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

Translator: Abijith Ka Reviewer: Ayyappadas Vijayakumar

Light is the fastest thing we know.

പ്രകാശമാണ് നമുക്കറിയാവുന്നതില്‍ വച്ച് ഏറ്റവും വേഗതയേറിയത്.

It's so fast that we measure enormous distances

വലിയ ദൂരങ്ങള്‍ അളക്കുന്നതിനപേക്ഷിച്ച് ഇത് വേഗതയേറിയതാണ്

by how long it takes for light to travel them.

"പ്രകാശത്തിനു് അത്രയൊക്കെ ദൂരം സഞ്ചരിക്കാൻ എത്ര കാലമെടുക്കും?"

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

ഒരു വര്‍ഷത്തില്‍,പ്രകാശം ഏതാണ്ട് 6,000, 000,000,000 മൈല്‍സ് സഞ്ചരിക്കുന്നു,

a distance we call one light year.

ഈ അകലം നാ ഒരു പ്രകാശവര്‍ഷം എന്ന് പറയുന്നു.

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

ഇത് എത്ര ദൂരെയാണന്ന് മനസ്സിലാക്കാന്‍ ഒന്ന് തരുന്നു

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

ചന്ദ്രനിലേക്ക് അപ്പോളോ എത്താന്‍ നാല് ദിവസം എടുത്തു,

is only one light-second from Earth.

ഇത് ഭൂമിയില്‍ നിന്ന് ഒരു പ്രകാശ സെക്കന്റ് മാത്രമകലേയാണ്.

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

നമ്മുടെ സൂര്യന്റെ ഏറ്റവും അടുത്തുള്ള നക്ഷത്രം പ്രോക്സിമാ സെന്റോറിയാണല്ലോ,

4.24 light years away.

അത് 4.24 പ്രകാശ വര്‍ഷം അകലെയാണ്.

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

മില്‍ക്കി വേയുടെ ഒരറ്റത്തു നിന്ന് മറ്റൊരറ്റത്തേക്ക് പ്രകാശത്തിന് എത്താന്‍ 100,000 പ്രകാശം വര്‍ഷം വേണം.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

ഏറ്റവും അടുത്ത് കിടക്കുന്ന ഗാലക്സിയായ അന്ഡ്രോമിഡയിലേക്ക്

is about 2.5 million light years away

2.5 മില്ല്യണ്‍ പ്രകാശവര്‍ഷം വേണം.

Space is mind-blowingly vast.

പ്രപഞ്ചം മനസ്സ് പൊട്ടിതെറിക്കുന്നതുപോലെ വിപുലമാണ്.

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

അങ്ങനെയെങ്കിൽ പിന്നെ നമ്മളെങ്ങനെ നക്ഷത്രങ്ങളുടേയും,ഗാലക്സികളുടേയും അകലം കണ്ടെത്തും.

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

എന്നാല്‍ നാം ആകാശത്തേക്ക് നോക്കുമ്പോള്‍ നമുക്ക് 2 മാനങ്ങളെ കാണാൻ കഴിയുന്നുള്ളു.

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

നിങ്ങള്‍ ഒരു നക്ഷ്ത്രത്തിലേക്ക് വിരല്‍ ചൂണ്ടുമ്പോള്‍, അതെത്ര ദൂരത്താണെന്ന് പറയാനാകില്ല.

so how do astrophysicists figure that out?

അപ്പോള്‍ അതെങ്ങനെയാണ് ജ്യോതി ശാസ്‌ത്രജ്‌യർ മനസ്സിലാക്കുന്നത്?

For objects that are very close by,

വസ്തുക്കള്‍ക്ക് അത് വളരെ അടുത്താണ്,

we can use a concept called trigonometric parallax.

നമുക്ക് ത്രികോണമിതീയ പാരലാക്സ് എന്ന ആശയം ഉപയോഗിക്കാം.

The idea is pretty simple.

ഇത് വളരെ എളുപ്പമാണ്.

Let's do an experiment.

എന്നാല്‍ ഒരു പരീക്ഷണം ചെയ്യാം.

Stick out your thumb and close your left eye.

തള്ളവിരല്‍ മാത്രം കണ്മുൻപിൽ കൊണ്ടുവന്ന് ഇടതു കണ്ണ് അടക്കുക.

