Чем измеряется расстояние между звездами
Расстояние между звездами
Немного истории
Выстраивая нашу лестницу к окраинам Вселенной, мы умалчивали о фундаменте, на котором она покоится. Между тем метод параллаксов дает расстояние не в эталонных метрах, а в астрономических единицах, то есть в радиусах земной орбиты, величину которой тоже удалось определить далеко не сразу. Так что оглянемся назад и спустимся по лестнице космических расстояний на Землю.
Вероятно, первым удаленность Солнца попытался определить Аристарх Самосский, предложивший гелиоцентрическую систему мира за полторы тысячи лет до Коперника. У него получилось, что Солнце находится в 20 раз дальше от нас, чем Луна. Эта оценка, как мы теперь знаем, заниженная в 20 раз, продержалась вплоть до эпохи Кеплера. Тот хотя сам и не измерил астрономическую единицу, но уже отметил, что Солнце должно быть гораздо дальше, чем считал Аристарх (а за ним и все остальные астрономы).
Первую более или менее приемлемую оценку расстояния от Земли до Солнца получили Жан Доминик Кассини и Жан Рише. В 1672 году, во время противостояния Марса, они измерили его положение на фоне звезд одновременно из Парижа (Кассини) и Кайенны (Рише). Расстояние от Франции до Французской Гвианы послужило базой параллактического треугольника, из которого они определили расстояние до Марса, а затем по уравнениям небесной механики вычислили астрономическую единицу, получив значение 140 миллионов километров.
На протяжении следующих двух веков главным инструментом для определения масштабов Солнечной системы стали прохождения Венеры по диску Солнца. Наблюдая их одновременно из разных точек земного шара, можно вычислить расстояние от Земли до Венеры, а отсюда и все остальные расстояния в Солнечной системе. В XVIII–XIX веках это явление наблюдалось четырежды: в 1761, 1769, 1874 и 1882 годах. Эти наблюдения стали одними из первых международных научных проектов. Снаряжались масштабные экспедиции (английской экспедицией 1769 года руководил знаменитый Джеймс Кук), создавались специальные наблюдательные станции… И если в конце XVIII века Россия лишь предоставила французским ученым возможность наблюдать прохождение со своей территории (из Тобольска), то в 1874 и 1882 годах российские ученые уже принимали активное участие в исследованиях. К сожалению, исключительная сложность наблюдений привела к значительному разнобою в оценках астрономической единицы – примерно от 147 до 153 миллионов километров. Более надежное значение – 149,5 миллиона километров – было получено только на рубеже XIX–XX веков по наблюдениям астероидов. И, наконец, нужно учитывать, что результаты всех этих измерений опирались на знание длины базы, в роли которой при измерении астрономической единицы выступал радиус Земли. Так что в конечном итоге фундамент лестницы космических расстояний был заложен геодезистами.
Только во второй половине XX века в распоряжении ученых появились принципиально новые способы определения космических расстояний – лазерная и радиолокация. Они позволили в сотни тысяч раз повысить точность измерений в Солнечной системе. Погрешность радиолокации для Марса и Венеры составляет несколько метров, а расстояние до уголковых отражателей, установленных на Луне, измеряется с точностью до сантиметров. Принятое же на сегодня значение астрономической единицы составляет 149 597 870 691 метр.
Как измеряется расстояние до звезд и что такое световой год?
Расстояния между звездами настолько велики, что измерять их километрами или милями – занятие с бесконечными нолями. Привычную систему измерений применяют для обозначения расстояний в одной системе. К примеру называют, что минимальное расстояние от Земли до Марса – 55,76 миллионов километров. Со звездами всё сложнее, и здесь обычно используют понятия светового года и парсека.
Астрономическая единица – принятая в астрономии единица измерения объектов Солнечной системы и ближайших к ней объектов Вселенной. Астрономическая единица равна 149 598 100 км (+-
750 км), что приблизительно равняется среднему расстоянию Земли от Солнца. Современные наблюдения зафиксировали постепенно увеличение значения на 15 см ежегодно, что объясняется, возможной потерей Солнцем массы, последствия солнечного ветра.
