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

Kaip kosmose matuojame atstumus? - Yuan-Sen Ting

Translator: Ieva G Reviewer: Monika Ciurlionyte

Light is the fastest thing we know.

Šviesa keliauja greičiausiai.

It's so fast that we measure enormous distances

Ji tokia greita, jog milžiniškus atstumus

by how long it takes for light to travel them.

matuojame pagal tai, kiek šviesai užtrunka juos nukeliauti.

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

Per vienerius metus, šviesa nukeliauja apie 6 000 000 000 000 mylių –

a distance we call one light year.

atstumą, kurį vadiname 1 šviesmečiu.

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

Kad įsivaizduotumėte, koks tai atstumas,

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

Mėnulis, kurį Apollo astronautai pasiekė per 4 dienas,

is only one light-second from Earth.

nuo Žemės nutolęs tik vienos šviesos sekundės atstumu.

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

Tuo tarpu, arčiausiai Saulės esanti žvaigždė Kentauro Proksima

4.24 light years away.

yra už 4,24 šviesmečio.

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

Paukščių takas yra nusidriekęs 100 000 šviesmečių.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Mums arčiausia galaktika, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

nutolusi 2,5 milijonų šviesmečių.

Space is mind-blowingly vast.

Kosmosas yra beprotiškai didelis.

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

Bet iš kur mes žinome, koks atstumas yra iki žvaigždžių ir galaktikų?

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

Juk visgi, kai stebime dangų, matome plokščią, dviejų dimensijų vaizdą.

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

Jei tiesiog parodote pirštu į žvaigždę, negalite nustatyti koks iki jos atstumas,

so how do astrophysicists figure that out?

taigi, kaip tai sužino astrofizikai?

For objects that are very close by,

Objektams, kurie yra labai arti,

we can use a concept called trigonometric parallax.

galime naudoti trigonometrinio paralakso sąvoką.

The idea is pretty simple.

Idėja gana paprasta.

Let's do an experiment.

Atlikime eksperimentą.

Stick out your thumb and close your left eye.

Ištieskite nykštį ir užmerkite kairę akį.

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

Tada atmerkite kairę akį ir užmerkite dešinę.

It will look like your thumb has moved,

Atrodys, kad jūsų nykštys pajudėjo,

while more distant background objects have remained in place.

o tolimesni objektai fone liko savo vietose.

The same concept applies when we look at the stars,

Tas pats principas pritaikomas žvelgiant į žvaigždes,

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

tačiau jos žymiai toliau, negu ištiestos rankos ilgis,

and the Earth isn't very large,

o Žemė nėra labai didelė,

so even if you had different telescopes across the equator,

todėl net su skirtingais teleskopais keliose pusiaujo vietose,

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

nesimatytų didelio poslinkio.

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

Vietoje to, mes stebime žvaigždės vietos pokytį per 6 mėnesius –

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

metų ilgio Žemės orbitos aplink Saulę pusiaukelės tašką.

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

Kai matuojame santykines žvaigždžių pozicijas vasarą

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

ir darkart žiemą, žiūrime lyg kita akimi.

Nearby stars seem to have moved against the background

Artimos žvaigždės atrodo pasislinkę nuo

of the more distant stars and galaxies.

tolimesnių žvaigždžių ir galaktikų fono.

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

Bet šis metodas tinka tik objektams, nutolusiems kelis tūkstančius šviesmečių.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Už mūsų galaktikos, atstumai tokie dideli,

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

jog paralaksas per mažas aptikti net jautriausiais instrumentais.

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

Todėl tenka pasitikėti kitokiu metodu –

using indicators we call standard candles.

standartinėmis žvakėmis.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Standartinės žvakės – tai objektai, kurių būdingas ryškis ar šviesumas

we know really well.

yra labai gerai žinomas.

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

Pavyzdžiui, jei žinote, kokio ryškumo yra jūsų elektros lemputė

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

ir paprašote draugo, kad su ta lempute jis eitų tolyn nuo jūsų,

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

žinote, kad šviesos kiekis iš jo

will decrease by the distance squared.

sumažės atstumo kvadratu.

