Från utsiktspunkten för ett fönster på ett sinnessjukhus målade Vincent van Gogh ett av de mest uppmärksammade och uppskattade konstnärliga verken i mänsklighetens historia. Det var sommaren 1889. Med sina post-impressionistiska målardrag skildrar Stjärnklar natt en natthimmel före soluppgången som böljar, flyter och aldrig är stabil. Vetenskapliga upptäckter avslöjar ett kosmos med sådana egenskaper.
Sedan Vincents tid har konstnärer och vetenskapsmän tagit sina respektive vägar för att förmedla och förstå den naturliga världen. De senaste släppta bilderna som tagits av det europeiska rymdteleskopet Planck avslöjar nya utsökta detaljer om vårt universum som börjar beröra den store mästarens målardrag och som samtidigt ser tillbaka nästan till tidernas begynnelse. Sedan Van Gogh – 125 år har gått – har forskare konstruerat en gradvis intrikat och otrolig beskrivning av universum.
Nya bilder som returneras av Planck-teleskopet (höger) börjar konkurrera med komplexiteten och skönheten hos en stor konstnärs fantasi – Starry Night. En visulisering av Planck-data representerar interstellärt stofts interaktion med det galaktiska magnetfältet. Färg definierar intensiteten av stoftutsläpp och mätningarna av polariserat ljus avslöjar riktningen för magnetfältslinjerna. (Kredit: Vincent Van Gogh, ESA)
Vägen från Van Gogh till Planck-teleskopets bilder är indirekt, en abstraktion som liknar impressionismen från van Goghs era. Impressionister på 1800-talet visade oss att det mänskliga sinnet kunde tolka och föreställa sig världen bortom begränsningarna för våra fem sinnen. Dessutom hade optiken sedan Galileos tid börjat utöka våra sinnens förmåga.
Ett fotografi av James Clerk Maxwell och ett självporträtt av Vincent van Gogh. Maxwells ekvationer och impressionism inom de sköna konsterna under 1800-talet utlöste en förbättrad uppfattning, uttryck och abstraktion av världen och började en vandring av kunskap och teknik in i den moderna eran. (Kredit: National Gallery of Art, Public Domain)
Matematik är kanske den största formen av abstraktion av vår vision av världen, kosmos. Vetenskapens väg från van Goghs era började med hans samtida, James Clerk Maxwell som är skyldig inspiration från experimentalisten Michael Faraday. Maxwells ekvationer definierar matematiskt elektricitetens och magnetismens natur. Sedan Maxwell har elektricitet, magnetism och ljus varit sammanflätade. Hans ekvationer är nu en derivata av en mer universell ekvation - universums standardmodell. Den medföljande Universe Today-artikel av Ramin Skibba beskriver mer i detalj de nya rönen från Planck Mission-forskare och dess inverkan på standardmodellen.
Maxwells och experimentalisters arbete som Faraday, Michelson och Morley byggde en överväldigande mängd kunskap på vilken Albert Einstein kunde skriva sina papper från 1905, hans mirakelår (Annus mirabilis). Hans teorier om universum har tolkats, verifierats gång på gång och leder direkt till universum som studerats av forskare som använder Planck-teleskopet.
Den första Solvay-konferensen 1911 organiserades av Max Planck och Hendrik Lorentz. Planck står, tvåa från vänster. Den första Solvay, endast på inbjudan, inkluderade de flesta av de största vetenskapsmännen från det tidiga 1900-talet. Medan Planck är känd för sitt arbete med kvanta, grunden för kvantteorin – universum i detaljer, undersöker Planck-teleskopet universum i det stora. Fysiker är närmare att förena de två ytterligheternas natur. Infällningar – Planck (1933, 1901).
År 1908 insåg den tyske fysikern Max Planck, som ESA-teleskopet är uppkallat efter, vikten av Einsteins arbete och bjöd slutligen in honom till Berlin och bort från mörkret för ett patentkontor i Bern, Schweiz.
När Einstein tillbringade ett decennium för att slutföra sitt största verk, den allmänna relativitetsteorin, började astronomer använda kraftfullare verktyg för sin handel. Edwin Hubble, född det år som van Gogh målade Starry Night, började observera natthimlen med det kraftfullaste teleskopet i världen, Mt Wilson 100 tums Hooker Telescope. På 1920-talet upptäckte Hubble att Vintergatan inte var hela universum utan snarare ett ö-universum, en bland miljarder galaxer. Hans observationer avslöjade att Vintergatan var en spiralgalax av en form som liknar närliggande galaxer, till exempel M31, Andromedagalaxen.
Pablo Picasso och Albert Einstein var människobrott i sina respektive yrken. Det som började med Faraday och Maxwell, van Gogh och Gaugin togs till nya höjder. Vi är inkapslade i tekniken som härrör från dessa mästare men kan bryta oss ur den instängdhet som teknologin kan påtvinga genom Picassos och hans samtidas uttryck och konst.
