmische Spinnennetze aussieht, sind in Wirklichkeit die Spuren von Sternen, die über Äonen wandern. Auch die Bewegungen weiter entfernter Sterne erscheinen als kürzere Linien, die sich nicht annähernd so schnell bewegen wie die längeren – aber sie wurden aufgrund einer optischen Täuschung so modelliert. Du weißt, wie sich etwas, das sich wirklich weit entfernt bewegt, langsamer und über eine kürzere Distanz zu bewegen scheint, aber je näher man kommt, scheinen sowohl die Geschwindigkeit als auch die Distanz zuzunehmen? Es ist wie es ist. Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie möglicherweise auch feststellen, dass sich einige der Sternspuren schneller bewegen und sich langsamer bewegen oder umgekehrt. Diese Sterne sollen sich der Sonne nähern, dann aber weiter wegkriechen.

Die Simulation geht auch davon aus, dass sie quer durch den Weltraum beschleunigen. In Wirklichkeit ändern Sterne, einschließlich unserer Sonne, ständig ihre Bewegungsrichtung, während sie um die Milchstraße kreisen. Orbitierende Objekte drehen sich immer.

Bis zu 1,6 Millionen Jahre in die Zukunft zu sehen, ist überwältigend – aber es ist wichtig zu beachten, dass die Messungen hier auch die Beschleunigung der Sonne durch die Gravitationskraft der Milchstraße vorhersagen. Das bedeutet nicht, dass dies nur eine Vorhersage ist, wohin die Sonne gehen wird. Die Beschleunigung des Baryzentrums oder Massenzentrums des Universums Was die Animation wirklich zeigt, ist, wie die Dinge in unserer Galaxie aus der Sicht der Sonne aussehen werden, im Vergleich zur Beschleunigung der Milchstraße allein. Es ist die Beschleunigung des Schwerpunkts des Sonnensystems, die durch die Animation dargestellt wird.

„Der Schwerpunkt wird sich im Laufe der Zeit nur sehr langsam ändern, wenn das Sonnensystem die Milchstraße umkreist und die Wirkung unterschiedlicher Massenkonzentrationen wie Spiralarme, große Molekülwolken oder sogar die massereichsten Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen (wie z als die Große Magellansche Wolke),“ sagte Brown. Über die Zeitskala der Animation ist die Änderung der Beschleunigung nicht wahrnehmbar.“

Möglich wurde diese Animation durch das Upgrade auf Gaia EDR3 von Gaia DR 2. Die EDR3-Daten gaben Browns Team den Vorteil, die Bewegungen der Sterne viel genauer zu messen, denn dieses Mal hat das Weltraumteleskop viel mehr Beobachtungen verarbeitet. zwischen der ersten und der letzten Beobachtung vergeht viel mehr Zeit. Die obige Animation ist im Grunde wie das Drücken der Schnellvorlauftaste in der Galaxie. Wenn sich die Sterne mit ihrer tatsächlichen Geschwindigkeit bewegen würden, wäre das Zuschauen nicht nur schmerzhaft langsam, sondern Sie würden auch 1,6 Millionen Jahre lang dort sitzen und skelettieren.

Das Anschauen der Simulation fühlt sich an, als würde man Tausende und Abertausende von Sternschnuppen über die Milchstraße fliegen sehen, aber sie scheinen sich auf die rechte Seite des Bildschirms zu verschieben und eine Lücke auf der linken Seite zu hinterlassen. In Bezug auf die Bewegung der Sonne sieht es so aus, was den Anschein erweckt, als würden sich all diese Sterne in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Dies ist eine weitere optische Täuschung Wenn Sie die Sonne wären, würden Sie bemerken, dass sich die Sterne vor Ihnen auf Ihrer Reise durch die Galaxie weiter auseinander zu bewegen scheinen, während Sie sich ihnen nähern, während die hinter Ihnen immer enger zusammenzurücken scheinen Reise.

Da Gaia mehr Daten an die Erde sendet, wird es nicht nur diese Simulation weiter ergänzen, sondern auch Brown und anderen ESA-Wissenschaftlern helfen, weitere Simulationen in diesem Sinne zu erstellen.

„Die Entfernungen und Bewegungen werden immer genauer, je mehr Daten wir sammeln. Auf diese Weise können wir solche Simulationen über größere Volumina, unterschiedliche Sterngruppen und unterschiedliche Zeitskalen durchführen“, sagte er. „Wir freuen uns darauf, mehr davon zu sehen, wie das Sonnensystem möglicherweise aussehen wird, wenn wir selbst schon lange weg sind.“


Vor zwei Milliarden Jahren hatte unsere Galaxie einen Ausbruch von Sternengeburten

Wenn Sie nachts in den Himmel blicken – vorausgesetzt, Sie haben ein gutes Sehvermögen und einen dunklen Ort, von dem aus Sie sehen können –, können Sie Tausende von Sternen sehen. Ein gutes Teleskop kann Millionen aufdecken.

Wo kommst du her? Es gibt sie, daher ist es vernünftig anzunehmen, dass sie irgendwann in der Vergangenheit angefangen haben. Wann?

Mehr schlechte Astronomie

Dies ist eigentlich eine aktive Frage in der Astronomie, die wir die Milchstraße nennen Geschichte der Sternentstehung. Wir wollen wissen, wann die Sterne entstanden sind, denn das sagt uns, wie die Bedingungen in der Vergangenheit in der Galaxie waren. Haben sich die Sterne auf einmal gebildet? Oder hat es sich über die Zeit verteilt? Und wenn ja, war es konstant oder wurden Sterne in der Vergangenheit mehr oder weniger langsam geboren?

Erstaunlicherweise ist dies eine lösbare Frage. Im Prinzip nicht schwer zu verstehen. Wir wissen zum Beispiel, dass massereiche, heiße, leuchtende blaue Sterne nur wenige Millionen Jahre alt werden. Wir wissen, dass die Galaxie viel älter ist – eher 12 bis 13 Milliarden Jahre – also wenn wir jetzt solche blauen Sterne sehen, muss die Sternentstehung jetzt weitergehen. Und wir tun sieh sie, so ist es.

