Als je de grootte van een basketbal wilt weten, kun je de diameter opmeten met een gewone meter. Je krijgt dan een waarde van ongeveer 0,24 meter. Gebruik alsjeblieft geen inches – die zijn gewoon moeilijker om mee om te gaan. Hoe dan ook, je gebruikt waarschijnlijk geen Imperiale eenheden omdat er maar drie landen zijn die dit systeem officieel gebruiken: Myanmar, Liberia, en… de Verenigde Staten. Het is tijd om net als iedereen over te stappen op het metrieke stelsel.

Maar wat als je de afstand van New York naar Los Angeles wilt weten? Zeker, je kunt nog steeds meters gebruiken met een afstand van ongeveer 3,93 x 106 meter of je zou kilometers kunnen gebruiken (3.930 km). Maar eigenlijk is kilometers gewoon een mooie manier om meters te gebruiken. Het is dezelfde afstandseenheid, alleen met een voorvoegsel. Eenheden van meters (of kilometers) werken goed genoeg voor dingen zo groot als de aarde, met een straal van ongeveer 6,37 x 106 meter.

Dingen buiten de aarde beginnen echter supergroot te worden. Bij zeer grote dingen is het vaak nuttig om zeer grote afstandseenheden te gebruiken. Laten we de drie meest gebruikte afstandseenheden in de astronomie eens doornemen.

De astronomische eenheid

De naam van deze eenheid doet vermoeden dat hij belangrijker is dan hij is- hij is nog steeds belangrijk, maar niet voor de rest van het heelal. Kort gezegd is de Astronomische Eenheid (AE) de afstand van de Aarde tot de Zon. Dat is technisch gezien niet correct, omdat de baan van de aarde rond de zon niet perfect cirkelvormig is. Laten we gewoon zeggen dat de AE de gemiddelde afstand tot de Zon is – dat werkt voor nu.

Met de AE is het veel gemakkelijker om afstanden in het zonnestelsel te meten. Zo is de afstand van de Zon tot Mars ongeveer 1,52 AU en de afstand tot Pluto ongeveer 40 AU. Maar er is een nog betere reden om afstanden in AE te beschrijven dan alleen maar gemak. De mens gebruikte de Astronomische Eenheid voor het eerst omdat we de afstand van de Aarde tot de Zon niet kenden. Ja, dat klinkt gek, maar het is waar.

Dus, dit is de deal. De oude Grieken hebben geweldige metingen gedaan van de aarde en de maan (en ze hebben geprobeerd de afstand tot de zon te bepalen), maar dat is behoorlijk lastig. Maar zelfs zonder een nauwkeurige waarde voor de afstand tussen de Zon en de Aarde, konden latere astronomen nog steeds mooie modellen maken van het zonnestelsel. Johannes Kepler ontdekte dat de tijd die een planeet nodig heeft om rond de zon te draaien evenredig was met de afstand tot de zon (nogmaals, technisch gezien zijn deze banen ellipsen). Aan de hand hiervan bepaalde hij de afstand van andere planeten tot de Zon in termen van de afstand van de Aarde. Boem–dit levert je de afstand in AU.

Natuurlijk wil niemand al het zonnestelselgedoe in termen van AU stoppen en achterlaten. We willen echt de conversiefactor tussen AU en meters. Om die te krijgen, moet je de afstand tussen de aarde en de zon daadwerkelijk meten. Dat is niet zo’n gemakkelijke opgave, maar er is een manier om een redelijke waarde te krijgen-gebruik de Venusovergang. Dit gebeurt als de planeet Venus tussen de Aarde en de Zon doorgaat (het gebeurt niet zo vaak als je zou denken). Door de precieze begin- en eindtijd van de overgang vanaf verschillende delen van de Aarde te meten kun je een waarde voor de AE krijgen in termen van de grootte van de Aarde (die we meestal wel kennen). Hier zijn alle details van die berekening voor het geval je geïnteresseerd bent.

Op het eind hebben we een Aarde-Zon afstand van ongeveer 1,496 x 1011 meter. Ja, dat is behoorlijk groot.

De Parsec

Hoe ver is de dichtstbijzijnde ster? Dat is Alpha Centauri op een afstand van 2,67 x 10^5 AU (je kunt dat omrekenen naar meters voor het huiswerk). Zo zie je maar weer dat we met hetzelfde probleem zitten. Het is misschien zinvoller om een afstandseenheid te gebruiken die niet met gigantische getallen werkt. Dat is waar de parsec om de hoek komt kijken.

De parsec is afhankelijk van één groot idee-parallax. Laten we beginnen met een eenvoudig experiment dat je thuis kunt doen. Houd uw arm recht voor u uit met uw duim omhoog. U hoeft zich geen zorgen te maken dat u er dom uitziet, ik zal het ook doen.

Kijk nu naar uw duim en sluit één oog (het kan helpen om ook “camera één” te zeggen). Met één oog dicht, waar op de achtergrond komt uw duim mee overeen? Het maakt niet uit, besef gewoon dat het ergens is. Wissel vervolgens van oog (en zeg “camera twee”), maar beweeg uw duim niet. Je moet merken dat de positie van je duim ten opzichte van de achtergrond verandert. Dit is parallax. Het is de schijnbare verandering van de positie van een voorwerp wanneer het vanaf een andere plaats wordt bekeken. Hoe dichter het voorwerp bij uw gezicht is, hoe groter de schijnbare verandering. Oh, dit is een deel van de manier waarop augmented reality in de iOS ARKit werkt.

