Спросите Итана #4: Странные астрономические карты

У меня есть экзистенциальная карта, по всей поверхности которой написано «Вы здесь».
Стивен Райт

Читатель спрашивает:

Карты космического фонового излучения выглядят как плоский овал. Как это соотносится с видом неба, которое представляет собой сферу? Например, карта Земли может быть либо искажена, чтобы показать нам мир в двух измерениях, либо порезана на ломтики. На какую часть неба мы смотрим, смотря на карту КФН? Она искажена? А если это только часть неба – не пропущена ли какая-либо важная информация?

Он говорит о подобных картинках:


Сложно поверить, но тут действительно зашифровано всё небо.

Представьте себе Землю:


К таким картам вы привыкли. Если вы живёте в США, то привыкли к тому, что Северная Америка обычно расположена в центре карты. Если в Великобритании, то привыкли, что карта центрирована так, что Франция отрезана с обеих сторон.

Эти карты общеприняты, и в то же время крайне неточны. Вас удивит, что Африка более чем в два раза превосходит Антарктику, Южная Америка больше России, а Австралия в три раза больше Гренландии. Это всё из-за того, что поверхность Земли не плоская, а расположена на сфере.



Если вы попытаетесь развернуть поверхность сферы, ничего хорошего из этого не выйдет. Возьмите апельсин, почистите его и попробуйте расправить шкурку на столе. В лучшем случае у вас получится что-то вроде этого:



При расправлении сферы на плоскости приходится чем-то жертвовать. Если вы настаиваете на изготовлении плоской карты, вы можете сделать карту, соединённую перпендикулярами широты и долготы, но она будет неточной. Это называется проекция Меркатора.



Искажения площадей в проекции Меркатора

Можно сохранить аккуратность представления и перпендикулярность широты и долготы, если пренебречь связанностью частей карты – как на примере с апельсиновой коркой.

Можно достичь компромисса, сжимая долготу при увеличении широты:



Это всё довольно неудобно, но удобней и не сделать. Нельзя сохранить перпендикулярность широты и долготы, точность представления и связанность карты – поверхность сферы нельзя расправить идеально.

Это верно для карты Земли, и верно для карты неба.



Что бы мы ни делали при визуализации неба, чем-то придётся пожертвовать. Вопрос только в том, чем именно.

Поскольку в астрономии важны размеры, то этим мы жертвовать не можем. Также важно сохранить связность картины – в космосе нет промежутков. Остаётся пренебречь перпендикулярностью широты и долготы (склонением и прямым восхождением, как они зовутся в астрономии), так что углы и формы будут представлены неточно. Такое можно проделать и с картой Земли:



Такой способ зовётся проекцией Моллвейде, и если вы вспомните то, о чём я вам говорил ранее:

• Африка более чем в два раза превосходит Антарктику
• Южная Америка больше России
• Австралия в три раза больше Гренландии

то в это будет легче поверить, глядя на такую проекцию. Вот так мы и с небом поступаем – используем эту проекцию для двумерного представления.

Вместо того, чтобы показывать фотографию части неба:



мы показываем вам всё сразу в галакто-центрической проекции Моллвейде:



Телескоп Планка заглянул в микроволновую часть спектра, и увидел всё излучение от всех источников в небе, включая галактики, зодиакальный свет и пыль, а также доисторический космический отсвет Большого взрыва.



И наконец, вычитая галактический свет, среднюю температуру чёрного тела 2,725 K



КФН, и наше движение через вселенную


мы можем видеть важную часть остаточного излучения КФН.


Мы разбиваем его на компоненты, используя сферические гармоники, анализируем и познаём вселенную. Всё это делается в проекции Моллвейде, и поэтому небесные карты выглядят именно так. В них ничего не упущено – вы можете видеть всё небо за раз. К этому просто надо немного привыкнуть.

Источник: geektimes.ru/post/252312/