Humans in a Vast Universe: Astronomy and Cosmic Significance

In this film, Drs. Guy Consolmagno, Jennifer Wiseman, and David Charbonneau explore humanity’s connection with the universe, the expanding nature of the universe, and the existence of exoplanets.
  • Date Published

    February 4, 2019


How big is the universe? What is our place within it? As astronomers and astrophysicists study the vast expanse of the universe, they encounter new ideas about the origins of this expanse and the significance of humans within it. In this film, Drs. Guy Consolmagno, Jennifer Wiseman, and David Charbonneau explore humanity’s connection with the universe, the expanding nature of the universe, and the existence of exoplanets. They explain how looking outward at our galaxy and the estimated 400 billion galaxies around us should evoke a sense of awe and stimulate inquisitive minds to ask bigger philosophical questions.

Featured Scholars:

Dr. David Charbonneau is a professor of astronomy at Harvard University and an astronomer at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. His research focuses on the development of novel techniques for the detection and characterization of planets orbiting nearby Sun-like stars. He led the first studies of the compositions of exoplanets and of their atmospheres, and he is a member of the NASA Kepler Mission to find Earth-like planets.

Dr. Guy Consolmagno is director of the Vatican Observatory and curator of the Vatican’s meteorite collection. His research explores the connections between meteorites and asteroids, and the origin and evolution of small bodies in the solar system. His work in asteroid and meteorite studies prompted the International Astronomical Union to name an asteroid, 4597 Consolmagno, after him in 2000. He is author of The Heavens Proclaim: Astronomy and the Vatican (2009) and Would You Baptize an Extraterrestrial? (2014)

Dr. Jennifer Wiseman is a senior astrophysicist at the NASA Goddard Space Flight Center, where she studies the formation of stars and planetary systems using radio, optical, and infrared telescopes. As an undergraduate at MIT in 1987, she discovered comet Wiseman-Skiff. Dr. Wiseman is also Director of the AAAS Dialogue on Science, Ethics, and Religion (DoSER) program.

Humans in a Vast Universe

Astronomy and Cosmic Significance

Video Transcript:

(transcripción en español, aquí abajo)

Dr. Jennifer Wiseman: We now have evidence from many directions that the universe is about 13.8 billion years old, beginning with an enormously spectacular burst of energy. And that energy transforming over time into a mix of matter and energy, and that matter becoming atoms, gas, stars, and galaxies. And then within these galaxies, generations of stars producing heavier elements, those heavier elements enabled the formation of planets around stars. And then on at least one planet, we have life. We are very intimately connected with the rest of the universe in a very practical way. Our bodies actually do contain atoms that were forged in stars. In fact, most of the elements that we are familiar with, we don’t know how to create them originally other than in stars. So, it’s not us here and the universe out there. We are all part of the same wonderful physical entity.

Dr. David Charbonneau: Astronomy is an entirely observational science. What we do is we can listen to the universe, basically through our telescopes. We can gather light from distant objects. And through studying light, we’re able to puzzle out the properties of objects that we can never go to directly. There are many astronomers who study light from 10 billion years ago, and basically we are allowed to look back in time through using our telescopes. So, telescopes are sort of like a time machine.

Dr. Jennifer Wiseman: Everything we look at we are looking at it as it was when the light began its journey to us. Astronomers use this wonderful time machine tool to help us understand how the universe has matured from a burst of energy to a place teeming with galaxies, stars, and planets.

Br. Guy Consolmagno: The early solar system was a very violent place where planets were being formed and broken up constantly. We know that the planets form from a cloud of gas and dust.

Dr. Jennifer Wiseman: Where does this dust and gas come from? So, stars themselves are little factories that start with mostly hydrogen collapsed into a dense clump of gas. And then that pressure creates a fusion reaction in the core of stars that can result in the production of heavier elements. Then when stars die, they actually release all of that material they’ve created into the interstellar medium, and the next generation of stars incorporates some of that richer material. So you have generations of stars that create heavier and heavier elements. All of this has served over the 13.8 billion-year history of the universe to enrich galaxies with more and more varieties of elements that we now enjoy on places like planet Earth.

Dr. David Charbonneau: The distances between things in our own solar system is tiny compared to the distances between different solar systems.

Br. Guy Consolmagno: If you go to a football field and you have a beach ball at the goal line, at about the 30 yard line, there will be a pebble. That’s the earth. At the other goal line is maybe a golf ball, that’s Jupiter. If you travel from there to the other side of the earth, from America to Russia, that distance would be one light year. And the nearest star is four and a half light years away. And that’s our nearest star.

Dr. Jennifer Wiseman: We also see that the universe is still expanding.

Br. Guy Consolmagno: Space between galaxy clusters is growing. It’s not that these galaxies are going out into empty space, but the space itself is actually expanding.

Dr. Jennifer Wiseman: So, we don’t really know a crisp answer to how big the universe is. We know its age, and we know it’s enormous. And we know the content of the universe is enormous. In the visible universe, there are something like 400 billion galaxies, and each galaxy can have hundreds of billions of stars. So, it’s mindboggling.

