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

Làm sao để đo khoảng cách trong không gian? - Yuan-Sen Ting

Translator: Linh Khánh Phan Reviewer: Lauren Nguyen

Light is the fastest thing we know.

Ánh sáng là thứ nhanh nhất mà ta biết.

It's so fast that we measure enormous distances

Nhanh đến nỗi các khoảng cách rất lớn được đo

by how long it takes for light to travel them.

bằng cách xem ánh sáng mất lâu để đi đến đó.

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

Trong một năm, ánh sáng đi được khoảng 6000 tỉ dặm

a distance we call one light year.

khoảng cách đó được gọi là một năm ánh sáng.

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

Để bạn dễ hình dung độ lớn của khoảng cách ấy,

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

Mặt trăng, nơi các phi hành gia mất 4 ngày mới bay đến được,

is only one light-second from Earth.

chỉ cách Trái đất 1 giây ánh sáng.

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

Trong khi ngôi sao gần nhất bên ngoài mặt trời, Proxima Centauri

4.24 light years away.

cách chúng ta 4.2 năm ánh sáng.

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

Ngân hà của chúng ta có đường kính 100,000 năm ánh sáng.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

Thiên hà gần nhất với chúng ta, Andromeda,

is about 2.5 million light years away

cách ta khoảng 2.5 triệu năm ánh sáng.

Space is mind-blowingly vast.

Không gian thực sự vô cùng rộng lớn

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

Nhưng đợi đã, làm sao ta biết các ngôi sao và thiên hà xa bao nhiêu?

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

Rốt cục, khi chúng ta nhìn lên trời,

Ta chỉ nhìn thấy một không gian hai chiều

Khi chỉ tay vào một ngôi sao, bạn không thể biết nó xa cỡ nào.

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

so how do astrophysicists figure that out?

Vậy làm sao mà những nhà thiên văn lại biết?

For objects that are very close by,

Với những vật thể rất gần,

we can use a concept called trigonometric parallax.

chúng ta có thể dùng khái niệm, được gọi là thị sai lượng giác.

The idea is pretty simple.

Ý tưởng khá đơn giản. Hãy cùng làm một thí nghiệm.

Let's do an experiment.

Stick out your thumb and close your left eye.

Đưa ngón cái của bạn ra và nhắm mắt trái lại.

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

Bây giờ, nhắm mắt trái và mở mắt phải.

It will look like your thumb has moved,

Trông như ngón cái của bạn đã di chuyển,

while more distant background objects have remained in place.

trong khi những vật làm nền vẫn ở nguyên chỗ cũ.

The same concept applies when we look at the stars,

Áp dụng khái niệm tương tự vào quan sát sao,

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

nhưng vì các ngôi sao xa hơn tầm với của tay nhiều,

and the Earth isn't very large,

và trái đất thì không to lắm,

so even if you had different telescopes across the equator,

nên dù có kính thiên văn ở hai bên xích đạo,

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

bạn sẽ không thấy được nhiều thay đổi trong vị trí.

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

Thay vào đó, ta xem sự thay đổi vị trí sao trong 6 tháng

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

là một nửa thời gian trái đất đi một vòng quanh mặt trời.

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

Đo vị trí tương đối của ngôi sao vào mùa hè,

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

và vào mùa đông, nó giống như nhìn với con mắt còn lại.

Nearby stars seem to have moved against the background

Những ngôi sao gần có vẻ đã di chuyển chút ít

of the more distant stars and galaxies.

so với những ngôi sao xa và các thiên hà.

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

Nhưng cách này chỉ dùng cho các vật cách ta vài nghìn năm ánh sáng.

Vượt ra khỏi thiên hà của ta, khoảng cách là rất lớn

Beyond our own galaxy, the distances are so great

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

không thể phân biệt thị sai kể cả với thiết bị hiện đại nhất.

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

Khi đó, phải dựa vào một phương pháp khác:

using indicators we call standard candles.

sử dụng vật chỉ thị được gọi là nến tiêu chuẩn.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Nến tiêu chuẩn là những vật phát sáng mà ta biết rõ.

we know really well.

