Πώς μετράμε αποστάσεις στο διάστημα; Γιουάν-Σεν Τινγκ

Δείτε το πλήρες μάθημα: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Όταν κοιτάμε τον ουρανό, βλέπουμε μια επίπεδη δισδιάστατη εικόνα. Πώς λοιπόν οι αστρονόμοι μετρούν τις αποστάσεις άστρων και γαλαξιών; Ο Γιουάν-Σεν Τινγκ μας δείχνει πώς η τριγωνομετρική παράλλαξη, οι πηγές γνωστής λαμπρότητας, κι άλλα, βοηθούν στον καθορισμό της απόστασης αντικειμένων, αρκετά δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Μάθημα από τον Γιουάν-Σεν Τινγκ, κινούμενη ψηφιακή απεικόνιση από το TED-Ed.

Το φως είναι το ταχύτερο πράγμα
που γνωρίζουμε.

Είναι τόσο γρήγορο που μετράμε
τεράστιες αποστάσεις

από τον χρόνο που χρειάζεται
για να τις διανύσει.

Σε ένα έτος, το φως ταξιδεύει περίπου
9,5 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα,

απόσταση που ονομάζεται ένα έτος φωτός.

Για να πάρετε μια ιδέα
του πόσο μακριά είναι αυτό,

η Σελήνη, που οι αστροναύτες του Απόλλο
έκαναν τέσσερις μέρες να τη φτάσουν,

απέχει μόλις ένα δευτερόλεπτο φωτός
απ' τη Γη.

Στο μεταξύ, το κοντινότερο αστέρι
στον Ήλιο μας είναι ο Εγγύτατος Κενταύρου

που απέχει 4,24 έτη φωτός.

Ο Γαλαξίας μας έχει διάμετρο της τάξης
των 100.000 ετών φωτός.

Ο κοντινότερος σ' εμάς γαλαξίας,
η Ανδρομέδα,

απέχει περίπου 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός.

Το διάστημα είναι εξωφρενικά απέραντο.

Όμως, πώς γνωρίζουμε πόσο μακριά
είναι τ' αστέρια κι οι γαλαξίες;

Εντέλει όταν κοιτάμε τον ουρανό,
βλέπουμε μια επίπεδη δισδιάστατη εικόνα.

Αν δείξεις ένα αστέρι με το δάχτυλο
δεν μπορείς να υπολογίσεις πόσο απέχει,

οπότε πώς το καταλαβαίνουν
οι αστροφυσικοί;

Για αντικείμενα που βρίσκονται πολύ κοντά,

χρησιμοποιούμε αυτό που ονομάζεται
τριγωνομετρική παράλλαξη.

Η ιδέα είναι πολύ απλή.

Ας κάνουμε ένα πείραμα.

Τεντώστε τον αντίχειρα και
κλείστε το αριστερό σας μάτι.

Έπειτα ανοίξτε το αριστερό
και κλείστε το δεξί μάτι.

Θα φανεί πως ο αντίχειρας κινήθηκε,

ενώ τα αντικείμενα στο φόντο
παρέμειναν ακίνητα.

Το ίδιο ισχύει όταν κοιτάμε τ' άστρα,

όμως αυτά βρίσκονται πολύ μακρύτερα
απ' το μήκος του χεριού μας

και η Γη δεν είναι και πολύ μεγάλη,

έτσι αν είχαμε διαφορετικά τηλεσκόπια
κατά μήκος του ισημερινού

δεν θα παρατηρούσαμε μεγάλη μετατόπιση.

Αντ' αυτού παρατηρούμε τη μετατόπιση
ενός άστρου ανά εξάμηνο,

κατά το μέσο της γήινης τροχιάς
γύρω απ' τον Ήλιο.

Μετρώντας τις σχετικές θέσεις
των άστρων το καλοκαίρι

κι έπειτα τον χειμώνα, είναι
σαν να κοιτάμε με το άλλο μάτι.

Τα κοντινά άστρα μοιάζουν να κινούνται

σε σχέση με τα πιο μακρινά άστρα
και τους γαλαξίες.

Όμως αυτή η μέθοδος ισχύει για άστρα
που απέχουν λίγες χιλιάδες έτη φωτός.

Πέρα απ' τον Γαλαξία μας,
οι αποστάσεις είναι τόσο τεράστιες

που η παράλλαξη είναι μη ανιχνεύσιμη
ακόμα και με τα πιο ευαίσθητα όργανα.

Εδώ πρέπει να στηριχτούμε
σε μια άλλη μέδοδο

χρησιμοποιώντας ως δείκτες
πηγές γνωστής λαμπρότητας.