Световой год – расстояние, которое свет проходит за один год, в метрах это 9 460 730 472 580 800. На самом деле свет звезд, который мы видим в безоблачную ночь, шёл до нашей планеты многие столетия, а некоторые из них вообще больше не существуют.
Парсек, он же «параллакс угловой секунды» – это расстояние, с которого средний радиус орбиты Земли (перпендикулярный лучу зрения), виден под углом в одну секунду угловую. Если совсем просто, то парсек = 3,26 световым годам.
Интересно то, что в научно-популярной и фантастической литературе принято использовать понятие светового года, а парсеками обычно пользуются только в профессиональных трудах и исследованиях.
(Галактика UDFj-39546284 – самая далекая от Земли галактика (13,3 миллиардов световых лет от Земли), на снимке, сделанным телескопом Хаббл выглядит, как красная точка )
Ближайшая к нам звезда – это Альфа Центавра, которая находится от Земли на расстоянии в 4,37 световых лет. А вот до самой удалённой галактики (по состоянию на декабрь 2012 года) от Земли целых 13,3 миллиардов световых лет!. Получается, когда солнце этой самой галактики (известной под индексом UDFj-39546284) потухнет, человечество об этом узнает еще не скоро.
Расстояния в цифрах
Методы исследования расстояний между звездами?
Метод лазерной локации и радиолокации
Эти два современных метода служат для определения точного расстояния до объекта в пределах Солнечной системы. Он производится следующим образом. При помощи мощного радиопередатчика посылается направленный радиосигнал в сторону предмета наблюдения. После чего тело отбивает полученный сигнал и возвращает на Землю. Время, потраченное сигналом на преодоление пути, определяет расстояние до объекта. Точность радиолокации – всего несколько километров. В случае с лазерной локацией, вместо радиосигнала лазером посылается световой луч, который позволяет аналогичными расчетами определить расстояние до объекта. Точность лазерной локации достигается вплоть до долей сантиметра.
Метод тригонометрического параллакса
Наиболее простым методом измерения расстояния до удаленных космических объектов является метод тригонометрического параллакса. Он основывается на школьной геометрии и состоит в следующем. Проведем отрезок (базис) между двумя точками на земной поверхности. Выберем на небосводе объект, расстояние до которого мы намерены измерить, и определим его как вершину получившегося треугольника. Далее измеряем углы между базисом и прямыми, проведенными от выбранных точек до тела на небосводе. А зная сторону и два прилежащих к ней угла треугольника, можно найти и все другие его элементы.
Величина выбранного базиса определяет точность измерения. Ведь если звезда расположена на очень большом расстоянии от нас, то измеряемые углы будут почти перпендикулярны базису и погрешность в их измерении может значительно повлиять на точность посчитанного расстояния до объекта. Поэтому следует выбирать в качестве базиса максимально отдаленные точки на Земле. Изначально в роли базиса выступал радиус Земли. То есть наблюдатели располагались в разных точках земного шара и измеряли упомянутые углы, а угол, расположенный напротив базиса назывался горизонтальным параллаксом. Однако позже в качестве базиса стали брать большее расстояние – средний радиус орбиты Земли (астрономическая единица), что позволило измерять расстояние до более отдаленных объектов. В таком случае, угол, лежащий напротив базиса, называется годичным параллаксом.
Данный метод не очень практичен для исследований с Земли по той причине, что из-за помех земной атмосферы, определить годичный параллакс объектов, расположенных более чем на расстоянии в 100 парсек – не удается.
