Ha egy kosárlabda méretét szeretnénk megtudni, akkor egy normál mérőpálcával megmérhetjük az átmérőjét. Körülbelül 0,24 méter körüli értéket kell kapnod. Kérlek, ne használj centimétereket – azokkal csak nehezebb bánni. Egyébként valószínűleg nem használsz birodalmi mértékegységeket, mivel csak három olyan ország van, amely hivatalosan ezt a rendszert használja: Mianmar, Libéria és… az Egyesült Államok. Itt az ideje, hogy áttérj a metrikus rendszerre, mint mindenki más.
De mi van, ha a New York és Los Angeles közötti távolságot szeretnéd megtudni? Persze, még mindig használhatod a métert, amelynek távolsága körülbelül 3,93 x 106 méter, vagy használhatod a kilométert (3930 km). De valójában a kilométer csak egy szép módja a méterek használatának. Ugyanaz a távolság mértékegysége, csak egy előtaggal. A méter (vagy kilométer) elég jól működik olyan nagy dolgok esetében, mint a Föld, amelynek sugara körülbelül 6,37 x 106 méter.
A Földön kívül azonban a dolgok szuper nagyok lesznek. A nagyon nagy dolgok esetében gyakran hasznos, ha nagyon nagy távolságegységeket használunk. Vegyük át a csillagászatban leggyakrabban használt három távolságegységet.
A csillagászati egység
Az egység neve valahogy fontosabbnak hangzik, mint amilyen valójában – még mindig fontos, de nem a világegyetem többi részén. Röviden, a csillagászati egység (AU) a Föld és a Nap távolsága. Ez technikailag nem helyes, mivel a Föld Nap körüli pályája nem tökéletesen kör alakú. Mondjuk egyszerűen, hogy az AU az átlagos távolság a Naptól – ez egyelőre megfelel.
Az AU-val sokkal könnyebb mérni a távolságokat a Naprendszerben. Például a Nap és a Mars távolsága kb. 1,52 AU, a Plútó távolsága pedig kb. 40 AU. De van egy még jobb oka is annak, hogy a távolságokat AU-ban írjuk le, mint a kényelem. Az emberek először azért használták a csillagászati egységet, mert nem ismertük a Föld és a Nap távolságát. Igen, ez őrültségnek hangzik, de igaz.
Szóval, a helyzet a következő. Az ókori görögök fantasztikus méréseket végeztek a Földről és a Holdról (és megpróbálták meghatározni a távolságot a Naptól) – de ez elég nehéz. De még a Nap-Föld távolság pontos értéke nélkül is tudtak a későbbi csillagászok szépen modellezni a Naprendszert. Johannes Kepler ugyanis megállapította, hogy egy bolygó Nap körüli keringési ideje arányos a Naptól való távolságával (ismétlem, technikailag ezek a pályák ellipszisek). Ezt felhasználva határozta meg a többi bolygó távolságát a Naptól a Föld távolságához viszonyítva. Bumm—ezzel megkaptuk a távolságot AU-ban.
Naná, hogy senki sem akarja megállni, és az összes naprendszeri dolgot AU-ban hagyni. Nekünk tényleg az AU és a méter közötti átváltási tényező kell. Ahhoz, hogy ezt megkapjuk, ténylegesen meg kell mérni a Föld-Nap távolságot. Ez nem olyan egyszerű feladat, de van egy mód arra, hogy ésszerű értéket kapjunk – használjuk a Vénusz átvonulását. Ez akkor történik, amikor a Vénusz bolygó áthalad a Föld és a Nap között (ez nem történik olyan gyakran, mint gondolnánk). A tranzit pontos kezdő és befejező időpontjának a Föld különböző részeiről történő mérésével megkaphatjuk az AU értékét a Föld méretére vonatkoztatva (amit többnyire ismerünk). Itt vannak ennek a számításnak a részletei, ha esetleg érdekel.
A végén körülbelül 1,496 x 1011 méteres Föld-Nap távolságot kapunk. Igen, ez elég nagy.
A parszek
Milyen messze van a legközelebbi csillag? Ez az Alfa Centauri lenne 2,67 x 10^5 AU távolságban (ezt át lehet számolni méterekre a házi feladathoz). Szóval látod, megint ugyanabban a problémában vagyunk. Talán több értelme lenne egy olyan távolságegységet használni, ami nem tartalmaz óriási számokat. Itt jön a képbe a parszek.
A parszek egy nagy gondolattól függ – a parallaxistól. Kezdjük egy egyszerű, otthon is elvégezhető kísérlettel. Tartsd a karodat egyenesen magad elé, a hüvelykujjadat felfelé tartva. Ne aggódj, hogy hülyén nézel ki, itt én is ezt fogom csinálni.
Most nézz a hüvelykujjadra, és csukd be az egyik szemed (segíthet, ha azt is mondod, hogy “egyes kamera”). Csukott szemmel, mi az, amivel a háttérben egy vonalban van a hüvelykujjad? Nem számít, csak vedd észre, hogy valahol ott van. Ezután cserélj szemet (és mondd, hogy “kettes kamera”) – de ne mozdítsd el a hüvelykujjadat. Észre kell venned, hogy a hüvelykujjad pozíciója a háttérhez képest megváltozik. Ez a parallaxis. Ez egy tárgy pozíciójának látszólagos megváltozása, amikor egy másik helyről nézzük. Minél közelebb van a tárgy az arcához, annál nagyobb a látszólagos változás. Ó, ez is része annak, ahogy a kiterjesztett valóság az iOS ARKitben működik.
