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

Как мы рассчитываем большие расстояния в космосе? — Юань-Сэнь Тин

Переводчик: Anna Joy Редактор: Natalia Savvidi

Light is the fastest thing we know.

Свет быстрее всего, что нам известно.

It's so fast that we measure enormous distances

Он настолько быстро перемещается,

что мы измеряем огромные расстояния,

by how long it takes for light to travel them.

рассчитывая время, за которое свет проходит их.

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

За один год свет проходит 9,46 квадриллионов метров.

a distance we call one light year.

Это расстояние мы называем одним световым годом.

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

Чтобы вы поняли, насколько это большое расстояние, приведу пример:

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

Луна, до которой космонавты программы «Аполлон» летели 4 дня,

is only one light-second from Earth.

находится всего на расстоянии одной световой секунды от Земли.

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

А ближайшая к нашему Солнцу звезда, Проксима Центавра,

4.24 light years away.

находится на расстоянии 4,24 световых лет от него.

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

Наш Млечный путь имеет протяжённость

приблизительно в 100 000 световых лет.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Ближайшая к нам галактика, Андромеда,

is about 2.5 million light years away

отдалена от нас на 2,5 миллиона световых лет.

Space is mind-blowingly vast.

Космос необъятно огромный.

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

Но подождите, как же мы узнаём,

как далеко от нас находятся звёзды и галактики?

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

Ведь мы, когда смотрим на небо,

видим плоское, двухмерное изображение.

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

Если указать пальцем на звезду,

невозможно определить, на каком расстоянии она находится.

so how do astrophysicists figure that out?

Как же это делают астрофизики?

For objects that are very close by,

Для объектов, которые находятся недалеко,

we can use a concept called trigonometric parallax.

мы можем использовать метод тригонометрического параллакса.

The idea is pretty simple.

Его идея довольно простая.

Let's do an experiment.

Давайте проведём эксперимент.

Stick out your thumb and close your left eye.

Выставьте большой палец руки и закройте левый глаз.

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

Теперь откройте левый глаз и закройте правый.

It will look like your thumb has moved,

Кажется, что палец переместился,

while more distant background objects have remained in place.

в то время как более отдалённые предметы не изменили своего положения.

The same concept applies when we look at the stars,

То же самое происходит, когда мы смотрим на звёзды,

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

но расстояние до звёзд гораздо больше, чем длина вытянутой руки,

а Земля не очень большая,

and the Earth isn't very large,

so even if you had different telescopes across the equator,

поэтому, даже если установить телескопы

по экватору с противоположных сторон,

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

местоположение звёзд особо не изменится.

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

Вместо этого мы наблюдаем

за изменением видимого положения звёзд с шестимесячным разрывом.

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

За это время Земля проходит половину своей орбиты вокруг Солнца.

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

Замеры относительного положения звёзд летом,

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

а затем зимой — это и есть взгляд «правым и левым глазом».

Nearby stars seem to have moved against the background

Звёзды, которые находятся близко, кажутся сдвинувшимися

of the more distant stars and galaxies.

относительно более дальних звёзд и галактик.

Но этот метод работает только для объектов,

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

удалённых от нас не более чем на несколько тысяч световых лет.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

За пределами нашей галактики расстояния настолько большие,

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

что параллакс очень незначителен,

даже при использовании наиболее чувствительных приборов.

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

Поэтому в данном случае нужно прибегнуть к другому методу,

using indicators we call standard candles.

в котором используются указатели под названием стандартные свечи.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Стандартные свечи — это объекты, яркость или свечение которых

we know really well.

нам достоверно известны.

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

Например, если вы знаете яркость своей лампочки

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

и попросите друга подержать её и отойти от вас,

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

то количество света, получаемого от друга,

will decrease by the distance squared.

будет уменьшаться пропорционально квадрату расстояния.

So by comparing the amount of light you receive

Таким образом, сравнивая количество получаемого света

to the intrinsic brightness of the light bulb,

и яркость лампочки,

you can then tell how far away your friend is.

вы можете узнать, как далеко от вас находится ваш друг.

В астрономии вместо нашей лампочки

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

используется специальный тип звёзд,

called a cepheid variable.

которые называются цефеидами.

These stars are internally unstable,

Такие звёзды внутренне непостоянны,

like a constantly inflating and deflating balloon.

подобно постоянно надувающемуся и сдувающемуся воздушному шару.

Поскольку они то расширяются, то уменьшаются в объёме,

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

их яркость меняется.

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

Мы можем рассчитать их свечение, проанализировав время цикла.

with more luminous stars changing more slowly.

Более яркие звезды изменяют своё свечение медленнее.

By comparing the light we observe from these stars

Сопоставляя количество света, наблюдаемого от этих звёзд,

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

с яркостью, которую мы рассчитали,

we can tell how far away they are.

мы можем сказать, насколько они удалены от нас.

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

К сожалению, это ещё не всё.

Мы может наблюдать отдельные звёзды

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

только на расстояниях до 40 000 000 световых лет.

after which they become too blurry to resolve.

Более отдалённые звёзды настолько размыты,

что их невозможно различить.

But luckily we have another type of standard candle:

Но, к счастью, у нас есть ещё один тип стандартной свечи:

the famous type 1a supernova.

знаменитая сверхновая типа Iа.

Сверхновая звезда, громадный взрыв, —

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

это один из видов смерти звезды.

These explosions are so bright,

Эти взрывы настолько яркие,

that they outshine the galaxies where they occur.

что затмевают галактику, в которой находятся.

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

Хотя мы не можем различить отдельные звёзды в галактике,

we can still see supernovae when they happen.

мы можем увидеть суперновые при их вспышке.

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

Сверхновые типа Ia подходят в качестве стандартных свечей,

поскольку внутренне яркие звёзды

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

угасают медленнее, нежели более тусклые.

Through our understanding of this relationship

Благодаря нашему пониманию взаимосвязи

between brightness and decline rate,

между яркостью и скоростью спада,

we can use these supernovae to probe distances

мы можем использовать сверхновые для исследования расстояний

up to several billions of light years away.

до нескольких миллиардов световых лет.

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

Однако зачем нам вообще нужно видеть такие отдалённые объекты?

Well, remember how fast light travels.

Просто вспомните, как быстро перемещается свет.

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

Например, свет Солнца доходит до нас за восемь минут,

что означает, что свет, который мы сейчас наблюдаем, —

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

это изображение Солнца восьмиминутной давности.

When you look at the Big Dipper,

Когда вы смотрите на Большую Медведицу,

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

вы видите, какой она была 80 лет тому назад.

And those smudgy galaxies?

А эти трудно различимые галактики?

They're millions of light years away.

Они отдалены на миллионы световых лет.

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

Свет от них шёл до нас миллионы лет.

Таким образом, Вселенная, в некотором смысле, —

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

сама по себе является машиной времени.

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

Чем дальше мы сможем заглянуть,

тем более раннюю Вселенную мы увидим.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Астрофизики пытаются узнать историю Вселенной

and understand how and where we come from.

и понять, как и откуда мы произошли.

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

Вселенная постоянно посылает нам информацию в виде света.

All that remains if for us to decode it.

Нам остаётся только расшифровать её.