Как измеряют расстояния в космосе
Огромность вселенной
Космос у астрономов всегда будет двухмерным, несмотря на утверждения физиков о трех или десятимерности окружающего пространства вне Земли. Расстояние между объектами – это источник для изучений астрономии и физики. Это на экране в кино мы видим разницу между далеким и близким, потому что знакомы с реальной вещью. А вот со звездами все немного сложнее. Чтобы понять физическую энерию и природу объекта, необходимо вычислить километраж к нему.
Измерение расстояний в астрономии — Алексей Расторгуев
Причины разных дистанций между объектами
Основная характеристика скоплений всех звезд приблизительно идентична. Единственное отличие – это разная дистанция между ними. Геометрический метод помогает определить длину от нас до ближайшего скопления звезд. А сравнив данные по другим скоплениям, уже измеренным расстояниям, можно узнать дистанцию между ними.
Владимир Сурдин: Вселенная — наш космический дом
Яркость спиралевидного пространства непосредственно влияет на ее вращение.
Галактика видна нам под определенным углом, соответственно, одна ее половина вращается, приближаясь к нам, а другая отдаляясь. А из-за расширения её спектральной линии снижается видимость и яркость, поэтому сложнее измерить расстояние.
QWERTY. Расхождение значений постоянной Хаббла
Интересное ТV. Наша Вселенная и её размеры. Познавательный фильм о мироздании, космосе и Вселенной.
Метод так званого параллакса
Неточности космических расстояний создает проблему излучения жестких и коротких импульсов разного направления и поступавших на Землю каждые сутки. Поэтому еще в 90-х годах 20 века разработан спутник Гиппарха, который за годы работы установил длину пути к 120 000 звезд SPL. Он работает благодаря элементарному методу триангуляции, который широко используется в геодезии. Астрономия называет это явление параллактическим сдвижением или параллаксом. То-есть, выбирается база, отрезок с определенной длиной, от него измеряется расстояние ко всем углам неизвестной точки, в последствии, она двигается на фоне уже известных объектов в космосе.
Как измерить расстояние в космосе?
История методологии
Чтобы измерять длину пути к звездам, астрономам необходимо взять доступную основу с таким же диаметром как орбита Земли. Первым к этому методу обратился Тихо Браге, который поставил под сомнение версию Коперника о круговороте планеты Земля. Но одна минута дуги в 16 веке была абсолютно мизерной для измерения параллактического смещения. Потому он и увенчал теорию Коперника неверной. Спустя 100 лет Джеймс Брэдли наблюдал за гаммой звезд Дракона и пришел к выводу, что они колеблются вокруг своего положение до 20 секунд в год. Скорость летящего от звезды света равна скорости передвижения Земли по своей орбите. Но и тем не менее, он забросил эти исследования, поскольку не смог найти ничего общего с параллаксом. Да и не нашел бы. И только в средине 19 века в трех разных точках всего мира вновь возобновилось изучение и разработка измерений огромных дистанций в космосе.
Огромные расстояния в космическом пространстве
Единицы измерения расстояния
Парсек – стала официальной специальной единицей измерения расстояний в космосе, благодаря параллаксу у профессиональных астрономов.
Поэтому единица расстояний до неизвестной звезды разделяется на параллакс в секунду. Например, дина пути к альфа Центавру равна 1,3 парсека (1/0,76).
Единица измерения определяет расстояние, под каким углом виден радиус орбиты за 1 секунду.
3 светового года = 1 пк. Известны еще килопарсек (= 1000 пк), мегапарсек (= 1 млн парсекв). Но стоит заметить, что в основном она применяется для установки дистанций между объектами, которые располагаются вне галактики, поскольку они дают наиболее верные результаты.
Другая единица измерения – световой год. Это расстояние динамического передвижения света за год со скоростью 300 тысяч км/сек. Например проксима Кентавра, ближняя звезда к Солнцу, находится от Земли в 4 световых годах, а Андромедова галактика – около 2 млн световых лет.
Процесс измерения
Ближайшая звезда к Земле наблюдается космическими спутниками в разных местах и смещается на тле более дальних звезд.
Это и есть основная и наиболее современная методология вычисления дистанций объектов в космосе.
Это и есть основная и наиболее современная методология вычисления дистанций объектов в космосе.Выбрав две точки, максимально отдаленных друг от друга, совершается наблюдение и измерение. Земля находится в 155 млн км от Солнца, то наблюдения с разрывом в пол года будут происходить из 2-х мест в галактике, на дистанции в 300 млн км, равной двум радиусам орбиты нашей планеты. Высчитав угол сдвижения звезды с места, рассчитывается расстояние к ней с помощью тригонометрии.