Однако в 1989 год Европейским космическим агентством был запущен космический телескоп Hipparcos, который позволил определить звезды на расстоянии до 1000 парсек. В результате полученных данных ученые смогли составить трехмерную карту распределения этих звезд вокруг Солнца. В 2013 году ЕКА запустило следующий спутник – Gaia, точность измерения которого в 100 раз лучше, что позволяет наблюдать все звезды Млечного Пути. Если бы человеческие глаза обладали точностью телескопа Gaia, то мы имели бы возможность видеть диаметр человеческого волоса с расстояния 2 000 км.
Метод стандартных свечей
Для определения расстояний до звезд в других галактиках и расстояний до самих этих галактик используется метод стандартных свечей. Как известно, чем дальше от наблюдателя расположен источник света, тем более тусклым он кажется наблюдателю. Т.е. освещенность лампочки на расстоянии 2 м будет в 4 раза меньше, чем на расстоянии 1 метр. Это и есть принцип, по которому измеряется расстояние до объектов методом стандартных свечей. Таким образом, проводя аналогию между лампочкой и звездой, можно сравнивать расстояния до источников света с известными мощностями.
В качестве стандартных свечей в астрономии выступают объекты, светимость (аналог мощности источника) которых известна. Это может быть любого рода звезда. Для определения ее светимости астрономы измеряют температуру поверхности, опираясь на частоту ее электромагнитного излучения. После чего, зная температуру, позволяющую определить спектральный класс звезды, выясняют ее светимость при помощи диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Затем, имея значения светимости и измерив, яркость (видимую величину) звезды, можно посчитать расстояние до нее. Такая стандартная свеча позволяет получить общее представление о расстоянии до галактики, в которой она находится.
Однако данный метод достаточно трудоемкий и не отличается высокой точностью. Поэтому астрономам удобнее использовать в качестве стандартных свечей космические тела с уникальными особенностями, для которых светимость известна изначально.
Красные смещения
Самый “дальнобойный” способ. Измеряя красные смещения, можно определить расстояния до самых дальних уголков Вселенной.
Все мы знаем обычный спектр солнечного света, который выглядит как обыкновенная радуга: цвета идут от красного к синему. У каждого химического элемента есть свой спектр излучения в виде таких линий. И для каждого из них записано расположение этих линий. Измеряя спектры различных звезд, где присутствуют самые разные элементы, удается увидеть, что их линии как бы сдвигаются к красной стороне спектра. То есть длина волны увеличивается, а это влечет за собой снижение энергии. Поэтому способ и назван «красным смещением».
Эдвину Хабблу, в честь которого назван известный космический телескоп, удалось из этого сложить общую картину и показать, сопоставив спектры галактик с расстояниями до них, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее.
Образование космологического красного смещения можно представить так: рассмотрим свет – электромагнитную волну, идущую от далёкой галактики. В то время как свет летит через космос, пространство расширяется. Вместе с ним расширяется и волна. Соответственно, изменяется и длина волны. Если за время полёта света пространство расширилось в два раза, то и длина волны увеличивается в два раза.
Тот же Хаббл благодаря красному смещению доказал расширение Вселенной. Поэтому чем больше человечество ждет с межзвездными перелетами, тем дальше придется лететь в будущем.
Астрономы из Великобритании разработали очень простую и остроумную методику для измерения расстояний между звездами и Землей, позволяющую определять дистанцию до нашей планеты для любой звезды Млечного Пути при помощи ее «двойника», обладающего идентичными размерами и спектром.
Британские астрономы создали новую методику измерения расстояний в космосе, которая позволяет очень точно вычислять дистанцию от Земли до далеких от нас звезды при помощи ее «двойника», обладающего идентичными размерами и спектром, говорится в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Наша идея очень проста, удивительно, что до нее никто не додумался раньше. Чем дальше от нас расположена звезда, тем более тусклой она будет нам казаться на ночном небе. Если эта звезда и какое-то другое светило обладают абсолютно идентичным спектром, то тогда мы можем использовать разницу в яркости между ними для вычисления расстояния до одной из них, зная дистанцию до другой звезды», – объясняет Джофре Пфайль (Jofre Pfeil) из Кембриджского университета.
