Как мы рассчитываем большие расстояния в космосе? — Юань-Сэнь Тин

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

Когда мы смотрим на небо, мы видим плоское, двухмерное изображение. Как же астрономы определяют расстояния между нами и звёздами и галактиками? Юань-Сэнь Тин демонстрирует нам, как тригонометрический параллакс, стандартные свечи и другие вещи помогают нам рассчитывать расстояния до объектов, удалённых от Земли до нескольких миллиардов световых лет.

Урок — Юань-Сэнь Тин, анимация — TED-Ed.

Свет быстрее всего,
что нам известно.

Он настолько быстро перемещается,

что мы измеряем огромные расстояния,

рассчитывая время,
за которое свет проходит их.

За один год свет проходит
9,46 квадриллионов метров.

Это расстояние мы называем
одним световым годом.

Чтобы вы поняли, насколько
это большое расстояние,
приведу пример:

Луна, до которой космонавты
программы «Аполлон» летели 4 дня,

находится всего на расстоянии
одной световой секунды от Земли.

А ближайшая к нашему Солнцу звезда,
Проксима Центавра,

находится на расстоянии
4,24 световых лет от него.

Наш Млечный путь имеет протяжённость

приблизительно в 100 000 световых лет.

Ближайшая к нам галактика, Андромеда,

отдалена от нас
на 2,5 миллиона световых лет.

Космос необъятно огромный.

Но подождите, как же мы узнаём,

как далеко от нас находятся
звёзды и галактики?

Ведь мы, когда смотрим на небо,

видим плоское,
двухмерное изображение.

Если указать пальцем на звезду,

невозможно определить,
на каком расстоянии она находится.

Как же это делают астрофизики?

Для объектов,
которые находятся недалеко,

мы можем использовать
метод тригонометрического параллакса.

Его идея довольно простая.

Давайте проведём эксперимент.

Выставьте большой палец руки
и закройте левый глаз.

Теперь откройте левый глаз
и закройте правый.

Кажется, что палец переместился,

в то время как более отдалённые предметы
не изменили своего положения.

То же самое происходит,
когда мы смотрим на звёзды,

но расстояние до звёзд гораздо больше,
чем длина вытянутой руки,

а Земля не очень большая,

поэтому,
даже если установить телескопы

по экватору с противоположных сторон,

местоположение звёзд
особо не изменится.

Вместо этого мы наблюдаем

за изменением видимого положения звёзд
с шестимесячным разрывом.

За это время Земля проходит
половину своей орбиты вокруг Солнца.

Замеры относительного
положения звёзд летом,

а затем зимой — это и есть
взгляд «правым и левым глазом».

Звёзды, которые находятся близко,
кажутся сдвинувшимися

относительно более дальних
звёзд и галактик.

Но этот метод работает
только для объектов,

удалённых от нас не более
чем на несколько тысяч световых лет.

За пределами нашей галактики
расстояния настолько большие,

что параллакс очень незначителен,

даже при использовании
наиболее чувствительных приборов.

Поэтому в данном случае
нужно прибегнуть к другому методу,

в котором используются указатели
под названием стандартные свечи.

Стандартные свечи — это объекты,
яркость или свечение которых

нам достоверно известны.

Например, если вы знаете
яркость своей лампочки

и попросите друга
подержать её и отойти от вас,

то количество света,
получаемого от друга,

будет уменьшаться
пропорционально квадрату расстояния.

Таким образом, сравнивая
количество получаемого света

и яркость лампочки,

вы можете узнать,
как далеко от вас находится ваш друг.

В астрономии вместо нашей лампочки

используется специальный тип звёзд,

которые называются цефеидами.

Такие звёзды внутренне непостоянны,

подобно постоянно надувающемуся
и сдувающемуся воздушному шару.

Поскольку они то расширяются,
то уменьшаются в объёме,

их яркость меняется.

Мы можем рассчитать их свечение,
проанализировав время цикла.

Более яркие звезды
изменяют своё свечение медленнее.

Сопоставляя количество света,
наблюдаемого от этих звёзд,

с яркостью, которую мы рассчитали,

мы можем сказать,
насколько они удалены от нас.

К сожалению, это ещё не всё.

Мы может наблюдать отдельные звёзды

только на расстояниях
до 40 000 000 световых лет.

Более отдалённые звёзды
настолько размыты,

что их невозможно различить.

Но, к счастью, у нас есть
ещё один тип стандартной свечи:

знаменитая сверхновая типа Iа.

Сверхновая звезда, громадный взрыв, —

это один из видов смерти звезды.

Эти взрывы настолько яркие,

что затмевают галактику,
в которой находятся.

Хотя мы не можем различить
отдельные звёзды в галактике,

мы можем увидеть суперновые
при их вспышке.

Сверхновые типа Ia подходят
в качестве стандартных свечей,

поскольку внутренне яркие звёзды

угасают медленнее,
нежели более тусклые.

Благодаря нашему пониманию взаимосвязи

между яркостью и скоростью спада,

мы можем использовать сверхновые
для исследования расстояний

до нескольких миллиардов световых лет.

Однако зачем нам вообще нужно видеть
такие отдалённые объекты?

Просто вспомните,
как быстро перемещается свет.

Например, свет Солнца
доходит до нас за восемь минут,

что означает, что свет,
который мы сейчас наблюдаем, —

это изображение Солнца
восьмиминутной давности.

Когда вы смотрите
на Большую Медведицу,

вы видите, какой она была
80 лет тому назад.

А эти трудно различимые галактики?

Они отдалены
на миллионы световых лет.

Свет от них шёл до нас миллионы лет.

Таким образом, Вселенная,
в некотором смысле, —

сама по себе
является машиной времени.

Чем дальше мы сможем заглянуть,

тем более раннюю Вселенную мы увидим.

Астрофизики пытаются
узнать историю Вселенной

и понять, как и откуда мы произошли.

Вселенная постоянно посылает нам
информацию в виде света.

Нам остаётся только расшифровать её.