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

Jak mierzyć odległości w kosmosie? - Yuan-Sen Ting

Tłumaczenie: Marta Konieczna Korekta: Rysia Wand

Light is the fastest thing we know.

Światło to najszybsza rzecz, jaką znamy.

It's so fast that we measure enormous distances

Jest tak szybkie, że mierzymy nieprawdopodobne odległości,

by how long it takes for light to travel them.

licząc, ile czasu zajmuje światłu ich przebycie.

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

W ciągu roku to blisko 9,5 biliona kilometrów,

a distance we call one light year.

to właśnie rok świetlny.

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

By pokazać wam, jak to daleko,

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

Księżyc, na który astronauci Apollo lecieli przez cztery dni,

is only one light-second from Earth.

to tylko jedna sekunda świetlna.

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

Tymczasem Proxima Centauri, gwiazda najbliższa Słońcu,

4.24 light years away.

jest 4,24 lata świetlne stąd.

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

Droga Mleczna mierzy 100 000 lat świetlnych.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Najbliższa nam galaktyka, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

jest około 2,5 miliona lat świetlnych stąd.

Space is mind-blowingly vast.

Wszechświat jest niewyobrażalnie wielki.

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

Ale zaraz, skąd wiadomo, jak daleko są gwiazdy i galaktyki?

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

Patrząc w niebo, widzimy płaski, dwuwymiarowy obraz.

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

Wskazując palcem na gwiazdę, nie wiemy, jak jest daleko.

so how do astrophysicists figure that out?

Jak astrofizycy do tego dochodzą?

For objects that are very close by,

Dla bliskich obiektów

we can use a concept called trigonometric parallax.

możemy użyć metody paralaksy trygonometrycznej.

The idea is pretty simple.

To całkiem proste.

Let's do an experiment.

Zróbmy eksperyment.

Stick out your thumb and close your left eye.

Wystaw kciuk i zamknij lewe oko.

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

Teraz otwórz je i zamknij prawe.

It will look like your thumb has moved,

Wydaje się, że kciuk się poruszył,

while more distant background objects have remained in place.

a dalsze obiekty pozostały na miejscu.

The same concept applies when we look at the stars,

To samo dotyczy obserwacji gwiazd,

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

ale są one znacznie, znacznie dalej niż twoje wyciągnięte ramię.

and the Earth isn't very large,

Ziemia nie jest zbyt duża,

so even if you had different telescopes across the equator,

więc nawet teleskopy po różnych stronach równika

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

nie zauważą dużego przesunięcia obiektu.

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

Dlatego badamy zmianę pozycji gwiazdy przez pół roku,

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

połowie drogi Ziemi po orbicie.

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

Mierzenie względnej pozycji gwiazd w lecie,

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

a potem znowu w zimie, to jakby patrzenie drugim okiem.

Nearby stars seem to have moved against the background

Pobliskie gwiazdy poruszają się względem tła

of the more distant stars and galaxies.

złożonego z dalszych gwiazd i galaktyk.

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

Dotyczy to tylko obiektów oddalonych o kilka tysięcy lat świetlnych.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Poza naszą galaktyką odległości są tak wielkie,

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

że paralaksa jest zbyt mała, nawet przy najlepszych instrumentach.

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

Tutaj musimy polegać na innej metodzie,

using indicators we call standard candles.

używając wskaźników nazywanych świecami standardowymi.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Świece standardowe to obiekty, których rzeczywista jasność

we know really well.

jest nam dobrze znana.

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

Na przykład, wiedząc, jak jasna jest dana żarówka,

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

kiedy damy ją komuś do ręki i każemy odejść,

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

wiemy, że ilość światła

will decrease by the distance squared.

będzie się zmniejszać proporcjonalnie do kwadratu odległości.

So by comparing the amount of light you receive

Porównując ilość otrzymanego światła

to the intrinsic brightness of the light bulb,

do rzeczywistej jasności żarówki,

you can then tell how far away your friend is.

można określić, jak daleko jest osoba z żarówką.

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

W astronomii takimi żarówkami są pewne konkretne gwiazdy,

called a cepheid variable.

zwane cefeidami.

These stars are internally unstable,

Są to niestabilne gwiazdy zmienne,

like a constantly inflating and deflating balloon.

zachowują się jak na przemian rozdęty i spuszczony balon.

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

Z powodu rozszerzania i kurczenia ich jasność zmienia się.

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

Możemy obliczyć ich jasność, mierząc cykl tych zmian,

with more luminous stars changing more slowly.

jaśniejsze gwiazdy zmieniają się wolniej.

By comparing the light we observe from these stars

Porównując światło tych gwiazd

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

do rzeczywistej jasności, którą obliczyliśmy w ten sposób,

we can tell how far away they are.

możemy określić ich odległość.

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

Niestety, to jeszcze nie wszystko.

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

Możemy obserwować pojedyncze gwiazdy oddalone o 40 000 000 lat świetlnych,

after which they become too blurry to resolve.

dalej stają się zbyt niewyraźne.

But luckily we have another type of standard candle:

Na szczęście mamy inny rodzaj świecy standardowej:

the famous type 1a supernova.

słynna supernowa typu 1a.

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

Supernowe to gigantyczne eksplozje gwiazd, jeden ze sposobów ich śmierci.

These explosions are so bright,

Są one tak jasne,

that they outshine the galaxies where they occur.

że ich blask przewyższa jasność galaktyk.

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

Nawet jeśli nie widzimy samych gwiazd,

we can still see supernovae when they happen.

wciąż możemy dostrzec supernowe.

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

Supernowe typu 1a działają jak świece standardowe,

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

bo ich jasność rzeczywista maleje wolniej niż innych.

Through our understanding of this relationship

Dzięki zrozumieniu związku

between brightness and decline rate,

pomiędzy jasnością, a stopniem jej zanikania,

we can use these supernovae to probe distances

wykorzystujemy supernowe jako mierniki odległości,

up to several billions of light years away.

oddalone nawet o miliardy lat świetlnych.

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

Dlaczego to takie ważne, by widzieć tak dalekie obiekty?

Well, remember how fast light travels.

Pamiętamy, jak szybko podróżuje światło.

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

Światło Słońca dociera do nas w osiem minut,

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

to znaczy, że widzimy je takim, jakim było osiem minut temu.

When you look at the Big Dipper,

Patrząc na Wielki Wóz,

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

widzimy, jak wyglądał 80 lat temu.

And those smudgy galaxies?

A te rozmyte galaktyki?

They're millions of light years away.

Są miliony lat świetlnych stąd.

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

Ich światło docierało do nas przez miliony lat.

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

Wszechświat to w pewnym sensie wielki wehikuł czasu.

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

Im dalej się oglądamy, tym młodszy wszechświat badamy.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Astrofizycy próbują odczytać jego historię.

and understand how and where we come from.

Chcą zrozumieć, jak powstaliśmy i skąd pochodzimy.

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

Wszechświat za pomocą światła nieustanie przesyła nam informacje.

All that remains if for us to decode it.

Nam pozostaje tylko je rozszyfrować.