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

Hoe meten we afstanden in de ruimte? - Yuan-Sen Ting

Vertaald door: Eduard de Zwart Nagekeken door: Heleen van Maanen

Licht is de snelste eenheid die we kennen.

Light is the fastest thing we know.

It's so fast that we measure enormous distances

Het is zo snel dat we een afstand berekenen

by how long it takes for light to travel them.

op basis van de tijd die nodig is om die afstand af te leggen.

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

In één jaar tijd legt het licht 9,46 biljoen kilometer af.

a distance we call one light year.

Die afstand noemen we een lichtjaar.

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

Laat ik een voorbeeld geven hoe ver dat is:

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

de maan, die de Apollo-astronauten na vier dagen bereikten,

is only one light-second from Earth.

is slechts één lichtseconde verwijderd van de aarde.

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

Proxima Centauri, de ster die het dichtst bij ons zonnestelsel staat,

4.24 light years away.

is 4,24 lichtjaren van ons verwijderd.

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

Onze Melkweg is ongeveer 100.000 lichtjaren breed.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Andromeda, het sterrenstelsel het dichtst bij de Melkweg,

is about 2.5 million light years away

is ongeveer 2,5 miljoen lichtjaren van ons verwijderd.

Space is mind-blowingly vast.

Het heelal is onmetelijk groot.

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

Hoe weten we op welke afstand sterrenstelsels zich bevinden?

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

Als we naar de hemel kijken, hebben we een tweedimensionaal beeld.

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

Als je naar een ster wijst, weet je niet hoe ver weg hij is.

so how do astrophysicists figure that out?

Hoe berekenen astrofysici afstanden?

For objects that are very close by,

Voor objecten die heel dichtbij zijn,

we can use a concept called trigonometric parallax.

gebruiken we een concept dat 'trigonometrische parallax' heet.

The idea is pretty simple.

Het idee is eenvoudig.

Let's do an experiment.

Laten we een experiment doen.

Stick out your thumb and close your left eye.

Steek je duim omhoog en sluit je linkeroog.

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

Open je linkeroog en sluit je rechteroog.

It will look like your thumb has moved,

Het lijkt alsof je duim heeft bewogen,

while more distant background objects have remained in place.

terwijl de objecten in de verte niet van plaats zijn veranderd.

The same concept applies when we look at the stars,

Hetzelfde concept geldt als we naar de sterren kijken.

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

Maar sterren zijn talloze malen verder weg dan je arm lang is,

and the Earth isn't very large,

en de aarde is niet zo groot.

so even if you had different telescopes across the equator,

Zelfs met meerdere telescopen op de evenaar

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

kun je niet zien of ze van plaats zijn veranderd.

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

Daarom kijken we naar veranderingen over een periode van zes maanden,

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

op het punt dat de aarde halverwege haar baan om de zon is.

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

Als we de relatieve locatie van de sterren in de zomer meten,

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

en opnieuw in de winter, is het alsof je met je andere oog kijkt.

Nearby stars seem to have moved against the background

Sterren dichterbij lijken te zijn verplaatst

of the more distant stars and galaxies.

ten opzichte van de sterren en stelsels verder weg.

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

Deze methode werkt alleen bij objecten op een paar duizend lichtjaren afstand.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Voorbij de Melkweg zijn de afstanden zo groot

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

dat de parallax te klein is om te meten, zelfs niet met de gevoeligste telescopen.

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

Daarvoor passen we een andere methode toe,

using indicators we call standard candles.

waarbij we gebruikmaken van 'standaard kaarsen'.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Dat zijn objecten waarvan we de helderheid of lichtsterkte

we know really well.

heel goed kennen.

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

Als je weet wat de lichtsterkte van een gloeilamp is,

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

en je vraagt een vriend om met de lamp van je weg te lopen,

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

dan weet je dat de hoeveelheid licht

will decrease by the distance squared.

zal afnemen met het kwadraat van de afstand.

So by comparing the amount of light you receive

Door de hoeveelheid licht die je ontvangt

to the intrinsic brightness of the light bulb,

te vergelijken met de helderheid van de lamp

you can then tell how far away your friend is.

weet je op welke afstand je vriend zich bevindt.

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

In de sterrenkunde is de gloeilamp een speciaal soort ster,

called a cepheid variable.

die we 'Cepheïden' noemen.

These stars are internally unstable,

Cepheïde sterren zijn onstabiel.

like a constantly inflating and deflating balloon.

Het zijn net ballonnen die constant uitzetten en krimpen.

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

Omdat de helderheid door het uitzetten en krimpen verandert,

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

kunnen we de lichtsterkte bepalen door de lengte van de cyclus te meten.

with more luminous stars changing more slowly.

Sterren die helderder zijn, veranderen langzamer.

Door het licht dat deze sterren uitstralen

By comparing the light we observe from these stars

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

te vergelijken met hun intrinsieke helderheid

we can tell how far away they are.

weten we hoe ver ze van ons zijn verwijderd.

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

Maar dat is niet het einde van het verhaal.

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

We kunnen alleen sterren observeren tot een afstand van 40 miljoen lichtjaren.

after which they become too blurry to resolve.

Verder weg wordt het beeld te vaag.

But luckily we have another type of standard candle:

Gelukkig hebben we nog een andere 'standaard kaars':

the famous type 1a supernova.

de beroemde supernova type 1a.

Supernova's zijn gigantische explosies waarbij de sterren sterven.

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

These explosions are so bright,

De explosies zijn zo helder

that they outshine the galaxies where they occur.

dat ze de sterren om hen heen in de schaduw zetten.

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

Ook al kunnen we geen afzonderlijke sterren in een stelsel zien,

we can still see supernovae when they happen.

kunnen we supernova's op het moment van de explosie wel zien.

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

Supernova's type 1a zijn goed bruikbaar als 'standaard kaarsen'

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

omdat sterren die helderder zijn langzamer uitdoven dan zwakkere.

Through our understanding of this relationship

Door onze kennis over het verband tussen helderheid en snelheid van uitdoven

between brightness and decline rate,

kunnen we de afstand tot sterren meten

we can use these supernovae to probe distances

up to several billions of light years away.

die op miljarden lichtjaren van ons zijn verwijderd.

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

Maar waarom is het belangrijk dat we zulke verre objecten kunnen zien?

Well, remember how fast light travels.

Vergeet niet met welke snelheid het licht zich verplaatst.

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

Zonlicht doet er acht minuten over om de aarde te bereiken.

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

Dus we zien de zon zoals deze er acht minuten geleden uitzag.

When you look at the Big Dipper,

Als je naar de Grote Beer kijkt,

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

zie je het sterrenbeeld zoals het er 80 jaar geleden uitzag.

And those smudgy galaxies?

De wazige sterrenstelsels

They're millions of light years away.

zijn miljoenen lichtjaren van ons verwijderd.

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

Het duurt miljoenen jaren voordat hun licht ons bereikt.

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

In zekere zin is het universum dus een ingebouwde tijdmachine.

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

Hoe verder we in het universum doordringen, hoe jonger het is.

Astronomen proberen de geschiedenis van het universum te achterhalen

Astrophysicists try to read the history of the universe,

and understand how and where we come from.

en te begrijpen waar we vandaan komen.

Het universum stuurt ons voortdurend informatie in de vorm van licht.

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

All that remains if for us to decode it.

We hoeven het alleen nog maar te ontcijferen.