Как результат, параллаксы звезды – это прямоугольные треугольники, а их гипотенузы равны дистанции Солнца к звезде, а катет – половина оси орбиты Земли.
На самом деле, эти цифирные выводы не так элементарны, как методы. Углы, которые поддаются измерениям, очень мелкие из-за огромного их расстояния к звездам. Параллакс одного года позволяет мерять расстояние не больше, чем сотню световых лет от планеты.
Естественно, каждая ступень измерений расстояния любой точки в космосе от Земли богата на погрешности.
Но в общем, масштаб галактики в наше время измерен и изучен довольно-таки точно и перепроверен ни одним методом. Поэтому можно уже говорить о дальнейших измерениях дистанций к другим галактикам.Владимир Сурдин. Измерения на небесной сфере и в пространстве.
Как измеряются расстояния в космосе
Вселенная огромна, но астрономы на удивление хорошо научились определять расстояния до различных космических объектов. Так, например, дистанция до нашего естественного спутника измерена настолько точно, что мы знаем об её увеличении приблизительно на 3.8 сантиметра в год. Но ученые также могут определять дислокацию невероятно далеких объектов.
В этих целях используется совокупность множества разных способов, которые образуют так называемую «шкалу расстояний в астрономии» или, если переводить дословно с английского, «космическую лестницу». И если в нижней части этой «стремянки» находится дистанция до Луны, то в верхней – путь до самых отдаленных галактик.
Пример «космической лестницы»Немного истории
Люди научились измерять расстояния в пределах нашей звездной системы тысячелетия назад.
Древнегреческий астроном Гиппарх во время солнечного затмения с помощью обычной тригонометрии вычислил дистанцию до Луны. Известно, что это астрономическое явление в конкретный момент времени выглядит по-разному в тех или иных точках Земли.
Подобный феномен легко иллюстрируется на одном наглядном примере. Прищурьте глаз, вытяните руку, поднимите вверх большой палец и запомните, какую точку на стене он закрывает. Затем посмотрите на тот же палец вторым своим оком. Попробовали? Это будет уже другой кусок обоев. Данный эффект называется параллаксом, и во время солнечного затмения Луна ведет себя подобно пальцу из обрисованного практического опыта, в то время как отдаленные друг от друга города являются, условно, участками стены.
Убедиться в том, что для измерения расстояния до Луны достаточно только школьных знаний, можно с помощью этого видеоТаким образом, зная, какая часть Солнца была закрыта Луной в одном населенном пункте, когда в другом было полное затмение, Гиппарх определил расстояние от Земли до её спутника.
Причем сделал это весьма точно!
А как обстоят дела сегодня?
Сегодня дистанция до Луны легко измеряется с помощью лазерного луча – надо просто засечь время, за которое он достигнет её, отразится и вернется. Зная скорость света, искомое значение можно получить с помощью обычного математического деления. В пределах Солнечной системы эта технология работает идеально. Она не только позволяет точно определить местонахождение тех или иных объектов, но и подтверждает, что старая добрая тригонометрия отличается точностью и надежностью.
Однако лазерные измерения работают не всегда. В частности, этот метод невозможно использовать в случае с Солнцем, испускающим собственный свет, а также для объектов, находящихся за пределами нашей системы.
Для близких звезд оптимальным способом определения расстояния остается тригонометрия – астрономы до сей поры используют метод параллакса, знакомый ещё древним грекам.
Просто в этом случае он применяется в гораздо более крупном масштабе.
В процессе движения нашей планеты по орбите вокруг Солнца звезды на небосводе смещаются – естественно, с точки зрения земного наблюдателя. Если посмотреть на них, находясь на «зимней» и «летней» стороне от нашего светила, близкие звезды заметно сдвинутся, в то время как дальние останутся на прежнем месте. По величине этого смещения можно весьма точно определить дистанцию до искомых небесных тел.
Параллакс позволяет надежно измерять расстояния в радиусе около 3000 световых лет, однако для определения местоположения более дальних объектов приходится забираться на следующую ступеньку «космической лестницы». Впервые это было сделано в начале 20 века, когда американский астроном Генриетта Свон Ливитт открыла интереснейшее свойство пульсирующих переменных звезд, которые стали называться цефеидами. Отличает их строгая корреляция между светимостью и периодичностью колебаний. Какими бы тусклыми они ни казались земному наблюдателю, по частоте пульсаций можно надежно вычислить их истинную яркость, которая, в свою очередь, прямо указывает на расстояние.
Эти звезды стали первыми в истории астрономии «стандартными свечами». Под этим термином сегодня понимается любой объект с постоянной абсолютной яркостью, позволяющей определить расстояние от земного наблюдателя до источника света. Кстати, всего через 15 лет после открытия Генриэтты Ливитт Эдвин Хаббл с помощью цефеид измерил дистанцию до объектов, находящихся далеко за пределами нашей галактики и впервые доказал, что Млечный Путь – это далеко не вся Вселенная!
