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

宇宙での距離はどうやって測るのか？－ユアンセン・ティン

翻訳: Tomoyuki Suzuki 校正: Misaki Sato

Light is the fastest thing we know.

光は何よりも速く進みます

It's so fast that we measure enormous distances

とても速いので 光が届く時間を測ることで

by how long it takes for light to travel them.

とてつもない距離を測定することができます

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

１年で約10兆キロも進みますが

a distance we call one light year.

この距離を１光年といいます

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

この距離を感覚的に言うと

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

アポロ宇宙飛行士が４日かけて到達した 月までの距離が

is only one light-second from Earth.

地球から たったの１光秒なのです

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

一方 太陽から最も近い所にある星 プロキシマ・ケンタウリは

4.24 light years away.

4.24光年離れています

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

我が銀河系の幅は 10万光年程度です

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

最も近い所にある銀河である アンドロメダ銀河は

is about 2.5 million light years away

約250万光年のところにあります

Space is mind-blowingly vast.

宇宙はとてつもなく広いのです

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

でも待って　星や銀河がどの位 離れているか どうやって知るのでしょう？

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

結局 空を眺めるということは 平たく ２次元的に見ているだけです

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

ある星を指さしてみても どの位遠いか分りません

so how do astrophysicists figure that out?

では 天文物理学者は どうやって距離がわかるのでしょうか？

For objects that are very close by,

近くにあるものなら

we can use a concept called trigonometric parallax.

三角視差という方法を使うことができます

The idea is pretty simple.

簡単なアイデアです

Let's do an experiment.

さっそく実験してみましょう

Stick out your thumb and close your left eye.

親指を突き出して 左目を閉じてみます

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

次に左目を開けて 今度は右目を閉じて下さい

It will look like your thumb has moved,

すると 親指が動いたように見えますね

while more distant background objects have remained in place.

でも 背景にある遠くにあるものは 動きません

The same concept applies when we look at the stars,

星を観察する時も 同じ方法が使えます

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

でも星までの距離はあなたの腕の長さに 比べたら ずっと ずっと遠くにあります

and the Earth isn't very large,

それに地球はそれほど大きくないので

so even if you had different telescopes across the equator,

天体望遠鏡を赤道上に いくつか設置してみても

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

星の位置はそれ程ずれて 見えることはありません

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

その代り ６か月の間を空けて 星の見かけの位置を観測してみましょう

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

つまり １年かけて太陽の周りを回る 地球が反対の位置にある時です

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

星をまず夏に そしてもう一度

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

冬に位置を相対的に観測することは もう一方の目で見るようなことです

Nearby stars seem to have moved against the background

近くにある星は もっと遠い所にある

of the more distant stars and galaxies.

背景の星に対し動いているように見えます

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

でも この方法は数千光年程度までしか 使えません

Beyond our own galaxy, the distances are so great

我が銀河系を超えると あまりにも距離が離れているので

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

視差があまりにも小さく 最高の装置でも 検知することができません

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

ここからは別の方法に 頼らなければなりません

using indicators we call standard candles.

標準光源を使う方法です

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

標準光源とは固有の輝度 もしくは 光度について

we know really well.

とても良く知られている天体のことです

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

例えてみると 明るさの分かっている 電球があって

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

これを友人に持ってもらい 遠ざかってもらいましょう

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

すると あなたに届く光の量は

will decrease by the distance squared.

距離の２乗に反比例して 減少していきます

So by comparing the amount of light you receive

あなたが受け取った光の強さを

to the intrinsic brightness of the light bulb,

電球本来の明るさと比べることによって

you can then tell how far away your friend is.

友人がどの位遠ざかっているか分ります

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

天文学では ケフェイド変光星という ある種の特別な星が

called a cepheid variable.

電球の役目を果たします

These stars are internally unstable,

これは膨張と収縮を常に繰り返している

like a constantly inflating and deflating balloon.

不安定な風船のような星です

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

膨張と収縮により明るさが変化し

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

その周期を測定することで 光度を計算することができます

with more luminous stars changing more slowly.

光度が高い星ほど ゆっくりと変化するからです

By comparing the light we observe from these stars

実際に見える明るさと

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

こうやって計算した 本来の明るさを比較することで

we can tell how far away they are.

どの位離れているかが計算できます

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

残念ながら 話はまだ終わりません

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

個々の星は4,000万年光年程度までしか 観測することが出来ません

after which they become too blurry to resolve.

それより遠くなると 輪郭が はっきりしなくなってしまいます

But luckily we have another type of standard candle:

でも運がいいことに 別のタイプの標準光源があります

the famous type 1a supernova.

有名なIa型超新星です

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

超新星は 巨大な星が爆発を起こす 星の死にざまの一つです

These explosions are so bright,

爆発でとても明るくなるので

that they outshine the galaxies where they occur.

その星のある銀河そのものよりも 明るくなります

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

ですから銀河にある一つ一つの 星が見えなくても

we can still see supernovae when they happen.

超新星爆発が起こったら 観測できます

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

Ia型超新星は標準光源として 利用できることが分かりました

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

より明るいものは 暗いものより ゆっくりと暗くなっていきます

Through our understanding of this relationship

輝度と 暗くなっていく速さの関係が

between brightness and decline rate,

分かっているので

we can use these supernovae to probe distances

このタイプの超新星を用いて

up to several billions of light years away.

数十億光年までの距離を測ることができます

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

でも そんなに遠くにある天体を見ることが なぜ大切なのでしょう？

Well, remember how fast light travels.

では 光がどの位速く伝わるか 思い出してみましょう

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

例えば 太陽から放出された光は ８分かけて地球に到達します

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

つまり我々が見ている太陽は ８分前の姿だということです

When you look at the Big Dipper,

北斗七星ならば

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

80年前の姿を見ていることになります

And those smudgy galaxies?

では ぼやっとした銀河なら？

They're millions of light years away.

数百万光年離れているので

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

光が我々に到達するまでに 数百万年かかっています

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

ですから宇宙はそれ自身にタイムマシンが 備わっているようなものです

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

遠くを見ることで 若き頃の宇宙を見ることが出来ます

Astrophysicists try to read the history of the universe,

天文物理学者は宇宙がどうやって どこから誕生したのかという

and understand how and where we come from.

宇宙の歴史をひも解こうとしています

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

宇宙は光という手段で常に 我々に情報を送り届けます

All that remains if for us to decode it.

後は自分たちが その秘密を解き明かすだけですね