Aber wir können noch detaillierter werden. Es ist möglich, verschiedene Eigenschaften von Sternen zu betrachten und herauszufinden, wie alt sie sind. Dies kann dann rückwärts durchgearbeitet werden, um herauszufinden, wie viele Sterne zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit geboren wurden. Dazu braucht man viele Sterne, aber das ist machbar.

Tatsächlich ist es vollbracht. Auch viele Male, aber einige neue Forschungen wurden mit Daten des weltraumgestützten Gaia-Observatoriums durchgeführt, um ein interessantes Ergebnis zu erzielen.

Gaia vermisst den Himmel und erhält extrem genaue Positionen, Bewegungen, Farben und Entfernungen für weit über eine Milliarde Sterne in der Galaxie. Dies ist eine riesige Datenbank mit Informationen, die auf alle möglichen Arten abgebaut werden können, und ein Team von Astronomen hat sie verwendet, um herauszufinden, was die Sternentstehungsgeschichte der Milchstraße ist. Sie begannen mit einigen Standardmodellen für die Entstehung von Sternen – zum Beispiel wissen wir, dass Sterne mit geringer Masse wie rote Zwerge sehr massereichen blauen Sternen weit überlegen sind anfängliche Massenfunktion: Wörtlich eine mathematische Funktion, die die Masse von Sternen beschreibt, die geboren werden.

Sie untersuchten 15 verschiedene Sterneigenschaften für über drei Millionen Sterne und führten Computermodelle durch, um zu sehen, welche Arten von Sternentstehungsgeschichten die Arten von Sternen erzeugen könnten, die wir heute sehen. Was sie gefunden haben, ist ziemlich cool. Zum einen hat die Galaxie vor langer Zeit, als sie noch jung war, viel kräftiger Sterne erzeugt als heute. Im Durchschnitt beträgt die Bildungsrate jetzt etwa eine Sonnenmasse (die Masse der Sonne) pro Jahr in der Galaxie. Vor 10 Milliarden Jahren war es eher wie 10 Sonnenmassen pro Jahr.

Aber im Laufe der Zeit zeigen ihre Ergebnisse, dass die Rate gesunken ist. Dies stimmt mit Beobachtungen sehr weit entfernter Galaxien überein. Da Licht Zeit braucht, um uns zu erreichen, sehen wir eine Galaxie, die 10 Milliarden Lichtjahre entfernt ist, so, wie sie vor zehn Milliarden Jahren war. Wenn wir Galaxien in allen Entfernungen betrachten, können wir uns eine Vorstellung davon machen, wie sie im Laufe der Zeit Sterne gebildet haben. Im Allgemeinen haben vor 10 Milliarden Jahren die meisten Galaxien, die wir sehen, Sterne hervorgebracht, aber diese Bildungsrate sinkt kosmisch mit der Zeit.

Die auf Gaia-Daten basierende Sternentstehungsrate (in Sonnenmassen pro Jahr) in der Milchstraße im Vergleich zur Zeit zeigt einen Anstieg, der vor etwa 5-6 Milliarden Jahren begann, was auf eine mögliche Verschmelzung mit einer anderen Galaxie hinweist. Die Linien sind mathematische Funktionen, die verwendet werden, um die verschiedenen Modelle der Sternentstehungsrate (Symbole) anzupassen, die aus den Beobachtungen abgeleitet wurden. Quelle: Mor et al.

Aber die Beobachtungen von Gaia zeigten, dass die Sternentstehungsrate der Milchstraße vor etwa 6-7 Milliarden Jahren begann, erhöhen, ansteigen. In den nächsten vier Milliarden Jahren stieg sie von etwa 4 Sonnenmassen pro Jahr auf mehr als 8 und erreichte ihren Höhepunkt vor etwa 2 Milliarden Jahren. Danach begann es wieder zu fallen und erreichte seinen aktuellen Wert von 1.

Was könnte diesen Anstieg der Sterngeburten verursacht haben? Es scheint wahrscheinlich, dass die Milchstraße kollidierte und mit einer kleineren Satellitengalaxie verschmolz. Wenn diese Galaxie reich an Gas wäre (viele kleine sind es), dann hätte dies die Geburtenrate erhöhen können Sterne werden aus Gaswolken geboren, so dass eine Zunahme des Gases leicht eine Zunahme der Sternentstehung bedeuten könnte.

Wohlgemerkt, es ist viel Gas. Dieser Ausbruch der Sternentstehung dauerte Milliarden von Jahren, was bedeutet, dass die Milchstraße eine Infusion von Dutzende von Milliarden von Sonnenmassen im Wert von Gas! Vielleicht war das also doch keine so kleine Galaxie. Es muss jetzt größer gewesen sein als jede unserer begleitenden Satellitengalaxien.

Die Milchstraße ist eine Scheibengalaxie mit Hunderten von Milliarden Sternen, die von Dutzenden extrem kleiner Galaxien umkreist wird. Eine neue Studie zeigt, dass viele dieser Satellitengalaxien aus einer anderen Galaxie gestohlen wurden. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/R. Verletzt (SSC/Caltech)

Diese Forschung ist ein erster Durchgang mit den Daten, die sie jetzt mit mehr Parametern (wie der Menge schwerer Elemente in Sternen) untersuchen, um zwischen verschiedenen physikalischen Szenarien in der Galaxie unterscheiden zu können, um zu verstehen, warum die Sternentstehungsrate jetzt zweimal gesunken ist einmal nach der anfänglichen Bildung der Galaxie und noch einmal, nachdem diese mögliche Verschmelzung vor 2 Milliarden Jahren einen Höhepunkt der Sternentstehung verursachte).