Сегодня в распоряжении астрономов имеется много видов стандартных свечей. Их поиск обуславливался естественной потребностью, так как цефеиды не очень ярки и их далеко не всегда можно обнаружить в том или ином участке космоса. В наши дни в этом качестве используются даже сверхновые. При определенных условиях стандартными свечами становятся целые галактики – известно, что чем они ярче, тем быстрее вращаются, и это тоже воспринимается как некая точка отсчета.
Особую сложность представляют объекты, расположенные в нескольких миллиардах световых годах от нас, а также те, что не содержат известных стандартных свечей.
В этом случае астрономам приходится проявлять всю свою изобретательность. Они могут попытаться вычислить расстояние по значению красного смещения или по искажению света гравитацией очень массивных объектов. В общем и целом, универсального решения в этих случаях не существует.
Радует то, что космическая лестница продолжает нарастать новыми ступеньками. Это может показаться невероятным, но в большинстве случаев ученые уверены в точности своих вычислений, несмотря на то, что космические дистанции до абсурда огромны. Связано это с тем, что методы, применяющиеся в рамках шкалы расстояний, часто дополняют друг друга, позволяя перепроверять и корректировать полученный результат.
То есть, по большому счету, наука уже сегодня способна измерить дистанцию практически до любого объекта в космосе – от Луны до самого края Вселенной. И это невероятно!
Подписывайтесь на T4S.TECH в Telegram, чтобы оставаться в курсе самых интересных новостей из мира технологий и не только.
Космические расстояния – Исследование Солнечной системы НАСА
Астрономические единицы – полезная мера расстояний в нашей Солнечной системе, в то время как световые годы более практичны для расстояний до звезд. Ближайшая звездная система, Альфа Центавра, видна с Сатурна на этом изображении, полученном космическим кораблем НАСА «Кассини». Предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Институт космических наук
Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.
Пространство за пределами Земли настолько невероятно обширно, что единицы измерения, удобные для нас в повседневной жизни, могут стать ГИГАНТСКИМИ. Расстояния между планетами и особенно между звездами могут стать настолько большими, если их выразить в милях и километрах, что они станут громоздкими. Поэтому для космических расстояний мы переходим на совершенно другие типы единиц: астрономические единицы, световые годы и парсеки.
Астрономические единицы, сокращенно AU, являются полезной единицей измерения в нашей Солнечной системе.
Астрономические единицы также позволяют легко думать о расстояниях между объектами Солнечной системы. Они позволяют легко увидеть, что Юпитер вращается в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, и что Сатурн находится в два раза дальше от Солнца, чем Юпитер. (Это потому, что технически вы выражаете каждое расстояние как отношение расстояния от Земли до Солнца. Удобно!)
Это анимационное видео иллюстрирует, насколько далеки световая секунда, минута и год.
Авторы и права: НАСА-Лаборатория реактивного движения-Калтех.Для гораздо больших расстояний — межзвездных расстояний — астрономы используют световые годы. Световой год — это расстояние, которое фотон света проходит за один год, что составляет около 6 триллионов миль (9триллион километров, или 63 000 а.е.). Иными словами, световой год — это то, какое расстояние вы бы прошли за год, если бы могли путешествовать со скоростью света, которая составляет 186 000 миль (300 000 километров) в секунду. (Кстати, вы не можете путешествовать со скоростью света, насколько нам известно, но — это — совсем другая история…) Как и AU, световые годы делают астрономические расстояния более управляемыми. Например, ближайшей к нам звездной системой является тройная звездная система Альфы Центавра, расположенная примерно в 4,3 световых года от нас. Это более управляемое число, чем 25 триллионов миль, 40 триллионов километров или 272 000 а.е.
Световые годы также дают некоторую полезную информацию о расстояниях до Солнечной системы: Солнце находится примерно в 8 световых минутах от Земли.
(И да, есть также свет секунд !) И поскольку свет от объектов распространяется со скоростью света , когда вы видите Солнце, Юпитер или далекую звезду, вы видите их такими, какими они были, когда свет ушел. это, будь то 8 минут, десятки минут или 4,3 года назад. И это фундаментально для идеи, что когда мы смотрим дальше из в космос, мы видим дальше назад
Наконец, парсек. Эта единица используется, когда количество световых лет между объектами достигает высоких тысяч или миллионов. Один парсек равен 3,26 светового года. Происхождение этой единицы измерения немного сложнее, но оно связано с тем, как астрономы измеряют ширину неба. Астрономы используют «мегапарсек» — мегапарсек равен 1 миллиону парсеков — для межгалактических расстояний или шкалы расстояний между галактиками.
