Sejarah dan Struktur Alam Semesta

Bumi itu bulat



Sekitar 2.500 tahun yang lalu, wisatawan Yunani melaporkan bahwa rasi yang berbeda terlihat di langit ketika seseorang pergi jauh ke utara atau selatan. Pengamat juga menyadari bahwa selama gerhana bulan, bayangan bumi memiliki tepian bundar. Beberapa abad kemudian, Eratosthenes memperkirakan ukuran bumi dengan mencatat perbedaan antara panjang bayangan yang dilemparkan oleh matahari di lokasi yang terpisah beberapa ratus mil.
Dengan asumsi bahwa matahari sangat jauh yang sorot sinarnya paralel, Eratosthenes menggunakan geometri sederhana untuk menghitung keliling bumi. Tidak diketahui seberapa akurat pengukurannya.

Planet adalah dunia



Dari era awal manusia prasejarah, seluruh alam semesta dianggap hanya mencakup unsur-unsur yang terlihat dengan mata telanjang: bumi, bulan, matahari dan lima titik cahaya yang bergerak [planet] serta bola di mana bintang-bintang dan kumpulan cahaya Bima Sakti tertanam.
Teori-teori astrologi dan astronomi yang dirancang untuk menjelaskan gerakan benda-benda langit sebenarnya hanya bisa menebak. Ketika pada tahun 1609 Galileo mencoba teleskopnya, ia menemukan bahwa planet merupakan dunia lain. Beberapa dari dunia lain yang ditemukannya memiliki bulan sendiri.
Dengan bantuan teleskop, planet yang sebelumnya tidak diketahui akhirnya ditemukan di tata surya kita: Uranus pada tahun 1781 dan Neptunus pada tahun 1846. Dengan teleskop, ada kemungkinan untuk mempelajari benda-benda [langit] yang lebih kecil, seperti komet, asteroid, bintang-bintang dan nebula.

Bintang adalah matahari



Pada abad 17, penemuan teleskop oleh Galileo dan penemuan hukum gerak oleh Kepler merealisasikan bahwa bintang seperti matahari yang semuanya mematuhi hukum fisika yang sama. Pada abad ke-19, spektroskopi [studi mengenai panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh objek] memungkinkan untuk menyelidiki gas yang dibuat bintang.
Pada abad ke-19 para ilmuwan juga menemukan cara mengukur jarak bintang. Ketika sebuah objek dilihat dari titik pandang yang berbeda, objek bergeser secara relatif ke latar yang lebih jauh. Pergeseran ini disebut "parallax."
Ahli matematika dan astronomi Jerman, Friedrich Bessel, adalah orang pertama yang berhasil mengukur parallax bintang 61 Cygni dan memperkirakan jarak bintang itu dari bumi. Jaraknya 10,4 tahun cahaya. Estimasi jarak ini kemudian disesuaikan menjadi 11,4 tahun cahaya.

Sebuah galaksi mengikuti materi gelap



Sebuah pusat inti berbentuk balok terdiri dari bintang dan menyembunyikan sebuah lubang hitam sangat besar dikelilingi oleh lengan spiral yang terbentuk dari bintang, gas dan debu. Konfigurasi yang tepat dari lengan spiral masih diperdebatkan oleh para astronom, tetapi sebuah survei terbaru menemukan bahwa galaksi Bima Sakti kita memiliki dua lengan utama yang bercabang menjadi empat lengan yang mengarah ke bagian luar.
Lengan spiral galaksi kita diperkirakan menjadi semacam gelombang padat yang bergerak di sekitar cakram datar. Material-material berdekatan dan bintang-bintang terbentuk di sepanjang lengan. Segala sesuatu di orbit galaksi mengelilingi pusatnya, sedangkan lengan-lengannya bukanlah struktur padat. Sistem tata surya keluar masuk dari lengan spiral seperti mengorbit.
Sementara mempe;ajari rotasi galaksi, mereka tidak berputar berdasarkan tarikan gravitasi materi. Astronom Swiss, Fritz Zwicky, pada tahun 1934 menyarankan bahwa harus ada sejumlah besar yang tak terlihat atau kehadiran materi gelap untuk membuat spiral galaksi lebih besar dari kemunculan mereka.
Sejak saat itu astrofisikawan mencari materi gelap yang sering dispekulasikan sesuatu yang mungkin terdiri dari partikel-partikel eksotis seperti yang kita ketahui di bumi. Estimasi saat ini menunjukkan bahwa alam semesta kita sebagian besar terdiri dari bentuk-bentuk materi gelap dan energi gelap yang tidak diketahui, dengan atom yang hanya merupakan pecahan kecil.

Galaksi terbuat dari bintang-bintang



Bima Sakti, pita cahaya samar yang mencakup langit, telah dikenal sepanjang sejarah. Sifat sejatinya tidak ditemukan sampai abad ke-17 ketika Galileo Galilei mempelajari Bima Sakti dengan teleskop dan menetapkan bahwa pita itu terdiri dari banyak bintang. Potongan-potongan kecil cahaya yang samar-samar terlihat di langit ini disebut nebula.
Pada abad ke-18 muncul spekulasi bahwa Bima Sakti adalah sebuah sistem bintang besar yang terikat bersama-sama oleh gravitasi, tetapi sifat nebula tetap tidak diketahui. Mereka bisa saja awan gas dalam Bima Sakti atau mungkin mereka berada di luar galaksi kita. Tidak dapat dibuktikan apakah Bima Sakti menguasai seluruh alam semesta atau tidak.
Menggunakan teleskop 100-inci yang baru dibangun di Mount Wilson Observatory, California, astronom Amerika, Edwin Hubble, mengamati bintang yang disebut Cepheids. Cerah dan redup bintang ini memiliki pola yang terkait dengan kecerahan intrinsiknya sehingga cocok untuk digunakan sebagai ukuran dalam memperkirakan jarak kosmik. Dalam sebuah makalah tahun 1925, Hubble menyimpulkan bahwa beberapa nebula itu berada di luar Bima Sakti dan berada di dalam galaksi raksasa yang jauh lebih besar dari Bima Sakti.

Organisasi besar



Ini pertama kali terlihat pada paruh kedua abad ke-19: terdapat sekelompok besar nebula di rasi Virgo. Kemudian, ditemukan bahwa nebula tersebut merupakan galaksi yang terpisah di luar Bima Sakti.
Seratus tahun kemudian, astronom berspekulasi bahwa keselarasan nyata dari galaksi-galaksi mungkin menunjukkan tingkat struktur kosmik yang lebih tinggi dengan berbagai julukan, seperti "metagalaxy" atau "superkluster." Pada tahun 1982, astronom R. Brent Tully menerbitkan sebuah analisis tentang jarak anggota galaksi superkluster yang menunjukkan bahwa mereka memang bagian dari suatu organisasi yang lebih besar. Jarak ditentukan dengan mencatat redshift spektrum cahaya dari galaksi.