Cum se măsoară distanțele în spațiu? - Yuan-Sen Ting

Vezi lecția completă: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Când privim cerul avem o imagine plană, bidimensională. Deci cum determină astronomii distanțele stelelor și ale galaxiilor față de Pământ? Yuan-Sen Ting ne arată cum putem determina distanța obiectelor aflate la milioane de ani lumină față de Pământ cu ajutorul paralaxelor sau al lumânărilor standard.

Lumina este cel mai rapid
lucru cunoscut de noi.

E atât de rapidă încât
măsurăm distanțe enorme

prin timpul necesar luminii
pentru a le parcurge.

Într-un an, lumina parcurge
aprox. 10 trilioane km,

distanță pe care o numim
an lumină.

Pentru a vă face o idee
de cât de departe este,

luna, la care astronauții
au ajuns în 4 zile,

se află la numai
o secundă-lumină de Pământ.

În schimb, cea mai apropiată stea,
după Soare, este Proxima Centauri

la distanță de 4,24 de ani-lumină.

Calea Lactee are un diametru
de 100.000 de ani lumină.

Cea mai apropiată galaxie
de noi, Andromeda,

se află la distanță de circa
2,5 milioane de ani-lumină.

Spațiul este inimaginabil de vast.

Dar stai puțin, cum știm
cât de departe sunt stelele și galaxiile?

Doar ne uităm la cer și avem
o imagine plană, bidimensională.

Dacă arăți cu degetul o stea,
nu poți spune cât de departe este,

deci cum determină astrofizicienii
distanța?

Pentru obiecte foarte apropiate

putem folosi un concept numit
paralaxă trigonometrică.

Ideea e simplă.

Să facem un experiment:

Țineți degetul mare în fața ochilor
și închideți ochiul stâng.

Acum deschideți ochiul stâng
și închideți ochiul drept.

Va părea că degetul s-a mișcat,

în timp ce obiectele din fundal
au rămas în același loc.

Același concept se aplică și
când privim stelele,

dar stelele îndepărtate depășesc
cu mult lungimea brațelor,

iar Pământul nu e chiar așa mare,

deci chiar dacă ai avea diferite
telescoape de-a lungul ecuatorului

nu ai observa diferențe
semnificative de poziție.

În schimb, observăm schimbarea poziției
stelei de-a lungul a 6 luni,

adică jumătate din orbita Pământului
în jurul Soarelui.

Când măsurăm pozițiile relative
ale stelelor în timpul verii

și din nou în timpul iernii,
e ca și cum am privi cu celălalt ochi.

Stelele apropiate par să se fi mișcat

față de galaxiile și stelele
mai îndepărtate.

Dar această metodă e aplicabilă
numai pentru obiecte

la doar câteva mii de ani
lumină distanță.

Dincolo de galaxia noastră,
distanțele sunt atât de mari

încât paralaxa e prea mică
pentru a le detecta,

chiar și cu cele mai precise instrumente.

În acest caz trebuie să ne bazăm
pe altă metodă,

utilizând indicatori pe care-i numim
lumânări standard.

Lumânările standard sunt obiecte
ale căror luminozitate intrinsecă

o cunoaștem foarte bine.

De exemplu, dacă știi
cât de luminos e becul tău

și rogi un prieten să-l țină
la distanță de tine,

știi că luminozitatea se va reduce

proporțional cu distanța la pătrat.

Comparând cantitatea de lumină primită

cu luminozitatea efectivă a becului,

poți calcula
cât de departe se află prietenul tău.

În astronomie becul
e de fapt o stea specială

numită variabilă cefeidă.

Aceste stele sunt instabile

ca un balon umflat
și dezumflat permanent.

Deoarece expansiunea și contracția
fac ca luminozitatea lor să varieze,

le putem calcula luminozitatea
măsurând perioada acestui ciclu.

stelele mai luminoase
modificându-se mai lent.

Comparând lumina de la aceste stele

cu luminozitatea intrinsecă calculată,

aflăm cât de departe se află.

Din păcate, acesta nu e încă finalul
poveștii.

Putem observa numai stele individuale

aflate la o distanță
de până la 40.000.000 de ani lumină,

după care devin prea neclare
pentru a fi evaluate.

Din fericire mai există
un tip de lumânare standard:

binecunoscuta supernova tip 1a.

Supernovele, explozii stelare uriașe,
sunt un mod prin care stelele se sting.

Aceste explozii sunt atât de luminoase

încât eclipsează galaxiile dimprejur.

Chiar și când nu vedem stele
individuale într-o galaxie

putem totuși vedea supernovele
când au loc.

Și supernovele tip 1a pot fi
utilizate ca și lumânări standard

deoarece cele foarte luminoase
se sting mai lent decât cele pale.

Înțelegând relația

dintre luminozitate și rata de scădere,

putem folosi aceste supernove

pentru a investiga distanțe
de miliarde de ani lumină.

Dar de ce-i important să evaluăm
obiecte atât de îndepărtate?

Amintiți-vă cât de rapid circulă lumina.

De exemplu, lumina emisă de Soare
ajunge la noi în 8 minute,

ceea ce înseamnă că lumina
pe care o percepem acum

e imaginea Soarelui de acum 8 minute.

Când privești Carul Mare,

vezi cum arăta în urmă cu 80 de ani.

Și galaxiile acelea încețoșate?

Sunt la distanță
de milioane de ani lumină.

Luminii i-au trebuit milioane de ani
să ajungă la noi.

Așadar Universul în sine
e un fel de mașinărie a timpului.

Cu cât privim mai departe,
cu atât ne apropiem de universul inițial.

Astrofizicienii încearcă să
descifreze istoria universului

și să înțeleagă cum și de unde am venit.

Universul ne trimite constant informații
sub formă de lumină.

Rămâne doar ca noi se le descifrăm.