Ich liebe es. Wir leben in der Milchstraße, und das macht es tatsächlich schwierig, zu studieren. Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Raum eines großen Hauses, wie würden Sie etwas über das Haus selbst erfahren? Unsere astronomische Situation ist etwas einfacher, weil wir die Größe und Form der Galaxie ableiten und die Sterne und Gaswolken darin beobachten/messen können. Daraus, zusammen mit Kenntnissen über Physik und das Verhalten von Sternen, können wir viel über unsere Heimatgalaxie lernen, einschließlich ihrer Fruchtbarkeit im Laufe der Zeit.

Die Milchstraße ist unser Zuhause, unsere Nachbarschaft. Wenn wir etwas über seine Vergangenheit erfahren, erfahren wir mehr darüber, wo wir leben und warum es so ist. Was für eine wunderbare Sache, die man tun kann!


Evolution milchstraßenähnlicher Galaxien

Die Bilder unten zeigen, wie sich Galaxien mit ähnlicher Masse wie unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, im Laufe der Zeit entwickelt haben. Die Bilder des Hubble-Weltraumteleskops der NASA/ESA zeigen, dass milchstraßenähnliche Galaxien über Milliarden von Jahren an Größe und Sternmasse zunehmen. Diese Bilder sind Teil der bisher umfassendsten Multi-Observatorium-Galaxie-Durchmusterungen. Der Zensus erstreckt sich über mehr als 10 Milliarden Jahre und enthält fast 2 000 Schnappschüsse von milchstraßenähnlichen Galaxien.

Die Bilder wurden zwischen 2010 und 2012 mit Hubbles Wide Field Camera 3 und Advanced Camera for Surveys im Rahmen der Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) aufgenommen.

Eine Erklärung der unten zitierten z-Werte finden Sie in diesem Redshift-Artikel.

Vor 11,3 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 11,3 Milliarden Jahren aussah. Z=2,8

Das obige Bild zeigt eine kompakte, jugendliche Galaxie, wie sie vor 11,3 Milliarden Jahren aussah, als unser Universum erst 2,5 Milliarden Jahre alt war. Das bläulich-weiße Leuchten zeigt, dass die junge Galaxie eine Welle der Sternengeburt durchmacht, da ihr reiches Gasreservoir unter der Schwerkraft komprimiert wird und unzählige Sterne entstehen.

Vor 10,9 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 10,9 Milliarden Jahren aussah. z=2,4

Vor 10,3 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 10,3 Milliarden Jahren aussah. z=2.0

Vor 10,3 Milliarden Jahren erreicht der Feuersturm der Sternengeburt seinen Höhepunkt. Der stellare “Babyboom” hat Sterne 30-mal schneller hervorgebracht als die Milchstraße heute. Die gelbliche Farbe der Galaxie unterstreicht höchstwahrscheinlich die fortlaufende Sternentstehung, die von Staub und Gas verdeckt wird.

Vor 8,9 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 8,9 Milliarden Jahren aussah. z=1,3

Schließlich verbrauchen die Galaxien ihr sternbildendes Gas. Die Galaxie vor 8,9 Milliarden Jahren (Bild oben) hat eine Spiralform entwickelt, und die ältesten Sterne befinden sich in ihrer Zentralregion.

Vor 6,1 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 6,1 Milliarden Jahren aussah. z=0,65

Vor 6,3 Milliarden Jahren war diese ähnliche Galaxie noch größer geworden. Die Galaxie wurde von meist älteren Sternen dominiert, was an ihrem rötlichen Aussehen zu erkennen ist.

Vor 3,1 Milliarden Jahren

Dieses vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Bild zeigt eine Galaxie mit ähnlicher Masse wie die Milchstraße. Die Galaxie wird so gesehen, wie sie vor 3,1 Milliarden Jahren aussah. z=0,26

Vor 3,1 Milliarden Jahren hatte diese Galaxie deutlich sichtbare Spiralarme, die mit Gaswolken übersät waren, die von neu gebildeten offenen Sternhaufen beleuchtet wurden.


Vor Milliarden von Jahren ereignete sich in der Milchstraße ein massiver Ausbruch der Sternentstehung

Vor 2 bis 3 Milliarden Jahren ereignete sich in unserer Galaxie ein dramatisches Ereignis. Möglicherweise hat ein Ausbruch der Sternentstehung stattgefunden, der für bis zur Hälfte der derzeit in der galaktischen Scheibe vorhandenen Sterne verantwortlich sein könnte, der dünnen Region der Galaxie, in der das Sonnensystem beheimatet ist.

Wie in Astronomy & Astrophysics berichtet, fanden Forscher Beweise dafür, dass vor 6 bis 10 Milliarden Jahren die Gesamtrate der Sternentstehung zurückgegangen ist, wie im gesamten Universum beobachtet wurde. Aber vor etwa 5 Milliarden Jahren nahm es wieder an Fahrt auf und erreichte seinen Höhepunkt im Sternentstehungsausbruch.

Das Team vermutet, dass eine Satellitengalaxie von der Milchstraße ausgeschlachtet worden sein könnte. Dieses Ereignis hätte unserer Galaxie neues Material gebracht, das zur Herstellung von Sternen verwendet werden könnte. Es wäre nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler Beweise dafür finden, dass die Milchstraße eine benachbarte Zwerggalaxie verschlingt.

„Die Zeitskala dieses Sternentstehungsplatzes zusammen mit der großen Menge an Sternmasse, die an diesem Prozess beteiligt ist, Tausende von Millionen Sonnenmassen, deutet darauf hin, dass die Scheibe unserer Galaxie keine stetige und pausierte Entwicklung hatte, sie könnte eine externe erlitten haben Störung, die vor etwa 5 Milliarden Jahren begann“, sagte Hauptautor Roger Mor vom Institut für Kosmoswissenschaften der Universität Barcelona in einer Erklärung.

Die Entdeckung war nur dank umfangreicher und qualitativ hochwertiger Daten des Gaia-Observatoriums möglich. Die Mission der Europäischen Weltraumorganisation hat detaillierte Informationen über Milliarden von Sternen in der Milchstraße (und etwas außerhalb) gesammelt, die es den Forschern ermöglicht haben, genaue Karten der Sternverteilungen in unserer Galaxie zu erstellen.

