แสงเป็นสิ่งที่รวดเร็วที่สุดที่เรารู้จัก
มันเคลื่อนที่เร็วมาก ซึ่งทำให้เราวัดระยะทางได้ไกลขึ้น
โดยวัดระยะเวลาที่แสงเคลื่อนที่ถึงพวกมัน
ในระยะเวลา 1 ปี แสงสามารถเดินทางได้ระยะทาง ประมาณ 6,000,000,000,000 ไมล์
เราเรียกระยะทางนี้ว่า 1 ปีแสง
เพื่อให้เห็นภาพถึงความไกลนี้
ดวงจันทร์ที่ยานอวกาศอพอลโล ใช้เวลาถึง 4 วันในการเดินทาง
แสงใช้เวลาเพียงแค่ 1 วินาที
ขณะที่ ดาวที่ใกล้ดวงอาทิตย์ของเรามากที่สุด คือ พร็อกซิมาเซ็นเทารี (Proxima Centauri)
ซึ่งห่างออกไป 4.24 ปีแสง
กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรากว้าง ถึงหลัก 100,000 ปีแสง
กาแล็กซีที่ใกล้เรามากที่สุด คือ แอนโดรมีดา (Andromeda)
ห่างออกไปประมาณ 2.5 ล้านปีแสง
อวกาศใหญ่กว้างเกินกว่าที่เราจิตนาการถึง
แต่เดี๋ยวก่อน พวกเรารู้ระยะห่างของ ดวงดาวและกาแล็กซีได้อย่างไร
นอกจากนี้ เวลาที่เรามองดูท้องฟ้า เราเห็นมันเป็นแผ่นเรียบๆ 2 มิติ
ถ้าคุณชี้นิ้วไปที่ดาวซักดวง คุณไม่สามารถบอกได้เลยว่ามันไกลเท่าไร
แล้วบรรดานักฟิสิกส์ดาราศาสตร์รู้ได้อย่างไร
สำหรับวัตถุที่ใกล้
เราสามารถใช้แนวคิดที่เรียกว่า trigonometric parallax
ไอเดียของมันธรรมดามาก
มาทดลองกันดู
ชูนิ้วโป้งออกไปแล้วหลับตาซ้าย
ตอนนี้ลองลืมตาซ้ายและหลับตาขวา
ดูเหมือนกับว่านิ้วโป้งของคุณได้เคลื่อนที่
แต่พื้นหลังของวัตถุที่ไกลออกไปคงยังอยู่ที่เดิม
แนวคิดเดียวกันนี้ถูกนำมาใช้เมื่อเรามองที่ดวงดาว
แต่ระยะทางนั้นไกลว่าแขนของคุณมากๆ
และโลกก็ไม่ได้ใหญ่มากนัก
ถึงแม้ว่าคุณจะมีกล้องโทรทัศน์ที่ตั้งไว้คนละด้านของโลก
คุณจะไม่เห็นตำแหน่งที่เปลี่ยนไปมากนัก
เราจึงดูการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่ง ของดาวเป็นเวลา 6 เดือน
ระยะทางครึ่งหนึ่งของโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์
เมื่อเราทราบความสัมพันธ์ของ ตำแหน่งของดวงดาวในฤดูร้อน
และอีกครั้งในฤดูหนาว มันเหมือนกันตอนที่ที่ใช้ตาอีกข้างหนึ่ง
ดวงดาวที่อยู่ใกล้ดูเหมือนเคลื่อนที่เทียบกับพื้นหลัง
ที่เป็นดาวหรือกาแล็กซีซึ่งไกลกว่า
แต่วิธีนี้ใช้ได้ดีสำหรับวัตถุที่ไกลไม่เกินกว่า พันสองพันปีแสง
สำหรับวัตถุนอกกาแลกซีของเรา ระยะทางนั้นจะไกลมากจน
ตำแหน่งภาพที่เปลี่ยนไปนั้นเล็กเกินไปที่จะตรวจพบ แม้ว่าจะใช้เครื่องมือวัดที่ละเอียดที่สุดก็ตาม
ณ จุดนี้เราต้องพึ่งวิธีอื่น
ใช้ตัวชี้วัดที่เราเรียกว่า ดวงไฟมาตรฐาน (standard candle)
ดวงไฟมาตรฐาน คือวัตถุที่เรารู้ถึง ความสว่างหรือความเรืองแสงจริงของมัน
เป็นอย่างดี
ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณรู้ความสว่างของหลอดไฟของคุณ
