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

Translator: soroush sabouri Reviewer: soheila Jafari

Light is the fastest thing we know.

نور سریعترین چیزی است که ما می شناسیم.

It's so fast that we measure enormous distances

اینقدر سریع که مسافت های خیلی زیاد را با دانستن اینکه

by how long it takes for light to travel them.

چقدر طول می کشد تا نور به آن برسد اندازه گیری می کنیم.

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

مسافتی که نور در یک سال می پیماید، حدود "۹،۶۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ "( ۹/۶ تریلیون) کیلومتر است!

a distance we call one light year.

که به آن یک سال نوری می گوییم.

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

برای اینکه بزرگی آن را درک کنید،

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

رسیدن به ماه که برای فضانوردان سفبنه آپولو ۴ روز طول کشید،

is only one light-second from Earth.

برای نور تنها یک ثانیه طول می کشد.

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

" پروکسیما قنطروس " نزدیک ترین ستاره به ما بعد از خورشید،

4.24 light years away.

۴/۲۴ سال نوری از ما فاصله دارد.

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

کهکشان راه شیری ما در مرتبه ۱۰۰,۰۰۰ سال نوری پهنا دارد.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

" آندرومدا "، نزدیک ترین کهکشان به کهکشان ما،

is about 2.5 million light years away

حدود ۲/۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد.

Space is mind-blowingly vast.

فضا به حد خارج از تصوری وسیع است.

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

اما، ما از کجا می دانیم که ستاره ها و کهکشان ها ، چقدر از ما فاصله دارند؟

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

زمانی که ما به آسمان نگاه می کنیم، دیدی دوبعدی و تخت داریم.

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

اگر انگشت خود را به سمت ستاره ای بگیرید، نمی توانید فاصله آن را بدست آورید،

so how do astrophysicists figure that out?

پس ستاره شناسان از کجا می دانند؟

For objects that are very close by,

برای اجسامی که خیلی به ما نزدیک هستند،

we can use a concept called trigonometric parallax.

می توانیم از روش اختلاف منظر مثلثاتی استفاده کنیم.

The idea is pretty simple.

که ایده ی خیلی ساده ای دارد.

Let's do an experiment.

بیایید یک آزمایش انجام دهیم.

Stick out your thumb and close your left eye.

انگشت شست خود را بلند کنید و چشم چپ خود را ببندید.

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

حالا، چشم چپ خود را باز کنید و چشم راستتان را ببندید.

It will look like your thumb has moved,

انگار که انگشت شست شما حرکت کرده،

while more distant background objects have remained in place.

در حالی که اجسام دوری که در پشت دیده می شوند ثابت هستند.

The same concept applies when we look at the stars,

برای ستاره ها نیز از مفهوم مشابهی استفاده می کنیم.

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

اما ستاره های دوردست، خیلی خیلی دورتر از طول بازوی شما هستند،

and the Earth isn't very large,

و زمین خیلی بزرگ نیست،

so even if you had different telescopes across the equator,

پس حتی اگر در طول خط استوا نیز تلسکوپ داشته باشید،

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

تغییر مکان خاصی را احساس نخواهید کرد.

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

در عوض، ما تغییر موقعیت ظاهری ستاره ها را در شش ماه رصد می کنیم،

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

نقطه نیمه ی راه از مداری که زمین به دور خورشید در یک سال می پیماید.

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

زمانی که ما موقعیت نسبی ستاره ها را در تابستان

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

و دوباره در زمستان اندازه می گیریم، مانند زمانیست که چشم دیگر خود را می بندید.

Nearby stars seem to have moved against the background

به نظر می رسد که ستارگان نزدیک نسبت به پس زمینه ی

of the more distant stars and galaxies.

ستارگان دورتر و کهکشان ها جابجا شده اند.

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

اما این روش تنها برای اجسامی که بیش از چند هزار سال نوری فاصله ندارند چاره ساز است.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

فراتر از کهکشان ما، فاصله ها بسیار بزگ هستند

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

که حتی برای حساسترین ابزارهای ما اختلاف منظر بسیار کوچکی وجود دارد.

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

پس در اینجا مجبوریم روی روش دیگری تکیه کنیم.

using indicators we call standard candles.

با استفاده از شاخص هایی که به آنها شمع های استاندارد می گوییم.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

شمع های استاندارد اجسامی هستند که روشنایی و یا درخشندگی ذاتی دارند،

we know really well.

مانند آنچه می شناسیم.