So by comparing the amount of light you receive

Taigi palygindami gaunamos šviesos kiekį

to the intrinsic brightness of the light bulb,

su lemputei būdingu ryškumu,

you can then tell how far away your friend is.

galite nustatyti, kokiu atstumu yra nutolęs jūsų draugas.

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

Astronomijoje, lempute laikoma tam tikros rūšies žveigždė,

called a cepheid variable.

vadinama cefeidės kintamąja.

These stars are internally unstable,

Šios žvaigždės yra nestabilios iš vidaus,

like a constantly inflating and deflating balloon.

kaip nuolat išsipučiantis ir subliūkštantis balionas.

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

Pagal šių susitraukimų ir išsiplėtimų sukeliamas ryškio variacijas

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

galime apskaičiuoti jų ryškį, išmatuodami šio ciklo trukmę,

with more luminous stars changing more slowly.

Ryškesnės žvaigždės keičiasi lėčiau.

By comparing the light we observe from these stars

Palyginę šių žvaigždžių šviesą

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

su tokiu būdu apskaičiuotu būdingu ryškiu,

we can tell how far away they are.

galime nustatyti kokiu atstumu jos nutolę.

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

Deja, tai dar ne viskas.

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

Mes galime matyti atskiras žvaigždes nutolusias tik iki 40 000 000 šviesmečių,

after which they become too blurry to resolve.

vėliau jos tampa neįžvelgiamos.

But luckily we have another type of standard candle:

Bet laimei turime dar vieną standartinės žvakės tipą:

the famous type 1a supernova.

žymiąją 1a tipo supernovą.

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

Supernovos – dideli žvaigždiniai sprogimai yra vienas iš žvaigždžių mirties būdų.

These explosions are so bright,

Šie sprogimai tokie ryškūs,

that they outshine the galaxies where they occur.

jog gali šviesumu nustelbti galaktikas, kuriose jie vyksta.

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

Todėl netgi jei galaktikoje nematome atskirų žvaigždžių,

we can still see supernovae when they happen.

vis tiek galime matyti supernovas joms vykstant.

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

1a tipo supernovas, pasirodo, galima naudoti kaip standartines žvakes,

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

nes ryškios supernovos nyksta lėčiau negu blankios.

Through our understanding of this relationship

Dėl šio mūsų suprantamo ryšio

between brightness and decline rate,

tarp ryškio ir nykimo greičio,

we can use these supernovae to probe distances

galime šias supernovas naudoti atstumų iki kelių

up to several billions of light years away.

milijardų šviesmečių tyrimui.

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

Kodėl svarbu matyti tokius tolimus objektus?

Well, remember how fast light travels.

Prisiminkime, kokiu greičiu keliauja šviesa.

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

Pavyzdžiui, Saulės šviesai mus pasiekti užtrunka 8 minutes,

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

tai reiškia, kad šviesa, matoma dabar yra Saulės vaizdas prieš 8 minutes.

Kai žvelgiate į Didžiuosius Grįžulo Ratus,

When you look at the Big Dipper,

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

matote, kaip jie atrodė prieš 80 metų.

And those smudgy galaxies?

O kaip tos neryškios galaktikos?

They're millions of light years away.

Jos yra už milijonų šviesmečių.

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

Užtruko milijonus metų, kol ta šviesa pasiekė mus.

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

Taigi, visata tam tikra prasme pati yra lyg laiko mašina.

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

Kuo toliau galime pažvelgti, tuo jaunesnę visatą tiriame.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Astrofizikai stengiasi atskleisti visatos istoriją

and understand how and where we come from.

ir suprasti iš kur ir kodėl mes atsiradome.

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

Visata nuolat siunčia mums informaciją šviesos pavidalu.

All that remains if for us to decode it.

Mums lieka tik ją iššifruoti.