„Wir konnten dies herausfinden, weil wir erstmals genaue Entfernungen von mehr als 3 Millionen Sternen in der Sonnenumgebung haben“, erklärt Mor. „Dank dieser Daten konnten wir die Mechanismen entdecken, die die Evolution vor mehr als 8-10 Milliarden Jahren in der Scheibe unserer Galaxie kontrollierten, was nicht mehr ist als das helle Band, das wir in einer dunklen Nacht und ohne Licht am Himmel sehen.“ Verschmutzung."

Das Verständnis der Entwicklung der Milchstraße wirkt sich sowohl auf kleinere als auch auf größere Skalen aus. Es kann uns sicherlich helfen, zu erklären, wie das Sonnensystem entstanden ist. Aber es kann uns auch helfen, das breitere Universum zu verstehen. Unsere Galaxie ist ein ideales Testgelände für kosmologische Modelle und kann neue Erkenntnisse darüber liefern, wie diese Modelle in größeren Maßstäben funktionieren.


Wie unsere Milchstraße vor 10 Milliarden Jahren aussah

Mit zwei Supercomputern des Oak Ridge National Laboratory und des Swiss National Supercomputing Center hat eine Forschergruppe unter der Leitung von Dr. Simon Portegies Zwart vom Leiden Observatory die langfristige Entwicklung der Milchstraße über einen Zeitraum von sechs Milliarden Jahren simuliert – from Vor 10 bis 4 Milliarden Jahren.

Dieses Bild zeigt, wie die Milchstraße vor zehn Milliarden Jahren aussah. Bildnachweis: SURFsara / J. Bédorf / NVIDIA.

Wenn Sie heute aus der Ferne ein Foto unserer Milchstraße machen würden, würde es eine Spiralgalaxie mit einem hellen zentralen Balken dichter Sternpopulationen zeigen.

Die Sonne würde sich außerhalb dieses Balkens in der Nähe eines der aus Sternen bestehenden Spiralarme befinden und interstellarer Staub jenseits der sichtbaren Galaxie wäre ein Halo aus dunkler Materie.

Wenn Sie nun in der Zeit zurückreisen und ein Video von der Entstehung unserer Milchstraße machen wollten, könnten Sie 10 Milliarden Jahre zurückgehen, aber viele der herausragenden Merkmale der Galaxie wären nicht wiederzuerkennen.

Sie müssten etwa 5 Milliarden Jahre warten, um die Entstehung unseres Sonnensystems mitzuerleben. Zu diesem Zeitpunkt, vor 4,6 Milliarden Jahren, sieht die Galaxie fast so aus wie heute.

Dies ist die Zeitleiste, die Dr. Portegies Zwart und seine Kollegen sehen, wenn sie Supercomputer verwenden, um die Entwicklung der Milchstraße zu simulieren.

„Wir wissen nicht genau, wie die Struktur der Galaxie entstanden ist. Wir haben erkannt, dass wir die Positionen, Geschwindigkeiten und Massen von Sternen im dreidimensionalen Raum nutzen können, um die Struktur aus der Eigengravitation des Systems hervortreten zu lassen“, sagte Dr. Portegies Zwart.

Die Herausforderung bei der Berechnung der galaktischen Struktur auf einer Stern-für-Stern-Basis ist, wie Sie sich vorstellen können, die schiere Anzahl von Sternen in der Milchstraße – mindestens 100 Milliarden. Daher benötigte das Team mindestens eine 100-Milliarden-Partikel-Simulation, um alle Punkte zu verbinden.

Vor der Entwicklung des Codes des Teams, bekannt als Bonsai, umfasste die größte Galaxiensimulation rund 100 Millionen Teilchen.

Das Team testete eine frühe Version von Bonsai auf dem Titan der Oak Ridge Leadership Computing Facility – dem zweitstärksten Supercomputer der Welt –, um die Skalierbarkeit des Codes zu verbessern.

Nach der Skalierung von Bonsai führten die Wissenschaftler Bonsai auf dem Supercomputer Piz Daint des Schweizerischen National Supercomputing Center aus und simulierten die Galaxienentstehung über 6 Milliarden Jahre mit 51 Millionen Teilchen, die die Kräfte von Sternen und dunkler Materie darstellen.

Nach einem erfolgreichen Piz Daint-Lauf kehrte das Team zu Titan zurück, um die Parallelität des Codes zu maximieren. Bonsai erreichte auf der Titan fast 25 Petaflops anhaltende Single-Precision-Gleitkomma-Performance.

Ziel des Teams ist es, Simulationsergebnisse mit neuen Beobachtungen des 2013 gestarteten ESA-Satelliten Gaia zu vergleichen.

„Ein Prozent der Partikel oder Sterne in unserer simulierten Galaxie sollte mit den Gaia-Daten übereinstimmen“, sagte Dr. Portegies Zwart.

Die Ergebnisse wurden am 19. November 2014 auf der SC14 Supercomputing-Konferenz in New Orleans, Louisiana.


Wie sahen die Kontinente vor Millionen von Jahren aus?

Ein Künstler-Geologe gibt die Geschichte der Erde mit Karten wieder.

Die Westküste Nordamerikas, wie sie vor etwa 215 Millionen Jahren erschien (Karte von Ron Blakey)

Die paläotektonischen Karten des pensionierten Geologen Ronald Blakey sind faszinierend und können nicht mehr vergessen werden, wenn man sie einmal gesehen hat. Auf seiner Website Colorado Plateau Geosystems katalogisiert, zeigen diese Karten die treibende Welt, ihre Landschaften, die auseinanderbrechen und sich in völlig neuen Formen wieder verbinden, wo Kontinente so temporär sind wie die Inselketten, die regelmäßig zusammenbrechen, um sie zu erschaffen, auf einer Zeitskala, in der sogar Ozeane die seit zig Millionen Jahren existieren, können verschwinden und nur die feinsten geologischen Spuren hinterlassen.

