Как измерваме разстоянията в космоса? - Юан-Сен Тинг

Вижте целия урок: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Когато погледнем небето, гледката е плоска и двуизмерна. Тогава, как астрономите изчисляват разстоянията от звезди и галактики до Земята? Юан-Сен Тинг ни показва как тригонометричните паралакси, стандартните свещи и други ни помагат да определим разстоянието до обекти на няколко милиарда светлинни години от Земята.

Урок: Юан-Сен Тинг, анимация от TED-Ed.

Светлината е най-бързото нещо,
което познаваме.

Толкова е бърза, че измерваме
огромни разстояния

с времето, необходимо на светлината
да ги премине.

За една година светлината пропътува
около 6 000 000 000 000 мили,

разстояние, което наричаме
една светлинна година.

За да получите представа
колко голямо е то,

Луната, до която астронавтите от Аполо
стигнаха за четири дни,

се намира само на една светлинна секунда
от Земята.

В същото време най-близката звезда след
нашето Слънце е Проксима Кентавър,

на 4,24 светлинни години.

Нашият Млечен път е широк около
100 000 светлинни години.

Най-близката галактика до нашата,
Андромеда,

се намира на около 2,5 светлинни години.

Космосът е шокиращо необятен.

Но почакайте, откъде знаем
колко далече са звездите и галактиките?

В края на краищата, като погледнем небето,
гледката е плоска и двуизмерна.

Ако посочите една звезда с пръст,
не можете да определите колко далече е тя,

тогава как астрофизиците го разбират?

За обекти, които са много близо

можем да използваме един принцип,
наречен тригонометричен паралакс.

Идеята е много проста.

Да направим един експеримент.

Вдигнете палец и затворете лявото си око.

Сега отворете лявото око и
затворете дясното.

Изглежда сякаш
палецът ви се е изместил,

докато по-далечните задни обекти
са останали на място.

Същият принцип се прилага и
когато гледаме звездите,

но далечните звезди са много, много
по-далече от дължината на ръката ви,

а Земята не е много голяма

и дори да имате телескопи на
различни места по Екватора,

няма да забележите голяма промяна
в позицията.

Вместо това, следим промяната във видимото положение на звездата шест месеца,

половината от едногодишната
обиколка на Земята около Слънцето.

Когато измерваме относителните позиции
на звездите през лятото

и после отново през зимата,
това е като да погледнем с другото око.

Близките звезди изглежда са се
преместили на фона на

по-далечните звезди и галактики.

Но този метод работи само за обекти на не
повече от няколко хиляди светлинни години.

Отвъд нашата галактика
разстоянията са толкова огромни,

че паралаксът е твърде малък, за да го
засекат дори най-чувствителните ни прибори.

Затова в този случай трябва да разчитаме
на друг метод,

използвайки индикатори, които наричаме
стандартни свещи.

Стандартните свещи са обекти, чиято
естествена яркост или светимост

познаваме наистина добре.

Например, ако знаете колко ярка е
електрическата ви крушка

и помолите приятел да държи крушката
и да се отдалечи,

ще знаете, че количеството светлина,
което идва от приятеля ви

ще намалява с квадрата на разстоянието.

Т.е. сравнявайки количеството
получена светлина

с естествената яркост на крушката,

можете да определите
колко далеч е приятелят ви.

В астрономията в ролята на крушка
е особен тип звезда,

наречена цефеида.

Тези звезди са вътрешно нестабилни,

подобно на постоянно надуващи се
и спадащи балони.

И понеже разширяването и свиването
са причина яркостта да варира,

можем да изчислим светимостта им
като измерим периода от този цикъл

с по-ярки звезди, които
се променят по-бавно.

Чрез сравнение на светлината,
наблюдавана от тези звезди

с естествената яркост, изчислена
по този начин,

можем да определим колко далече са те.

За съжаление, това все още
не е краят на историята.

Можем да наблюдаваме отделни звезди
само до около 40 000 000 светлинни години,

след това те стават твърде мъгляви
за анализ.

Но за щастие разполагаме и с друг вид
стандартна свещ:

прочутата свръхнова тип 1а.

Свръхновите, гигантски звездни експлозии,
са един от видовете смърт за звездите.

Тези експлозии са толкова ярки,

че светят по-силно от галактиките,
в които се случват.

Затова, дори когато не виждаме
отделните звезди в една галактика,

все пак виждаме свръхновите,
когато избухнат.

А свръхновите от тип 1а се оказват
полезни стандартни свещи,

защото естествено ярките сред тях
гаснат по-бавно от по-слабите.

Чрез разбирането на връзката

между яркост и скорост на гаснене,

можем да използваме свръхновите
за проучване на разстояния

до няколко милиарда светлинни години.

Но защо изобщо е важно да видим
такива далечни обекти?

Ами, спомнете си скоростта на светлината.

Например, на светлината от Слънцето
ѝ трябват осем минути да ни достигне,

което означава, че светлината, видяна сега
е снимка на Слънцето отпреди 8 минути.

Щом погледнете Голямата мечка,

виждате как е изглеждала преди 80 години.

А онези размазани галактики?

Те са на милиони светлинни години.

На светлината са ѝ трябвали милиони
години да ни достигне.

Вселената сама по себе си е
машина на времето в някакъв смисъл.

Колкото по-назад гледаме, толкова
по-млада Вселена проучваме.

Астрофизиците се опитват да прочетат
историята на Вселената

и да разберат как и откъде
произлизаме.

Вселената постоянно ни изпраща
информация под формата на светлина.

Остава само да я разгадаем.