Einsteins ekvationer och Picassos abstraktion skapade ytterligare en rush av upptäckter och expressionism som driver oss i ytterligare 50 år. Deras inflytande fortsätter att påverka våra liv idag.
Andromedagalaxen, M31, den närmaste spiralgalaxen till Vintergatan, flera gånger månens vinkelstorlek. Först fotograferad av Isaac Roberts, 1899 (infälld), är spiralerna en funktion av gravitationen och utbredningen av chockvågor, över vidderna av sådana galaxer finns elektromagnetiska fält som rapporterats av Planck uppdragsforskare.
Teleskop från Hubbles era nådde sin höjdpunkt med Palomar 200 tums teleskop, fyra gånger så mycket ljus som Mount Wilsons. Astronomi fick vänta på utvecklingen av modern elektronik. Förbättringar i fotografisk teknik skulle blekna i jämförelse med vad som skulle komma.
Utvecklingen av elektronik accelererades av det tryck som lades på motsatta krafter under andra världskriget. Karl Jansky utvecklade radioastronomi på 1930-talet som gynnades av forskning som följde under krigsåren. Jansky upptäckte Vintergatans radiosignatur. Som Maxwell och andra föreställde sig började astronomi expandera bortom bara synligt ljus – in i infraröda vågor och radiovågor. Upptäckten av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) 1964 av Arno Penzias och Robert Wilson är utan tvekan den största upptäckten från observationer i radiovågs- (och mikrovågsområdet) i det elektromagnetiska spektrumet.
Från 1937 till idag har radioastronomi varit en ständigt förfinande sammanslagning av elektronik och optik. Karl Janskys första radioteleskop, 1937 (infälld) och den stora ALMA-matrisen som nu är i drift och studerar universum i mikrovågsområdet i det elektromagnetiska spektrumet. (Kredit: ESO)
Analog elektronik kan förstärka fotografiska studier. Vakuumrör ledde till fotomultiplikatorrör som kunde räkna fotoner och mer exakt mäta dynamiken hos stjärnor och spektralbilder av planeter, nebulosor och hela galaxer. Sedan 1947 skapade tre fysiker vid Bell Labs, John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley transistorn som fortsätter att förvandla världen idag.
För astronomi och vår bild av universum innebar det mer akuta bilder av universum och bilder som spänner över hela det elektromagnetiska spektrumet. Infraröd astronomi utvecklades långsamt med början på 1800-talet men det var solid state-elektronik på 1960-talet när den blev myndig. Mikrovågs- eller millimeterradioastronomi krävde ett äktenskap mellan radioastronomi och solid state-elektronik. Det första praktiska millimetervågteleskopet började användas 1980 vid Kitt Peak Observatory.
Ett tidigt verk av Picasso (mitten), arbetet på Bell Labs av John Bardeen, Walter Brattain och William Shockley och Alexander Calders mobila konst. När konstnärer försöker balansera färg och form balanserade Bell Labs ingenjörer elektroner i huvudsak på huvudet av ett stift, över korsningar för att skapa den första transistorn.
Med ytterligare förbättringar inom halvledarelektronik och utveckling av extremt noggranna tidtagningsenheter och utveckling av lågtemperatur-solid-state elektronik, har astronomi nått idag. Med moderna raketer har känsliga enheter som rymdteleskopen Hubble och Planck lyfts upp i omloppsbana och ovanför den ogenomskinliga atmosfären som omger jorden.
1964 upptäcktes Cosmic Microwave Background (CMB). I början av 1990-talet gav COBE-rymdteleskopet ännu mer detaljerade resultat och nu har Planck förfinat och utökat IRAS-, COBE- och BICEP-observationer av CMB. Infälld, första lätta observationer av Planck-uppdraget. (Foto: ESA)
Astronomer och fysiker undersöker nu universum över hela det elektromagnetiska spektrumet och genererar terabyte av data och abstraktioner av rådata gör det möjligt för oss att titta ut i universum med ett effektivt sjätte sinne, det som ges till oss av 2000-talets teknologi. Vilken anmärkningsvärd slump att observationerna av våra bästa teleskop som tittar genom hundratusentals ljusår, ännu mer, tillbaka 13,8 miljarder år till tidernas begynnelse, avslöjar bilder av universum som inte är olik de lysande och vackra målningarna av en människa med ett sinne som inte gav honom något annat val än att se världen annorlunda.
Nu 125 år senare tvingar detta sjätte sinne oss att se världen i ett liknande ljus. Titta upp i himlen och du kan föreställa dig planetsystemen som kretsar runt nästan varje stjärna, virvlande moln av spiralgalaxer, en till och med större på himlen än vår måne, och vågor av magnetfält överallt över den stjärnklara natten.
Tänk på vad Planck-uppdraget avslöjar, frågor som det besvarar och nya som det väcker – Det visar sig att urgravitationsvågor inte hittades.