Mit besonderem Schwerpunkt auf Nordamerika und dem Südwesten der USA – wo Blakey noch immer lebt, in Flagstaff, Arizona – zeigen diese visuell ansprechenden Rekonstruktionen der fernen Vergangenheit der Erde, wie dynamisch ein Planet ist, auf dem wir leben, und implizieren noch weitere unkenntliche Veränderungen, die vor uns liegen.

Diese Bilder stammen von Ron Blakeys Karten der paläotektonischen Entwicklung Nordamerikas. Die erste Karte zeigt das Land vor 510 Millionen Jahren, von dort aus – von links nach rechts, von oben nach unten gelesen – durch die Anlagerung und Auflösung von Pangäa in die jüngste Eiszeit und im letzten Bild Nordamerika in seiner Gegenwart. Tag konfigurieren.

Tagungsort traf sich mit Blakey in seinem Haus in Flagstaff, um über die tektonischen Prozesse zu sprechen, die die Erdoberfläche erschaffen und neu erschaffen, die Schwierigkeit, diese Veränderungen sowohl mit wissenschaftlicher Genauigkeit als auch mit visuellem Elan darzustellen, und die spezifischen Satellitenbilder und Software-Tools, die er verwendet, um seine zu erstellen einzigartige Marke der Deep-Time-Kartographie.

Wie Filmstills aus einem 600 Millionen Jahre alten Blockbuster führen uns Blakeys Karten zurück ins Präkambrium – aber es gibt noch viel ältere Epochen, die sich noch nicht kartiert in weit frühere Kontinente und Meere erstrecken, und es gibt noch viele Milliarden Jahre kontinentaler Evolution kommen. Blakey führte uns durch einige der komplexesten Veränderungen in der jüngeren geologischen Geschichte, einschließlich der Öffnung des Nordatlantiks, und er erlaubte sich, wenn auch nur kurz, darüber zu spekulieren, wohin sich die kontinentale Erdkruste noch bewegen könnte (einschließlich eines möglichen Superkontinents in der Antarktis).

Viele von Blakeys Karten sind in dem Buch gesammelt Ancient Landscapes of the Colorado Plateau, written with Wayne Ranney, where Blakey also describes some of the research and methods that went into producing them. Blakey also contributed to the recent, new edition of a textbook by Wolfgang Frisch and Martin Meschede, Plate Tectonics: Continental Drift and Mountain Building, a thorough exploration of landscapes disassembling and colliding over vast spans of time.

The west coast of North America, depicted as it would have been 130 million years ago the coast is a labyrinth of islands, lagoons, and peninsulas slowly colliding with the mainland to form the mountains and valleys we know today. (Map by Ron Blakey)

Geoff Manaugh: When I first discovered your maps showing the gradual tectonic re-location of the continents over hundreds of millions of years, I thought this was exactly what geologists sollte be doing: offering clear, step-by-step visual narratives of the evolution of the earth’s surface so that people can better understand the planet we live on. What inspired you to make the maps, and how did you first got started with them?

Ronald Blakey: Well, the very first maps I made were in conjunction with my doctoral thesis, back in the early 1970s. Those were made with pen and ink. I made sketches to show what the paleogeography would have looked like for the specific formation I was studying with my doctorate. Three or four of those maps went into the thesis, which was then published by the Utah Geologic Survey. I’ve also done a number of papers over the years where I’ve made sketches.

But I was late getting into the computer. Basically, during my graduate work I never used a computer for anything. I kind of resisted it, because, for the kind of work I was doing, I just didn’t see a need for it — I didn’t do quantifiable kinds of things. Then, of course, along comes email and the Internet. I actually forget when I first started with Photoshop — probably in the mid-1990s. When I found that, I just thought, wow: the power of this is incredible. I quickly learned how to use the cloning tool, so that I could clone modern topography onto ancient maps, and that made things even simpler yet.

Another thing I started doing was putting these maps into presentations. There were something like five different programs back there, in the late 90s, but the only one that survived was PowerPoint—which is too bad, because it was far from the best of the programs. I was using a program called Astound, which was far superior, particularly in the transitions between screens. I could do simple animations. I could make the tectonic plates move, create mountain belts, and so forth.

I retired in May of 2009, but all of my early maps are now online. With each generation of maps that I’ve done, there has been a noted improvement over earlier maps. I find new techniques and, when you work with Photoshop as much as I do, you learn new ideas and you find ways to make things that were a little clumsy look more smooth.

Manaugh: Where does the data come from?

Blakey: It comes from various publications. You can get a publication and have that PDF open, showing what something looked like in the past, and work from that. Usually, what I’m working from are fairly simple sketches published in the literature. They’ll show a subduction zone and a series of violent arcs, or a collision zone. What I do is take this information and make it more pictorial.

If you create a series of maps in sequence, you can create them in such a way that certain geologic events, from one time slice to the next, to the next, to the next, will blend. It depends a lot on the scale of what you’re trying to show—the whole world versus just four or five states in the West.

Now, throughout the years from, let’s say, 2004 until I retired in 2009, I kept improving the website. I envisioned most of this as educational material, and I didn’t pay much attention to who used it, how they used it, and so forth. But, then, shortly before I retired, various book companies and museums—and, most recently, oil companies—have approached me. So I started selling these and I tried very diligently not to allow this to overlap with what I was doing for my teaching and my research at the University.

In the following long sequence of images, we see the evolution of the west coast of North America, its state boundaries ghosted in for reference. Sea levels rise and fall island chains emerge and collide mountains forms inland seas proliferate and drain and, eventually, modern day California, Vancouver Island, and the Baja peninsula take shape, among other recognizable features. The time frame represented by these images is approximately 500 million years. All maps by Ron Blakey.

Nicola Twilley: What do the oil companies want them for?

Blakey: They’re my biggest customers now. Usually, the geologists at oil companies are working with people who know either much less geology than they do or, in some cases, almost no geology at all, yet they’re trying to convince these people that this is where they need to explore, or this is what they need to do next.

