Storleken på avstånden mellan himlakroppar har alltid gjort mänskligheten häpen. I den här artikeln kommer vi att ge en kort översikt över de metoder som används för att mäta avstånd i rymden, följt av att presentera numeriska data som hjälper till att förstå universums storlek.
Mätning av avstånd inom solsystemet
Den grundläggande måttenheten som används i astronomiska avstånd är den astronomiska enheten (AU), som anger medelavståndet mellan jorden och solen. AU fungerar som en grundläggande referenspunkt för interplanetära mätningar och underlättar exakta beräkningar av himmelska avstånd.
Parallaxmetoden
För himmelska enheter i närheten av vårt solsystem, såsom planeter, månar och asteroider, använder astronomer parallaxmetoden. Denna teknik utnyttjar den uppenbara förskjutningen av ett föremål när det observeras från olika utsiktspunkter. Genom att kvantifiera parallaxvinkeln och tillämpa trigonometriska principer kan avståndet till objektet bestämmas exakt.
Radar
Radaravståndsmätning representerar en ovärderlig metod för att mäta avstånd inom solsystemet. Denna metodik innebär överföring av radiovågor mot en himlakropp och efterföljande mätning av den tid det tar för vågorna att återvända. Genom att inkludera ljusets hastighet underlättar tur- och returtiden exakta avståndsberäkningar.
Att fastställa avstånd till stjärnor blir mer utmanande på grund av deras stora rumsliga omfattning. Ändå har astronomer utarbetat en mängd metoder som är skräddarsydda för specifika avståndsområden, vilket möjliggör exakta mätningar av himmelska avstånd.
Trigonometrisk parallax
Den trigonometriska parallaxmetoden, i likhet med dess användning inom solsystemet, används för att mäta avstånd till närliggande stjärnor. Detta tillvägagångssätt utnyttjar mätningen av den skenbara förändringen i en stjärnas position som en konsekvens av jordens omloppsrörelse runt solen. Genom noggrann observation av denna förskjutning över tid kan astronomer fastställa stjärnans avstånd genom att använda grundläggande principer för trigonometri.
Standardljus
För att bestämma avstånd till mer avlägsna himlakroppar förlitar sig astronomer på standardljus – föremål som har känd inneboende ljusstyrka. Två framträdande exempel på standardljus är Cepheidvariabler och supernovor av typ Ia.
Cepheidvariabler, kännetecknade av sin pulserande natur, uppvisar regelbundna fluktuationer i ljusstyrka. Genom att exakt mäta perioden för dessa ljushetsoscillationer kan astronomer fastställa deras inneboende ljusstyrka, och därefter möjliggöra avståndsuppskattningar genom jämförelser med observerad ljusstyrka.
Supernovor av typ Ia, ett resultat av vita dvärgstjärnors explosiva död, fungerar som pålitliga standardljus på grund av deras konsekventa inneboende ljusstyrka. Genom att kontrastera den observerade ljusstyrkan hos supernovor av typ Ia med deras förväntade ljusstyrka, kan astronomer exakt sluta sig till deras avstånd.
Spektroskopisk parallax
För stjärnor som ligger utanför intervallet för trigonometriska parallaxmätningar, används metoden för spektroskopisk parallax.
Spektroskopisk parallax beror på korrelationen mellan en stjärnas spektraltyp och dess inneboende ljusstyrka. Genom att granska den observerade färgen (spektraltypen) på en stjärna och jämföra den med den förväntade färgen baserat på dess inneboende egenskaper, kan astronomer uppskatta dess avstånd.
Galaktiska avstånd: Vintergatan och bortom
Mätningen av avstånd inom vår galax, Vintergatan och andra galaxer är en intrikat och utmanande strävan som astronomer står inför. Med tanke på de enorma kosmiska skalorna som är involverade kräver en exakt bestämning av dessa avstånd användningen av en mängd olika metoder som är skräddarsydda för att ta itu med krångligheterna i varje avståndsskala.
Kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning
Den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (CMB), som kommer från det ursprungliga universum, representerar en skattkammare av information om de tidiga stadierna av kosmisk evolution.
Genom att noggrant analysera de subtila temperaturvariationerna i CMB kan forskare undersöka universums storskaliga struktur och få värdefulla insikter om dess sammansättning, evolution och rumsliga egenskaper.
Galaktisk rödförskjutning
Galaktiska rödförskjutningsundersökningar gör det möjligt för astronomer att på ett omfattande sätt kartlägga universums storskaliga struktur och fastställa avstånden mellan galaxer. Dessa undersökningar involverar systematiska mätningar av rödförskjutningar av ett stort antal galaxer inom ett specifikt område på himlen. Genom att analysera mönstren för klustring och rödförskjutningsdata kan astronomer konstruera tredimensionella kartor, vilket ger ovärderliga insikter om fördelningen och avstånden mellan galaxer på en kosmisk skala.
Foto: Aleš Tošovský (Wikimedia) ©️CC BY-SA 3.0
Begreppet ljusår
I universums vidsträckta vidd använder astronomer ofta en avståndsenhet som kallas ljusåret för att mäta de enorma spännvidden mellan himlaobjekt.
Låt oss först fastställa vad ett ljusår representerar. I motsats till dess namn är ett ljusår inte ett mått på tid utan snarare ett mått på avstånd. Specifikt representerar det avståndet som ljus, som färdas med en häpnadsväckande hastighet av cirka 299 792 kilometer per sekund (eller cirka 186 282 miles per sekund), kan passera under ett år.
För att förstå storleken på detta avstånd, föreställ dig att ett enda år passerar medan ljuset färdas obehindrat genom rymdens vakuum. Under denna tidsperiod kan ljus färdas ett häpnadsväckande avstånd på cirka 9.500.000.000.000 kilometer (eller ungefär 5.900.000.000.000 miles). Denna fantastiska spännvidd illustrerar kosmos vidsträckta och enorma avstånd mellan himlakroppar.
Användningen av ljusår visar sig vara oumbärlig inom astronomi, vilket gör det möjligt för forskare att beskriva och kvantifiera astronomiska avstånd på ett begripligt sätt. Som en universell enhet underlättar den kommunikation och hjälper till att jämföra objekt utspridda över hela universum.
En av de främsta fördelarna med att använda ljusår är förmågan att mäta avstånd på en kosmisk skala utan att tillgripa otympliga siffror. Med tanke på kosmos kolossala proportioner skulle enbart uttryck av avstånd i kilometer eller miles leda till oerhört långa och opraktiska siffror. Genom att använda ljusår kan astronomer kortfattat förmedla astronomiska avstånd, vilket ger en mer hanterbar och intuitiv representation.
Dessutom tillåter ljusår astronomer att upprätta tidsmässiga kopplingar med avlägsna objekt. På grund av ljusets ändliga hastighet innebär observation av astronomiska fenomen ofta att man studerar ljus som har tagit avsevärd tid att nå oss. Till exempel, när vi tittar på en stjärna som ligger 50 ljusår bort, har ljuset som kommer in i våra teleskop färdats i 50 år innan det når oss. I grund och botten uppfattar vi stjärnan som den såg ut för 50 år sedan och ger oss en inblick i det förflutna.
Detta fenomen avslöjar också en fängslande aspekt av astronomi. Genom att granska föremål på olika avstånd kan astronomer undersöka universums utveckling och dynamik genom hela dess historia. Till exempel, när vi observerar en avlägsen galax som ligger miljarder ljusår bort, ser vi galaxen som den såg ut för miljarder år sedan, vilket ger oss insikter i universums tidiga stadier.
