Jos haluat selvittää koripallon koon, voit mitata halkaisijan tavallisella mittatikulla. Sinun pitäisi saada arvoksi noin 0,24 metriä. Älä käytä tuumia – niitä on vain vaikeampi käsitellä. Joka tapauksessa et luultavasti käytä keisarillisia yksiköitä, koska vain kolme maata käyttää virallisesti tätä järjestelmää: Myanmar, Liberia ja… Yhdysvallat. On aika siirtyä metrijärjestelmään kuten kaikki muutkin.

Mutta entä jos haluat etäisyyden New Yorkista Los Angelesiin? Toki voit edelleen käyttää metrejä, jolloin etäisyys on noin 3,93 x 106 metriä, tai voit käyttää kilometrejä (3 930 km). Mutta oikeastaan kilometrit on vain mukava tapa käyttää metrejä. Se on sama etäisyyden yksikkö, vain etuliitteellä varustettuna. Metrien (tai kilometrien) yksiköt toimivat riittävän hyvin niinkin suurille asioille kuin maapallo, jonka säde on noin 6,37 x 106 metriä.

Maailman ulkopuolella asiat alkavat kuitenkin muuttua erittäin suuriksi. Hyvin suurissa asioissa on usein hyödyllistä käyttää hyvin suuria etäisyysyksiköitä. Käydään läpi kolme yleisintä etäisyysyksikköä tähtitieteessä.

Tähtitieteellinen yksikkö

Tämän yksikön nimi saa sen tavallaan kuulostamaan tärkeämmältä kuin se onkaan – se on silti tärkeä, mutta ei muun maailmankaikkeuden kannalta. Lyhyesti sanottuna tähtitieteellinen yksikkö (AU) on etäisyys Maasta Aurinkoon. Tämä ei ole teknisesti oikein, koska Maan kiertorata Auringon ympäri ei ole täysin ympyränmuotoinen. Sanotaan vain, että AU on keskimääräinen etäisyys Auringosta – se riittää toistaiseksi.

AU:n avulla etäisyyksien mittaaminen aurinkokunnassa on paljon helpompaa. Esimerkiksi etäisyys Auringosta Marsiin on noin 1,52 AU ja etäisyys Plutoon on noin 40 AU. Mutta on vielä parempi syy kuvata etäisyyksiä AU:na kuin pelkkä mukavuus. Ihmiset käyttivät tähtitieteellistä yksikköä ensimmäisen kerran, koska emme tienneet Maan ja Auringon välistä etäisyyttä. Kyllä, se kuulostaa hullulta, mutta se on totta.

Se on siis näin. Muinaiset kreikkalaiset tekivät mahtavia mittauksia Maasta ja Kuusta (ja he yrittivät saada selville etäisyyttä Auringosta) – mutta se on aika vaikeaa. Mutta jopa ilman tarkkaa arvoa Auringon ja Maan etäisyydelle myöhemmät tähtitieteilijät pystyivät silti tekemään hienoja aurinkokunnan mallinnuksia. Itse asiassa Johannes Kepler havaitsi, että aika, joka planeetalta kuluu Auringon kiertämiseen, oli verrannollinen sen etäisyyteen Auringosta (teknisesti nämä radat ovat ellipsejä). Tämän avulla hän määritteli muiden planeettojen etäisyyden Auringosta suhteessa Maan etäisyyteen. Boom—siitä saadaan etäisyys AU:na.

Ei tietenkään kukaan halua pysähtyä ja jättää kaikkia aurinkokuntajuttuja AU:na. Haluamme oikeasti muuntokertoimen AU:n ja metrien välille. Tämän saamiseksi täytyy oikeasti mitata Maan ja Auringon välinen etäisyys. Se ei ole kovin helppo tehtävä, mutta on yksi tapa saada kohtuullinen arvo – käyttää Venuksen kauttakulkua. Tämä tapahtuu, kun Venus-planeetta kulkee Maan ja Auringon välistä (sitä ei tapahdu niin usein kuin luulisi). Mittaamalla läpikulun tarkka alkamis- ja päättymisajankohta eri puolilta maapalloa voit saada AU:n arvon maapallon koon perusteella (jonka me useimmiten tiedämme). Tässä ovat tuon laskennan kaikki yksityiskohdat, jos sinua kiinnostaa.

Loppujen lopuksi saamme Maan ja Auringon väliseksi etäisyydeksi noin 1,496 x 1011 metriä. Kyllä, se on aika suuri.

Parsek

Miten kaukana on lähin tähti? Se olisi Alpha Centauri 2,67 x 10^5 AU:n etäisyydellä (voitte muuntaa sen metreiksi kotitehtäviä varten). Huomaat siis, että olemme taas samassa ongelmassa. Saattaa olla järkevämpää käyttää etäisyysyksikköä, joka ei sisällä jättimäisiä lukuja. Siinä parsek tulee kuvaan mukaan.

Parsek riippuu yhdestä suuresta ideasta – parallaksista. Aloitetaan yksinkertaisella kokeella, jonka voit tehdä kotona. Pidä kättäsi suorana edessäsi peukalo ylöspäin. Älä pelkää näyttäväsi hölmöltä, tässä – minäkin teen niin.

Katso nyt peukaloasi ja sulje toinen silmäsi (voi auttaa, jos sanot myös ”kamera yksi”). Kun toinen silmä on kiinni, minkä kanssa peukalosi on taustalla samassa linjassa? Sillä ei ole väliä, tajua vain, että se on jossain. Vaihda seuraavaksi silmiä (ja sano ”kamera kaksi”) – mutta älä liikuta peukaloasi. Sinun pitäisi huomata, että peukalosi sijainti taustaan nähden muuttuu. Tämä on parallaksia. Se on kohteen sijainnin näennäinen muutos, kun sitä katsotaan eri paikasta. Mitä lähempänä kohde on kasvojasi, sitä suurempi on näennäinen muutos. Ai niin, tämä on osa tapaa, jolla lisätty todellisuus iOS:n ARKitissä toimii.