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

പിന്നെ,ഇടത് കണ്ണ് തുറന്ന് വലത്തേ കണ്ണ് അടക്കുക.

It will look like your thumb has moved,

നിങ്ങളുടെ തള്ളവിരല്‍ ചലിക്കുന്നതു പോലെ തോന്നും

while more distant background objects have remained in place.

കൂടുതല്‍ അകലെയുള്ള പശ്ചാതലത്തിലെ വസ്തുക്കള്‍ അതാത് സ്ഥലത്ത് തന്നെയായിരിക്കും.

The same concept applies when we look at the stars,

ഇതേ ആശയം തന്നെയാണ് നാം നക്ഷത്രങ്ങളെ നോക്കുമ്പോഴും അനുഭവപ്പെടുന്നത്

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

പക്ഷെ നക്ഷത്രങ്ങളിലേക്കുള്ള ദൂരം നമ്മുടെ കൈയ്ന്റെ നീളത്തേക്കാള്‍ വളരെ ദൂരെയാണ്

and the Earth isn't very large,

പിന്നെ നമ്മുടെഭൂമി അത്ര വലുതൊന്നുമല്ല,

so even if you had different telescopes across the equator,

ഭൂമധ്യ രേഖക്ക് കുറുകെ കുറെ ടെലിസ്കോപ്പിക്കുകൾ അടുക്കിവച്ചാലും

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

നിങ്ങള്‍ക്ക് സ്ഥാനങ്ങളുടെ മാറ്റം കാണാൻ കഴിയില്ല.

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

പകരം, നക്ഷത്രങ്ങളുടെ 6 മാസത്തെ സ്ഥാനങ്ങളുടെ ഇടയിലുള്ള വ്യത്യാസം കണക്കിലെടുത്താൽ

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

ഇതു സൂര്യന് ചുറ്റുമുള്ള ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണപദത്തിന്റെ പകുത കണക്കാക്കിയായിരിക്കണം.

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

വേനലില്‍ നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ആപേക്ഷികമായ ദൂരം അളന്നിട്ടു

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

ശിശിരകാലത്ത്‌ അത് വീണ്ടുമളക്കുമ്പോൾ നിങ്ങളുടെ മറ്റേ കണ്ണു വച്ചു കാണുന്നത് പോലെത്തന്നെയാണ് ഇത്‌.

Nearby stars seem to have moved against the background

പാശ്ചാത്തലത്തെ അപേക്ഷിച്ചു നക്ഷത്രങ്ങൾ സ്ഥാനങ്ങൾ മാറിയതായി തോന്നും

of the more distant stars and galaxies.

മറ്റ് നക്ഷത്രങ്ങളില്‍ നിന്നും ഗാലക്സികളില്‍നിന്നുമുള്ള അകലങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച്.

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

വളരെ കുറച്ചു പ്രകാശവർഷം അകലെയുള്ള വസ്തുക്കളെ മാത്രമേ ഇങ്ങനെ നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയൂ .

Beyond our own galaxy, the distances are so great

നമ്മുടെ സ്വന്തം ഗാലക്സിയുടെ പുറത്തുള്ള ദൂരങ്ങൾ വളരെ കൂടുതലാണ്

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

ഏറ്റവും ചേതനയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾക്കുപോലും അത്രയും ദൂരെയുള്ള പാരലാക്സ് തിരിച്ചറിയാൻ കഴിയില്ല.

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

അപ്പോൾ നമ്മുക്ക് വേറൊരു മാർഗ്ഗം ഉപയോഗിച്ച പറ്റു.

using indicators we call standard candles.

സ്റ്റാൻഡേർഡ് കാൻഡിൽസ്‌ എന്ന സൂചകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ് മറ്റൊരു മാർഗ്ഗം.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

ഇവയുടെ സഹജമായ പ്രകാശ തീക്ഷ്ണത

we know really well.

നമ്മുക്ക് നന്നായി അറിയാവുന്നവയാണ്.

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

ഉദാഹരണത്തിന്,നിങ്ങളുടെ വീട്ടിലെ ബൾബിന്റെ പ്രകാശ തീക്ഷ്ണത എത്രയാണെന്ന് അറിയാമെങ്കിൽ

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

നിങ്ങളുടെ കൂട്ടുകാരനോട് കൈയ്യില്‍ പ്രകാശിക്കുന്ന ബള്‍ബെടുത്ത് അകലേക്ക്‌ നടന്നു പോകാൻ പറയുക

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

നിങ്ങളുടെ കൂട്ടുകാരനിൽ നിന്നു വരുന്ന വെളിച്ചം

will decrease by the distance squared.

