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.

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.

Таким 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!