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

Come misurare le distanze nello spazio? - Yuan-Sen Ting

Traduttore: Anna Cristiana Minoli Revisore: Mercedes Viola

Light is the fastest thing we know.

La luce è la cosa più veloce che conosciamo.

It's so fast that we measure enormous distances

È così veloce che misuriamo enormi distanze

by how long it takes for light to travel them.

con il tempo necessario alla luce a percorrerle.

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

In un anno, la luce viaggia 9 660 000 000 000 miglia,

a distance we call one light year.

una distanza che chiamiamo anno luce.

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

Per darvi un'idea di quanto sia lontano,

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

la Luna, che gli astronauti ci hanno messo quattro giorni a raggiungere,

is only one light-second from Earth.

è solo a un secondo luce dalla Terra.

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

Nel frattempo, la stella più vicina oltre al nostro Sole è Proxima Centauri,

4.24 light years away.

a 4,24 anni luce.

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

La nostra Via Lattea è grande circa 100 000 anni luce.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

La galassia più vicina alla nostra, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

è a circa 2,5 milioni di anni luce.

Space is mind-blowingly vast.

Lo spazio è incredibilmente vasto.

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

Ma.. un momento: come sappiamo quanto sono lontane le galassie?

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

Dopotutto, quando osserviamo il cielo, la visione è piatta, bidimensionale.

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

Puntando il dito ad una stella, non si può dire quanto sia lontana,

so how do astrophysicists figure that out?

allora come fanno gli astrofisici a capirlo?

For objects that are very close by,

Per gli oggetti che sono molto vicini,

we can use a concept called trigonometric parallax.

si può usare un concetto chiamato parallasse trigonometrica.

The idea is pretty simple.

È un'idea abbastanza semplice.

Let's do an experiment.

Facciamo un esperimento.

Stick out your thumb and close your left eye.

Alzate il pollice e chiudete l'occhio sinistro.

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

Ora, aprite l'occhio sinistro e chiudete l'occhio destro.

It will look like your thumb has moved,

Il pollice sembrerà muoversi,

while more distant background objects have remained in place.

mentre gli oggetti più distanti sullo sfondo non si saranno mossi.

The same concept applies when we look at the stars,

Lo stesso concetto si applica quando osserviamo le stelle,

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

ma le stelle distanti sono molto più distanti della lunghezza del braccio,

and the Earth isn't very large,

e la Terra non è molto grande,

so even if you had different telescopes across the equator,

quindi anche avendo diversi telescopi lungo l'equatore,

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

non vedrete molto dallo spostamento della posizione.

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

Invece, si guardano i cambiamenti della posizione delle stelle su sei mesi,

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

il punto a metà strada dell'orbita della Terra intorno al sole.

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

Quando misuriamo la posizione relativa delle stelle in estate,

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

e poi di nuovo in inverno, è come guardare con l'altro occhio.

Nearby stars seem to have moved against the background

Le stelle vicine sembrano muoversi sullo sfondo

of the more distant stars and galaxies.

delle stelle e galassie più distanti.

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

Ma il metodo funziona solo per oggetti a poche migliaia di anni luce.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Oltre la nostra galassia, le distanze sono così grandi

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

che nemmeno gli strumenti più sensibili rilevano la parallasse.

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

Dobbiamo quindi affidarci a un metodo diverso,

using indicators we call standard candles.

usando indicatori che chiamiamo candele standard.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Le candele standard sono oggetti di cui conosciamo bene

we know really well.

la luminosità.

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

Per esempio, se sapete quanto luminosa è una lampadina,

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

e chiedete a un amico di tenere la lampadina e allontanarsi,

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

sapete che la quantità di luce che ricevete dall'amico

will decrease by the distance squared.

diminuirà in base al quadrato della distanza.

So by comparing the amount of light you receive

Quindi confrontando la quantità di luce ricevuta

to the intrinsic brightness of the light bulb,

con quella intrinseca della lampadina,

you can then tell how far away your friend is.

si può dire quanto lontano è l'amico.

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

In astronomia, la nostra lampadina diventa una stella particolare

called a cepheid variable.

chiamata variabile cefeide.

These stars are internally unstable,

Queste stelle sono internamente instabili,

like a constantly inflating and deflating balloon.

come un palloncino che si gonfia e si sgonfia in continuazione.

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

E dato che l'espansione e la contrazione causano variazioni di luminosità,

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

possiamo calcolare la loro luminosità misurando il periodo di questo ciclo,

with more luminous stars changing more slowly.

con le stelle più luminose che cambiano più lentamente.

By comparing the light we observe from these stars

Confrontando la luce emessa da queste stelle

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

con la luminosità intrinseca calcolata in questo modo,

we can tell how far away they are.

possiamo dire quanto sono lontane.

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

Sfortunatamente, la storia non finisce ancora qui.

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

Possiamo distinguerle solo fino a 40 000 000 anni luce,

after which they become too blurry to resolve.

dopodiché diventano troppo sfuocate.

But luckily we have another type of standard candle:

Fortunatamente abbiamo un altro tipo di candele standard:

the famous type 1a supernova.

la famosa supernova di tipo 1a.

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

Le supernovae, gigantesche esplosioni, sono una delle morti stellari.

These explosions are so bright,

Sono esplosioni talmente luminose

that they outshine the galaxies where they occur.

da oscurare le galassie quando si verificano.

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

Anche se non riusciamo a vedere le singole stelle di una galassia,

we can still see supernovae when they happen.

possiamo comunque vedere le supernovae quando si verificano.

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

E le supernova di tipo 1a possono essere usate come candele standard,

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

perché quelle intrinsecamente luminose svaniscono più lentamente.

Through our understanding of this relationship

Comprendendo questa relazione

between brightness and decline rate,

tra luminosità e tasso di declino,

we can use these supernovae to probe distances

grazie alle supernovae calcoliamo le distanze

up to several billions of light years away.

fino a diversi miliardi di anni luce.

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

Ma perché è importante vedere oggetti così lontani?

Well, remember how fast light travels.

Ricordate quando veloce viaggia la luce.

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

Per esempio, la luce emessa dal Sole ci metterà otto minuti a raggiungerci,

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

il che significa che la luce di adesso mostra com'era il Sole otto minuti fa.

When you look at the Big Dipper,

Guardando il Grande Carro,

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

vedete com'era 80 anni fa.

And those smudgy galaxies?

E queste galassie a macchie?

They're millions of light years away.

Sono distanti milioni di anni luce.

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

Ci sono voluti milioni di anni perché quella luce arrivasse a noi.

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

L'Universo stesso è, in qualche modo, una macchina del tempo.

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

Più indietro riusciamo a guardare, più giovane è l'Universo che esploriamo.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Gli astrofisici cercano di leggere la storia dell'Universo,

and understand how and where we come from.

e capire come e da dove veniamo.

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

L'Universo ci invia costantemente informazioni sotto forma di luce.

All that remains if for us to decode it.

Tutto quel che ci resta da fare è decodificarla.