ദൂരം രണ്ടിരട്ടി കൂടുമ്പോൾ കുറഞ്ഞു കുറഞ്ഞു വരും.

So by comparing the amount of light you receive

നിങ്ങൾക്കു ലഭിക്കുന്ന പ്രകാശത്തെ

to the intrinsic brightness of the light bulb,

ബള്‍ബിന്റെ സഹജമായ തീക്ഷ്ണതയോടു താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോള്‍

you can then tell how far away your friend is.

നിങ്ങളുടെ കൂട്ടുകാരൻ നിങ്ങളിൽ നിന്നും എത്ര ദൂരെയാണെന്നു അറിയാൻ സാധിക്കും.

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

ജ്യോതിശാസ്ത്രത്തിൽ ഈ ബൾബ് ഒരു പ്രത്യേക തരം നക്ഷത്രമാണ്.

called a cepheid variable.

അതിനെ സെഫിയഡ് വേരിയബിൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

These stars are internally unstable,

ഇതുപോലുള്ള നക്ഷത്രങ്ങള്‍ ആന്തരികമായി അസ്ഥിരമായവയാണ്.

like a constantly inflating and deflating balloon.

എപ്പോഴും വീർത്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരു ബലൂൺ പോലെ.

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

ഇവയുടെ വലുതാകലും,ചുരുങ്ങലും പ്രകാശ തീക്ഷ്ണതയെ ബാധിക്കുമെങ്കിലും

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

അവയുടെ ഈ പ്രതിഭാസത്തിന്റെ സമയം വച്ച്‌ അവയുടെ ജ്വലന ശക്തി കണക്കാക്കാൻ സാധിക്കും.

with more luminous stars changing more slowly.

കൂടുതല്‍ ശക്തിയായി പ്രകാശിക്കുന്ന നക്ഷത്രങ്ങൾക്ക് ഈ പ്രതിഭാസം പതുക്കെ മാത്രമേ അനുഭവപ്പേടുകയുള്ളൂ.

By comparing the light we observe from these stars

ഈ നക്ഷത്രങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള പ്രകാശത്തെ

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

നാം നിരീക്ഷിച്ച അത്തരം നക്ഷത്രങ്ങളുടെ സഹജമായ പ്രകാശത്തോടു താരതമ്യം ചെയ്താൽ

we can tell how far away they are.

അവ എത്ര ദൂരെയാണ് എന്നു മനസ്സിലാക്കാന്‍ നമ്മുക്ക് സാധിക്കും.

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

നിര്‍ഭാഗ്യവശാല്‍,ഇതല്ല കഥയുടെ അന്ത്യം.

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

നമുക്ക് നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിരിക്കുന്നത് 40,000,000 പ്രകാശവര്‍ഷം വരെ അകലെയുള്ള നക്ഷത്രങ്ങൾ മാത്രമാണ്.

after which they become too blurry to resolve.

പിന്നീടുള്ളവ നിരീക്ഷിക്കാൻ കഴിയാത്ത വിധം പതിഞ്ഞ അവസ്ഥയിലാണ്.

But luckily we have another type of standard candle:

ഭാഗ്യവശാൽ നമ്മുടെ കൈയ്യില്‍ മറ്റൊരു തരത്തിലുള്ള സ്റ്റാൻഡേർഡ് കാൻഡിൽ ഉണ്ട്.

the famous type 1a supernova.

എല്ലാവരും അറിയുന്ന 1.എ സൂപ്പര്‍നോവ.

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

വന്‍ പൊട്ടിതെറിയോടെ നക്ഷത്രങ്ങള്‍ മരിക്കുന്നതിനാണ് സൂപ്പര്‍നോവ എന്നു പറയുന്നത്.

These explosions are so bright,

ഇവയുടെ പ്രകാശം

that they outshine the galaxies where they occur.

അവ ഉണ്ടാവുന്ന ഗാലക്സികളുടെ മൊത്തം പ്രകാശത്തേക്കാൾ ഏറെയായിരിക്കും.

