Om du vill ta reda på storleken på en basketboll kan du använda en vanlig mätstav för att mäta diametern. Du bör få ett värde på ungefär 0,24 meter. Använd inte tum – de är bara svårare att hantera. Hur som helst använder du förmodligen inte kejserliga enheter eftersom det bara är tre länder som officiellt använder detta system: Myanmar, Liberia och… USA. Det är dags att gå över till det metriska systemet som alla andra.

Men vad händer om du vill veta avståndet från New York till Los Angeles? Visst kan du fortfarande använda meter med ett avstånd på cirka 3,93 x 106 meter eller så kan du använda kilometer (3 930 km). Men egentligen är kilometer bara ett trevligt sätt att använda meter. Det är samma enhet för avstånd, bara med ett prefix. Enheterna meter (eller kilometer) fungerar tillräckligt bra för saker som är så stora som jorden, med en radie på cirka 6,37 x 106 meter.

Hursomhelst, utanför jorden börjar saker och ting bli superstora. När det gäller mycket stora saker är det ofta användbart att använda mycket stora avståndsenheter. Låt oss gå igenom de tre vanligaste avståndsenheterna inom astronomin.

Den astronomiska enheten

Namnet på den här enheten får den att låta viktigare än vad den är – den är fortfarande viktig, men inte för resten av universum. I korthet är den astronomiska enheten (AU) avståndet från jorden till solen. Det är inte tekniskt korrekt eftersom jordens bana runt solen inte är perfekt cirkulär. Låt oss bara säga att AU är det genomsnittliga avståndet till solen – det räcker för tillfället.

Med AU är det mycket lättare att mäta avstånd i solsystemet. Till exempel är avståndet från solen till Mars cirka 1,52 AU och avståndet till Pluto cirka 40 AU. Men det finns ett ännu bättre skäl än bara bekvämlighet att beskriva avstånd i AU. Människorna använde först den astronomiska enheten eftersom vi inte visste avståndet från jorden till solen. Ja, det låter galet, men det är sant.

Så här är det. De gamla grekerna gjorde några fantastiska mätningar av jorden och månen (och de försökte få fram avståndet till solen) – men det är ganska svårt. Men även utan ett exakt värde för avståndet mellan solen och jorden kunde senare astronomer ändå göra en fin modellering av solsystemet. Johannes Kepler fann faktiskt att den tid det tar för en planet att kretsa runt solen är proportionell mot dess avstånd till solen (tekniskt sett är dessa banor ellipser). Med hjälp av detta bestämde han avståndet från andra planeter till solen i termer av jordens avstånd. Boom—det ger dig avståndet i AU.

Ingen vill naturligtvis stanna upp och lämna alla solsystemsgrejer i termer av AU. Vi vill verkligen ha konverteringsfaktorn mellan AU och meter. För att få fram den måste man faktiskt mäta avståndet mellan jorden och solen. Det är inte en så lätt uppgift, men det finns ett sätt att få fram ett rimligt värde – använd Venuspassagen. Detta sker när planeten Venus passerar mellan jorden och solen (det sker inte så ofta som man kan tro). Genom att mäta den exakta start- och sluttiden för passagen från olika delar av jorden kan man få fram ett värde för AU i termer av jordens storlek (som vi för det mesta känner till). Här finns alla detaljer i den beräkningen om du är intresserad.

I slutändan har vi ett avstånd mellan jorden och solen på cirka 1,496 x 1011 meter. Ja, det är ganska stort.

Parsec

Hur långt är den närmaste stjärnan? Det skulle vara Alpha Centauri på ett avstånd av 2,67 x 10^5 AU (du kan omvandla det till meter i läxan). Så du ser att vi befinner oss i samma problem igen. Det kan vara vettigare att använda en avståndsenhet som inte involverar ginormala tal. Det är där parsec kommer in.

Parsec beror på en stor idé – parallax. Låt oss börja med ett enkelt experiment som du kan göra hemma. Håll armen rakt framför dig med tummen uppåt. Oroa dig inte för att se dum ut här – jag gör det också.

Se nu på din tumme och blunda med ett öga (det kan hjälpa att också säga ”kamera ett”). Med ett öga stängt, vad i bakgrunden är din tumme i linje med? Det spelar ingen roll, inse bara att den är någonstans. Byt sedan ögon (och säg ”kamera två”) – men rör inte tummen. Du bör märka att din tummes position i förhållande till bakgrunden förändras. Detta är parallax. Det är den skenbara förändringen av ett föremåls position när det betraktas från en annan plats. Ju närmare föremålet är ditt ansikte, desto större är den skenbara förändringen. Åh, detta är en del av hur förstärkt verklighet i iOS ARKit fungerar.

