Jak mierzyć odległości w kosmosie? - Yuan-Sen Ting

Zobacz całą lekcje: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Patrząc w niebo, widzimy płaski, dwuwymiarowy obraz. Jak więc astronomowie mierzą odległości gwiazd i galaktyk od Ziemi?
Yuan-Sen Ting przedstawia metody paralaksy trygonometrycznej i świec standardowych, a także wyjaśnia, co pomaga nam określić położenie obiektów oddalonych o miliardy lat świetlnych od Ziemi.

Lekcja: Yuan-Sen Ting, animacja: TED-Ed.

Światło to najszybsza rzecz, jaką znamy.

Jest tak szybkie, że mierzymy
nieprawdopodobne odległości,

licząc, ile czasu zajmuje światłu
ich przebycie.

W ciągu roku to blisko
9,5 biliona kilometrów,

to właśnie rok świetlny.

By pokazać wam, jak to daleko,

Księżyc, na który astronauci Apollo
lecieli przez cztery dni,

to tylko jedna sekunda świetlna.

Tymczasem Proxima Centauri,
gwiazda najbliższa Słońcu,

jest 4,24 lata świetlne stąd.

Droga Mleczna mierzy
100 000 lat świetlnych.

Najbliższa nam galaktyka, Andromeda,

jest około 2,5 miliona
lat świetlnych stąd.

Wszechświat jest niewyobrażalnie wielki.

Ale zaraz, skąd wiadomo,
jak daleko są gwiazdy i galaktyki?

Patrząc w niebo, widzimy płaski,
dwuwymiarowy obraz.

Wskazując palcem na gwiazdę,
nie wiemy, jak jest daleko.

Jak astrofizycy do tego dochodzą?

Dla bliskich obiektów

możemy użyć metody
paralaksy trygonometrycznej.

To całkiem proste.

Zróbmy eksperyment.

Wystaw kciuk i zamknij lewe oko.

Teraz otwórz je i zamknij prawe.

Wydaje się, że kciuk się poruszył,

a dalsze obiekty pozostały na miejscu.

To samo dotyczy obserwacji gwiazd,

ale są one znacznie, znacznie dalej
niż twoje wyciągnięte ramię.

Ziemia nie jest zbyt duża,

więc nawet teleskopy
po różnych stronach równika

nie zauważą dużego przesunięcia obiektu.

Dlatego badamy zmianę
pozycji gwiazdy przez pół roku,

połowie drogi Ziemi po orbicie.

Mierzenie względnej
pozycji gwiazd w lecie,

a potem znowu w zimie,
to jakby patrzenie drugim okiem.

Pobliskie gwiazdy
poruszają się względem tła

złożonego z dalszych gwiazd i galaktyk.

Dotyczy to tylko obiektów
oddalonych o kilka tysięcy lat świetlnych.

Poza naszą galaktyką
odległości są tak wielkie,

że paralaksa jest zbyt mała,
nawet przy najlepszych instrumentach.

Tutaj musimy polegać na innej metodzie,

używając wskaźników nazywanych
świecami standardowymi.

Świece standardowe to obiekty,
których rzeczywista jasność

jest nam dobrze znana.

Na przykład, wiedząc,
jak jasna jest dana żarówka,

kiedy damy ją komuś do ręki
i każemy odejść,

wiemy, że ilość światła

będzie się zmniejszać proporcjonalnie
do kwadratu odległości.

Porównując ilość otrzymanego światła

do rzeczywistej jasności żarówki,

można określić,
jak daleko jest osoba z żarówką.

W astronomii takimi żarówkami
są pewne konkretne gwiazdy,

zwane cefeidami.

Są to niestabilne gwiazdy zmienne,

zachowują się jak na przemian
rozdęty i spuszczony balon.

Z powodu rozszerzania i kurczenia
ich jasność zmienia się.

Możemy obliczyć ich jasność,
mierząc cykl tych zmian,

jaśniejsze gwiazdy zmieniają się wolniej.

Porównując światło tych gwiazd

do rzeczywistej jasności,
którą obliczyliśmy w ten sposób,

możemy określić ich odległość.

Niestety, to jeszcze nie wszystko.

Możemy obserwować pojedyncze gwiazdy
oddalone o 40 000 000 lat świetlnych,

dalej stają się zbyt niewyraźne.

Na szczęście mamy inny rodzaj
świecy standardowej:

słynna supernowa typu 1a.

Supernowe to gigantyczne eksplozje gwiazd,
jeden ze sposobów ich śmierci.

Są one tak jasne,

że ich blask przewyższa jasność galaktyk.

Nawet jeśli nie widzimy samych gwiazd,

wciąż możemy dostrzec supernowe.

Supernowe typu 1a działają
jak świece standardowe,

bo ich jasność rzeczywista
maleje wolniej niż innych.

Dzięki zrozumieniu związku

pomiędzy jasnością,
a stopniem jej zanikania,

wykorzystujemy supernowe
jako mierniki odległości,

oddalone nawet o miliardy lat świetlnych.

Dlaczego to takie ważne,
by widzieć tak dalekie obiekty?

Pamiętamy, jak szybko podróżuje światło.

Światło Słońca dociera do nas
w osiem minut,

to znaczy, że widzimy je takim,
jakim było osiem minut temu.

Patrząc na Wielki Wóz,

widzimy, jak wyglądał 80 lat temu.

A te rozmyte galaktyki?

Są miliony lat świetlnych stąd.

Ich światło docierało do nas
przez miliony lat.

Wszechświat to w pewnym sensie
wielki wehikuł czasu.

Im dalej się oglądamy,
tym młodszy wszechświat badamy.

Astrofizycy próbują
odczytać jego historię.

Chcą zrozumieć,
jak powstaliśmy i skąd pochodzimy.

Wszechświat za pomocą światła
nieustanie przesyła nam informacje.

Nam pozostaje tylko je rozszyfrować.