Dr. Jennifer Wiseman: As we are realizing more and more the enormous size and scale of the universe and its enormously rich content, it begs the question of whether there could be life outside our own solar system.

Dr. David Charbonneau: If you had asked me 10 years ago how common are small, rocky planets like the Earth, I would have said we really had no idea. Humans have been asking that question for hundreds, arguably thousands of years. What’s so exciting is that we are the first generation in human history that actually can answer that question. An exoplanet is a planet that orbits another star, and we really didn’t know anything about exoplanets about 20 years ago and that situation has changed dramatically.

Br. Guy Consolmagno: In the last ten years, we had something called the Kepler Space Telescope which allowed us to focus on one particular part of the Milky Way. Very, very narrow field, but study it very intently.

Dr. David Charbonneau: At this point, astronomers have found about 5,000 planets orbiting many different stars throughout the galaxy.

Dr. Jennifer Wiseman: Because of all these planets, there’s a lot of speculation that life might be common. Why should Earth be the only place where there’s life? So, it certainly seems in some sense just by the statistics that life could be very common, at least simple life.

Dr. David Charbonneau: An active, current question is what is the minimum set of things you need to measure to really conclude that the only explanation is life? And it may be that there’s other molecules, such as methane, directly seeing that there are liquid oceans, maybe seeing the green, the photosynthetic color. But is that enough? Will we ever be able to make a conclusive statement that we really know that there’s life on another planet? I do think in the next even 10 years, it’s possible we’re going to answer that question.

Dr. Jennifer Wiseman: And of course, these are just the scientific questions. There are the bigger philosophical questions of why capital W, why is life existing and is there purpose in it? Those are the kinds of questions beyond the tools of our microscopes and telescopes, but this type of science does beg all these interesting types of questions.
Astronauts have commented on looking back at Earth from space. It gives them an entirely new perspective when they see all of humanity in one unified space. I think you can have a similar reorienting experience looking the other direction. Looking out in the larger cosmos and realizing that we are a tiny part of an extraordinary system.

Br. Guy Consolmagno: I had a little telescope I’d take up country and everybody in the village would come out and they’d look through the telescope and see the craters on the moon, or the rings of Saturn, and they’d go, “Ooh and ahh,” just like my family and friends back in Michigan do. And it finally hit me – this is what makes us human, this ability to look at the sky with wonder.


Los humanos en un vasto universo: La astronomía y la importancia cósmica

Dr. Jennifer Wiseman: Ahora tenemos evidencia de varias fuentes de que el universo tiene aproximadamente 13.8 miles de millones de años, comenzando con una enormemente espectacular explosión de energía. Y esa energía transformándose a través del tiempo en una mezcla de materia y energía, y esa materia convirtiéndose en átomos, gas, estrellas y galaxias. Y luego, dentro de estas galaxias, generaciones de estrellas produciendo elementos más pesados, esos elementos más pesados facilitaron la formación de planetas alrededor de estrellas. Y luego, por lo menos en un planeta, tenemos vida. Estamos conectados de una forma muy íntima con el resto del universo en una forma muy práctica. Nuestros cuerpos realmente contienen átomos que fueron formados dentro de estrellas. Incluso, la mayoría de los elementos que nos resultan familiares, no sabemos cómo crearlos en su forma original, excepto dentro de las estrellas. Así que no es nosotros aquí y el universo allá afuera. Todos formamos parte de esta maravillosa entidad física.

Dr. David Charbonneau: La astronomía es una ciencia completamente observacional.  Lo que podemos hacer es escuchar el universo, básicamente a través de nuestros telescopios. Podemos recoger la luz de objetos distantes. Y mediante estudiar la luz, somos capaces de averiguar las propiedades de objetos a los cuales nunca podremos viajar directamente. Hay muchos astrónomos que estudian la luz de hace diez mil millones de años, y básicamente se nos permite mirar hacia atrás en el tiempo usando nuestros telescopios. Así que los telescopios son como una máquina de tiempo.

Dr. Jennifer Wiseman: Todo lo que vemos, lo estamos viendo tal y como era cuando su luz comenzó su viaje hacia nosotros. Los astrónomos usan esta maravillosa herramienta que es una máquina del tiempo para ayudarnos a entender como ha madurado el universo desde una explosión de energía hasta un lugar repleto de galaxias, estrellas y planetas.

Br. Guy Consolmagno: El sistema solar temprano era un lugar muy violento donde los planetas se formaban y se destruían constantemente. Sabemos que los planetas se forman en una nube de gas y polvo.

Dr. Jennifer Wiseman: ¿De dónde vienen este polvo y gas? Así que las estrellas mismas son pequeños depósitos que comienzan mayormente con hidrógeno que se ha colapsado y formado y una bola densa de gas. Y después esa presión crea una reacción de fusión en el núcleo de las estrellas que puede resultar en la producción de elementos más pesados. Y cuando mueren las estrellas, ellas en realidad liberan toda esa materia que han creado, enviándola al espacio interestelar, y la próxima generación de estrellas incorpora parte de ese material más rico. Así que tienes generaciones de estrellas que crean materiales más y más pesados. A través de la historia de 13.8 miles de millones de años del universo, esto ha servido para enriquecer las galaxias con más y más variedades de elementos que ahora disfrutamos en lugares como el planeta Tierra.

