Правитель достаточно, чтобы измерить объекты нашей повседневной жизни. Но когда что-то слишком мало, нам нужно специальное оборудование, такое как электронные микроскопы и новая шкала измерений, например, для расчета длины клетки или вируса. Но когда измеряемый объект чрезвычайно велик?

И будьте осторожны: большое здесь нечто гораздо большее, чем Тайбэй 101, третье по высоте здание в мире. Мы говорим о чем-то настолько большом, что его трудно постичь даже в воображении. Мы говорим о размерах и расстояниях нашей вселенной. «Наши», потому что, возможно, их больше одного.

К сожалению, у нас нет линейки, которая могла бы измерять что-то, что находится в световых годах отсюда, то есть настолько далеко, что если бы мы путешествовали со скоростью света, потребовались бы годы, чтобы достичь нашего объекта исследования. Поэтому ученые преодолевают эту трудность, используя устоявшиеся физико-математические концепции.

Параллакс: Как далеко находятся звезды?

Как объяснено в видео выше, параллакс - это одна из форм, используемая каждым, кто хочет измерить расстояние звезды здесь от Земли. Чтобы лучше понять концепцию этого метода, есть очень дидактический пример, представленный в фильме, произведенном Королевской обсерваторией Гринвич.

Когда вы едете, вы можете видеть, что деревья и все, что находится рядом с шоссе, быстро проходят мимо вас, но то, что находится дальше, как отдаленная гора на горизонте, почти не движется. Это из-за эффекта, известного как параллакс, и, к счастью, мы можем использовать его для оценки расстояний.

С помощью небольшой тригонометрии вы можете оценить расстояние до объектов (Источник изображения: воспроизведение / Vimeo)

Представьте себе, что вы хотите узнать, сколько метров дерево от вашей машины. Во-первых, необходимо сделать снимок дерева с горой на заднем плане. Затем, следуя по шоссе вперед, сделайте еще одно похожее изображение того же дерева и горы, но с другой позиции.

Затем с помощью математики, в частности тригонометрии, можно рассчитать разницу в видимом положении дерева на двух изображениях и, исходя из этого, найти расстояние от фотографа до дерева.

Та же самая техника может использоваться, чтобы вычислить расстояние от нас до ближайших звезд, за исключением того, что вместо того, чтобы идти по дороге, чтобы получить второе изображение, мы используем движение Земли вокруг Солнца. спустя месяцы, когда вы смотрите на одну и ту же звезду, вы видите, что она «сместилась» относительно более удаленных звезд.

Стандартные свечи: расстояние рассчитывается по светимости

Стандартные свечи могут помочь вам рассчитать расстояние до дальней звезды (Источник изображения: воспроизведение / Vimeo)

Но, как мы уже говорили, есть звезды, которые издалека не имеют различных видимых положений. В этом случае параллакс не помогает. Но, к счастью, есть другой способ оценки этого расстояния, и чтобы прояснить это, давайте перейдем к другому дидактическому примеру.

Представьте, что вы в парке и видите уличный фонарь. Ну, когда вы уходите, свет начинает тускнеть и, когда вы приближаетесь, становится ярче. Интересно, что, зная яркость лампы, скажем, 40 Вт, можно оценить расстояние от прожектора до зрителя.

Однако есть лампы, которые могут выглядеть очень яркими, когда они далеко, и не такими сильными, когда они ближе. Эти объекты с известной светимостью называются «стандартными свечами», и только они могут использоваться для оценки расстояний.

Во вселенной есть несколько тел, которые можно использовать как стандартные свечи. Одним из примеров являются звёзды из племенного дерева, желтые сверхгиганты, которые увеличивают и уменьшают свою яркость в течение регулярного периода времени. Основываясь на этой яркости, мы можем рассчитать расстояние от Земли до них и даже до галактики, в которой они находятся.

Redshift: измерение концов вселенной

Эффект Доплера можно заметить на сиренах пожарных машин (Источник изображения: Playback / Vimeo)

Несмотря на практичность, стандартный метод паруса также имеет ограничения. Например, возможно, что измеряемый на расстоянии объект блокируется другим небесным телом, и его яркость не может наблюдаться. Кроме того, возможно, еще нет стандартных галактических парусов для измерения. В таких случаях может быть использован третий метод.

Эффект Доплера, должно быть, стал очень популярным, когда это был фантастический мотив, использованный Шелдоном в первом эпизоде ​​сезона Теории большого взрыва. Для тех, кто не знает, это - эффект, ответственный за искажение, которое происходит со звуком огня и полицейских сирен, проходящих мимо кого-то.

Это связано с тем, что вершины звуковой волны, излучаемой автомобилем, находятся ближе к нему, чем сзади автомобиля, и это напрямую влияет на частоту сирены: при приближении транспортного средства звук становится громче и, по мере того, как вы отдаляетесь, это становится более серьезным.

Интересно, что этот эффект также воздействует на движущиеся легкие объекты, за исключением того, что более короткие, а не острые волны становятся синими, а более длинные, а не басовые волны становятся красными. Основываясь на этом синем или красном смещении, мы можем изучать движение небесных тел в пространстве.

Чем краснее, тем дальше

Нечто подобное эффекту Доплера происходит со светом (Источник изображения: воспроизведение / Vimeo)

Таким образом, наблюдая за галактиками со стандартными парусами, астрономы обнаружили, что они также имеют красное смещение и что чем дальше галактика, тем больше будет смещение.

Сегодня мы знаем, что это потому, что наша вселенная расширяется, то есть, насколько бы они ни казались неподвижными, эти галактики удаляются от нас все дальше и дальше. Но это не только то, почему мы замечаем это красное смещение.

Правда в том, что пространство между этими галактиками и нашей планетой растягивается, как и волны света, которые достигают нас. Итак, посмотрите, насколько интенсивно это красное смещение, чтобы вычислить расстояние от небесного тела до нас.

Интересно, что все эти методы измерения взаимосвязаны. Только потому, что мы знаем размер нашей Солнечной системы и расстояние от Земли до Солнца, мы можем, например, измерить расстояние звезд с помощью параллакса.

И если мы знаем расстояние стандартных свечей по параллаксу, мы можем использовать их для измерения еще более удаленных звезд, сравнивая эти свечи. И наконец, используя стандартные паруса для изучения движения галактик, мы можем рассчитать измерение на основе красного смещения. Интересно, нет?

Источник: Королевская обсерватория Гринвич / Vimeo