Avstånd från vissa himlakroppar och galaxer från jorden
Nedan finns en tabell som visar de genomsnittliga avstånden för olika himlakroppar och galaxer från vår hemplanet, jorden.
| Himmelska kroppar | Kilometer |
|---|---|
| Måne | 384.400 |
| Venus | 42.000.000 |
| Mars | 78.000.000 |
| Merkurius | 92.000.000 |
| Sol | 150.000.000 |
| Jupiter | 629.000.000 |
| Saturnus | 1.280.000.000 |
| Uranus | 2.731.000.000 |
| Neptunus | 4.485.000.000 |
Baserat på dessa data och förutsatt att avstånden förblir konstanta, kan du nå månen på 53 dagar, Mars på 30 år och solen på 57 år, med en hastighet av 300 km/h i en Ferrari. Om du skulle resa till Neptunus med denna hastighet skulle det ta ungefär 1706 år. Men på grund av det förändrade avståndet över tiden kan du uppleva en försening på flera århundraden.
Om du skulle använda ett passagerarplan i 1000 km/h istället för en Ferrari skulle du kunna nå månen på 16 dagar, Mars på 9 år, solen på 17 år och Neptunus på 512 år.
Låt oss föreställa oss att du spenderade alla dina pengar och byggde en rymdfarkost som liknar Apollo 10. Den maximala hastigheten som registrerades av Apollo 10 var cirka 40 000 km/h. Om vi bortser från tiden det tar att nå en hastighet på 40 000 km/h kan du nå Månen på 9,6 timmar, Mars på 81 dagar, Solen på 156 dagar och Neptunus på 13 år. Men, som nämnts i föregående mening, baseras denna beräkning på antagandet att du omedelbart når en hastighet på 40 000 km/h, inte avviker från din kurs, inte minskar din hastighet och antar att avståndet förblir konstant. Det är ett rent teoretiskt scenario.
| Stjärnor | Ljusår |
|---|---|
| Alfa Centauri | 4,34 |
| Sirius | 8,6 |
| Vega | 25 |
| Arcturus | 37 |
| Aldebaran | 65 |
| Canopus | 310 |
| Betelgeuse | 550 |
| Rigel | 860 |
| Deneb | 2600 |
Om vi ville våga oss bortom solsystemet och resa till ett annat stjärn- eller stjärnsystem, skulle utmaningarna bli ännu mer skrämmande. Den stjärna som ligger närmast oss efter solen, Alfa Centauri, är cirka 4,34 ljusår bort. Det är ungefär 41 biljoner kilometer eller 26 biljoner miles. Baserat på dessa avstånd och med tanke på hastigheterna som nämns ovan, skulle det ta ungefär 16 miljoner år att nå Alfa Centauri med en Ferrari, 4,7 miljoner år med ett passagerarflygplan och 117 180 år med Apollo 10.
| Galaxer | Ljusår |
|---|---|
| Andromedagalaxen | 2.500.000 |
| PGC 2248 | 500.000.000 |
| Kometgalaxen | 3.200.000.000 |
| Cosmos Redshift 7 | 12.900.000.000 |
Nästa steg är intergalaktisk resa. Faktum är att när man hanterar så stora avstånd blir den här typen av analyser extremt svåra och till och med meningslösa. Detta beror på att universum ständigt expanderar, och när de intergalaktiska avstånden ökar ökar även expansionshastigheten proportionellt. Därför, om vi betraktar Hubble-konstanten som en referens, skulle galaxen du vill nå med fordonen som nämns ovan röra sig bort från dig snabbare än ditt fordons hastighet, och du skulle aldrig kunna nå din destination (förutom när du närmar dig galaxer som Andromeda). Men vi kan fortfarande göra några beräkningar baserat på de aktuella avstånden för att tillfredsställa din nyfikenhet och förstå universums enorma omfattning.
Den stora galaxen som ligger närmast Vintergatan är Andromeda, som ligger cirka 2,5 miljoner ljusår från oss. Det är ungefär 23 652 000 000 000 000 000 kilometer. Du kan täcka denna sträcka på 9 000 000 000 000 år med en Ferrari, 2 700 000 000 000 år med ett passagerarflygplan eller 67 500 000 000 år med Apollo 10. 67 500 000 000 gånger betyder universums ålder nästan 500 gånger.
- Stellarium Web Online Star Map, stellarium-web.org
- List of galaxies, Wikipedia English