Light seconds, light years, light centuries: How to measure extreme distances - Yuan-Sen Ting

كيف نقيس المسافات في الفضاء؟ - يوان سين تينغ

المترجم: Hassan Hodroj المدقّق: Abd Al-Rahman Al-Azhurry

الضوء هو أسرع الأشياء التي نعرفها.

Light is the fastest thing we know.

It's so fast that we measure enormous distances

سريعٌ جدًا بحيث نقيس مسافات هائلة

by how long it takes for light to travel them.

بكم من الوقت يحتاج الضوء لعبورها.

In one year, light travels about 6,000,000,000,000 miles,

في العام الواحد، يقطع الضوء حوالي 6,000,000,000,000 ميل

a distance we call one light year.

مسافة تسمى بـ "السنة الضوئية".

To give you an idea of just how far this is,

لتأخذوا فكرة عن بعد هذه المسافة،

the Moon, which took the Apollo astronauts four days to reach,

القمر، الذي استغرق رواد "أبولو" 4 أيام للوصول إليه،

is only one light-second from Earth.

بعيد ثانية ضوئية واحدة عن الأرض.

Meanwhile, the nearest star beyond our own Sun is Proxima Centauri,

في الوقت نفسه، أقرب نجمة بعد الشمس هي "بروكسيما سنتاوري"،

4.24 light years away.

بعيدة 4.24 سنة ضوئية.

Our Milky Way is on the order of 100,000 light years across.

درب التبانة خاصتنا قطرها 100,000 سنة ضوئية.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

أقرب مجرة لمجرتنا، "أندروميدا"،

is about 2.5 million light years away

بعيدة حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية.

Space is mind-blowingly vast.

الفضاء هو مساحة شاسعة جداً.

But wait, how do we know how far away stars and galaxies are?

مهلاً، كيف نعرف كم تبعد النجوم والمجرات؟

After all, when we look at the sky, we have a flat, two-dimensional view.

في الحقيقة، عندما ننظر إلى السماء، نرى مسطحاً ثنائي الأبعاد.

If you point you finger to one star, you can't tell how far the star is,

إذا وجهت إصبعك باتجاه نجمة، لا يمكنك معرفة كم تبعد،

so how do astrophysicists figure that out?

إذاً كيف تمكن علماء فيزياء الفلك من تشخيص ذلك؟

For objects that are very close by,

للأشياء القريبة جداً،

we can use a concept called trigonometric parallax.

يمكن استخدام مفهوم يسمى "المشهد المثلثاتي".

The idea is pretty simple.

الفكرة بسيطة جداً.

Let's do an experiment.

دعونا نقوم بتجربة.

Stick out your thumb and close your left eye.

مد إبهامك وأغلق عينك اليسرى.

Now, open your left eye and close your right eye.

الآن، افتح عينك اليسرى وأغلق اليمنى.

It will look like your thumb has moved,

سيبدو كأن إبهامك تحرك،

while more distant background objects have remained in place.

بينما الأشياء الخلفية البعيدة بقيت مكانها.

ينطبق المفهوم نفسه عندما ننظر إلى النجوم،

The same concept applies when we look at the stars,

but distant stars are much, much farther away than the length of your arm,

لكن النجوم البعيدة، أبعد بكثير من طول ذراعك،

and the Earth isn't very large,

والأرض ليست ضخمة جداً،

so even if you had different telescopes across the equator,

لذلك حتى لو كان لديك تلسكوبات متعددة على طول خط الاستواء،

you'd not see much of a shift in position.

لن تتمكن من رؤية تبدل كثير في المكان.

Instead, we look at the change in the star's apparent location over six months,

عوضاً عن ذلك، ننظر إلى تغير ظهور موقع النجمة لستة أشهر،

the halfway point of the Earth's yearlong orbit around the Sun.

نقطة منتصف الطريق لدوران الأرض حول الشمس لعام كامل.

When we measure the relative positions of the stars in summer,

عندما نقيس المواقع النسبية للنجوم في الصيف،

and then again in winter, it's like looking with your other eye.

وبعدها في الشتاء، يكون الأمر شبيهاً بالنظر بعينك الأخرى.

Nearby stars seem to have moved against the background

النجوم القريبة تبدو كأنها انتقلت إلى خلفية

of the more distant stars and galaxies.

النجوم والمجرات الأبعد.

But this method only works for objects no more than a few thousand light years away.

لكن هذه الطريقة لا تعمل على الكائنات التي تبعد أكثر من بضعة آلاف سنةٍ ضوئيةٍ.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

بعيداً عن مجرتنا، تكون المسافات ضخمة جداً

that the parallax is too small to detect with even our most sensitive instruments.

بحيث أن المنظر يكون صغيراً جداً لكشفه حتى عبر أكثر أدواتنا حساسية.

So at this point we have to rely on a different method

لذا في هذه المرحلة علينا الاعتماد على طريقة مختلفة

using indicators we call standard candles.

باستخدام مؤشرات نسميها "الشموع المعيارية".

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

الشموع المعيارية هي كائنات ذات سطوع جوهري، أو لمعان،

we know really well.

نعرفه بشكل جيد.

