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

Ako meriame vesmírne vzdialenosti? – Yuan-Sen Ting

Translator: Peter Dubec Reviewer: Veronika Pizano

Light is the fastest thing we know.

Nič rýchlejšie ako svetlo nepoznáme.

It's so fast that we measure enormous distances

Je také rýchle, že enormné vzdialenosti

by how long it takes for light to travel them.

meriame tým, ako dlho svetlu trvá ich prekonať.

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

Za rok svetlo preletí 9 460 730 472 581 kilometrov,

a distance we call one light year.

vzdialenosť, ktorú nazývame svetelný rok.

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

Pre predstavu, koľko to je,

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

Mesiac, kam astronauti programu Apollo cestovali štyri dni,

is only one light-second from Earth.

je iba svetelnú sekundu od Zeme.

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

Zatiaľčo najbližšia hviezda okrem nášho Slnka je Proxima Centauri,

4.24 light years away.

vzdialená 4,24 svetelného roka.

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

Naša Mliečna cesta je rádovo 100 000 svetelných rokov široká.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Najbližšia galaxia k tej našej, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

je vzdialená 2,5 milióna svetelných rokov.

Space is mind-blowingly vast.

Vesmír je ohromne rozľahlý.

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

Ako ale vieme, nakoľko sú hviezdy a galaxie vzdialené?

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

Pri pohľade na oblohu predsa vidíme len dvojrozmerný obraz.

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

Ak ukážete prstom na jednu hviezdu, neviete určiť, ako je ďaleko,

so how do astrophysicists figure that out?

tak ako na to astrofyzici prišli?

For objects that are very close by,

Pre veľmi blízke objekty,

we can use a concept called trigonometric parallax.

môžeme použiť trigonometrickú paralaxu.

The idea is pretty simple.

Je to jednoduché.

Let's do an experiment.

Urobme si pokus.

Stick out your thumb and close your left eye.

Natiahnite palec a zatvorte ľavé oko.

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

Potom otvorte ľavé oko a zatvorte pravé.

It will look like your thumb has moved,

Bude sa vám zdať, že sa palec pohol,

while more distant background objects have remained in place.

kým vzdialenejšie objekty v pozadí zostali na mieste.

The same concept applies when we look at the stars,

To isté platí pri pohľade na hviezdy,

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

ale ďaleké hviezdy sú oveľa, oveľa ďalej než váš palec,

and the Earth isn't very large,

a Zem nie je veľmi veľká,

so even if you had different telescopes across the equator,

takže ani s dvoma ďalekohľadmi na rovníku

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

by ste nevideli veľký posun.

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

Radšej sa pozrieme na zmenu zdanlivej polohy hviezdy za 6 mesiacov,

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

polovicu ročného obehu Zeme okolo Slnka.

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

Keď zmeriame relatívne pozície hviezd v lete,

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

a potom v zime, je to ako hľadieť druhým okom.

Nearby stars seem to have moved against the background

Blízke hviezdy sa zdanlivo pohli oproti pozadiu

of the more distant stars and galaxies.

vzdialenejších hviezd a galaxií.

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

Táto metóda však funguje len pre objekty vzdialené do pár tisíc svetelných rokov.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Mimo našej galaxie sú vzdialenosti také veľké,

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

že paralaxa je primalá na rozoznanie aj našimi najcitlivejšími prístrojmi.

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

Tu sa musíme spoľahnúť na inú metódu

using indicators we call standard candles.

a to indikátor zvaný štandardná sviečka.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Štandardné sviečky sú objekty, ktorých prirodzený jas, či svietivosť,

we know really well.

dobre poznáme.

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

Ak napríklad viete, aká jasná je žiarovka

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

a niekto ju bude držať a kráčať od vás,

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

viete, že množstvo svetla, ktoré od neho na vás dopadne

will decrease by the distance squared.

sa bude zmenšovať s druhou mocninou vzdialenosti.

So by comparing the amount of light you receive

Porovnaním množstva na vás dopadajúceho svetla

to the intrinsic brightness of the light bulb,

a prirodzeného jasu žiarovky,

you can then tell how far away your friend is.

tak viete určiť ako ďaleko od vás žiarovka je.

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

V astronómi je našou žiarovkou zvláštny typ hviezdy

called a cepheid variable.

premenná hviezda cefeida.

These stars are internally unstable,

Tieto hviezdy sú vnútorne nestabilné,

like a constantly inflating and deflating balloon.

ako neustále sa nafukujúci a vyfukujúci balón.

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

A keďže týmto zväčšovaním a zmenšovaním menia svoj jas,

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

vieme ich svietivosť vypočítať meraním dĺžky tohto cyklu,

with more luminous stars changing more slowly.

pričom svietivejšie hviezdy sa menia pomalšie.

By comparing the light we observe from these stars

Porovnaním svetla pozorovaného z hviezd

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

s takto vypočítaným prirodzeným jasom

we can tell how far away they are.

vieme určiť, ako sú ďaleko.

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

Nanešťastie, tuto to nekončí.

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

Hviezdy môžeme pozorovať len do asi 40 000 000 svetelných rokov,

after which they become too blurry to resolve.

za touto hranicou už sú príliš rozmazané.

But luckily we have another type of standard candle:

Našťastie však máme iný typ štandardnej sviečky:

the famous type 1a supernova.

známa supernova typu Ia.

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

Supernovy, masívne hviezdne explózie, sú jedným spôsobom umierania hviezdy.

These explosions are so bright,

Tieto explózie sú také jasné,

that they outshine the galaxies where they occur.

že zatienia galaxie v ktorých sa odohrávajú.

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

Takže aj keď nevidíme jednotlivé hviezdy v galaxii,

we can still see supernovae when they happen.

stále uvidíme prebiehajúce supernovy.

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

a typ Ia supernovy sú užitočné ako štandardné sviečky

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

pretože tie prirodzene jasné strácajú jas pomalšie než tie slabšie.

Through our understanding of this relationship

Pochopením tohto vzťahu

between brightness and decline rate,

medzi svietivosťou a rýchlosťou jej poklesu

we can use these supernovae to probe distances

tak pomocou supernov môžeme skúmať vzdialenosti

up to several billions of light years away.

do niekoľkých miliárd svetelných rokov.

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

Prečo je ale pre nás dôležité vidieť do takej diaľky?

Well, remember how fast light travels.

Spomeňte si, ako rýchlo sa svetlo šíri.

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

Napríklad svetlo Slnka k nám dorazí za 8 minút,

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

čiže to, čo vidíme teraz, je obraz Slnka spred 8 minút.

When you look at the Big Dipper,

Pri pohľade na Veľký voz

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

vidíte ako vyzeral pred 80 rokmi.

And those smudgy galaxies?

A tie rozmazané galaxie?

They're millions of light years away.

Tie sú milióny svetelných rokov ďaleko.

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

Svetlo odtiaľ k nám letelo milióny rokov.

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

V istom zmysle je teda vesmír sám o sebe strojom času.

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

Čím viac naspäť sa pozeráme, tým mladší vesmír vidíme.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Astrofyzici sa snažia čítať históriu vesmíru

and understand how and where we come from.

a pochopiť ako a odkiaľ pochádzame.

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

Vesmír nám neustále posiela informácie v podobe svetla.

All that remains if for us to decode it.

Nám zostáva len ich dešifrovať.