They find these maps very useful to show what the Devonian of North Dakota looked like, for example, which is a hot spot right now with all the shales that they’re developing in the Williston Basin. What they like is that I show what the area might have really looked like. This helps, particularly with people who have only a modest understanding of geology, particularly the geologic past.

Manaugh: What have been some of the most difficult regions or geological eras to map?

Blakey: The most difficult thing to depict is back in the Paleozoic and the Mesozoic. Large areas of the continent were flooded, deep into the interior.

During certain periods, like the Ordovician, the Devonian, and parts of the Jurassic—especially the Cretaceous—as much as two-thirds of the continents were underwater. But they’re still continents they’re still continental crusts. They’re not oceans. The sea level was just high enough, with respect to where the landscape was at the time, that the area was flooded. Of course, this is a concept that non-geologists really have problems with, because they don’t understand the processes of how continents get uplifted and subside and erode and so forth, but this is one of the concepts that my maps show quite nicely: the seas coming in and retreating.

But it’s very difficult—I mean, there is no modern analog for a seaway that stretched from the Mackenzie River Delta in Canada to the Gulf of Mexico and that was 400 miles wide. There’s nothing like that on Earth today. But the styles of mountains have not dramatically changed over the last probably two billion years—maybe even longer than that. I don’t go back that far—I tend to stick with the last 600 million years or so—but the styles of mountains haven’t changed. The nature of island arcs hasn’t changed, as far as we know.

What has changed is the amount of vegetation on the landscape. My maps that are in the early part of the Paleozoic—the Cambrian and the Ordovician early part of the Silurian—tend to be drab-colored. Then, in the late Silurian and in the Devonian, when the land plants developed, I start bringing vegetation colors in. I try to show the broad patterns of climate. Not in detail, of course—there’s a lot of controversy about certain paleoclimates. But, basically, paleoclimates follow the same kinds of regimens that the modern climates are following: where the oceans are, where the equator is, where the mountain ranges are, and so forth.

That means you can make broad predictions about what a paleoclimate would have been based on its relationship to the equator or based on the presence or absence of nearby mountains. I use these kinds of principles to show more arid areas versus more humid areas.

The next three sequences show the evolution of the Earth's surface in reverse, from the present day to, at the very bottom, 600 million years ago, when nearly all of the planet's landmasses were joined together in the Antarctic. The first sequence shows roughly 90 million years of backward evolution, the continents pulling apart from one another and beginning a slow drift south. They were mapped using the Mollweide projection, and, in all cases, are by Ron Blakey.

Twilley: And you paint the arid area based on a contemporary analog?

Blakey: Right. I know the modern world reasonably well and I’ll choose something today that might have matched the texture and aridity of that older landscape.

I use a program called GeoMapApp that gives me digital elevation maps for anywhere in the world. Most recently, they have coupled it with what they call the “Blue Marble.” NASA has stitched together a bunch of satellite photos of the world in such a way that you can’t tell where one series of photos come in or another. It’s a fairly true-color representation of what Earth would look like from space. So this Blue Marble is coupled with the GeoMapApp’s digital elevation topography you put the Blue Marble over it, and you use a little slider to let the topography show through, and it gives you a fairly realistic looking picture of what you’re looking for.

For example, if I’m working with a mountain range in the southern Appalachians for a Devonian map—well, the southern Appalachians, during the Devonian, were probably far enough away from the equator that it was in the arid belt. There are some indications of that, as well—salt deposits in the Michigan Basin and in parts of New York and so forth. Plus, there are red-colored sediments, which don’t beweisen but tend to indicate arid environments. This combination tells me that this part of the world was fairly arid. So I’m going to places like modern Afghanistan, extreme western China, northern Turkey, or other places where there are somewhat arid climates with mountain belts today. Then I clone the mountains from there and put them in the map.

But you have to know the geologic background. You have to know how the mountains were formed, what the grain of the mountains was. That’s not always easy, although there are ways of doing it. To know the grain of the mountains, you need to know where the hinterland and the center of the mountains were. You need to know where the foreland area is, so that you can show the different styles of mountains. You have to move from foreland areas—which tends to be a series of parallel ridges, usually much lower than the hinterlands—to the center and beyond.

I use this kind of information to pick the right kind of modern mountain to put back in the Devonian, based on what that Devonian landscape probably had a good chance of looking like. Do we know for certain? Natürlich nicht. We weren’t around in the Devonian. But we have a good rock record and we have a lot of information so we use that information and, then, voilà.

To give another example, let’s look at the Devonian period of the east coast. The big European continent that we call Baltica collided with Greenland and a series of micro-continents collided further south, all the way down at least as far as New Jersey, if not down as far the Carolinas. We know that there are places on Earth today where these same kinds of collisions are taking place—in the Alps and Mediterranean region, and the Caucasus region, and so forth.

We can use the concept that, if two plates are colliding today to produce the Caucasus mountains, and if we look at the style of mountains that the Caucasus are, then it’s reasonable to think that, where Greenland and Baltica collided in the Silurian and the Devonian, the mountains would have had a similar style. So we can map that.

This second sequence shows the continents drifting apart, in reverse, from 105 million years ago to 240 million years ago. They were mapped using the Mollweide projection, and, in all cases, are by Ron Blakey.

Manaugh: That collision alone—Baltica and Greenland—sounds like something that would be extremely difficult to map.

Blakey: Absolut. And it’s not a one-to-one relationship. You have to look at the whole pattern of how the plates collided, how big the plates were, and so forth.

Then there’s the question of the different histories of particular plates. So, for example, most of Scotland started out as North America. Then, when all the continents collided to form Pangaea, the first collisions took place in the Silurian-Devonian and the final collisions took place in the Pennsylvanian-Permian. By, say, 250 million years ago, most of the continents were together. Then, when they started to split apart in the Triassic and Jurassic—especially in the Triassic and Cretaceous—the split occurred in such a way that what had been part of North America was actually captured, if you will, by Europe and taken over to become the British Isles.

