Якими методами людство визначає дистанції в безмежному океані зірок?
У сучасній астрономії не існує жодного універсального інструмента, який міг би виміряти відстань до будь-якого об’єкта. Замість цього вчені використовують так звану шкалу космічних відстаней, або "космічну драбину", де кожна наступна сходинка базується на точності попередньої. Основою цієї системи є прямі геометричні вимірювання, а вершиною – складні космологічні закони, що описують розширення самого простору, пише 24 Канал.
Дивіться також Що таке темна матерія та як учені за нею полюють
Тригонометричний паралакс
Першою сходинкою є тригонометричний паралакс. Цей метод базується на простому геометричному принципі: якщо спостерігати за близькою зорею з двох різних точок земної орбіти з інтервалом у шість місяців, її положення на фоні дуже далеких об’єктів трохи зміститься. Знаючи радіус земної орбіти, що становить приблизно 149,6 мільйона кілометрів, астрономи можуть обчислити відстань до зорі за допомогою тригонометрії.
Парсек
Саме на цьому методі базується одиниця виміру парсек – відстань, з якої радіус земної орбіти видно під кутом в одну кутову секунду. Одним із наймасштабніших проєктів у цій галузі стала місія Gaia Європейського космічного агентства. Космічний телескоп зміг отримати дані про паралакс для понад 1,33 мільярда зірок, що дозволило створити найточнішу тривимірну карту нашої Галактики.
Стандартні свічки
Коли геометричні методи досягають своєї межі, вчені використовують "стандартні свічки" – об’єкти з відомою абсолютною світністю. Найвідомішими серед них є цефеїди – гігантські пульсуючі зорі.
У 1908 році Генрієтта Лівітт виявила, що період пульсації цефеїди прямо пов’язаний з її справжньою яскравістю. Це відкриття дозволило Едвіну Габблу у 1924 році довести, що туманність Андромеди – це окрема галактика, а не частина Чумацького Шляху. Порівнюючи видиму яскравість цефеїди з її розрахованою абсолютною світністю, можна визначити відстань до неї навіть у сусідніх галактиках.
Розхахунки на основі наднових
Для ще більших відстаней, що сягають мільярдів світлових років, астрономи застосовують наднові зірки типу Ia. Ці неймовірно потужні вибухи білих карликів мають майже однакову пікову яскравість, що робить їх ідеальними маркерами для вимірювання дистанцій до найвіддаленіших куточків Всесвіту.
Саме завдяки спостереженням за надновими наприкінці 1990-х років було виявлено, що розширення Всесвіту прискорюється під дією загадкової темної енергії.
Червоне зміщення
На найбільших масштабах головним інструментом стає закон Габбла-Леметра. Він стверджує, що швидкість віддалення галактики прямо пропорційна відстані до неї. Цю швидкість визначають за червоним зміщенням у спектрі об’єкта – розтягуванням світлових хвиль через розширення простору. Чим далі розташована галактика, тим швидше вона віддаляється і тим "червонішою" здається для земних телескопів.
Незважаючи на значні успіхи, у цій системі залишаються розбіжності. Вимірювання швидкості розширення Всесвіту за допомогою наднових та через реліктове випромінювання (дані апарата "Планк") дають різні результати. Ця невідповідність може вказувати на існування "нової фізики", яку вченим ще належить відкрити.