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

Как измерваме разстоянията в космоса? - Юан-Сен Тинг

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

Light is the fastest thing we know.

Светлината е най-бързото нещо, което познаваме.

It's so fast that we measure enormous distances

Толкова е бърза, че измерваме огромни разстояния

by how long it takes for light to travel them.

с времето, необходимо на светлината да ги премине.

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

За една година светлината пропътува около 6 000 000 000 000 мили,

a distance we call one light year.

разстояние, което наричаме една светлинна година.

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

За да получите представа колко голямо е то,

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

Луната, до която астронавтите от Аполо стигнаха за четири дни,

is only one light-second from Earth.

се намира само на една светлинна секунда от Земята.

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

В същото време най-близката звезда след нашето Слънце е Проксима Кентавър,

4.24 light years away.

на 4,24 светлинни години.

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

Нашият Млечен път е широк около 100 000 светлинни години.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Най-близката галактика до нашата, Андромеда,

is about 2.5 million light years away

се намира на около 2,5 светлинни години.

Space is mind-blowingly vast.

Космосът е шокиращо необятен.

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

Но почакайте, откъде знаем колко далече са звездите и галактиките?

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

В края на краищата, като погледнем небето, гледката е плоска и двуизмерна.

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

Ако посочите една звезда с пръст, не можете да определите колко далече е тя,

so how do astrophysicists figure that out?

тогава как астрофизиците го разбират?

For objects that are very close by,

За обекти, които са много близо

we can use a concept called trigonometric parallax.

можем да използваме един принцип, наречен тригонометричен паралакс.

The idea is pretty simple.

Идеята е много проста.

Let's do an experiment.

Да направим един експеримент.

Stick out your thumb and close your left eye.

Вдигнете палец и затворете лявото си око.

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

Сега отворете лявото око и затворете дясното.

It will look like your thumb has moved,

Изглежда сякаш палецът ви се е изместил,

while more distant background objects have remained in place.

докато по-далечните задни обекти са останали на място.

The same concept applies when we look at the stars,

Същият принцип се прилага и когато гледаме звездите,

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

но далечните звезди са много, много по-далече от дължината на ръката ви,

and the Earth isn't very large,

а Земята не е много голяма

so even if you had different telescopes across the equator,

и дори да имате телескопи на различни места по Екватора,

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

няма да забележите голяма промяна в позицията.

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

Вместо това, следим промяната във видимото положение на звездата шест месеца,

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

половината от едногодишната обиколка на Земята около Слънцето.

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

Когато измерваме относителните позиции на звездите през лятото

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

и после отново през зимата, това е като да погледнем с другото око.

Nearby stars seem to have moved against the background

Близките звезди изглежда са се преместили на фона на

of the more distant stars and galaxies.

по-далечните звезди и галактики.

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

Но този метод работи само за обекти на не повече от няколко хиляди светлинни години.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Отвъд нашата галактика разстоянията са толкова огромни,

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

че паралаксът е твърде малък, за да го засекат дори най-чувствителните ни прибори.

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

Затова в този случай трябва да разчитаме на друг метод,

using indicators we call standard candles.

използвайки индикатори, които наричаме стандартни свещи.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Стандартните свещи са обекти, чиято естествена яркост или светимост

we know really well.

познаваме наистина добре.

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

Например, ако знаете колко ярка е електрическата ви крушка

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

и помолите приятел да държи крушката и да се отдалечи,

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

ще знаете, че количеството светлина, което идва от приятеля ви

will decrease by the distance squared.

ще намалява с квадрата на разстоянието.

So by comparing the amount of light you receive

Т.е. сравнявайки количеството получена светлина

to the intrinsic brightness of the light bulb,

с естествената яркост на крушката,

you can then tell how far away your friend is.

можете да определите колко далеч е приятелят ви.

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

В астрономията в ролята на крушка е особен тип звезда,

called a cepheid variable.

наречена цефеида.

These stars are internally unstable,

Тези звезди са вътрешно нестабилни,

like a constantly inflating and deflating balloon.

подобно на постоянно надуващи се и спадащи балони.

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

И понеже разширяването и свиването са причина яркостта да варира,

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

можем да изчислим светимостта им като измерим периода от този цикъл

with more luminous stars changing more slowly.

с по-ярки звезди, които се променят по-бавно.

By comparing the light we observe from these stars

Чрез сравнение на светлината, наблюдавана от тези звезди

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

с естествената яркост, изчислена по този начин,

we can tell how far away they are.

можем да определим колко далече са те.

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

За съжаление, това все още не е краят на историята.

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

Можем да наблюдаваме отделни звезди само до около 40 000 000 светлинни години,

after which they become too blurry to resolve.

след това те стават твърде мъгляви за анализ.

But luckily we have another type of standard candle:

Но за щастие разполагаме и с друг вид стандартна свещ:

the famous type 1a supernova.

прочутата свръхнова тип 1а.

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

Свръхновите, гигантски звездни експлозии, са един от видовете смърт за звездите.

These explosions are so bright,

Тези експлозии са толкова ярки,

that they outshine the galaxies where they occur.

че светят по-силно от галактиките, в които се случват.

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

Затова, дори когато не виждаме отделните звезди в една галактика,

we can still see supernovae when they happen.

все пак виждаме свръхновите, когато избухнат.

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

А свръхновите от тип 1а се оказват полезни стандартни свещи,

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

защото естествено ярките сред тях гаснат по-бавно от по-слабите.

Through our understanding of this relationship

Чрез разбирането на връзката

between brightness and decline rate,

между яркост и скорост на гаснене,

we can use these supernovae to probe distances

можем да използваме свръхновите за проучване на разстояния

up to several billions of light years away.

до няколко милиарда светлинни години.

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

Но защо изобщо е важно да видим такива далечни обекти?

Well, remember how fast light travels.

Ами, спомнете си скоростта на светлината.

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

Например, на светлината от Слънцето ѝ трябват осем минути да ни достигне,

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

което означава, че светлината, видяна сега е снимка на Слънцето отпреди 8 минути.

When you look at the Big Dipper,

Щом погледнете Голямата мечка,

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

виждате как е изглеждала преди 80 години.

And those smudgy galaxies?

А онези размазани галактики?

They're millions of light years away.

Те са на милиони светлинни години.

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

На светлината са ѝ трябвали милиони години да ни достигне.

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

Вселената сама по себе си е машина на времето в някакъв смисъл.

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

Колкото по-назад гледаме, толкова по-млада Вселена проучваме.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Астрофизиците се опитват да прочетат историята на Вселената

and understand how and where we come from.

и да разберат как и откъде произлизаме.

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

Вселената постоянно ни изпраща информация под формата на светлина.

All that remains if for us to decode it.

Остава само да я разгадаем.