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

תרגום: Yubal Masalker עריכה: Ido Dekkers

Light is the fastest thing we know.

אור הוא הדבר הכי מהיר שאנו מכירים.

It's so fast that we measure enormous distances

הוא כל-כך מהיר שאנו מודדים מרחקים עצומים

by how long it takes for light to travel them.

באמצעות חישוב כמה זמן לוקח לאור לעבור אותם.

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

בשנה, האור עובר כ-10 טריליון ק"מ,

a distance we call one light year.

מרחק שאנו מכנים שנת-אור.

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

רק כדי לתת מושג כמה זה רחוק,

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

הירח, שלקח לחללית אפולו 4 ימים להגיע אליו,

is only one light-second from Earth.

נמצא במרחק של רק 8 שניות-אור מהארץ.

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

הכוכב הכי קרוב אלינו אחרי השמש הוא פרוקסימה סנטאורי,

4.24 light years away.

במרחק של 4.24 שנות-אור.

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

שביל החלב שלנו הוא בערך מאה אלף שנות-אור מקצה לקצה.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

הגלקסיה הכי קרובה לשלנו, אנדרומדה,

is about 2.5 million light years away

נמצאת כ-2.5 מיליון שנות-אור מאיתנו.

Space is mind-blowingly vast.

מימדיו העצומים של החלל פשוט בלתי נתפסים.

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

אז כיצד אנו יודעים את המרחק מכוכבים וגלקסיות?

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

כי הרי כאשר מביטים בשמיים רואים מראה דו-מימדי שטוח.

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

אם מצביעים אל עבר כוכב מסויים, לא ניתן לומר כמה הוא רחוק.

so how do astrophysicists figure that out?

אז כיצד האסטרופיזיקאים מוצאים את המרחק?

For objects that are very close by,

עם עצמים שקרובים מאוד אלינו,

we can use a concept called trigonometric parallax.

אפשר להשתמש במה שנקרא היסט טריגונומטרי.

The idea is pretty simple.

הרעיון די פשוט.

Let's do an experiment.

נעשה ניסוי.

Stick out your thumb and close your left eye.

תחזיקו את האגודל ממול ותסגרו עין שמאל.

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

עכשיו, תפתחו עין שמאל ותסגרו עין ימין.

It will look like your thumb has moved,

זה נראה כאילו האגודל זז,

while more distant background objects have remained in place.

בעוד שהעצמים היותר רחוקים מאחור נשארו במקומם.

The same concept applies when we look at the stars,

אותו רעיון עובד כאשר אנו מביטים בכוכבים,

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

אבל הכוכבים הם הרבה יותר רחוקים מאשר אורך ידינו,

and the Earth isn't very large,

וכדור-הארץ אינו כל-כך גדול,

so even if you had different telescopes across the equator,

לכן גם אם היו לנו טלסקופים מוצבים לאורך קו-המשווה,

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

לא היינו רואים היסט כה גדול במיקום.

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

במקום זה, אנו בודקים את השינוי במיקום הכוכב כל 6 חודשים,

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

נקודת האמצע של המסלול השנתי של הארץ סביב השמש.

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

כאשר מודדים את המיקום היחסי של הכוכבים בקיץ,

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

ואז שוב בחורף, זה כמו להביט עם העין השניה.

Nearby stars seem to have moved against the background

כוכבים קרובים נראים כאילו שזזו לעומת הרקע

of the more distant stars and galaxies.

של הכוכבים והגלקסיות היותר רחוקים.

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

אבל שיטה זו טובה רק לעצמים הרחוקים לא יותר מאשר כמה אלפי שנות-אור.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

מעבר לגלקסיה שלנו, המרחקים הם כה גדולים

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

שההיסט קטן מדי מכדי לגלותו אפילו באמצעות המיכשור הכי רגיש.

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

לכן בשלב זה עלינו לסמוך על שיטה אחרת

using indicators we call standard candles.

העושה שימוש בסמנים הנקראים נרות תקניים.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

נרות תקניים הם עצמים שבהירותם העצמית, או עוצמת ההארה שלהם,

we know really well.

ידועות לנו היטב.