Как объясняют Пфайль и его коллеги, сегодня астрономы вычисляют расстояние до далеких от нас светил при помощи так называемого параллакса – того, насколько интересующая их звезда смещается относительно расположенных за ней объектов по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца и движется по орбите.
Подобная методика очень точна, однако она работает только для относительно близких к нам светил, расположенных на расстоянии примерно в 1-2 тысячи световых лет от Земли. По этой причине астрономы знают точное расстояние только для 100 тысяч из 100 миллиардов звезд Млечного Пути.
Измерение расстояний до более далеких светил возможно, однако все существующие методики, по мнению Пфайля, опираются на различные статистические модели и допущения о температуре звезды или ее химическом составе, что может вносить существенные искажения в замеры.
Пытаясь уменьшить эти возможные погрешности и разбросы в значениях, группа Пфайля натолкнулась на революционную и при этом простую идею – находить спектральных «двойников» звезд из числа тех, параллакс которых был точно измерен, и измерять расстояние до них по разнице в их яркости.
Ученые проверили работоспособность своей методики на 175 парах светил с идентичным спектром, одно из которых было расположено на большом расстоянии от Земли, а второе – в пределах 1-2 тысяч световых лет. Вычисленные расстояния до более далеких «двойников» почти полностью совпали с результатами других методик, что подтвердило возможность использования этой техники для определения дистанций до далеких светил.
В ближайшее время Пфайль и его коллеги планируют составить каталог пар звезд-двойников, а также попытаются вычислить точные размеры Галактики, от одного ее края и до противоположной стороны.
Видео
В чем измеряется расстояние между звездами: средняя величина
Вопрос, в чем измеряется расстояние между звездами, у людей непосвящённых возникает в тех редких случаях, когда средства массовой информации начинают извещать о каких-то сенсационных открытиях в Солнечной системе. Расхожее заблуждение состоит в том, что эта тема исследована вдоль и поперек и ничего нового уже не найти.
Специальные мерные величины
Чтобы измерять расстояние между звездами в созвездиях, нужны специальные расчеты и применяются специфические методы. Данных методов немного. В сообщениях СМИ приводятся экзотические параметры. Они из числа тех, которыми принято измерять расстояние до звезд, а рядовому обывателю куда понятнее измерение в привычной системе СИ, которая в астрономии тоже используется.
Для проведения подсчетов необходимы относительные величины, которые можно принять за данность в подобных вычислениях. Даже если они ежегодно изменяются, то ненамного, и для вычислений можно просто сделать поправку.
В 2018 году с телескопа, установленного на вулкане Мауна-Кеа, было сделано очередное сенсационное открытие. О нем с ликованием сообщили в Центре малых планет Международного астрономического союза. Новое открытие получило название «Фараут», от английского «далекий» или «отдаленный».
Розовая карликовая планета оказалась дальше ранее признанного фаворита по дальности Плутона. Лишение его статуса планеты было не единственным открытием, сделанным в 21 веке. Следом за Эридой, Кваваром и его спутником Вейвотом, Макемаке, Седной сообщили об открытии Фараута, расстояние до которого – 120 астрономических единиц.
Сообщая, что диаметр планеты-карлика составляет 500 км, журналисты добавляют, что это – десятая часть диаметра Меркурия – на сегодняшний день самой маленькой планеты Солнечной системы.
Чтобы сделать понятнее для простого человека всю грандиозность удаленности от Земли, говорится, что Фараут находится в 120 раз дальше, чем Земля. А про Солнце известно, что оно примерно в 150 миллионах километров.
Популяризация научных знаний необходима при подобных сенсационных сообщениях. Хотя для наглядности достаточно и того, что новоявленное космическое тело вращается вокруг звезды с такой медленной скоростью, что для одного оборота ему понадобится тысяча земных лет.