Als u de afstand tot een object wilt berekenen, kunt u die vinden met de grootte van de hoekverschuiving en de afstand tussen de twee kijkpunten met de volgende vergelijking (ervan uitgaande dat de afstand tot het object veel groter is dan de afstand tussen de waarnemingen):

Oh, u hebt die hoek nodig gemeten in radialen (niet in graden). Je ziet dat je, om meetbare hoekverschuivingen te krijgen, een vrij grote verandering in de waarnemingsplaatsen nodig hebt voor dingen zoals een ster (superver weg). Wat als we een object vanaf de aarde aan de ene kant van de zon waarnemen en 6 maanden later aan de andere kant? In dat geval zou een ster een kleine hoekverschuiving geven. Zoals dit:

Met de bekende afstand van de Aarde tot de Zon (ja, die afstand hebben we nog steeds nodig) en de hoekverschuiving van een ster dan kunnen we de afstand tot de ster berekenen. Ja, dit hangt ook af van andere sterren die super ver weg staan zodat ze niet te veel bewegen. Als alle sterren op dezelfde afstand van onze zon zouden staan, zou het moeilijk zijn om de hoekverschuiving te meten.

Nu de parsec. Deze is zo gedefinieerd dat 1 parsec de afstand is die een ster moet hebben om een schijnbare hoekverschuiving van 1 boogseconde van een graad te hebben. Laten we de omrekening van parsecs naar AU eens opzoeken – gewoon voor de lol.

Stap een is om de hoekverschuiving van 1 boogseconde in radialen te krijgen.

De rest is eenvoudig. Neem gewoon 1 AU gedeeld door deze hoekverschuiving. Als je dat in je rekenmachine stopt, krijg je 2,06 x 10^5 AU. Ga je gang en herhaal dit voor de omrekening tussen parsec en meters. Het wordt leuk.

Het lichtjaar

Parsecs zijn cool. Ze klinken zo cool dat je ze in een ruimtefilm zou kunnen gebruiken, maar dan als een tijd en niet als een afstand (omdat het klinkt als een afstand). Dan zou je 40 jaar later een andere film kunnen maken die het onjuiste gebruik van de parsec op de een of andere manier rechtvaardigt. Dat zou geweldig zijn (hint: ik ben een grote Star Wars fan).

Maar wacht. Er is nog een afstandseenheid die klinkt als een tijd. Het is het lichtjaar. Ja, een jaar is een eenheid van tijd, maar het lichtjaar is een eenheid van afstand. Het is gedefinieerd als de afstand die het licht in één jaar aflegt.

De snelheid van het licht is zowel eindig als constant met een waarde van ongeveer 2,998 x 108 m/s. De afstand die het licht in een bepaalde tijd aflegt, kan worden gevonden met de definitie van snelheid (in één dimensie):

De berekening van de grootte van een lichtjaar betekent dat het tijdsinterval (Δt) moet worden gevonden in eenheden van seconden in plaats van jaren, aangezien de snelheid in meters per seconde is. Ik heb het deel overgeslagen waar ik 1 jaar omreken in seconden, maar daarna kan ik de omrekening tussen lichtjaren en meters berekenen.

Hoe zit dat? Wat als je 1 AU omrekent in lichtjaren? Ik zal het rekenen als huiswerkprobleem voor u laten, maar het antwoord is 1,58 x 10-5 lichtjaar. Dat is hetzelfde als 8,3 lichtminuten. Denk daar maar eens over na. Het licht doet er 8 minuten over om van de zon naar de aarde te gaan. Of wat dacht je hiervan? Jupiter is ongeveer 40 lichtminuten van de Aarde verwijderd (afstand varieert). Dus, als je ’s nachts naar Jupiter kijkt, kijk je eigenlijk naar Jupiter in het verleden. Veertig minuten in het verleden. Uw ogen zijn een tijdmachine.

Hoe verder weg we kijken, hoe dieper we in het verleden kijken. Zelfs voor dingen heel dichtbij, zoals uw computerscherm, kijkt u ernaar in het verleden (zeer dichtbij verleden). Omdat licht een eindige tijd nodig heeft om te reizen en omdat we met licht zien, kijkt u in het verleden.

Daarom is de lichtjaareenheid zo geschikt voor de astronomie. Als we naar een sterrenstelsel kijken dat 10 miljard lichtjaar weg is, kijken we 10 miljard jaar in het verleden. Geweldig.

More Great WIRED Stories

• De technologie heeft alles ontwricht. Wie geeft de toekomst vorm?
• Google AI-tool identificeert de mutaties van een tumor aan de hand van een afbeelding
• De diplomatieke koeriers die Amerika’s geheime post bezorgen
• Deze populaire Mac-app was eigenlijk gewoon spyware
• FOTO ESSAY: De missie om de walvissen van New York te tellen
• Krijg nog meer van onze inside scoops met onze wekelijkse Backchannel-nieuwsbrief