For example, if you know how bright your light bulb is,

مثلاً، إذا كنت تعرف مدى إضاءة مصباحك الكهربائي،

and you ask your friend to hold the light bulb and walk away from you,

وطلبت من صديقك أن يحمل المصباح ويبدأ بالابتعاد عنك،

you know that the amount of light you receive from your friend

تعلم أن كمية الضوء التي تتلقاها من صديقك

will decrease by the distance squared.

ستتقلص بمقدار مربع المسافة.

So by comparing the amount of light you receive

إذاً مقارنة كمية الضوء المتلقاة

to the intrinsic brightness of the light bulb,

مع السطوع الجوهري للمصباح

you can then tell how far away your friend is.

يمكنها إخبارك كم يبعد صديقك.

In astronomy, our light bulb turns out to be a special type of star

في علم الفلك، المصباح يكون نوعاً خاصاً من النجوم

called a cepheid variable.

يسمى "متغير سفيد".

These stars are internally unstable,

هذه النجوم غير مستقرة داخلياً،

like a constantly inflating and deflating balloon.

مثل "بالون" ينتفخ ويتضاءل باستمرار.

And because the expansion and contraction causes their brightness to vary,

ولأن التمدد والتقلص يتسببان بتغير سطوعها،

we can calculate their luminosity by measuring the period of this cycle,

يمكننا حساب ضوءها بقياس المدة الزمنية لهذه الدورة،

with more luminous stars changing more slowly.

مع نجوم أخرى يتغير ضوءها بشكلٍ أبطأ.

By comparing the light we observe from these stars

بمقارنة الضوء الذي نلاحظه من هذه النجوم

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

مع السطوع الجوهري الذي حسبناه بهذه الطريقة

we can tell how far away they are.

يمكننا معرفة بعدهم.

Unfortunately, this is still not the end of the story.

للأسف، لم تنتهِ القصة بعد.

We can only observe individual stars up to about 40,000,000 light years away,

يمكننا ملاحظة النجوم الفردية التي تبعد حوالي 40,000,000 سنة ضوئية فقط،

after which they become too blurry to resolve.

وبعدها تصبح ضبابية جداً لحلها.

But luckily we have another type of standard candle:

لكن لحسن الحظ لدينا نوع آخر من الشموع المعيارية:

النوع الشهير "1أ سوبرنوفا ".

the famous type 1a supernova.

"سوبرنوفا"، هي انفجارات نجمية ضخمة وهي واحدة من طرق موت النجوم.

Supernovae, giant stellar explosions are one of the ways that stars die.

These explosions are so bright,

هذه الانفجارات مشعة جداً،

that they outshine the galaxies where they occur.

تقوم بكسف المجرات التي تحصل فيها.

So even when we can't see individual stars in a galaxy,

لذا حتى عندما لا نستطيع أن نرى النجوم الفردية في مجرة ما،

we can still see supernovae when they happen.

يمكننا رؤية السوبرنوفا عند حدوثها.

And type 1a supernovae turn out to be usable as standard candles

تبين أن السوبرنوفا من نوع "1أ" صالحة للاستعمال كشموع معيارية

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

لأن الشموع الساطعة، تتلاشى بشكل أبطأ من الخافتة.

Through our understanding of this relationship

من خلال فهمنا لهذه العلاقة

between brightness and decline rate,

بين معدل السطوع والانخفاض،

we can use these supernovae to probe distances

يمكننا استعمال السوبرنوفا لاستكشاف المسافات

up to several billions of light years away.

البعيدة حتى عدة مليارات من السنوات الضوئية.

But why is it important to see such distant objects anyway?

ولكن ما أهمية أن نرى تلك الكائنات البعيدة؟

Well, remember how fast light travels.

حسنا، تذكروا السرعة التي ينتقل فيها الضوء.

For example, the light emitted by the Sun will take eight minutes to reach us,

مثلاً، الضوء المنبعث من الشمس يستغرق ثمان دقائق ليصل إلينا.

which means that the light we see now is a picture of the Sun eight minutes ago.

ما يعني أن الضوء الذي نراه الآن هو صورة للشمس قبل ثمان دقائق.

When you look at the Big Dipper,

عندما تنظر إلى الدب الأكبر،

you're seeing what it looked like 80 years ago.

فأنت ترى ما كانت عليه قبل 80 عاماً.

And those smudgy galaxies?

وتلك المجرات المنقطة؟

They're millions of light years away.

إنها بعيدة ملايين السنين الضوئية.

It has taken millions of years for that light to reach us.

تطلب الأمر ملايين السنين الضوئية ليصل ذلك الضوء إلينا.

So the universe itself is in some sense an inbuilt time machine.

إذاَ فالكون نفسه بمعنى معين هو آلة زمن تحمل عوامل معينة.

The further we can look back, the younger the universe we are probing.

بالنظر إلى الوراء، نستكشف الكون الأصغر.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

يحاول "علماء فيزياء الفلك" قراءة تاريخ الكون،

and understand how and where we come from.

وفهم كيف ومن أين أتينا.

The universe is constantly sending us information in the form of light.

الكون يرسل لنا باستمرار معلومات على شكل ضوء.

All that remains if for us to decode it.

كل ما يبقى لنا هو فك رموزها.