И в тот момент, когда расстояния между галактиками становятся настолько грандиозными, что даже мегапарсекы становятся громоздкими, астрономы говорят о расстояниях с точки зрения того, насколько свет галактики сместился в сторону более длинных и красных длин волн в результате расширения Вселенной — эта мера известна как «красное смещение».
Расстояния в космосе — Science Learning Hub
Добавить в коллекцию
Расстояния в космосе очень, очень большие. Космический корабль «Вояджер-1» выходит за пределы нашей Солнечной системы со скоростью 62 000 км в час, но даже при такой скорости потребуется 77 000 лет, чтобы добраться до ближайшей звезды. Чтобы пересечь галактику Млечный Путь, потребуется более миллиарда лет. И добраться до следующей галактики? Нам нужен калькулятор побольше!
Что касается того, что мы знаем
Профессор Денис Салливан, астрофизик из Веллингтонского университета Виктории, считает важным, чтобы мы «чувствовали» эти большие расстояния, даже если мы не можем их визуализировать. Он считает, что это помогает связать большие измерения с меньшими, которые мы уже знаем.
- Вы знаете, что такое километр, вы легко можете пройти это расстояние.
- Вы знаете, что такое 100 км — это расстояние, которое машина может проехать за час на максимальной скорости по главной дороге.
- Пролетите более 100 км над поверхностью Земли, и вы в космосе, на краю атмосферы.
- Когда космический шаттл отправляется в космос, он вращается на высоте около 700 км над поверхностью Земли — это меньше длины Южного острова Новой Зеландии.
- Луна находится на расстоянии 400 000 км. Это то же расстояние, что и 10-кратный оборот вокруг Земли.
Числа становятся действительно большими, когда мы смотрим на расстояния от Земли до других планет в нашей Солнечной системе. От Земли до Марса 78 миллионов километров (78 000 000 км), а до Нептуна — 4 350 миллионов километров (4 350 000 000 км).
Малая Солнечная система
Чтобы получить представление о расстояниях внутри нашей Солнечной системы, нужно уменьшить все в размерах. Солнце 1,391980 км в поперечнике — давайте сократим это до 1 км. Теперь мы можем уменьшить планеты и расстояния между ними на одинаковую величину.
Таблица и карта показывают, что было бы, если бы Солнце было шаром диаметром 1 км в центре Веллингтона.
Diameter of planet | Distance from Sun | In orbit over |
|---|---|---|
Mercury 4 m | 40 km | Kapiti and Cook Strait |
Venus 9 m | 80 km | Masterton and Marlborough Sounds |
Earth 10 m | 100 km | Nelson и Левин |
Марс 5 м | 160 км | Вангануи и Каикоура |
Jupiter 100 m | 560 km | Great Barrier Island and Dunedin |
Saturn 90 m | 1030 km | Half way to Australia |
Уран 30 м | 2070 км | Восточная окраина Австралии |
Нептун 30 м | 3240 км | Аделаида, Южная Австралия |
Теперь давайте направимся к ближайшей звезде за пределами Солнечной системы, называемой Проксима Центавра.
Эта звезда находится на расстоянии 40 триллионов километров. Даже если мы уменьшим его на ту же величину, что и нашу Солнечную систему, чтобы поместиться на территории Новой Зеландии и Австралии, Проксима Центавра все равно будет находиться на расстоянии более 30 миллионов километров!
Световые годы
Нам нужна другая единица измерения, потому что на таких расстояниях километры слишком малы, чтобы их можно было использовать. Одной из единиц измерения очень больших расстояний является световой год. Это расстояние, которое свет проходит за год, поэтому 1 световой год равен примерно 9500 000 000 000 км. Используя эту единицу, мы говорим, что звезда Проксима Центавра находится на расстоянии около 4,2 световых года.
Даже при использовании этого устройства числа в космосе становятся довольно большими.
Расстояние от Земли | |
|---|---|
Sirius, Bright Star в Sky | 8.6 Lige | 8. |
Rigel, brightest star in Orion | 777 light years |
Centre of our Milky Way galaxy | 27,700 light years |
Andromeda, nearest large galaxy | 2 900 000 световых лет |
Персейское скопление из 500 галактик | 190 000 000 световых лет |
Furthest galaxies seen in the universe | 15,000,000,000 light years |
6.If we were still using kilometres, the distance to the furthest galaxies seen would be 145,000,000,000,000,000,000,000 km.
Идея занятия
В упражнении «Уменьшение Солнечной системы» учащиеся создают масштабную модель Солнечной системы, чтобы понять расстояния в космосе.
Полезные ссылки
Взгляните на этот чудовищный рисунок нашей Солнечной системы от BBC, который иллюстрирует, насколько велико пространство.