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

Ví dụ nếu bạn biết bóng đèn của bạn sáng bao nhiêu

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

và bạn nhờ một người cầm ngọn đèn và đi xa bạn ra

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

bạn biết lượng ánh sáng mình nhận được từ bạn mình

will decrease by the distance squared.

sẽ giảm di một lượng bằng khoảng cách bình phương.

So by comparing the amount of light you receive

Nên nếu so sánh lượng ánh sáng bạn nhận được

to the intrinsic brightness of the light bulb,

với ánh sáng ban đầu của đèn,

you can then tell how far away your friend is.

bạn có thể biết bạn mình cách xa bao nhiêu

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

Trong thiên văn, bóng đèn là một loại sao đặc biệt

called a cepheid variable.

gọi là sao có chu kỳ chiếu sáng đặc biệt.

These stars are internally unstable,

Những ngôi sao này có bên trong không ổn định

like a constantly inflating and deflating balloon.

giống như những quả bóng bay phồng xẹp liên tục.

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

Vì sự phồng xẹp ấy làm ánh sáng thay đổi,

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

ta có thể đo độ sáng bằng cách đo chu kỳ tuần hoàn

with more luminous stars changing more slowly.

với nhiều ngôi sao thay đổi độ sáng chậm hơn.

By comparing the light we observe from these stars

So sánh ánh sáng nhận được từ sao

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

với ánh sáng gốc đo được,

we can tell how far away they are.

ta có thể biết chúng xa cỡ nào.

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

Không may là câu chuyện chưa kết thúc ở đó.

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

Ta chỉ thấy các ngôi sao riêng lẻ xa nhất là 40 triệu năm ánh sáng

after which they become too blurry to resolve.

xa hơn thì chúng trở nên quá mờ.

But luckily we have another type of standard candle:

May mắn là ta có một loại nến nữa

the famous type 1a supernova.

loại siêu tân tinh 1a nổi tiếng

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

Siêu tân tinh là vụ nổ kinh khủng khi một ngôi sao chết.

These explosions are so bright,

Chúng sáng đến mức

that they outshine the galaxies where they occur.

làm cả thiên hà nơi đó rực lên.

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

Vậy nên, dù không thấy từng ngôi sao riêng lẻ trong thiên hà,

we can still see supernovae when they happen.

ta vẫn thấy siêu tân tinh khi chúng xảy ra.

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

Và loại 1a hóa ra lại có thể dùng như nến tiêu chuẩn

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

vì ánh sáng rực rỡ tắt lâu hơn ánh sáng yếu.

Through our understanding of this relationship

Tìm hiểu mối quan hệ giữa

between brightness and decline rate,

độ sáng và tốc độ tắt sáng

we can use these supernovae to probe distances

ta có thể dùng siêu tân tinh để đo đạc

up to several billions of light years away.

cách đến vài tỉ năm ánh sáng

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

Nhưng tại sao việc nhìn thấy vật thể ở xa lại quan trọng thế?

Well, remember how fast light travels.

Hãy nhớ lại ánh sáng có tốc độ nhanh như thế nào.

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

Ví dụ, ánh sáng từ mặt trời mất 8 phút để tới trái đất

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

nghĩa là mặt trời ta thấy là mặt trời 8 phút trước.

When you look at the Big Dipper,

Khi nhìn chòm Gấu lớn,

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

bạn đang nhìn hình ảnh nó 80 năm về trước.

And those smudgy galaxies?

Còn những thiên hà xa xôi mờ mịt ấy? Chúng cách hàng triệu năm về trước.

They're millions of light years away.

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

Mất hàng triệu năm để ánh sáng từ đó chạm được đến ta.

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

Vậy nên vũ trụ tự nó như một cái máy thời gian.

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

Càng nhìn xa được về quá khứ, ta càng tiếp cận vũ trụ xưa

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Các nhà thiên văn học cố gắng đọc lịch sử của vũ trụ

and understand how and where we come from.

và tìm xem ta đến từ đâu và như thế nào.

Vũ trụ gửi cho ta thông tin dưới dạng tia sáng.

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

All that remains if for us to decode it.

Nhiệm vụ còn lại cho ta là giải mã chúng.