Pozorovacia kozmológia

Rané pozorovania

Predmet skúmania fyzikálnej kozmológie, tak ako ju poznáme dnes, bol zadefinovaný po Shapley-Curtisovej debate. Vtedy došlo k objavu, že vesmír je omnoho väčší ako galaxia Mliečna dráha. Výrazne tomu napomohli pozorovania, ktoré stanovili veľkosť a dynamiku vesmíru vysvetliteľnú Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity. Kozmológia bola spočiatku špekulatívna veda, založená na veľmi obmedzenom počte pozorovaní a charakterizovaná sporom medzi teóriou ustáleného stavu a Veľkým treskom. Astronomické pozorovania, schopné vylúčiť niektoré teórie prišli až v 90tych rokoch a neskôr a posunuli vedu do "zlatého veku kozmológie", ohláseného Davidom Schrammom na zhromaždení Národnej akadémie vied v 1992.

Hubblov zákon a štandardná sviečka

Merania astronomických vzdialeností boli a stále sú spojené so značnou mierou neistoty. Astronómovia museli hľadať alternatívne spôsoby merania kozmických vzdialeností, najmä pre pozorovacie limity spôsobené ťažkosťou merania veľmi malej paralaxy objektov mimo našej galaxie. V roku 1908 Henrietta Swanová Leavittová objavila spôsob merania pomocou tzv. štandardnej sviečky pomocou Cefeíd a poskytla tak Edwinovi Hubblovi možnosť zistiť vzdialenosť špirálovej hmloviny. Hubble na identifikáciu jednotlivých hviezd v galaxiách a zistenie vzdialeností pomocou izolovania jednotlivých Cefeíd používal 100 palcový (2,54 m) Hookerov teleskop v observatóriu Mount Wilson. Tieto pozorovania jednoznačne určili, že špirálová hmlovina sa nachádza mimo Mliečnej cesty. Zistenie vzdialeností  "ostrovných vesmírov", ako ich nazývali populárne médiá, určilo veľkosť vesmíru a navždy vyriešilo Shapleyho-Curtisov spor.
Georges Lemaître v roku 1927 ako prvý stanovil kombináciou rôznych meraní, vrátane Hubblových, a hodnôt červeného posunu týchto objektov zistených Vesto Slipherom, konštantnú priamu úmernosť medzi vzdialenosťou galaxie a tzv. rýchlosť regresie s hodnotou 600 km/s/Mpc. Tiež ukázal, že model vesmíru založený na všeobecnej relativite teoreticky predpokladal tento výsledok. Hubble o dva roky neskôr potvrdil pozitívnu koreláciu vzťahu medzi vzdialenosťou a rýchlosťou s hodnotou približne 500 km/s/Mpc. Tento vzťah je známy ako Hubblov zákon a predstavuje pozorovací základ pre teórie expandujúceho vesmíru, na ktorých je kozmológia stále založená. Publikovanie pozorovaní Slipherom, Wirtzom Hubblom a ich kolegami a prijatie ich teoretických dôsledkov v súvislosti so všeobecnou relativitou teoretikmi sa považuje za začiatok modernej kozmológie.

Zastúpenie nuklidov

História zisťovania rozloženia a pomerov množstiev chemických prvkov vo vesmíre začala spolu s prvými spektroskopickými meraniami žiarenia z astronomických objektov a identifikáciu emisných a absorpčných čiar, ktoré zodpovedali určitým prechodom elektrónov c chem. prvkoch známych na Zemi. Napríklad hélium bolo pomocou spektroskopie objavené najskôr na Slnku skôr, ako ho ako na Zemi izolovali ako plyn.
Relatívne zastúpenie a množstvá prvkov sa dajú vypočítať pomocou meraní zloženia meteoritov a zodpovedajúcich spektroskopických pozorovaní.

Objav kozmického mikrovlnného pozadia

V roku 1948 George Gamow, Ralph Alpher a Robert Herman prostredníctvom modelu horúceho veľkého tresku predpokladali existenciu kozmického mikrovlnného pozadia (CMB). Alpher a Herman určili teplotu CMB, ale ich výsledky sa nestretli s veľkou odozvou komunity. Ich predpoklady začiatkom 60. rokov rokov znovu objavili Robert Dicke a Jakov Zeľdovič spolu s krátkym dokumentom sovietskych astrofyzikov, A. G. Doroškeviča a Igora Novikova z jari 1964, ktorá považuje žiarenie CMB za detegovateľný jav. David Todd Wilkinson a Peter Roll, Dickeho kolegovia z univerzity, začali s výrobou Dickeho rádiometra na meranie kozmického mikrovlnného pozadia. Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson v roku 1965 postavili Dickeho rádiometer, ktorý chceli použiť na rádioastronómiu a experimenty so satelitnou komunikáciou neďaleko Holmdel Township, New Jersey. Ich anténa mala prebytkovú teplotu 3,5K, ktorej zdroj nemohli nájsť. Po telefonáte z Crawford Hill Dicke povedal známy výrok: "Chlapci, predbehli nás." Stretnutie skupín z Princetonu a Crawford Hillu potvrdilo, že teplotu antény naozaj spôsobovalo mikrovlnné pozadie. V roku 1978 dostali Penzias a Wilson za tento objav Nobelovu cenu za fyziku.

Moderné pozorovania

Kozmológia v súčasnosti pokračuje v overovaní predpokladov teoretickej kozmológie, čo viedlo k spresneniu kozmologických modelov. Napríklad, priamy dôkaz tmavej hmoty významne ovplyvnil teoretické modely vzniku štruktúry vesmíru a galaxií. Prvé priame dôkazy tmavej hmoty boli získané v druhej polovici 90. rokov 20. storočia. Tieto pozorovania boli zahrnuté do Lambda-CDM modelu, ktorý vysvetľuje vývoj vesmíru z pohľadu materiálu, z ktorého sa skladá. Tento model bol neskôr potvrdený detailnými pozorovaniami kozmického mikrovlnného pozadia, najmä experimentom WMAP.