Як вимірюють надзвичайно великі відстані
Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.
Світло поширюється з найбільшою можливою швидкістю.
Воно настільки швидке, що ми вимірюємо величезні відстані за часом, який потрібен світлу, щоб їх пройти.
За один рік світло проходить майже дев’ять з половиною трильйонів кілометрів, відстань, яку ми називаємо світловим роком.
Щоб зрозуміти, наскільки це далеко:
Місяць, до якого астронавти програми Аполлон летіли чотири дні розташований на відстані всього лиш однієї світлової секунди від Землі, а найближча до нас зірка після Сонця — Проксима Центавра — знаходиться на відстані 4,24 світлових років.
Наш Чумацький шлях простягається приблизно на 100 тисяч світлових років.
Найближча до нашої галактики галактика Андромеди віддалена на 2,5 мільйони світлових років.
Космос надзвичайно величезний.
Але, зачекайте, як ми дізнаємося наскільки далеко від нас зірки й галактики?
Адже, коли ми дивимося в небо, то бачимо пласке, двовимірне зображення?
Якщо ви вкажете пальцем на зірку, то не зможете визначити відстань до неї.
Тож, як це роблять астрономи?
Для об’єктів, які розташовані відносно недалеко, ми можемо використати метод тригонометричного паралакса.
Його ідея досить проста.
Проведімо експеримент.
Виставте вперед великий палець і закрийте ліве око, тепер відкрийте ліве око і закрийте праве, ви побачите, що палець зміщується, в той час, як більш віддалені фонові об’єкти залишаються на місті.
Ця ж концепція застосовується, коли ми дивимося на зірки.
Але зірки розташовані набагато, набагато далі, ніж палець вашої руки.
Та і Земля не дуже велика.
Тож, навіть, якщо ви встановите телескопи на екваторі з протилежних боків, то не побачите змін в розташуванні зірок.
Натомість ми спостерігаємо за зміною видимого розташування зірок з інтервалом у 6 місяців.
За цей час Земля проходить половину своєї орбіти навколо Сонця.
Вимірювання відносного розташування зірок влітку, а потім взимку — це ніби погляд правим і лівим оком.
Найближчі до нас зірки зміщуються на тлі віддаленіших зірок і галактик.
Але цей метод працює лише для об’єктів відстань до яких не більше, ніж декілька тисяч світлових років.
За межами нашої галактики відстані настільки великі, а паралакс настільки малий, що навіть найчутливіші інструменти не здатні його виявити.
Тож нам потрібно взяти на озброєння інший метод, у якому використовуються так звані стандартні свічки.
Стандартні свічки — це об’єкти, власна яскравість, або світність яких нам достовірно відомі.
Наприклад, якщо ви маєте лампу з відомою яскравістю і попросите свого друга потримати її, а потім відійти від вас, то кількість світла, що приходитиме до вас від лампи, зменшуватиметься пропорційна квадрату відстані.
Отже, порівнюючи кількість отримуваного світла і власну яскравість лампи, ви можете дізнатися відстань до вашого друга.
В астрономії роль таких ламп відіграють зірки особливого типу, звані пульсуючими цефеїдами, або просто цефеїдами.
Ці зірки внутрішньо нестабільні й нагадують кулю, яка постійно роздувається і здувається.
А оскільки роздування і стискання спричиняють зміни яскравості цефеїд, ми можемо розрахувати їхню світність, вимірюючи період цих пульсацій, адже яскравіші зірки змінюють свою яскравість повільніше.
Порівнюючи кількість світла, яку ми отримуємо від цих зірок, з розрахованою яскравістю, ми можемо визначити, наскільки вони віддалені.
Але, це ще не кінець історії.
Ми можемо спостерігати окремі зірки лише на відстані до 40 мільйонів світлових років.
Зірки на більших відстанях вже неможливо розділити.
Але, на щастя, у нас є ще один тип стандартної свічки — знаменита наднова типу 1А.
Наднова — це величезний вибух цілої зірки, один зі шляхів, яким зірки помирають.
Ці вибухи настільки яскраві, що своїм світлом затьмарюють цілу галактику, в якій відбуваються.
Тож, навіть коли ми не можемо побачити окремі зірки в галактиці, ми все ще можемо бачити наднові, коли вони виникають.
І наднові типу 1А можуть бути використані як стандартні свічки, оскільки яскравіші наднові згасають повільніше, ніж менш яскраві.
Завдяки нашому розумінню цієї залежності між яскравістю і швидкістю згасання, ми можемо використовувати такі наднові для визначення відстаней до кількох мільярдів світлових років.
Але, навіщо нам взагалі потрібно бачити такі далекі об’єкти?
Пам’ятаєте, як швидко подорожує світло?
Наприклад, світлу від Сонця потрібно трохи більше восьми хвилин, щоб дійти до нас.
Це означає, що сонячне світло, яке ми бачимо в певний момент, — це зображення Сонця на вісім хвилин у минулому.
Коли ви дивитися на сузір’я Великої Медведиці, то бачите деякі зірки такими, які вони були 80 років тому.
А ці невиразні галактики — вони віддалені на мільйони світлових років.
Світлу потрібно мільйони років, щоб дійти до нас.
Таким чином, всесвіт у певному сенсі сам по собі є машиною часу.
Чим далі ми дивимося, тим більш ранній всесвіт ми бачимо.
Астрофізики й космологи намагаються прочитати історію всесвіту і зрозуміти як і звідки все взялося.
Всесвіт постійно надсилає нам інформацію у формі світла.
Все, що нам потрібно зробити — це лиш розшифрувати її.
