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

Wie messen wir Entfernungen im Universum? - Yuan-Sen Ting

Übersetzung: Mark Thieß Lektorat: Nadine Hennig

Light is the fastest thing we know.

Licht ist das Schnellste, das wir kennen.

It's so fast that we measure enormous distances

Es ist so schnell, dass wir riesige Entfernungen danach bemessen,

by how long it takes for light to travel them.

wie lange Licht braucht, um sie zurückzulegen.

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

In einem Jahr legt Licht ca. 9 500 000 000 000 km zurück,

a distance we call one light year.

diese Entfernung nennen wir ein Lichtjahr.

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

Um eine Vorstellung zu bekommen, wie weit das ist:

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

Die Apollo-Astronauten brauchten vier Tage bis zum Mond,

is only one light-second from Earth.

er ist aber nur eine Lichtsekunde von der Erde entfernt.

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

Proxima Centauri, der nächstgelegene Stern jenseits der Sonne,

4.24 light years away.

ist schon 4,24 Lichtjahre entfernt.

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

Der Durchmesser unserer Milchstraße liegt bei etwa 100 000 Lichtjahren.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Die uns nächstgelegene Galaxie, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

liegt 2,5 Mio. Lichtjahre entfernt.

Space is mind-blowingly vast.

Das Universum ist unvorstellbar groß.

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

Aber woher wissen wir, wie weit die Sterne und Galaxien von uns entfernt sind?

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

Wenn wir den Himmel anschauen, sehen wir ja nur eine zweidimensionale Fläche.

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

Zeigt man mit dem Finger auf einen Stern, weiß man noch nicht, wie weit er weg ist.

so how do astrophysicists figure that out?

Wie berechnen Astrophysiker das?

For objects that are very close by,

Für sehr nahe Objekte

we can use a concept called trigonometric parallax.

können wir ein Konzept namens Trigonometrische Parallaxe nutzen.

The idea is pretty simple.

Es ist ganz einfach.

Let's do an experiment.

Experimentieren wir ein wenig:

Stick out your thumb and close your left eye.

Strecke deinen Daumen aus und schließe dein linkes Auge.

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

Jetzt öffne dein linkes Auge und schließe das rechte.

It will look like your thumb has moved,

Es sieht so aus, als hätte der Daumen sich bewegt,

while more distant background objects have remained in place.

im Gegensatz zu weiter entfernten Objekten im Hintergrund.

Das gleiche Konzept wird auf Sterne angewendet,

The same concept applies when we look at the stars,

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

jedoch sind ferne Sterne viel weiter weg als dein Arm lang ist.

and the Earth isn't very large,

Und die Erde ist nicht besonders groß.

so even if you had different telescopes across the equator,

Selbst mit mehreren Teleskopen entlang des Äquators

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

würden wir keine große Verschiebung erkennen.

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

Stattdessen beobachten wir

die scheinbare Standort-Veränderung eines Sternes innerhalb von 6 Monaten,

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

nachdem die Erde die Sonne zur Hälfte umrundet hat.

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

Wenn wir die relativen Positionen der Sterne im Sommer messen,

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

und dann nochmal im Winter, ist das,

als würde man mit dem anderen Auge schauen.

Nearby stars seem to have moved against the background

Nähere Sterne haben sich scheinbar im Verhältnis

of the more distant stars and galaxies.

zu den weiter entfernten Sternen und Galaxien bewegt.

Aber diese Methode funktioniert nur mit Objekten,

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

die nicht mehr als ein paar tausend Lichtjahre entfernt sind.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Außerhalb unserer Galaxie sind die Entfernungen so groß,

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

dass die Parallaxe zu klein ist,

um sie selbst mit unseren empfindlichsten Geräten zu messen.

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

An dieser Stelle brauchen wir eine andere Methode,

using indicators we call standard candles.

bei der sogenannte Standardkerzen als Indikator dienen.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Standardkerzen sind Objekte, deren Leuchtkraft bzw. Helligkeit

we know really well.

wir genau kennen.