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

לדוגמא, אם אנו יודעים מה עוצמת הההארה של נורה,

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

ומבקשים מחבר להחזיקה ולהתרחק מאיתנו,

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

אנו יודעים שכמות האור שמגיעה אלינו

will decrease by the distance squared.

תרד ביחס ריבועי למרחק.

So by comparing the amount of light you receive

כך, על-ידי השוואת כמות האור שמגיע אלינו

to the intrinsic brightness of the light bulb,

עם עוצמת ההארה האמיתית של הנורה,

you can then tell how far away your friend is.

ניתו לדעת מה המרחק של החבר מאיתנו.

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

באסטרונומיה, הנורה הופכת להיות כוכב מסוג מסויים

called a cepheid variable.

הנקרא משתנה קפאידי.

These stars are internally unstable,

כוכבים אלה הם בלתי יציבים בהווייתם,

like a constantly inflating and deflating balloon.

כמו בלון המתפשט ומתכווץ בקביעות.

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

ובגלל שההתפשטות-התכווצות גורמת לבהירותם להשתנות,

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

ניתן לחשב את עוצמת הארתם על-ידי מדידת זמן המחזור,

with more luminous stars changing more slowly.

כאשר הכוכבים שמאירים יותר חזק משתנים יותר לאט.

By comparing the light we observe from these stars

על-ידי השוואת האור הנצפה מכוכבים אלה

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

לבהירותם העצמית כפי שחושבה בדרך הנ"ל,

we can tell how far away they are.

ניתן לומר מה מרחקם מאיתנו.

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

לצערנו, זה עדיין לא סוף הסיפור.

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

ביכולתנו לצפות בכוכבים בודדים עד למרחק של 40 מיליון שנות-אור,

after which they become too blurry to resolve.

שלאחריו הם הופכים למטושטשים מדי לאיבחון.

But luckily we have another type of standard candle:

אבל למרבה המזל יש לנו נרות תקניים מסוג אחר:

the famous type 1a supernova.

הסוג הידוע של סופרנובה 1a.

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

סופרנובה היא התפוצצות אדירה של כוכב, שהיא אחת הדרכים בה כוכב גווע.

These explosions are so bright,

התפוצצויות הללו הן כה בוהקות,

that they outshine the galaxies where they occur.

שאורן מאפיל על אור הגלקסיות בהן הן מתרחשות.

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

לכן אף אם אין ביכולתנו לראות כוכבים בודדים בגלקסיה,

we can still see supernovae when they happen.

עדיין אנו יכולים לראות סופרנובה כאשר היא מתרחשת.

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

וסופרנובה מסוג 1a משמשת בתור נר תקני

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

מכיוון שעצם זוהר דועך לאט יותר מעצם מעומעם.

Through our understanding of this relationship

מהבנה זו שלנו על הקשר

between brightness and decline rate,

בין מידת הזוהר לקצב הדעיכה,

we can use these supernovae to probe distances

ניתן לנצל סופרנובות הללו כדי למדוד

up to several billions of light years away.

מרחקים של עד כמה מיליארדי שנות-אור.

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

אבל מדוע זה כה חשוב לראות עצמים כל-כך רחוקים?

Well, remember how fast light travels.

היזכרו כמה מהר נע האור.

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

לדוגמא, לאור הנפלט מהשמש יקח 8 דקות להגיע אלינו,

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

שזה אומר שהאור שאנו רואים כעת הוא תמונה של השמש מלפני 8 דקות.

When you look at the Big Dipper,

כאשר מסתכלים על ה"דובה הגדולה",

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

רואים אותה כפי שהיתה לפני 80 שנה.

And those smudgy galaxies?

ואותן גלקסיות מטושטשות?

They're millions of light years away.

הן נמצאות במרחק מיליוני שנות-אור.

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

זה לקח לאותו אור מיליוני שנות-אור כדי להגיע אלינו.

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

כך שהיקום במובן מסויים הוא מין מכונת זמן טבעית.

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

ככל שאנו צופים יותר רחוק, כך היקום שאנו חוקרים צעיר יותר.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

האסטרופיזיקאים מנסים לקרוא את היסטוריית היקום,

and understand how and where we come from.

ולהבין כיצד ומהיכן באנו.

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

היקום כל הזמן שולח לנו מידע בצורת אור.

All that remains if for us to decode it.

מה שנשאר לנו זה לפענח אותו.