Измерение расстояний

Вселенная так велика, что привычные на Земле единицы длины, например километр (км), неудобны для измерения космических расстояний. Для масштабов Земли вполне подходят километры, но когда мы говорим, что до ближайшей к нам галактики в созвездии Андромеды 14,4 квинтиллиона км — 14 400 000 000 000 000 000 км, — то число оказывается настолько большим, что становится бесполезным. Поэтому в километрах обычно выражают лишь размеры планет и в отдельных случаях — расстояния в пределах Солнечной системы. Полезной мерой длины для нашей Солнечной системы является астрономическая единица (а. е.) — среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 149 597 870,610 км. Так, расстояние от Меркурия до Солнца равно 1/3 а. е., а среднее расстояние от Плутона до Солнца — 40 а. е.

Расстояние до далеких и недоступных нам звезд можно определить из геометрии, измерив направления на этот предмет с двух концов известного отрезка (базиса), а затем рассчитав размеры треугольника, образованного концами отрезка и удаленным предметом. В качестве базиса используется расстояние между двумя точками земной орбиты, которые наша планета проходит с интервалом в несколько месяцев. При перемещении Земли направление на звезду изменится, она немного сместится на фоне более далеких звезд. Такое смещение более близкой звезды на фоне более далеких называется параллаксом.

Существуют и другие методы, с помощью которых расстояние до звезды можно получить косвенным путем, используя различные астрофизические или статистические соотношения.

Астрономы, изучающие небесные тела и астрономические объекты, находящиеся за пределами Солнечной системы, в качестве единицы расстояний в своей работе используют парсек (пк) — внесистемную единицу расстояний в астрономии, равную расстоянию до космического объекта, с которого радиус орбиты Земли виден под углом 1”. Средний радиус земной орбиты 149 597 870 690м, и парсек, основанный на орбите Земли, равен 30 856 775 813 057 300 м.

Небесное тело, расположенное на расстоянии всего в один парсек, как раз и имеет годичный параллакс в одну угловую секунду (1/1800 диаметра Луны, который приблизительно равен 3476 км).

В научно-популярной литературе обычно используется другая внесистемная единица измерения астрономических расстояний — световой год. Световым годом называется расстояние, которое свет (электромагнитные волны) проходит в вакууме за один т. н. юлианский год, состоящий из 365,25 дней по 86 400 секунд каждый. Скорость света составляет 299 792 км в секунду, и ничто во Вселенной не движется быстрее. Двигаясь со скоростью около 300 000 км в секунду, свет может семь раз обогнуть Землю буквально за одно мгновение. Один световой год приблизительно равен 9,46 триллионов километров (9,46 · 10¹² км).

1 парсек ≈ 3,26 св. года ≈ 206 000 а. е.

Ближайшая к нашей Солнечной системе звезда Проксима Центавра (Кентавра) удалена от нас на расстояние 4,2 световых года (для сравнения, свет Солнца достигает Земли за 8,5 минут, то есть мы всегда видим то, что происходило на Солнце 8,5 минут ранее). Проксима Центавра — это светило, которое в 7 раз меньше Солнца и довольно тусклое, мы видим его лишь потому, что оно расположено очень близко от нас. Более яркие объекты мы сможем увидеть с более далекого расстояния.

Например, гораздо ярче звезд гигантские звездные системы — галактики. Одна из наших ближайших соседок по космосу, галактика Андромеды, удалена от нас на 2,5 млн световых лет. Одной из самых далеких звездных систем в настоящее время является галактика EGS8p7. Ее свету понадобилось 13,24 млрд лет, чтобы долететь до Земли. Мы видим эту галактику лишь потому, что на луче зрения в направлении нее практически отсутствует нейтральный газ, хорошо поглощающий свет. С улучшением астрономических методов и приборов мы будем заглядывать все дальше и дальше вглубь Вселенной, так что EGS8p7 не самая далекая звездная система, которую разглядит человечество.

Галактика Андромеда

Чтобы оценить масштабы расстояний в космосе (и то, почему для их измерений используется столько различных единиц), сравним расстояния от Земли до разных объектов:

• Луна — 384 400 км,
• Венера — 42 млн км,
• Сатурн — 1,2 млрд км,
• пояс Койпера (край Солнечной системы) — примерно 9 млрд км,
• облако Оорта — около 1 св. года (уже удобно измерять не в километрах),
• 90 % звезд, видимых невооруженным глазом, — не далее 1000 св. лет,
• центр нашей галактики Млечный Путь — 28 000 св. лет,
• одно из наиболее известных скоплений галактик, находящихся в созвездии Девы, — 52 млн св. лет,
• ближайший к нам квазар — 1 млрд св. лет,
• край наблюдаемой Вселенной — 13,7 млрд св. лет.