Ha egy tárgy távolságát akarod kiszámítani, akkor azt a szögeltolódás nagyságával és a két megfigyelési pont közötti távolsággal a következő egyenlet segítségével találhatod meg (feltételezve, hogy a tárgy távolsága sokkal nagyobb, mint a megfigyelések közötti távolság):
Az a szög rádiánban (nem fokban) mérve kell. Láthatod, hogy ahhoz, hogy mérhető szögeltolódásokat kapj, elég nagy változás kell a megfigyelési helyekben olyan dolgok esetében, mint egy csillag (szuper messze). Mi van, ha egy objektumot a Földről a Nap egyik oldalán, majd 6 hónappal később a másik oldalon figyelünk meg? Ebben az esetben egy csillag kis szögeltolódást adna. Így:
A Föld és a Nap ismert távolságával (igen, ez a távolság még mindig kell) és egy csillag szögeltolódásával akkor ki tudjuk számolni a csillag távolságát. Igen, ez függ más csillagoktól is, amelyek szuper messze vannak, hogy ne mozogjanak túl sokat. Ha minden csillag ugyanolyan messze lenne a Napunktól, akkor nehéz lenne megmérni a szögeltolódást.
Most a parszek. Ezt úgy határozzuk meg, hogy 1 parszek az a távolság, ameddig egy csillagnak úgy kell lennie, hogy 1 ívmásodpercnyi fokos látszólagos szögeltolódása legyen. Keressük meg a parszek átváltását AU-ra – csak a móka kedvéért.
Egyik lépés, hogy megkapjuk az 1 ívmásodperc szögeltolódását radiánban.
A többi egyszerű. Csak vegyük az 1 AU-t osztva ezzel a szögeltolódással. Ha ezt beteszed a számológépedbe, akkor 2,06 x 10^5 AU-t kapsz. Menj előre, és ismételd meg ezt a parszek és méter közötti átváltáshoz. Jó móka lesz.
A fényév
A parsecek királyak. Annyira klasszul hangzanak, hogy egy űrfilmben is használhatnád őket, de időnek és nem távolságnak használnád (mivel távolságnak hangzik). Aztán 40 évvel később csinálhatnál egy másik filmet, ami valahogy igazolja a parszek helytelen használatát. Az fantasztikus lenne (célzás – nagy Star Wars rajongó vagyok).
De várjunk csak. Van egy másik távolságegység, ami úgy hangzik, mint egy idő. Ez a fényév. Igen, az év egy időegység, de a fényév egy távolságegység. Úgy határozzák meg, hogy mekkora távolságot tesz meg a fény egy év alatt.
A fény sebessége egyszerre véges és állandó, értéke körülbelül 2,998 x 108 m/s. A fény egy bizonyos idő alatt megtett távolságát a sebesség definíciójával (egy dimenzióban) meg lehet találni:
A fényév nagyságának kiszámítása azt jelenti, hogy az időintervallumot (Δt) évek helyett másodpercekben találjuk meg, mivel a sebesség méter/másodpercben van megadva. Kihagytam azt a részt, ahol 1 évet átváltok másodpercekre, de utána ki tudom számolni a fényévek és méterek közötti átváltást.
Hogyan van ez? Mi van, ha 1 AU-t fényévre konvertálod? A matekot meghagyom házi feladatnak, de a válasz 1,58 x 10-5 fényév. Ez megegyezik 8,3 fényperccel. Gondoljatok bele! A fény 8 perc alatt jut el a Naptól a Földig. Vagy mit szóltok ehhez? A Jupiter körülbelül 40 fénypercre van a Földtől (a távolság változó). Amikor tehát a Jupiterre nézel az éjszakai égbolton, valójában a múltban látod. Negyven perccel a múltban. A szemed egy időgép.
Minél messzebbre nézünk, annál mélyebbre nézünk a múltba. Még a nagyon közeli dolgokat is, mint például a számítógép képernyőjét, a múltban (nagyon közeli múltban) nézzük. Mivel a fénynek véges idő kell az utazáshoz, és mivel a fény segítségével látunk – a múltba nézünk.
Ez teszi a fényév mértékegységet olyannyira alkalmassá a csillagászatban. Amikor egy 10 milliárd fényévre lévő galaxist nézünk, akkor 10 milliárd évvel a múltba tekintünk. Félelmetes.
Még több nagyszerű WIRED-sztori
- A technológia mindent megzavart. Ki alakítja a jövőt?
- A Google mesterséges intelligencia eszköze egy kép alapján azonosítja a tumor mutációit
- A diplomáciai futárok, akik Amerika titkos postáját kézbesítik
- Ez a népszerű Mac alkalmazás alapvetően csak kémszoftver volt
- FOTÓ ESSAY: A New York-i bálnák számlálásának küldetése
- Még több belső infót kaphat a heti Backchannel hírlevelünkkel