Jeśli chcesz znaleźć rozmiar piłki do koszykówki, możesz użyć zwykłego metrowego kija do zmierzenia średnicy. Powinieneś otrzymać wartość około 0,24 metra. Proszę nie używać cali – są one po prostu trudniejsze do załatwienia. W każdym razie, prawdopodobnie nie używasz jednostek imperialnych, ponieważ są tylko trzy kraje, które oficjalnie używają tego systemu: Myanmar, Liberia i… Stany Zjednoczone. Nadszedł czas, aby przejść do systemu metrycznego, jak wszyscy inni.

Ale co, jeśli chcesz odległość z Nowego Jorku do Los Angeles? Jasne, możesz nadal używać metrów z odległością około 3.93 x 106 metrów lub możesz użyć kilometrów (3,930 km). Ale tak naprawdę, kilometry to tylko miły sposób na użycie metrów. Jest to ta sama jednostka odległości, tylko z przedrostkiem. Jednostki metrów (lub kilometrów) działają wystarczająco dobrze dla rzeczy tak dużych jak Ziemia, o promieniu około 6,37 x 106 metrów.

Jednakże poza Ziemią rzeczy zaczynają się robić super duże. W przypadku bardzo dużych rzeczy często przydatne jest użycie bardzo dużych jednostek odległości. Prześledźmy trzy najbardziej powszechne jednostki odległości w astronomii.

Jednostka Astronomiczna

Nazwa tej jednostki sprawia, że brzmi ona na ważniejszą niż jest w rzeczywistości – nadal jest ważna, ale nie dla reszty wszechświata. W skrócie, Jednostka Astronomiczna (AU) to odległość od Ziemi do Słońca. Nie jest to technicznie poprawne, ponieważ orbita Ziemi wokół Słońca nie jest idealnie okrągła. Powiedzmy po prostu, że AU to średnia odległość do Słońca – to będzie działać na razie.

Dzięki AU o wiele łatwiej jest mierzyć odległości w Układzie Słonecznym. Na przykład, odległość od Słońca do Marsa wynosi około 1,52 AU, a odległość do Plutona wynosi około 40 AU. Ale jest jeszcze lepszy powód, aby opisywać odległości w AU niż tylko wygoda. Ludzie po raz pierwszy użyli jednostki astronomicznej, ponieważ nie znaliśmy odległości od Ziemi do Słońca. Tak, to brzmi szalenie, ale to prawda.

A więc, oto umowa. Starożytni Grecy zrobili kilka niesamowitych pomiarów Ziemi i Księżyca (i próbowali uzyskać odległość do Słońca) – ale to jest dość trudne. Ale nawet bez dokładnej wartości odległości Słońce-Ziemia, późniejsi astronomowie wciąż mogli wykonać niezłe modelowanie Układu Słonecznego. Johannes Kepler odkrył, że czas potrzebny planecie na okrążenie Słońca jest proporcjonalny do jej odległości od Słońca (ponownie, technicznie rzecz biorąc, orbity te są elipsami). Używając tego, określił odległość od innych planet do Słońca w odniesieniu do odległości Ziemi. Boom— to dostaje cię odległość w AU.

Oczywiście nikt nie chce się zatrzymać i zostawić wszystkie rzeczy Układu Słonecznego w kategoriach AU. Naprawdę chcemy współczynnik konwersji między AU i metrów. Aby to uzyskać, trzeba faktycznie zmierzyć odległość Ziemia-Słońce. To nie jest takie proste zadanie, ale jest jeden sposób na uzyskanie rozsądnej wartości – należy użyć tranzytu Wenus. Dzieje się to wtedy, gdy planeta Wenus przechodzi pomiędzy Ziemią a Słońcem (nie dzieje się to tak często, jak mogłoby się wydawać). Mierząc dokładny czas rozpoczęcia i zakończenia tranzytu z różnych części Ziemi można uzyskać wartość AU w przeliczeniu na rozmiar Ziemi (który w większości znamy). Tutaj są wszystkie szczegóły tego obliczenia w przypadku, gdy jesteś zainteresowany.

W końcu mamy odległość Ziemia-Słońce około 1,496 x 1011 metrów. Tak, to całkiem sporo.

Parsek

Jak daleko jest najbliższa gwiazda? Byłaby to Alfa Centauri w odległości 2.67 x 10^5 AU (możesz przeliczyć to na metry dla pracy domowej). Więc widzisz, że znowu mamy ten sam problem. Być może bardziej sensowne byłoby użycie jednostki odległości, która nie zawiera ogromnych liczb. W tym miejscu pojawia się parsek.

Parsek zależy od jednej wielkiej idei – paralaksy. Zacznijmy od prostego eksperymentu, który możesz wykonać w domu. Wyciągnij rękę prosto przed siebie z kciukiem wystającym do góry. Nie martw się, że wyglądasz głupio, ja też to zrobię.

Spójrz teraz na swój kciuk i zamknij jedno oko (pomocne może być również powiedzenie „kamera jeden”). Z jednym okiem zamkniętym, z czym w tle pokrywa się twój kciuk? To nie ma znaczenia, po prostu zdaj sobie sprawę, że to jest gdzieś. Następnie zmień oczy (i powiedz „kamera dwa”) – ale nie ruszaj kciukiem. Powinieneś zauważyć, że pozycja Twojego kciuka w stosunku do tła zmienia się. To jest właśnie paralaksa. Jest to pozorna zmiana położenia obiektu, gdy patrzymy na niego z innego miejsca. Im bliżej twarzy znajduje się obiekt, tym większa jest pozorna zmiana. Och, jest to część sposobu, w jaki działa rozszerzona rzeczywistość w iOS ARKit.

