Световой год, парсек и астрономическая единица: как измеряют космические расстояния
Световой год - это расстояние, которое свет проходит за год: около 9,46 трлн км. Астрономическая единица нужна для планет, парсек нужен для звёзд.
Дальше вы построите понятную линейку от Земли до соседней галактики, узнаете, почему световой год измеряет расстояние, и повторите опыт с параллаксом одним пальцем.
В статье вы узнаете:
Три единицы нужны для трёх разных масштабов
Расстояния в космосе можно записать километрами. Проблема только в том, что числа быстро превращаются в забор из нулей. До Солнца около 149,6 млн км, до ближайшей к нам звезды Проксимы Центавра около 40 трлн км, до галактики Андромеды примерно 24 000 000 000 000 000 000 км.
Такие числа сложно читать и сравнивать. Это всё равно что измерять дорогу от Москвы до Владивостока миллиметрами. Ответ получится точным, но бесполезным для головы.
Поэтому астрономы используют три основные линейки. Астрономическая единица подходит для расстояний между планетами. Световой год показывает путь света за год. Парсек связан со способом, которым расстояние до звезды измерили.
Единицы не спорят друг с другом. Они описывают одну длину с разных сторон, как сантиметры, метры и километры на Земле.
Астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца
Одна астрономическая единица, или а.е., равна примерно 150 млн км. Это привычный размер земной орбиты. Земля находится примерно в 1 а.е. от Солнца, Марс в 1,52 а.е., Юпитер в 5,2 а.е., Нептун примерно в 30 а.е.
С такой записью устройство Солнечной системы видно сразу. Юпитер примерно в пять раз дальше от Солнца, чем Земля. Нептун примерно в шесть раз дальше Юпитера. Километры здесь только прятали бы простое сравнение.
Сегодня длина астрономической единицы задана точно:
Расстояние между Землёй и Солнцем немного меняется, потому что орбита Земли не круглая. Сама единица при этом не растягивается и не сжимается. Она закреплена так же точно, как метр.
Если у вас есть расстояние в километрах, его можно перевести в астрономические единицы. Среднее расстояние до Луны получится около 0,00257 а.е. А перевод астрономических единиц в световые годы покажет, насколько мала вся планетная система рядом с расстояниями до звёзд.
Световой год является расстоянием, а не временем
Световой год равен расстоянию, которое свет проходит за один год. Свет движется почти со скоростью 300 000 км/с и за год успевает пройти около 9,46 трлн км.
Название сбивает с толку из-за слова «год». Но мы измеряем не длительность, а путь. По той же логике существуют световая секунда и световая минута: это расстояния, которые свет проходит за секунду и минуту.
Солнце находится примерно в восьми световых минутах от Земли. Значит, солнечный свет, который вы видите сейчас, отправился к нам около восьми минут назад. Проксима Центавра находится примерно в 4,24 светового года. Мы видим её не сегодняшней, а такой, какой она была больше четырёх лет назад.
Чем дальше смотрит телескоп, тем глубже он смотрит в прошлое. Свет от Андромеды идёт до нас около 2,5 млн лет. Фотография этой галактики показывает эпоху, когда на Земле ещё не существовало современных людей.
Проверить огромное число можно в конвертере световых лет в километры. Отдельный конвертер показывает скорость света в километрах в секунду. NASA даёт то же короткое определение: световой год равен пути света за год. [NASA, What is a light-year?]
Световой год не равен времени полёта ракеты. Космический аппарат движется намного медленнее света. Четыре световых года до звезды означают, что даже свету нужны четыре года, а не то, что ракета долетит туда за тот же срок.
Парсек можно понять с помощью пальца и двух глаз
Поднимите палец перед лицом. Закройте левый глаз, затем правый. Палец будто прыгает на фоне стены. На самом деле он стоит на месте. Изменилась точка, из которой вы смотрите.
Теперь отодвиньте палец дальше и повторите опыт. Прыжок станет меньше. По величине такого сдвига можно понять расстояние до предмета. Этот эффект называется параллаксом.
Астрономы делают то же самое со звёздами. Только вместо расстояния между глазами используют размер земной орбиты. Звезду фотографируют с разницей примерно в полгода, когда Земля находится по разные стороны от Солнца. Близкая звезда немного сдвигается на фоне далёких.
Один парсек равен расстоянию, с которого радиус земной орбиты виден под углом в одну угловую секунду. Название сложено из слов «параллакс» и «секунда». Одна угловая секунда очень мала: это 1/3600 градуса.
Расстояние в парсеках находят по простому правилу:
Если параллакс звезды равен половине угловой секунды, расстояние составляет 2 парсека. Если угол равен 0,1 секунды, получается 10 парсеков. Чем дальше звезда, тем меньше её видимый прыжок.
Один парсек равен примерно 3,26 светового года. Сравнить единицы помогают перевод парсеков в световые годы и обратный перевод световых лет в парсеки.
Фридрих Бессель впервые измерил расстояние до звезды в 1838 году
Люди веками видели звёзды, но не знали, насколько далеко они находятся. Проблема была в крошечном параллаксе. Даже расстояние между двумя сторонами земной орбиты давало сдвиг, который старые приборы не могли уверенно измерить.
Почти одновременно расстояния до других звёзд измерили Вильгельм Струве и Томас Хендерсон. Началась настоящая карта звёздного пространства. ESA называет работу Бесселя первым опубликованным надёжным измерением звёздного параллакса. [ESA, история измерения звёзд]
Для очень далёких звёзд параллакс становится слишком маленьким. Тогда астрономы переходят к другим методам: сравнивают настоящую и видимую яркость известных типов звёзд, изучают вспышки сверхновых и красное смещение галактик. Каждый метод опирается на предыдущий, поэтому всю систему называют лестницей космических расстояний.
Как выбрать единицу расстояния
Километры подходят для спутников, Луны и точных расчётов полёта внутри Солнечной системы.
Астрономические единицы удобны для орбит планет, комет и аппаратов вокруг Солнца. Земля находится в 1 а.е., поэтому остальные расстояния легко сравнить с нашей орбитой.
Световые годы помогают представить путь света и задержку сигнала. Число сразу говорит, насколько старую картинку мы видим.
Парсеки удобны астрономам, потому что связаны с параллаксом. Тысяча парсеков называется килопарсеком, миллион парсеков мегапарсеком.
Правильной единицы на все случаи нет. Внутри Солнечной системы удобно считать земными орбитами, между звёздами годами пути света, а в каталоге наблюдений парсеками. Космос от этого не меняется. Меняется только линейка, с которой число наконец помещается в голову.
Есть что добавить?
Напишите своё мнение, комментарий или предложение.