Οι πηγές γνωστής λαμπρότητας είναι
αντικείμενα που γνωρίζουμε πολύ καλά

τη λαμπρότητα ή τη φωτεινότητά τους.

Αν για παράδειγμα γνωρίζουμε
πόσο φωτεινή είναι η λάμπα σας

και ζητήσουμε από κάποιον να την κρατήσει
και ν' απομακρυνθεί από εμάς,

τότε γνωρίζουμε πως η ποσότητα φωτός
που λαμβάνουμε απ' αυτόν

θα ελαττωθεί κατά
το τετράγωνο της απόστασης.

Συγκρίνοντας το φως που λαμβάνουμε

με τη γνωστή φωτεινότητα της λάμπας,

υπολογίζουμε την απόσταση του άλλου.

Στην αστρονομία τον ρόλο της λάμπας
παίζει ένας ειδικός τύπος άστρου

που ονομάζεται μεταβλητή κηφείδα.

Αυτά τα άστρα είναι εσωτερικά ασταθή,

σαν μπαλόνια που διαρκώς
φουσκώνουν και ξεφουσκώνουν.

Καθώς η διαστολή κι η συστολή προκαλεί
αλλαγές στη φωτεινότητά τους,

υπολογίζουμε τη λαμπρότητα μέσω
της περιόδου αυτού του κύκλου,

με τα πιο λαμπρά άστρα
ν' αλλάζουν βραδύτερα.

Συγκρίνοντας το φως
που παρατηρούμε από αυτά τα άστρα

με την εγγενή λαμπρότητα
που μετρήσαμε με αυτόν τον τρόπο,

υπολογίζουμε την απόσταση
στην οποία βρίσκονται.

Δυστυχώς δεν τελειώνουμε εδώ.

Μπορούμε να παρατηρήσουμε μεμονωμένα άστρα
σε απόσταση έως 40 εκατομμύρια ετών φωτός.

Ύστερα γίνονται πολύ θολά
για να υπολογίσουμε.

Ευτυχώς όμως διαθέτουμε έναν
άλλο τύπο πηγής γνωστής λαμπρότητας.

Τους περίφημους υπερκαινοφανείς τύπου 1α.

Οι υπερκαινοφανείς είναι γιγάντιες
εκρήξεις άστρων, ένας τρόπος θανάτου τους.

Αυτές οι εκρήξεις είναι τόσο λαμπρές,

που καλύπτουν τη λάμψη των γαλαξιών.

Ακόμα κι όταν δεν μπορούμε να δούμε
μεμονωμένα άστρα σ' έναν γαλαξία

μπορούμε να δούμε τους
υπερκαινοφανείς όταν εκρήγνυνται.

Ο τύπος υπερκαινοφανών 1α είναι χρήσιμος
ως πηγή γνωστής λαμπρότητας

γιατί οι λαμπρότεροι εξασθενούν
βραδύτερα απ' τους ασθενέστερους.

Μέσω της κατανόησης αυτής της σχέσης

ανάμεσα στη φωτεινότητα
και στον ρυθμό εξασθένισης,

μετράμε αποστάσεις μέσω των υπερκαινοφανών

έως μερικά δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Όμως, ποια η σημασία της παρατήρησης
τόσο μακρινών αντικειμένων;

Ας θυμηθούμε πόσο γρήγορα
ταξιδεύει το φως.

Το φως του Ήλιου, για παράδειγμα,
φτάνει στη Γη σε οκτώ λεπτά,

που σημαίνει ότι αυτό που βλέπουμε είναι
μια εικόνα του Ήλιου προ οκτώ λεπτών.

Όταν κοιτάμε τη Μεγάλη Άρκτο,

βλέπουμε πώς έμοιαζε
πριν από ογδόντα χρόνια.

Κι εκείνοι οι θολοί γαλαξίες;

Βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Το φως τους έκανε εκατομμύρια
χρόνια να μας φτάσει

Το σύμπαν είναι κατά κάποιον τρόπο
μια χρονομηχανή από μόνο του.

Όσο μακρύτερα κοιτάμε,
τόσο νεώτερο το παρατηρούμε.

Οι αστροφυσικοί προσπαθούν
να διαβάσουν τη συμπαντική ιστορία,

και να κατανοήσουν πώς
κι από πού προήλθαμε.

Το σύμπαν μας στέλνει διαρκώς
πληροφορίες με τη μορφή φωτός.

Σ' εμάς απομένει
να τις αποκωδικοποιήσουμε.