Jeśli chcesz obliczyć odległość do obiektu, możesz go znaleźć za pomocą wielkości przesunięcia kątowego i odległości między dwoma punktami widzenia za pomocą następującego równania (zakładając, że odległość do obiektu jest znacznie większa niż odległość między obserwacjami):

Oh, potrzebujesz tego kąta mierzonego w radianach (nie stopniach). Można zauważyć, że aby uzyskać mierzalne przesunięcia kątowe, potrzebna jest dość duża zmiana w miejscach obserwacji dla rzeczy takich jak gwiazda (bardzo daleko). Co jeśli obserwujemy obiekt z Ziemi po jednej stronie Słońca, a następnie 6 miesięcy później po drugiej stronie? W tym przypadku, gwiazda dałaby małe przesunięcie kątowe. Like this:

With the known distance from the Earth to the Sun (yes, we need that distance still) and the angular shift of a star then we can calculate the distance to the star. Tak, to również zależy od innych gwiazd, które są super daleko, tak że nie poruszają się zbytnio. If all the stars were the same distance from our Sun, it would be difficult to measure the angular shift.

Now for the parsec. To jest zdefiniowane tak, że 1 parsek jest odległość gwiazda musi być tak, że ma pozorne przesunięcie kątowe 1 sekunda łuku stopnia. Znajdźmy konwersję parseków na AU – tak dla zabawy.

Krok pierwszy to uzyskanie przesunięcia kątowego 1 sekundy łukowej w radianach.

Reszta jest prosta. Wystarczy wziąć 1 AU podzielone przez to przesunięcie kątowe. Jeśli umieścisz to w swoim kalkulatorze, otrzymasz 2,06 x 10^5 AU. Dalej, powtórz to dla konwersji między parsekami i metrami. To będzie zabawa.

Rok świetlny

Parseki są fajne. Brzmią tak fajnie, że mógłbyś ich użyć w filmie o kosmosie, ale użyj go jako czasu, a nie odległości (ponieważ brzmi jak odległość). Następnie 40 lat później, można by zrobić kolejny film, który w jakiś sposób usprawiedliwia nieprawidłowe użycie parseca. That would be awesome (hint-I’m a huge Star Wars fan).

But wait. Jest jeszcze jedna jednostka odległości, która brzmi jak czas. To jest rok świetlny. Tak, rok jest jednostką czasu, ale rok świetlny jest jednostką odległości. Jest on zdefiniowany jako odległość, jaką światło pokonuje w ciągu jednego roku.

Prędkość światła jest zarówno skończona, jak i stała, a jej wartość wynosi około 2,998 x 108 m/s. Odległość, jaką światło pokonuje w określonym czasie, można znaleźć za pomocą definicji prędkości (w jednym wymiarze):

Obliczenie wielkości roku świetlnego oznacza znalezienie przedziału czasu (Δt) w jednostkach sekund, a nie lat, ponieważ prędkość podawana jest w metrach na sekundę. Pominąłem część, w której przeliczam 1 rok na sekundy, ale po tym mogę obliczyć konwersję między latami świetlnymi a metrami.

A co powiesz na to? A gdyby tak przeliczyć 1 AU na lata świetlne? Pozostawię matematykę jako zadanie domowe dla Ciebie, ale odpowiedź brzmi: 1,58 x 10-5 lat świetlnych. To jest to samo co 8.3 minut świetlnych. Pomyśl o tym. Przejście od Słońca do Ziemi zajmuje światłu 8 minut. A co powiesz na to? Jowisz jest oddalony od Ziemi o około 40 minut świetlnych (odległość jest różna). Więc kiedy patrzysz na Jowisza na nocnym niebie, tak naprawdę patrzysz na niego w przeszłości. Czterdzieści minut w przeszłości. Twoje oczy są wehikułem czasu.

Im dalej patrzymy, tym głębiej w przeszłość patrzymy. Nawet w przypadku rzeczy bardzo bliskich, takich jak ekran komputera, patrzysz na niego w przeszłości (bardzo bliska przeszłość). Ponieważ światło potrzebuje skończonego czasu na podróż i ponieważ widzimy za pomocą światła – patrzymy w przeszłość.

To właśnie sprawia, że jednostka lat świetlnych jest tak odpowiednia dla astronomii. Kiedy patrzymy na galaktykę, która jest oddalona o 10 miliardów lat świetlnych, patrzymy 10 miliardów lat w przeszłość. Awesome.

More Great WIRED Stories

• Tech disrupted everything. Kto kształtuje przyszłość?
• Narzędzie Google AI identyfikuje mutacje guza na podstawie obrazu
• Kurierzy dyplomatyczni, którzy dostarczają tajną pocztę amerykańską
• Ta popularna aplikacja na Maca była w zasadzie tylko oprogramowaniem szpiegowskim
• FOTO ESSAY: Misja policzenia nowojorskich wielorybów
• Zdobądź jeszcze więcej naszych wewnętrznych informacji dzięki naszemu cotygodniowemu biuletynowi Backchannel

.