Невероятная удаленность Земли и космических тел самого разного вида и размера может выражаться в следующих единицах измерения:
Но чтобы измерять колоссальные удаленности, уже и миллионов километров маловато. Достоверно определяя, насколько далеко находятся звёзды или наглядно продемонстрировать, как далеко расположен небесный объект, необходимы другие масштабы. Бездонный космос может измеряться скоростью света.
В чем измеряется расстояние до звезд
Человечеству необходимы и маленькие и большие метрические единицы, которые могут определять удаленность, дистанцию или размер именно в масштабах цели проводимого измерения. Выбор того, в чем измеряют расстояние, зависит от величины объекта или протяженности дистанции.
Путь улитки проще измерять в см, дистанцию до находящихся поблизости предметов – в метрах. Значительное удаление на родной планете предполагает использование километров в системе СИ, а некоторые другие страны пользуются милями.
В космическом пространстве основная звезда удалена настолько, что дистанцию приходится выражать неудобоваримой цифрой из нескольких символов. Поэтому появилась астрономическая единица, у которой есть среднее значение.
Но в таком объекте, как Галактика, из-за колоссальных цифр трудно находить требуемый ответ, даже пользуясь астрономической единицей. Поэтому появились понятия «световой год», «парсек», «мегапарсек», «килопарсек». Их используют для того, чтобы вычислить или выразить в более удобной форме среднее расстояние между звездами.
Следует обратить внимание на некоторые факты:
Применение человеческих знаний
Млечный путь – это огромное пространство, в котором находятся планеты, видимые звезды и созвездия. Это примерно то, что знает средний человек, не увлекающийся космическим пространством. Кроме этого есть еще Галактика Андромеды, Треугольника и около четырех десятков более мелких, карликовых галактик-спутников.
Наша галактика в диаметре составляет 100000 световых лет. Это расстояние, где никакое МЧС не придет на помощь. И пока что примерная сфера проводимых исследований ограничивается представленными образцами единиц для измерения космических расстояний.
Когда астрономия выйдет на новый виток достижений, возможно, более старшие соотношения уступят место другим, разработанным в силу необходимости.
В настоящее время расстояние до дальних звезд может измеряться методом подгонки главной последовательности. Раньше для этого постоянно использовали Плеяды или Гиады. А теперь стали использовать цефеиды – звезды-гиганты.
В качестве ориентира можно использовать до 30 Мпк. Заглядывать дальше пока человечество не может. Нужны другие ориентиры или более совершенные инструменты, которые откроют путь на следующую ступень лестницы расстояний.
Немного истории
Человечество всегда интересовала небесная твердь. И это вполне закономерно, потому что именно она привлекает внимание ночью, располагает к мечтам и домыслам или настоятельно требует получения новых знаний.
В древности основные массы народа не особенно размышляли над пространственными соотношениями. Многие считали, что небо твердое, а звезды – отверстия в нем, через которые на Землю проникает свет. Но уже тогда находились люди, которые понимали, что это не так. Они осознавали, что грандиозное пространство требует детального изучения.
Несомненная заслуга в определении сути и природы Вселенной, видимой человеческому глазу, принадлежит и древним грекам, с поразительной точностью сумевших определить дистанции до дневных и ночных светил.
Удивляет сила человеческого разума, позволяющая с помощью простых угломерных инструментов, логики и вычислений обозначить мерные понятия, практически не измененные за 2 тысячелетия. Шесть столетий назад итальянец Кассини определил довольно точное значение параметра, до сих пор участвующего во всех космических расчетах и вычислениях.
Примерно в то же время достославный Галлей, совершивший много прорывов в науке о космосе, предложил использовать в качестве расчетной точки прохождение земной соседки, Венеры, по солнечному диску.
Огромную роль сыграли научные открытия выдающихся астрономов:
Непостижимые космические расстояния не стали препоной для измерения, разработки новых единиц. И все это было фундаментом, на котором основана современная наука.
Это позволило создать космические челноки и станции, пилотируемые ракеты и даже сверхзвуковые самолеты.
