Se vuoi trovare la dimensione di una palla da basket, puoi usare un normale bastone da metro per misurarne il diametro. Dovresti ottenere un valore di circa 0,24 metri. Per favore, non usare i pollici: sono solo più difficili da gestire. Comunque, probabilmente non stai usando unità imperiali, dato che ci sono solo tre paesi che usano ufficialmente questo sistema: Myanmar, Liberia e… gli Stati Uniti. È ora di passare al sistema metrico decimale come tutti gli altri.

Ma se vuoi la distanza da New York a Los Angeles? Certo, puoi ancora usare i metri con una distanza di circa 3,93 x 106 metri o puoi usare i chilometri (3.930 km). Ma in realtà, i chilometri sono solo un modo carino di usare i metri. È la stessa unità di distanza, solo con un prefisso. Le unità di metri (o chilometri) funzionano abbastanza bene per cose grandi come la Terra, con un raggio di circa 6,37 x 106 metri.

Tuttavia, al di fuori della Terra le cose iniziano a diventare super grandi. Con cose molto grandi è spesso utile usare unità di distanza molto grandi. Esaminiamo le tre unità di distanza più comuni in astronomia.

L’unità astronomica

Il nome di questa unità la fa sembrare più importante di quello che è – è ancora importante, ma non per il resto dell’universo. In breve, l’Unità Astronomica (AU) è la distanza dalla Terra al Sole. Questo non è tecnicamente corretto perché l’orbita della Terra intorno al Sole non è perfettamente circolare. Diciamo solo che l’AU è la distanza media dal Sole – per ora va bene.

Con l’AU, è molto più facile misurare le distanze nel sistema solare. Per esempio, la distanza dal Sole a Marte è di circa 1,52 AU e la distanza da Plutone è di circa 40 AU. Ma c’è una ragione ancora migliore per descrivere le distanze in AU rispetto alla semplice convenienza. Gli esseri umani hanno usato per la prima volta l’unità astronomica perché non conoscevamo la distanza dalla Terra al Sole. Sì, sembra assurdo, ma è vero.

Quindi, ecco come stanno le cose. Gli antichi greci hanno fatto delle misurazioni impressionanti della Terra e della Luna (e hanno cercato di ottenere la distanza dal Sole), ma questo è piuttosto difficile. Ma anche senza un valore preciso per la distanza Sole-Terra, gli astronomi successivi poterono comunque fare qualche bella modellazione del sistema solare. Infatti Johannes Kepler trovò che il tempo impiegato da un pianeta per orbitare intorno al Sole era proporzionale alla sua distanza dal Sole (di nuovo, tecnicamente queste orbite sono ellissi). Usando questo, ha determinato la distanza degli altri pianeti dal Sole in termini di distanza della Terra. Boom—questo ti dà la distanza in AU.

Ovviamente nessuno vuole fermarsi e lasciare tutta la roba del sistema solare in termini di AU. Vogliamo davvero il fattore di conversione tra AU e metri. Per ottenerlo, è necessario misurare effettivamente la distanza Terra-Sole. Non è un compito facile, ma c’è un modo per ottenere un valore ragionevole: usare il transito di Venere. Questo accade quando il pianeta Venere passa tra la Terra e il Sole (non accade così spesso come si pensa). Misurando il tempo esatto di inizio e fine del transito da diverse parti della Terra si può ottenere un valore per AU in termini di dimensioni della Terra (che conosciamo per lo più). Qui ci sono tutti i dettagli di quel calcolo, nel caso foste interessati.

Alla fine, abbiamo una distanza Terra-Sole di circa 1,496 x 1011 metri. Sì, è piuttosto grande.

Il Parsec

Quanto è lontana la stella più vicina? Sarebbe Alpha Centauri a una distanza di 2,67 x 10^5 AU (puoi convertirla in metri per i compiti). Quindi vedi che siamo di nuovo nello stesso problema. Potrebbe avere più senso usare un’unità di distanza che non implichi numeri enormi. È qui che entra in gioco il parsec.

Il parsec dipende da una grande idea: il parallasse. Cominciamo con un semplice esperimento che puoi fare a casa. Tieni il tuo braccio dritto davanti a te con il pollice in alto. Non preoccuparti di sembrare sciocco, qui lo farò anch’io.

Ora guarda il tuo pollice e chiudi un occhio (potrebbe aiutare dire anche “camera uno”). Con un occhio chiuso, a cosa si allinea il tuo pollice sullo sfondo? Non ha importanza, basta rendersi conto che è da qualche parte. Poi, cambia occhio (e dì “telecamera due”), ma non muovere il pollice. Dovresti notare che la posizione del tuo pollice rispetto allo sfondo cambia. Questo è parallasse. È il cambiamento apparente della posizione di un oggetto quando viene visto da una posizione diversa. Più l’oggetto è vicino al tuo viso, maggiore è il cambiamento apparente. Oh, questo fa parte del modo in cui funziona la realtà aumentata nell’ARKit di iOS.