Scotland and at least the northern half of Ireland were captured and began to drift with Europe. On the other hand, North America picked up Florida—which used to be part of Gondwana—and so forth.

One of the things that is interesting is the way that, when mountains come together and then finally break up, they usually don’t break up the same way that they came together. Sometimes they do, but it has to do with weaknesses, stress patterns, and things like this. Obviously, all time is extremely relative, but mountains don’t last that long. A given mountain range that’s been formed by a simple collision—not that there’s any such thing as a simple collision—once that collision is over with, 40 or 50 million years after that event, there is only low-lying landscape. It may have even have split apart already into a new ocean basin.

But here’s the important part: the structure that was created by that collision is still there, even though the mountains have been worn down. It’s like when you cut a piece of wood: the grain is still inherited from when that tree grew. The pattern of the grain still shows where the branches were, and the direction of the tree’s growth in response to wind and sun and its neighbors. You can’t reconstruct the tree exactly from its grain, but, if you’re an expert with wood, you should be able to look and say: here are the tree rings, and here’s a year where the tree grew fast, here’s a year where the tree grew slow, here’s where the tree grew branches, etc.

In a sense, as geologists, we’re doing the same things with rock structure. We can tell by the pattern of how the rocks are deformed which direction the forces came from. With mountains, you can tell the angle at which the plates collided. It’s usually very oblique. What that tends to do is complicate the geologic structure, because you not only get things moving one way, but you get things dragging the other way, as well. But we can usually tell the angle at which the plates hit.

Then, in many cases, based upon the nature of how the crust has been deformed and stacked up, we can tell the severity of the mountain range. It doesn’t necessarily mean that we can say: oh, this structure would have been a twenty-thousand-foot high mountain range. It’s not that simple at all, not least of which because rocks can deform pretty severely without making towering mountains.

This final of the three global sequences shows the continents drifting apart, in reverse, from 260 million years ago to 600 million years ago. There was still nearly 4 billion years of tectonic evolution prior to where these maps begin. They were mapped using the Mollweide projection, and, in all cases, are by Ron Blakey.

Manaugh: Are you able to project these same tectonic movements and geological processes into the future and show what the earth might look like in, say, 250 million years?

Blakey: I’ve had a number of people ask me about that, so I did make some global maps. I think I made six of them at about 50-million-year intervals. For the fifteen to 100-million-year range, I think you can say they are fairly realistic. But, once you get much past 75 to 100 million years, it starts to get really, really speculative. The plates do strange things. I’ll give you just a couple of quick examples.

The Atlantic Ocean opened in the beginning of the Jurassic. The actual opening probably started off the coasts of roughly what is now Connecticut down to the Carolinas. That’s where the first opening started. So the central part of the Atlantic was the first part to open up. It opened up reasonably simply—but, again, I’m using the word einfach with caution here.

The north Atlantic, meanwhile, didn’t open up until about 60 to 50 million years ago. When it opened up, it did a bunch of strange things. The first opening took place between Britain and an offshore bank that’s mostly submerged, called Rockall. Rockall is out in the Atlantic Ocean, northwest of Ireland — near Iceland — but it’s continental crust. That splitting process went on for, let’s say, ten million years or so — I’m just going to talk in broad terms—as the ocean started opening up.

Then the whole thing jumped. A second opening began over between Greenland and North America, as Greenland and North America began to separate off. That lasted for a good 40 or 50 million years. That’s where you now get the Labrador Sea that is actual ocean crust. So that was the Atlantic Ocean for thirty or forty million years — but then it jumped again, this time over between Greenland and what is now the west coast of Europe. It started opening up over there, before it jumped yet again. There’s an island in the middle of the North Atlantic, way the heck up there, called Jan Mayen. At one time, it was actually part of Greenland. The Atlantic opened between it and Greenland and then shifted to the other side and made its final opening.

The following two sequences show the evolution of Europe from an Antarctic archipelago to a tropical island chain to the present day Europe we know and recognize. The first sequence starts roughly 450 million years ago and continues to the Jurassic, 200 million years ago. All maps by Ron Blakey.

So it’s very complicated. And that’s just the Atlantic Ocean.

The Northern Atlantic took at least five different paths before the final path was established, and it’s all still changing. In fact, the south Atlantic is actually even worse it’s an even bigger mess. You’ve got multiple openings between southwest Africa and Argentina, plus Antarctica was up in there before it pulled away to the south.

These complications are what makes this stuff so interesting. If we look at events that we can understand pretty well over the last, let’s say, 150 or 200 million years of time—where we have a good indication of where the oceans were because we still have ocean crusts of that age—then we can extrapolate from that back to past times when oceans were created and destroyed. We can follow the rules that are going on today to see all of the oddities and the exceptions and so forth.

These are the kinds of things I try to keep track of when I’m making these maps. I’m always asking: what do we know? Was it a simple pull-apart process? There are examples where continents started to split across from one another, then came back together, then re-split in a different spot later on. That’s not just speculation—there is geologic evidence for this in the rock record.

So, when it comes to extrapolating future geologies, things become very complicated very quickly. If you start thinking about the behavior of the north Atlantic, creating a projection based on what’s going on today seems, at first, like a fairly simple chore. North America is going on a northwesterly path at only one or two centimeters a year. Europe is moving away, at almost a right angle, at about another centimeter a year. So the Atlantic is only opening at three centimeters a year it’s one of the slowest-opening oceans right now.

OK, fine—but what else is happening? The Caribbean is pushing up into the Atlantic and, off South America, there is the Scotia Arc. Both of those are growing. They’ve also identified what looks like a new island arc off the western Mediterranean region that eventually would start to close the Atlantic in that area. Now you start to speculate: well, these arcs will start to grow, and they’ll start to eat into the oceans, and subduct the crusts, and so forth.

Again, for the first 50, 75, or even 100 million years, you can say that these particular movements are fairly likely. But, once you get past that, you can still use geologic principles, but you’re just speculating as to which way the continents are going to go.