Проведение нынешних исследований было бы невозможным без титанического труда, который проделали средневековые астрономы. Они провели значительную часть своей жизни за наблюдением движения планет и звезд. Благодаря им сейчас можно производить различные вычисления, используя самые совершенные инструменты для исследований.
Как определить расстояние до звёзд
Смотря на мерцающее ночное небо, нам кажется, что расстояние до звёзд не такое уж большое. А сами они малюсенькие точки во Вселенной. Однако это лишь видимость.
По правде говоря, маленькими светила не назовёшь, а дистанция между нами, как громадная пропасть. Кроме того, расстояние между самими звездами также неимоверно огромное. Разумеется, для нашего понимания, но не для космического пространства.
В древние времена люди считали, что все небесные тела одинаково удалены друг от друга. Но благодаря изучению космоса, со временем, взгляды изменились.
В чём измеряется расстояние между звездами
Действительно, интересно какими единицами астрономы измеряют расстояние до звезд?
На самом деле, расстояние до звезд, как и до любых других космических тел, измеряется не в привычных нам километрах, а в световых годах или парсеках.
Световой год подразумевает пройденное световым лучом расстояние за один год, при условии, что его скорость равна 300 тысяч км в секунду. Только представьте, один световой год соответствует 9,5 миллионам миллионов километров.
Применение метров и километров при определении дистанций между звездами и расстоянии от Земли до них, очень-очень сложно и проблематично.
Хотя часто степень удалённости астрономических объектов настолько велик, что использование световых лет также неудобно. Поэтому для сокращения используют такую единицу измерения как парсек. Он равняется 3,26 светового года.
Помимо этого, за единицу измерения могут использовать мегапарсек, который в один миллион раз больше обычного (то есть составляет 3 260 000 световых лет).
Летящая звезда
Методы и способы определения расстояния до звезд
Всегда и во всём человек ищет свойства, характеристики и отличительные черты. На сегодняшний день, мы способны рассчитать любой отрезок, применяя практические и теоретические приёмы.
А вот как определяют расстояние до звезд? Для этого чаще всего используют метод параллакса.
Параллакс — это изменение видимого положения объекта в отношении удалённого фона, которое напрямую зависит от положения наблюдателя.
В случае определения расстояния до звезд, наблюдение проводят с двух сторон от Солнца на протяжении 6 месяцев друг от друга. В результате полученное смещение светила даёт возможность оценивать дистанцию до него.
Если бы звёздное тело было бы удалено от нашей планеты на 3,26 световых года или на 1 парсек, то его параллакс составлял бы 1 секунду дуги. Но, наверное, к счастью, нет ни одного настолько близко расположенного звёздного тела к нам.
расстояние до звезды
Другие способы определения расстояния до звёзд
Конечно, существуют и другие подходы. Так, например, определить расстояние до звезд можно с помощью фотометрического метода. При нём измеряют освещённость, которая возникает одинаковыми по силе и мощности источниками. Именно полученное значение освещённости обратно пропорциональна квадратам до удалённости тел друг от друга.
Определение расстояний до звезд возможно методом анализа спектра объектов. Для этого проводится исследование химического состава и физических характеристик, а также изучение спектров тела.
Итак, мы узнали в каких единицах измеряется и как определяют расстояние до звёзд.
Как известно, Солнце является самой близкой к нам звездой. Поэтому часто путь к нему указывают в км (149,6 млн км), что в переводе на световые года равно 8,3 световой минуте.
Расстояние между звездами и планетами нашей Солнечной системы имеет внушительные показатели. Например, степень удалённости планеты Плутон от Земли равна приблизительно 5 световым часам, а следующее близлежащее к нам светило (Проксима Центавра) располагается на расстоянии 4,2 световых года.
Представляете, сколько уже известно и доступно для нас, а сколько ещё предстоит узнать про нашу Вселенную!
Проксима Центавра (одна из самых маленьких звёзд)