Metode științifice de cercetare în astronomie

Astronomia este definită ca studiul obiectelor care se află dincolo de planeta noastră Pământ și al proceselor prin care aceste obiecte interacționează între ele. Este, de asemenea, încercarea umanității de a organiza ceea ce învățăm într-o istorie clară a universului, de la momentul nașterii sale în Big Bang până în momentul prezent. Știința este un raport de progres – unul care se schimbă constant, pe măsură ce noile tehnici și instrumente ne permit să cercetăm universul mai profund.

Cosmosul evoluează; se schimbă în moduri profunde pe perioade lungi de timp. De exemplu, universul a făcut din carbonul, calciul și oxigenul necesar pentru a construi ceva la fel de interesant și complicat ca tine. Astăzi, după miliarde de ani, universul a evoluat într-un loc mai primitor pentru viață. Urmărirea proceselor evolutive care continuă să modeleze universul este una dintre cele mai importante (și satisfăcătoare) părți ale astronomiei moderne.

Judecătorul suprem în știință este întotdeauna ceea ce natura însăși dezvăluie pe baza observațiilor, experimentelor, modelelor și testelor. Știința nu este doar un corp de cunoștințe, ci o metodă prin care încercăm să înțelegem natura și modul în care se comportă ea. Această metodă începe cu multe observații pe o perioadă de timp. Din tendințele găsite prin observații, oamenii de știință pot modela anumite fenomene pe care dorim să le înțelegem. Astfel de modele sunt întotdeauna aproximări ale naturii, supuse unor teste suplimentare.

Ca exemplu astronomic concret, astronomii antici au construit un model (parțial din observații și parțial din credințe filozofice) conform căruia Pământul era centrul universului și totul se mișca în jurul lui pe orbite circulare. La început, observațiile noastre disponibile ale Soarelui, Lunii și planetelor s-au potrivit cu acest model; cu toate acestea, după observații suplimentare, modelul a trebuit să fie actualizat prin adăugarea de cerc după cerc pentru a reprezenta mișcările planetelor în jurul Pământului aflat în centru. Pe măsură ce secolele au trecut și au fost dezvoltate instrumente îmbunătățite pentru a ține evidența obiectelor de pe cer, vechiul model (chiar cu un număr mare de cercuri) nu a mai putut explica toate faptele observate. Un nou model, cu Soarele în centru, se potrivește mai bine cu dovezile experimentale. După o perioadă de dispute filozofice, a devenit acceptată viziunea noastră asupra universului.

Când sunt propuse pentru prima dată, noi modele sau idei sunt uneori numite ipoteze. S-ar putea să credeți că nu pot exista ipoteze noi într-o știință precum astronomia – că totul important a fost deja învățat. Nimic mai departe de adevăr. De-a lungul acestui manual veți găsi discuții despre ipoteze recente, și uneori încă controversate, în astronomie. De exemplu, semnificația pe care o au bucățile uriașe de rocă și gheață care au lovit Pământul pentru viața de pe Pământ, este încă dezbătută. Și în timp ce dovezile sunt puternice că mari cantități de „energie întunecată” invizibilă alcătuiesc cea mai mare parte a universului, oamenii de știință nu au o explicație convingătoare pentru ceea ce este de fapt energia întunecată. Rezolvarea acestor probleme va necesita observații dificile făcute în fruntea tehnologiei noastre și toate astfel de ipoteze necesită testare suplimentară înainte de a le încorpora pe deplin în modelele noastre astronomice standard.

Acest ultim punct este crucial: o ipoteză trebuie să fie o explicație propusă care poate fi testată. Cea mai simplă abordare a unor astfel de teste în știință este efectuarea unui experiment. Dacă experimentul este condus corespunzător, rezultatele sale fie vor fi de acord cu predicțiile ipotezei, fie o vor contrazice. Dacă rezultatul experimental este cu adevărat inconsecvent cu ipoteza, un om de știință trebuie să renunțe la ipoteză și să încerce să dezvolte o alternativă. Dacă rezultatul experimental este de acord cu predicțiile, aceasta nu dovedește neapărat că ipoteza este absolut corectă; poate că experimentele ulterioare vor contrazice părți cruciale ale ipotezei. Dar, cu cât sunt mai multe experimente care sunt de acord cu ipoteza, cu atât este mai probabil să acceptăm ipoteza ca o descriere utilă a naturii.

