Космическая рулетка: как ученые измеряют расстояния до звезд и галактик
- Астрономы используют шкалу космических расстояний с методами, такими как тригонометрический параллакс, стандартные свечи, сверхновые и красное смещение, чтобы измерить расстояния во Вселенной.
- К сожалению, не все методы являются совершенными. Это указывает на ошибки в наших подходах или на новую физику, которой человечество еще не открыло.
Постичь истинные масштабы Вселенной – задача невероятной сложности. Когда мы смотрим на ночное небо, звезды кажутся лишь маленькими огоньками на плоском куполе, хотя за этой иллюзией скрываются колоссальные пропасти пространства. Астрономы десятилетиями разрабатывали сложную систему методов, позволяющих заглянуть на миллиарды лет в прошлое и определить точное место каждого объекта в космическом океане.
Какими методами человечество определяет дистанции в безграничном океане звезд?
В современной астрономии не существует ни одного универсального инструмента, который мог бы измерить расстояние до любого объекта. Вместо этого ученые используют так называемую шкалу космических расстояний, или "космическую лестницу", где каждая последующая ступенька базируется на точности предыдущей. Основой этой системы являются прямые геометрические измерения, а вершиной – сложные космологические законы, описывающие расширение самого пространства, пишет 24 Канал.
Смотрите также Что такое темная материя и как ученые за ней охотятся
Тригонометрический параллакс
Первой ступенью является тригонометрический параллакс. Этот метод базируется на простом геометрическом принципе: если наблюдать за близкой звездой из двух разных точек земной орбиты с интервалом в шесть месяцев, ее положение на фоне очень далеких объектов немного сместится. Зная радиус земной орбиты, что составляет примерно 149,6 миллиона километров, астрономы могут вычислить расстояние до звезды с помощью тригонометрии.
Парсек
Именно на этом методе базируется единица измерения парсек – расстояние, с которого радиус земной орбиты видно под углом в одну угловую секунду. Одним из самых масштабных проектов в этой области стала миссия Gaia Европейского космического агентства. Космический телескоп смог получить данные о параллаксе для более 1,33 миллиарда звезд, что позволило создать точную трехмерную карту нашей Галактики.
Стандартные свечи
Когда геометрические методы достигают своего предела, ученые используют "стандартные свечи" – объекты с известной абсолютной светимостью. Самыми известными среди них являются цефеиды – гигантские пульсирующие звезды.
В 1908 году Генриетта Ливитт обнаружила, что период пульсации цефеиды прямо связан с ее истинной яркостью. Это открытие позволило Эдвину Габблу в 1924 году доказать, что туманность Андромеды – это отдельная галактика, а не часть Млечного Пути. Сравнивая видимую яркость цефеиды с ее рассчитанной абсолютной светимостью, можно определить расстояние до нее даже в соседних галактиках.
Расчеты на основе сверхновых
Для еще больших расстояний, достигающих миллиардов световых лет, астрономы применяют сверхновые звезды типа Ia. Эти невероятно мощные взрывы белых карликов имеют почти одинаковую пиковую яркость, что делает их идеальными маркерами для измерения дистанций до самых отдаленных уголков Вселенной.
Именно благодаря наблюдениям за сверхновыми в конце 1990-х годов было обнаружено, что расширение Вселенной ускоряется под действием загадочной темной энергии.
Красное смещение
На самых больших масштабах главным инструментом становится закон Хаббла-Леметра. Он утверждает, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна расстоянию до нее. Эту скорость определяют по красному смещению в спектре объекта – растяжением световых волн из-за расширения пространства. Чем дальше расположена галактика, тем быстрее она удаляется и тем "краснее" кажется для земных телескопов.
Несмотря на значительные успехи, в этой системе остаются разногласия. Измерения скорости расширения Вселенной с помощью сверхновых и через реликтовое излучение (данные аппарата "Планк") дают разные результаты. Это несоответствие может указывать на существование "новой физики", которую ученым еще предстоит открыть.