Jos haluat laskea etäisyyden kohteeseen, voit löytää sen kulmansiirron suuruuden ja kahden katselupisteen välisen etäisyyden avulla seuraavalla yhtälöllä (olettaen, että etäisyys kohteeseen on paljon suurempi kuin havainnon etäisyys):

Oh, tarvitset tuon kulman mitattuna radiaaneina (ei asteina). Huomaat, että saadaksesi mitattavissa olevia kulmasiirtymiä, tarvitset aika ison muutoksen havaintopaikoissa sellaisille asioille kuin tähti (super kaukana). Entä jos havainnoimme kohdetta Maasta yhdeltä puolelta Aurinkoa ja sitten 6 kuukautta myöhemmin toiselta puolelta? Siinä tapauksessa tähti antaisi pienen kulmasiirtymän. Näin:

Kun tiedetään etäisyys Maasta Aurinkoon (kyllä, tarvitsemme tuon etäisyyden vielä) ja tähden kulmasiirtymä niin voimme laskea etäisyyden tähteen. Kyllä, tämä riippuu myös muista tähdistä, jotka ovat super kaukana, jotta ne eivät liiku liikaa. Jos kaikki tähdet olisivat samalla etäisyydellä Auringostamme, kulmasiirtymän mittaaminen olisi vaikeaa.

Nyt parsekista. Tämä määritellään siten, että 1 parsek on etäisyys, jonka tähden on oltava niin kaukana, että sen näennäinen kulmasiirtymä on 1 asteen kaarisekunti. Etsitään parsekkien muuntaminen AU:ksi – ihan huvin vuoksi.

Vaihe yksi on saada 1 kaarisekunnin kulmasiirtymä radiaaneina.

Loppu on yksinkertaista. Otetaan vain 1 AU jaettuna tällä kulmasiirtymällä. Jos laitat sen laskimeen niin saat 2.06 x 10^5 AU. Mene eteenpäin ja toista tämä parsekkien ja metrien väliselle muunnokselle. Siitä tulee hauskaa.

Valovuosi

Parsecit ovat siistejä. Ne kuulostavat niin siisteiltä, että niitä voisi käyttää avaruuselokuvassa, mutta käyttää aikaa eikä etäisyyttä (koska se kuulostaa etäisyydeltä). Sitten 40 vuotta myöhemmin voisi tehdä toisen elokuvan, jossa jotenkin perusteltaisiin parsekin virheellinen käyttö. Se olisi mahtavaa (vihje – olen suuri Star Wars -fani).

Mutta odota. On olemassa toinenkin etäisyysyksikkö, joka kuulostaa ajalta. Se on valovuosi. Kyllä, vuosi on ajan yksikkö, mutta valovuosi on etäisyyden yksikkö. Se määritellään etäisyydeksi, jonka valo kulkee yhdessä vuodessa.

Valon nopeus on sekä äärellinen että vakio ja sen arvo on noin 2,998 x 108 m/s. Etäisyys, jonka valo kulkee tietyssä ajassa, voidaan löytää nopeuden määritelmän avulla (yhdessä ulottuvuudessa):

Valovuoden suuruuden laskeminen tarkoittaa, että aikaväli (Δt) etsitään sekunneissa vuosien sijaan, koska nopeus on metreinä sekunnissa. Jätin väliin kohdan, jossa muunnan 1 vuoden sekunneiksi, mutta sen jälkeen voin laskea muunnoksen valovuosien ja metrien välillä.

Miltä kuulostaa? Mitä jos muunnat 1 AU valovuosiksi? Jätän matematiikan kotitehtäväksi, mutta vastaus on 1,58 x 10-5 valovuotta. Tämä on sama kuin 8,3 valominuuttia. Ajattele sitä. Valolta kestää 8 minuuttia kulkea Auringosta Maahan. Tai entäpä tämä? Jupiter on noin 40 valominuutin päässä Maasta (etäisyys vaihtelee). Kun siis katsot Jupiteria yötaivaalla, katsot sitä itse asiassa menneisyydessä. Neljäkymmentä minuuttia menneisyydessä. Silmäsi ovat aikakone.

Mitä kauemmas katsomme, sitä syvemmälle menneisyyteen katsomme. Jopa hyvin lähellä olevien asioiden, kuten tietokoneen näytön, kohdalla katsotte sitä menneisyydessä (hyvin lähellä menneisyyttä). Koska valolla kestää rajallinen aika kulkea ja koska näemme valon avulla – katsot menneisyyteen.

Sen vuoksi valovuosien yksikkö sopii niin hyvin tähtitieteeseen. Kun katsomme 10 miljardin valovuoden päässä olevaa galaksia, katsomme 10 miljardia vuotta menneisyyteen. Mahtavaa.

More Great WIRED Stories

• Tech disrupted everything. Kuka muokkaa tulevaisuutta?
• Googlen tekoälytyökalu tunnistaa kasvaimen mutaatiot kuvasta
• Diplomaattiset kuriirit, jotka toimittavat Amerikan salaista postia
• Tämä suosittu Mac-sovellus oli pohjimmiltaan pelkkää vakoiluohjelmaa
• KUVASELOSTUS: Tehtävä laskea newyorkilaisia valaita
• Tulee saamaan entistä enemmän sisäpiiritietoa viikoittaisella uutiskirjeellämme Backchannel-uutiskirjeestä

Pääsetkö mukaan?