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

برای مثال، اگر شما لامپی داشته باشید که روشنایی آن را می دانید،

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

و از دوستتان بخواهید که لامپ را بگیرد و از شما دور شود،

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

همانطور که می دانید ، مقدار نوری که از دوستتان دریافت می کنید

will decrease by the distance squared.

با توان دو فاصله کاهش می یابد.

So by comparing the amount of light you receive

پس با مقایسه مقدار نوری که شما دریافت می کنید

to the intrinsic brightness of the light bulb,

با روشنایی ذاتی لامپ،

you can then tell how far away your friend is.

می توانید مشخص کنید دوستتان چقدر از شما فاصله دارد.

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

در ستاره شناسی، لامپ نوعی ستاره خواهد بود

called a cepheid variable.

که به آن متغییر قیفاووسی می گویند.

These stars are internally unstable,

این ستاره ها از داخل ناپایدارند،

like a constantly inflating and deflating balloon.

مانند بادکنکی که مدام پر و خالی می شود.

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

و چون این انبساط و انقباض موجب تغییر در روشنایی آنها می شود،

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

ما می توانیم روشنایی آنها را با اندازه گیری دوره ی این چرخه محاسبه کنیم،

with more luminous stars changing more slowly.

ستاره های با درخشندگی بیشتر، تغییرات آهسته تری دارند.

By comparing the light we observe from these stars

از مقایسه نوری که از این ستاره ها مشاهده می کنیم

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

با درخشندگی ذاتی ای که از این راه محاسبه کرده ایم،

we can tell how far away they are.

میتوانیم بگوییم چقدر از ما دور هستند.

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

متاسفانه، این هنوز پایان داستان نیست.

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

ما تنها میتوانیم تنها ستارگانی با حدود ۴۰٫۰۰۰٫۰۰۰ سال نوری فاصله را مشاهده کنیم،

after which they become too blurry to resolve.

و ستارگان دورتر برای اینکار بیش از حد تار می شوند.

But luckily we have another type of standard candle:

اما خوشبختانه ، ما نوع دیگری از شمع های استاندارد داریم:

the famous type 1a supernova.

معروف به ابرنواخترIa

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

ابرنواختر، انفجار یک ستاره غول پیکراست و یکی از راه هایی که ستاره ها می میرند.

These explosions are so bright,

این انفجار بسیار درخشان است،

that they outshine the galaxies where they occur.

که حتی کهکشانی که در آن هستند را نیز تحت الشعاع قرار می دهند.

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

با اینکه ما نمی توانیم ستارگان را به شکل مجزا در یک کهکشان ببینیم،

we can still see supernovae when they happen.

ولی هنوز می توانیم یک ابرنواختر را ببینیم.

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

و ابرنواخترهای 1a را شمع های استاندارد می گیریم

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

چون آنهایی که روشن تر هستند آهسته تر از کم نورترها محو می شوند.

Through our understanding of this relationship

با استفاده از درکی که در این رابطه ی

between brightness and decline rate,

روشنایی و نرخ کاهش داریم،

we can use these supernovae to probe distances

میتوانیم از این ابرنواخترها برای بررسی فاصله

up to several billions of light years away.

تا بیشتر از چندین میلیارد سال نوری استفاده کنیم.

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

اما دیدن اجسام به این دوری چه اهمیتی دارد؟

Well, remember how fast light travels.

خب، سرعت بالای نور را به یاد بیاورید.

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

برای مثال، هشت دقیقه طول می کشد تا نور خورشید به ما برسد،

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

که یعنی تصویری که هر لحظه از خورشید می بینیم متعلق به هشت دقیقه پیش است.

When you look at the Big Dipper,

وقتی که به دب اکبر نگاه می کنید

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

شما ۸۰ سال پیش آن را می بینید.

And those smudgy galaxies?

و کهکشان ها

They're millions of light years away.

میلیاردها سال نوری دورند.

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

که یعنی میلیون ها سال طول می کشد تا نور آن ها به ما برسد.

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

به عبارتی کیهان خودش یک ماشین زمان است.

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

هر چه به دورتر نگاه کنیم، در حال کاوش جهان جوانتری هستیم.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

ستاره شناسان تلاش میکنند تا تاریخ کیهان را مطالعه کنند،

and understand how and where we come from.

و پی ببرند ما چگونه و از کجا آمده ایم.

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

کیهان دائما اطلاعاتی را در قالب نور برای ما می فرستد.

All that remains if for us to decode it.

و کاری که باقی می ماند رمز گشایی آن توسط ماست.