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

Zum Beispiel: Wenn du weißt, wie hell deine Glühbirne ist,

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

und du bittest einen Freund, sich mit der Glühbirne von dir zu entfernen,

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

dann weißt du, dass das Licht von deinem Freund

will decrease by the distance squared.

mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.

So by comparing the amount of light you receive

Wenn du nun das Licht, das bei dir ankommt,

to the intrinsic brightness of the light bulb,

mit der Leuchtkraft der Glühbirne vergleichst,

you can then tell how far away your friend is.

kannst du berechnen, wie weit dein Freund von dir weg ist.

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

In der Astronomie wird diese Glühbirne durch eine spezielle Art

called a cepheid variable.

von Stern verkörpert, den man Cepheiden nennt.

These stars are internally unstable,

Diese Sterne sind im Inneren instabil,

so als würde man ständig einen Ballon aufblasen

like a constantly inflating and deflating balloon.

und dann die Luft wieder herauslassen.

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

Weil diese Ausdehnung und Kontraktion die Helligkeit der Sterne variieren lässt,

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

können wir ihre Helligkeit berechnen, indem wir die Länge dieses Zyklus messen,

with more luminous stars changing more slowly.

wobei sich hellere Sterne langsamer verändern.

By comparing the light we observe from these stars

Wenn wir das sichtbare Licht dieser Sterne

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

mit ihrer berechneten Helligkeit vergleichen,

we can tell how far away they are.

können wir die Entfernung ausrechnen.

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

Leider ist das noch nicht alles.

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

Einzelne Sterne können wir nur bis zu einer Entfernung

von 40 000 000 Lichtjahren beobachten.

after which they become too blurry to resolve.

Danach werden sie zu unscharf.

But luckily we have another type of standard candle:

Glücklicherweise gibt es noch eine zweite Art Standardkerze:

the famous type 1a supernova.

die berühmte Supernova vom Typ 1a.

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

Supernovas sind riesige Sternenexplosionen und eine Form des Sternentodes.

These explosions are so bright,

Diese Explosionen sind so hell,

that they outshine the galaxies where they occur.

dass sie ihre eigenen Galaxien überstrahlen.

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

Also selbst wenn wir die Sterne einer Galaxie nicht ausmachen können,

we can still see supernovae when they happen.

können wir immer noch Supernovas erkennen.

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

Typ-1a-Supernovas kann man als Standardkerzen nutzen,

da diese sehr hellen Sterne

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

sich langsamer verdunkeln als weniger helle.

Through our understanding of this relationship

Durch das Verstehen des Zusammenhangs

between brightness and decline rate,

zwischen Helligkeit und Verdunklungsrate

we can use these supernovae to probe distances

können wir diese Supernovas nutzen, um in Entfernungen

up to several billions of light years away.

von bis zu mehreren Milliarden Lichtjahren vorzudringen.

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

Aber warum ist es überhaupt wichtig, so weit entfernte Objekte zu betrachten?

Well, remember how fast light travels.

Erinnern wir uns daran, wie schnell Licht sich bewegt.

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

Zum Beispiel braucht das Licht von der Sonne bis zu uns acht Minuten.

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

Das bedeutet, dass das Licht, das wir jetzt sehen,

die Sonne vor acht Minuten zeigt.

Betrachtet man den Großen Wagen,

When you look at the Big Dipper,

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

sieht man, wie er vor 80 Jahren aussah.

And those smudgy galaxies?

Und diese unscharfen Galaxien?

They're millions of light years away.

Sie sind Millionen Lichjahre entfernt.

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

Es hat Millionen Jahre gedauert, bis ihr Licht uns erreicht hat.

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

Also hat das Universum auf gewisse Weise eine eingebaute Zeitmaschine.

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

Je weiter wir zurücksehen, desto jünger ist das Universum, in das wir blicken.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Astrophysiker versuchen, die Geschichte des Universums zu lesen

and understand how and where we come from.

und zu verstehen, woher wir kommen.

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

Das Universum schickt uns ständig Informationen in Form von Licht.

All that remains if for us to decode it.

Wir müssen sie nur noch entschlüsseln.