O modalitate de a gândi la acest lucru este să luăm în considerare un om de știință care s-a născut și trăiește pe o insulă în care trăiesc doar oile negre. Zi de zi, omul de știință întâlnește doar oi negre, așa că el sau ea emite ipoteza că toate oile sunt negre. Deși fiecare oaie observată adaugă încredere ipotezei, omul de știință trebuie doar să viziteze continentul și să observe o oaie albă pentru a dovedi că ipoteza este greșită.

Când citiți despre experimente, probabil că aveți o imagine mentală a unui om de știință într-un laborator care efectuează teste sau efectuează măsurători atente. Acesta este cu siguranță cazul unui biolog sau unui chimist, dar ce pot face astronomii când laboratorul nostru este universul? Este imposibil să pui un grup de stele într-un tub de test, sau să comanzi o altă cometă de la un furnizor științific.

Drept urmare, astronomia este uneori numită știință observațională; de multe ori ne facem testele observând multe mostre de tipul de obiect pe care vrem să-l studiem și notând cu atenție modul în care diferitele mostre variază. Noile instrumente și tehnologii ne pot lăsa să privim obiectele astronomice din perspective noi și mai în detaliu. Ipotezele noastre sunt apoi judecate în lumina acestor noi informații și ele sunt confirmate sau eșuează în același mod în care am evalua rezultatul unui experiment de laborator.

O mare parte din astronomie este, de asemenea, o știință istorică, ceea ce înseamnă că ceea ce observăm s-a întâmplat deja în univers și nu putem face nimic pentru a-l schimba. În același mod, un geolog nu poate modifica ceea ce s-a întâmplat cu planeta noastră, iar un paleontolog nu poate readuce la viață un animal antic. Deși acest lucru poate face ca astronomia să fie o provocare, ne oferă, de asemenea, oportunități fascinante de a descoperi secretele trecutului nostru cosmic.

Ați putea compara un astronom cu un detectiv care încearcă să rezolve o crimă care a avut loc înainte ca detectivul să sosească la fața locului. Există o mulțime de dovezi, dar atât detectivul, cât și omul de știință trebuie să cerceteze și să organizeze dovezile pentru a testa diferite ipoteze despre ceea ce s-a întâmplat de fapt. Și există un alt mod în care omul de știință este ca un detectiv: amândoi trebuie să-și dovedească ipotezele. Detectivul trebuie să convingă procurorul districtual, judecătorul și poate în cele din urmă juriul că ipoteza lui este corectă. În mod similar, omul de știință trebuie să-și convingă colegii, editorii de reviste și, în cele din urmă, o gamă largă de alți oameni de știință că ipoteza lui este corectă provizoriu. În ambele cazuri, se poate cere doar dovezi „dincolo de orice îndoială rezonabilă”. Și uneori noi dovezi îl vor forța atât pe detectiv, cât și pe om de știință să-și revizuiască ultima ipoteză.

Acest aspect auto-corectiv al științei o deosebește de majoritatea activităților umane. Oamenii de știință petrec mult timp interogându-se și provocându-se unii pe alții, motiv pentru care cererile de finanțare a proiectelor, precum și rapoartele pentru publicare în reviste academice, trec printr-un proces amplu de evaluare inter pares, care este o examinare atentă de către alți oameni de știință din acelasi domeniu. În știință (după educație și formare formală), toată lumea este încurajată să îmbunătățească experimentele și să conteste orice și toate ipotezele. Noii oameni de știință știu că una dintre cele mai bune modalități de a avansa în știință este de a găsi o slăbiciune în înțelegerea noastră actuală a ceva și de a o corecta cu o ipoteză nouă sau modificată.

Acesta este unul dintre motivele pentru care știința a făcut progrese atât de dramatice. Un student în științe de astăzi știe mai multe despre știință și matematică decât Sir Isaac Newton, unul dintre cei mai renumiți oameni de știință care au trăit vreodată.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2024 MultiMedia Publishing