และคุณให้เพื่อนของคุณที่ถือหลอดไฟและเดินออกห่างจากคุณ
ความสว่างที่คุณได้รับทั้งหมดจากเพื่อนของคุณ
จะลดลงเป็นสัดส่วนกับระยะทางกำลังสอง
โดยการเปรียบเทียบความสว่างทั้งหมดที่คุณได้รับ
กับความสว่างจริงของหลอดไฟ
คุณก็จะบอกระยะห่างของเพื่อนได้
ในดาราศาสตร์ หลอดไฟของเรา เปลื่ยนเป็นดาวชนิดพิเศษ
เรียกว่าดาวแปรแสงชนิดเซฟีด (Cepheid variable)
ดวงดาวเหล่านี้จะไม่ค่อยเสถียร
เหมือนกับบอลลูนที่พองๆ แฟบๆ
และเพราะการขยายตัวหรือการหดตัวมีผลกับความสว่างของมัน
เราสามารถคำนวณความสว่างของมันได้จากระยะเวลาของวงจรนี้
กับดาวที่สว่างกว่าและเปลี่ยนแปลงช้ากว่ามาก
โดยการเปรียบเทียบแสงที่เราเห็นได้จากดาวเหล่านั้น
กับความสว่างจริงๆ ที่เราคำนวณได้ด้วยวิธีนี้
เราสามารถตอบได้ว่ามันอยู่ไกลเท่าไร
แต่น่าเสียดายที่นี้ยังไม่ใช่ตอนจบของเรื่องนี้
เราสามารถวัดระยะห่างของดาวแต่ละดวง เพิ่มขึ้นถึงแค่ประมาณ 40,000,000 ปีแสง
ถ้าห่างกว่านี้มันจะมัวจนไม่สามารถสังเกตได้
แต่โชคดีคือ เรามีหลอดไฟมาตรฐานอีกแบบหนึ่ง
ซูเปอร์โนวา แบบ 1a ที่โด่งดัง
ซูเปอร์โนวา คือ การระเบิดสว่างไสวครั้งใหญ่ เป็นวิธีหนึ่งที่ดวงดาวจะตายลง
การระเบิดนั้นสว่างมากๆ
สว่างกว่าความสว่างของทั้งกาแล็กซีที่มันเกิด
ถึงแม้ว่าเราจะไม่ได้เห็นดาวโดดๆ ในกาแล็กซี
เรายังคงเห็นซูเปอร์โนวาตอนที่มันเกิดขึ้น
และบังเอิญว่า ซุปเปอร์โนวาชนิด 1a นั้น สามารถใช้เป็นหลอดไฟมาตรฐานได้
เพราะซูเปอร์โนวาที่สว่างกว่าจะจางหายช้ากว่า
ด้วยความเข้าใจความสัมพันธ์ทั้งหมดนี้
ระหว่างความสว่างและอัตราที่ความสว่างลดลง
เรายังสามารถใช้ซูเปอร์โนวาเหล่านี้หาระยะทางได้
เพิ่มขึ้นถึงได้เป็นหลายพันล้านปีแสง
แล้วทำไมการรู้ระยะห่างของพวกมันถึงสำคัญนัก
จำได้ไหมว่าแสงเร็วแค่ไหน
ตัวอย่างเช่น แสงที่มาจากดวงอาทิตย์ ใช้เวลา 8 นาทีกว่าจะถึงเรา
นั่นหมายความว่าแสงที่เราเห็นตอนนี้ เป็นภาพของดวงอาทิตย์เมื่อ 8 นาทีที่แล้ว
เมื่อคุณมองดูที่กลุ่มดาวกระบวยตักน้ำใหญ่ (Big dipper)
คุณจะเห็นมันเมื่อ 80 ปีที่แล้ว
และกาแล็กซีจางๆ เหล่านั้น
พวกนั้นห่างจากเราเป็นล้านปีแสง
ใช้เวลาเป็นล้านปีกว่าที่แสงจะเดินทางมาถึงเรา
ในบางมุมมองจักรวาลเองก็เปรียบเสมือนกับ เครื่องย้อนเวลา
ยิ่งเรามองไปได้ไกลเท่าไร ยิ่งทำให้เรามองดูจุดกำเนิดของจักรวาลมากขึ้นเท่านั้น
นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์พยายามที่จะ ศึกษาประวัติศาสตร์ของจักวาล
และเพื่อเข้าใจว่าเรามาจากไหนและอย่างไร
จักรวาลส่งข้อมูลให้เราอย่างสม่ำเสมอในรูปของแสง
ทุกอย่างยังคงอยู่และรอให้เราไขปริศนา