Dr. David Charbonneau: Las distancias entre las cosas en nuestro propio sistema solar son minúsculas, comparadas con las distancias entre sistemas solares diferentes.

Br. Guy Consolmagno: Si vas a un campo de fútbol americano y tienes una pelota de playa en la línea del gol, como en la línea de 30 yardas, ahí habrá una piedrita. Esa es la Tierra. En la otra línea de gol quizá hay una pelota de golf. Ese es Júpiter. Si viajas desde ahí hasta el otro lado de la Tierra, desde América hasta Rusia, esa distancia sería un año luz. Y la estrella más cercana está a una distancia de cuatro y medio años luz. Y esa es nuestra estrella más cercana.

Dr. Jennifer Wiseman: También vemos que el universo se continúa expandiendo.

Br. Guy Consolmagno: El espacio entre los cúmulos de galaxias está creciendo. No es que estas galaxias se estén yendo afuera al espacio vacío, sino que el espacio mismo se está expandiendo.

Dr. Jennifer Wiseman: Así que en realidad no tenemos una respuesta clara a la pregunta de cuán grande es el universo. Sabemos su edad y sabemos que es enorme. Y sabemos que el contenido del universo es enorme. Dentro del universo visible, hay alrededor de 400 miles de millones de galaxias. Y cada galaxia puede tener cientos de miles de millones de estrellas. Así que es algo asombroso.

A medida que nos damos cuenta más y más del enorme tamaño y extensión del universo y de su contenido enormemente rico, nos fuerza a preguntarnos si pudiera existir la vida fuera de nuestro propio sistema solar.

Dr. David Charbonneau: Si me hubieses preguntado hace 10 años cuán comunes son los planetas pequeños y rocosos como la Tierra, yo habría dicho que en realidad no tenemos idea de eso. Los humanos han estado preguntándose eso por cientos y quizás miles de años. Lo que es tan emocionante es que somos la primera generación en la historia de la humanidad que puede contestar esa pregunta. Un exoplaneta es un planeta que orbita a otra estrella, y en realidad no sabíamos nada sobre los exoplanetas hace unos 20 años, y esa situación ha cambiado de forma dramática.

Br. Guy Consolmagno: En los últimos diez años, tuvimos algo llamado el Telescopio Espacial Kepler, el cual nos ha permitido enfocarnos en una parte específica de la Vía Láctea, un área muy, muy estrecha, pero estudiarla muy a fondo.

Dr. David Charbonneau: En este momento, los astrónomos han hallado como unos 5,000 planetas en órbita alrededor de diferentes estrellas a través de la galaxia.

Dr. Jennifer Wiseman: Debido a todos estos planetas, se especula mucho sobre la posibilidad de que la vida pudiera ser algo común. ¿Por qué debería ser la Tierra el único lugar donde hay vida? Así que ciertamente parece, en cierto sentido, solo tomando en cuenta las estadísticas, que la vida pudiera ser algo muy común, por lo menos las formas de vida simples.

Dr. David Charbonneau: Una pregunta activa, actual es ¿cuál es la cantidad mínima de cosas que hay que medir para poder concluir con certeza que la única explicación es la vida? Y pudiera ser que haya otras moléculas, tales como el metano, al ver claramente que hay océanos líquidos, quizás viendo el verde, el color fotosintético. ¿Pero es suficiente? ¿Podremos algún día hacer una declaración concluyente de que sabemos con certeza que existe vida en otro planeta? Pienso que hasta en los próximos diez años, es posible que vamos a poder contestar esa pregunta.

Dr. Jennifer Wiseman: Y por supuesto, estas son solo las preguntas científicas. Existen las preguntas filosóficas mayores como ¿Por qué–con P mayúscula–por qué existe la vida, y tiene un propósito? Esas son las clases de preguntas que están más allá de nuestras herramientas, microscopios y telescopios, pero este tipo de ciencia sí nos obliga a hacernos todas estas clases de preguntas interesantes. Los astronautas han hecho comentarios al mirar la Tierra desde el espacio, que les da una perspectiva completamente nueva cuando ven a toda la humanidad en un solo lugar unificado. Creo que usted pudiera tener una experiencia de reorientación similar si mira en la otra dirección, mirando al cosmos mayor y dándose cuenta de que somos una parte diminuta de un sistema extraordinario.

Br. Guy Consolmagno: Yo tenía un pequeño telescopio que llevaba al campo y todos en el pueblo salían y miraban por el telescopio y veían los cráteres de la luna, o los anillos de Saturno, y decían, “Oh” y “ah,” igual que mi familia y amigos en Michigan lo hacen. Y finalmente lo entendí: esto es lo que nos define como seres humanos, esta capacidad de mirar al cielo con asombro.

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