For instance, the one continent that does not seem to be moving at all right now, relative to anything else, is Antarctica. It seems to be really fixed on the South Pole. That’s why some people think that everything will actually coagulate back towards the South Pole. However, there are also a bunch of subduction zones today along southern Asia, and those are pretty strong subduction zones. Those are the ones that created the big tsunami, and all the earthquakes off of Indonesia and so forth. Eventually, those could pull either parts of Antarctica or all of Antarctica up toward them.

But I’m more interested in reconstructing the past than I am the future, so I’ve only played around with those five or six maps.

This second sequence, showing the next phase in the evolution of Europe, begins approximately 150 million years ago and extends to the present day. All maps by Ron Blakey.

Manaugh: To ground things a bit, we’re having this conversation in Flagstaff, on the Colorado Plateau, which seems like a great place to teach geology. I wonder whether there might be another Colorado Plateau, so to speak, elsewhere in the world—something geologically similar to the extraordinary landscapes we see here that just hasn’t had the chance to emerge. Maybe the tectonics aren’t right, and it’s still just a crack, rather than a canyon, or maybe it’s covered in vegetation or ice so we can’t see it yet. Conversely, I’m curious if you might have found evidence of other great geological districts in the earth’s past—lost Grand Canyons, other Arches National Parks—that have been lost to time. How could we detect those, and where are they?

Blakey: This is indeed a great place to teach geology. It’s a great place to live.

As for Colorado Plateau analogs—it’s an interesting question. There’s an area in South America that I’d say is fairly similar. It’s got a couple of famous national parks that I can't remember the name of. It’s a smaller version, but it’s very similar to the Colorado Plateau. It’s between the Andes and the Amazon basin, part of the general pampas region there of South America. It even has similarly aged rocks. Parts of northern Africa would also be similar.

But you have to look at all the characteristics of the Plateau. Number one: the rocks are flat. Number two: the rocks have been uplifted. Number three: the rocks are dissected by a major river system. Number four: it’s a semi-arid climate. There are probably five or six defining characteristics in total, and I’ve heard many people say that there is no other place else on Earth that has all those characteristics in exactly the same way. But I went to an area in eastern Mauritania many years ago, where, for all the world, it looked like the Grand Canyon. It wasn’t as colorful, but it was a big, deep canyon.

In fact, the Appalachian Plateau would be somewhat similar, except it’s in a humid climate, which means the land has been shaped and formed differently. But the Appalachian plateau has flat-lying rocks it’s dissected by some major rivers it’s experienced uplift and so forth.

The next two sequences of images, followed from left to right, top to bottom, illustrate the gradual evolution of the Colorado Plateau, where, in its modern day incarnation, this interview with Ron Blakey took place (specifically, in Flagstaff, Arizona). The earliest map included here depicts the Proterozoic the first sequence ends in the Triassic. All maps by Ron Blakey.

Twilley: I’m interested in the representational challenges you face when you decide to make a map, and, specifically, when you’re in Photoshop, what your most-used tools might be. I thought it was fascinating when you said that the cloning tool really changed how you make geological maps. What other techniques are important to you, in order to represent geological histories?

Blakey: Oh, the cloning tool is the most important, by far—at least when I’m actually painting. Of course, I use the outline tool to select areas, but, when I’m actually painting, it would be impossible to paint these different maps pixel by pixel. Ich konnte es nicht. Occasionally, I will actually hand-draw some things in the flatlands, where I want to put a river system, for example, but, at least for mountains and rugged terrain, I clone everything.

Some times, I’ll cut and paste. I’ll select an area in the GeoMapApp, I save it as a JPEG, and then I can select it and copy it and paste it in, and I can rotate and deform it a little bit. Are you familiar with the warp tool in Photoshop? I use that a lot, because you can change the shape of mountains a little. If you do it too dramatically, it really looks flaky. But, if you do it right, it still looks pretty realistic.

This second sequence, also showing the evolution of the Colorado Plateau, begins with the Triassic and ends roughly 5 million years ago—basically the present day, in geological terms. All maps by Ron Blakey.

Twilley: And do you have certain filters you rely on for particular geological effects?

Blakey: A little bit. I like to use the craquelure filter. It actually gives you little bumps and valleys and so forth. I use that especially for continental margins. Continental margins are anything but regular slopes, going down to the abyssal depths. They’re very irregular. There are landslides and all kinds of things going on there at the margins, so I add a little texture with craquelure.

It can be difficult to use, though, and it doesn’t work at really high resolutions—so, what I actually have to do some times, is that I will actually copy a part of my map, take it out, make it smaller, do the craquelure on it, and then blow it back up and paste it in again.

A painting by Ron Blakey depicts a geological landscape near Sedona, Arizona.

Dee Blakey, Ron's Wife: I think the other reason that he can do what he does is that he paints. That’s one of his paintings, that one over there [gestures above fireplace].

Blakey: Well, I guess I should have said that right away, when you asked me why I got interested in this, because I am interested in the artistic aspect of geology. The artistic aspect of science, in general, but especially geology. Astronomy, for example, would be another field where artistic visualizations are useful—any time you’re trying to show things that can’t easily be visualized with something comparable here on present-day planet Earth, you have to use an artistic interpretation.

Anyway, I can’t explain it, but I understand color pretty well. I use the hue saturation tool a lot. I’ll select an area and then I’ll feather it, let’s say, because you don’t want the edges to be sharp. I’ll feather it by thirty, forty, fifty pixels. Then I'll take the slider for hue saturation, where, if you go to the left, you make things redder and, if you go to the right, you make things greener. If I’ve got a landscape that looks a little too humid, I’ll just slide it slightly to the left to make it a bit redder. You can also change the lightness and darkness when you do that. There’s also regular saturation. By killing the saturation, you can really kill the nature of a landscape quite a bit.

And I use hue saturation a lot. That took me a long time to master, because it’s really easy to screw things up with that tool. You start sliding things a little too far and, whoa—wait a minute! All of a sudden, you’ve got purple mountains.


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