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

അതിനാൽ നമ്മുക്ക് ഗാലക്സിയിലെ ഓരോരോ നക്ഷത്രങ്ങളെ കാണാൻ കഴിഞ്ഞില്ലെങ്കിലും

we can still see supernovae when they happen.

സൂപ്പർനോവകൾ ഉണ്ടാവുമ്പോൾ അവയെ നമ്മുക്ക് കാണാൻ സാധിക്കും.

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

1എ സൂപ്പര്‍നോവകളെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് ക്യാൻഡിലുകൾ ആയി ഉപയോഗിക്കാം.

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

അവ ഇപ്പോഴേ മങ്ങിയാതായി കാണപ്പെടുന്നവയെക്കാൾ പതുക്കെ മാത്രമേ മങ്ങി പോവുകയുള്ളൂ.

Through our understanding of this relationship

ഈ ബന്ധം,

between brightness and decline rate,

പ്രകാശത്തിന്റെയും അതിന്റെ മങ്ങലിൻറെ അളവിനേയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തിന്റെ മനസ്സിലാക്കലിലൂടെ

we can use these supernovae to probe distances

സൂപ്പര്‍നോവകള്‍ ഉപയോഗിച്ചു

up to several billions of light years away.

കോടിക്കണക്കിനു പ്രകാശ വർഷങ്ങൾ അകലെയുള്ള ദൂരങ്ങൾ വരെ അളക്കാൻ നമുക്ക് സാധിക്കും.

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

പക്ഷെ എന്തിനാണ് ഇത്രയും അകലെയുള്ള വസ്തുക്കളെ കാണുന്നത്?

Well, remember how fast light travels.

പ്രകാശം എത്ര വേഗത്തിലാണ് സഞ്ചരിക്കുക എന്നോര്‍ക്കുക.

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

ഉദാഹരണത്തിന്, സൂര്യന്റെ പ്രകാശം നമ്മിലെത്താൻ 8 മിനുട്ടുകൾ എടുക്കുന്നു.

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

എന്നു പറഞ്ഞാൽ, നാമിപ്പോള്‍ കാണുന്ന സൂര്യന്റെ പ്രകാശം സൂര്യന്റെ 8 മിനുട്ട് മുമ്പുള്ള ചിത്രം മാത്രമാണ്.

When you look at the Big Dipper,

നിങ്ങള്‍ ''ബിഗ് ഡിപ്പറിലേക്ക്'' നോക്കുമ്പോള്‍

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

80 വര്ഷങ്ങള്ക്കു മുൻപ് അതു എങ്ങനെ ആയിരുന്നോ അങ്ങനെയാണ് നിങ്ങൾ ഇപ്പോൾ കാണുന്നത്.

And those smudgy galaxies?

അപ്പോൾ ആ മങ്ങിയ ഗാലക്സികളോ?

They're millions of light years away.

അതൊക്കെ കോടിക്കണക്കിന് പ്രകാശവര്‍ഷങ്ങൾ അകലെയാണ്.

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

കോടിക്കണക്കിനു വർഷങ്ങൾ എടുത്താണ് അവയുടെ പ്രകാശം നമ്മിലെത്തുന്നത്.

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

അപ്പോള്‍ പ്രപഞ്ചം സ്വയം ഒരു ടൈം മെഷീൻ പോലെ തന്നെയാണ് ഒരർത്ഥത്തിൽ.

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

എത്രകണ്ട് അകലങ്ങളിലെക്കു നാം നോക്കുന്നോ അത്രയും ചെറുപ്പത്തിലുള്ള പ്രപഞ്ചത്തെ നമ്മുക്ക് കാണാൻ കഴിയും.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

ജ്യോതിശാസ്ത്രജ്ഞർ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ചരിത്രം വായിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു.

and understand how and where we come from.

എവിടുന്നു നാം വന്നു എന്നു മനസ്സിലാക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു.

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

പ്രപഞ്ചം എപ്പോഴും നമ്മിലേക്ക്‌ വിവരങ്ങൾ പ്രകാശത്തിന്റെ രൂപത്തിൽ അയച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു

All that remains if for us to decode it.

നമ്മുക്ക് അതു വിസങ്കേതനം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട് . അതു മാത്രമാണ് ഇനി ബാക്കിയുള്ളത്.