Se volete calcolare la distanza di un oggetto, potete trovarla con la dimensione dello spostamento angolare e la distanza tra i due punti di osservazione con la seguente equazione (assumendo che la distanza dall’oggetto sia molto maggiore della distanza tra le osservazioni):

Oh, avete bisogno di quell’angolo misurato in radianti (non gradi). Puoi vedere che per ottenere spostamenti angolari misurabili, hai bisogno di un cambiamento piuttosto grande nei luoghi di osservazione per cose come una stella (super lontana). Cosa succede se osserviamo un oggetto dalla Terra da un lato del Sole e poi 6 mesi dopo dall’altro lato? In questo caso, una stella darebbe un piccolo spostamento angolare. Così:

Con la distanza nota dalla Terra al Sole (sì, abbiamo ancora bisogno di quella distanza) e lo spostamento angolare di una stella, possiamo calcolare la distanza della stella. Sì, questo dipende anche da altre stelle che sono super lontane in modo che non si muovano troppo. Se tutte le stelle fossero alla stessa distanza dal nostro Sole, sarebbe difficile misurare lo spostamento angolare.

Ora per il parsec. Questo è definito in modo tale che 1 parsec è la distanza che una stella deve essere tale da avere uno spostamento angolare apparente di 1 secondo d’arco di grado. Troviamo la conversione di parsec in AU, giusto per divertimento.

Il primo passo è ottenere lo spostamento angolare di 1 secondo d’arco in radianti.

Il resto è semplice. Basta prendere 1 AU diviso per questo spostamento angolare. Se lo metti nella tua calcolatrice ottieni 2,06 x 10^5 AU. Vai avanti e ripeti questo per la conversione tra parsec e metri. Sarà divertente.

L’anno luce

I parsec sono fighi. Suonano così fighi che potresti usarli in un film sullo spazio ma usandoli come tempo e non come distanza (dato che suona come una distanza). Poi, 40 anni dopo, si potrebbe fare un altro film che in qualche modo giustifichi l’uso scorretto del parsec. Sarebbe fantastico (suggerimento: sono un grande fan di Star Wars).

Ma aspetta. C’è un’altra unità di distanza che suona come un tempo. È l’anno luce. Sì, un anno è un’unità di tempo, ma l’anno luce è un’unità di distanza. È definito come la distanza che la luce percorre in un anno.

La velocità della luce è finita e costante con un valore di circa 2,998 x 108 m/s. La distanza che la luce percorre in una certa quantità di tempo può essere trovata con la definizione di velocità (in una dimensione):

Calcolare la dimensione di un anno luce significa trovare l’intervallo di tempo (Δt) in unità di secondi invece che di anni poiché la velocità è in metri al secondo. Ho saltato la parte in cui converto 1 anno in secondi, ma dopo posso calcolare la conversione tra anni luce e metri.

Come la mettiamo? Cosa succede se si converte 1 AU in anni luce? Vi lascio la matematica come un problema di compiti a casa, ma la risposta è 1,58 x 10-5 anni luce. Questo equivale a 8,3 minuti luce. Pensateci. La luce impiega 8 minuti per andare dal Sole alla Terra. O che ne dite di questo? Giove si trova a circa 40 minuti luce dalla Terra (la distanza varia). Quindi, quando guardi Giove nel cielo notturno, in realtà lo stai guardando nel passato. Quaranta minuti nel passato. I tuoi occhi sono una macchina del tempo.

Più lontano guardiamo, più in profondità nel passato guardiamo. Anche per cose molto vicine, come lo schermo del tuo computer, lo stai guardando nel passato (passato molto vicino). Poiché la luce impiega un tempo finito per viaggiare e poiché vediamo con la luce, stiamo guardando nel passato.

Questo è ciò che rende l’unità anno luce così appropriata per l’astronomia. Quando guardiamo una galassia distante 10 miliardi di anni luce, stiamo guardando 10 miliardi di anni nel passato. Fantastico.

Altre grandi storie di WIRED

• La tecnologia ha sconvolto tutto. Chi sta plasmando il futuro?
• Lo strumento AI di Google identifica le mutazioni di un tumore da un’immagine
• I corrieri diplomatici che consegnano la posta segreta dell’America
• Questa popolare app per Mac era fondamentalmente solo uno spyware
• SAGGIO FOTOGRAFICO: La missione per contare le balene di New York
• Ottieni ancora più scoop interni con la nostra newsletter settimanale Backchannel