Om du vill beräkna avståndet till ett objekt kan du hitta det med storleken på vinkelförskjutningen och avståndet mellan de två observationspunkterna med följande ekvation (förutsatt att avståndet till objektet är mycket större än avståndet mellan observationspunkterna):

Åh, du behöver den vinkeln mätt i radianer (inte grader). Du kan se att för att få mätbara vinkelförskjutningar behöver du en ganska stor förändring av observationsplatserna för saker som en stjärna (super långt borta). Vad händer om vi observerar ett objekt från jorden på ena sidan av solen och sedan 6 månader senare på den andra sidan? I det fallet skulle en stjärna ge en liten vinkelförskjutning. Så här:

Med det kända avståndet från jorden till solen (ja, vi behöver fortfarande det avståndet) och vinkelförskjutningen av en stjärna kan vi beräkna avståndet till stjärnan. Ja, detta beror också på andra stjärnor som är superavlägsna så att de inte rör sig för mycket. Om alla stjärnor hade samma avstånd till vår sol skulle det vara svårt att mäta vinkelförskjutningen.

Nu gäller det parsec. Detta definieras så att 1 parsec är det avstånd en stjärna behöver vara på för att den ska ha en skenbar vinkelförskjutning på 1 bågsekund av en grad. Låt oss hitta omvandlingen av parsec till AU – bara för skojs skull.

Steg ett är att få fram vinkelförskjutningen av 1 bågsekund i radianer.

Resten är enkelt. Ta bara 1 AU dividerat med denna vinkelförskjutning. Om du sätter in det i din miniräknare får du 2,06 x 10^5 AU. Gå vidare och upprepa detta för konverteringen mellan parsec och meter. Det kommer att bli roligt.

Ljusåret

Parsec är coola. De låter så coola att man skulle kunna använda dem i en rymdfilm men använda det som en tid och inte ett avstånd (eftersom det låter som ett avstånd). Sedan kan man 40 år senare göra en ny film som på något sätt rättfärdigar den felaktiga användningen av parsec. Det skulle vara fantastiskt (antydan – jag är ett stort Star Wars-fan).

Men vänta. Det finns en annan avståndsenhet som låter som en tid. Det är ljusåret. Ja, ett år är en tidsenhet men ljusåret är en avståndsenhet. Det definieras som den sträcka som ljuset färdas på ett år.

Ljusets hastighet är både ändlig och konstant med ett värde på ungefär 2,998 x 108 m/s. Avståndet som ljuset färdas på en viss tid kan hittas med hjälp av definitionen av hastighet (i en dimension):

Att beräkna storleken på ett ljusår innebär att man måste hitta tidsintervallet (Δt) i enheterna sekunder istället för år eftersom hastigheten är i meter per sekund. Jag hoppade över den del där jag omvandlar 1 år till sekunder, men efter det kan jag beräkna omvandlingen mellan ljusår och meter.

Hur är det med detta? Vad händer om man omvandlar 1 AU till ljusår? Jag lämnar matematiken som en hemuppgift åt dig, men svaret är 1,58 x 10-5 ljusår. Detta är detsamma som 8,3 ljusminuter. Tänk på det. Det tar ljuset 8 minuter att gå från solen till jorden. Eller vad sägs om det här? Jupiter befinner sig cirka 40 ljusminuter från jorden (avståndet varierar). Så när du tittar på Jupiter på natthimlen tittar du faktiskt på den i det förflutna. Fyrtio minuter i det förflutna. Dina ögon är en tidsmaskin.

Desto längre bort vi tittar, desto djupare in i det förflutna tittar vi. Även när det gäller saker som är mycket nära, som din datorskärm, tittar du på den i det förflutna (mycket nära det förflutna). Eftersom ljuset tar en begränsad tid på sig att färdas och eftersom vi ser med ljus – tittar du i det förflutna.

Det är det som gör ljusårsenheten så lämplig för astronomi. När vi tittar på en galax som är 10 miljarder ljusår bort tittar vi 10 miljarder år in i det förflutna. Fantastiskt.

Mer stora WIRED-historier

• Tekniken störde allt. Vem är det som formar framtiden?
• Google AI-verktyg identifierar en tumörs mutationer från en bild
• De diplomatiska kurirer som levererar USA:s hemliga post
• Den här populära Mac-appen var i princip bara spionprogram
• FOTOSTAD: Uppdraget att räkna New Yorks valar
• Få ännu fler insidertips med vårt veckovisa nyhetsbrev från Backchannel

.