Home » Articole » Articole » Știință » Astronomie » Distanțe cosmice – Unități de măsură

Distanțe cosmice – Unități de măsură

postat în: Astronomie 0

Cluster Globular M80

(Cluster Globular M80. Această imagine frumoasă arată un grup uriaș de stele numit Messier 80, situat la aproximativ 28.000 de ani lumină de Pământ. Astfel de grupuri aglomerate, pe care astronomii le numesc clustere globulare, conțin sute de mii de stele, inclusiv unele dintre variabilele RR Lyrae discutate în acest capitol. Mai evidente în această imagine sunt gigantele roșii strălucitoare, care sunt stele similare cu Soarele în masă, care se apropie de sfârșitul vieții lor. (Credit: modificarea lucrării Hubble Heritage (AURA/ STScI/ NASA)))

Cât de mare este universul? Care este cel mai îndepărtat obiect pe care îl putem vedea? Acestea sunt printre cele mai fundamentale întrebări pe care le pot pune astronomii. Dar la fel cum bebelușii trebuie să se târască înainte de a putea face primii pași șovăitori, la fel trebuie să începem cu o întrebare mai modestă: Cât de departe sunt stelele? Și chiar și la această întrebare se dovedește a fi foarte greu de răspuns. La urma urmei, stelele sunt simple puncte de lumină. Să presupunem că vedeți un punct de lumină în întuneric când conduceți pe un drum de țară noaptea târziu. Cum poți să-ți dai seama dacă este un licurici din apropiere, o motocicletă care se apropie la o anumită distanță sau lumina pridvorului unei case mult mai departe de drum? Nu este atât de ușor, nu-i așa? Astronomii s-au confruntat cu o problemă și mai dificilă atunci când au încercat să estimeze cât de departe sunt stelele.

În acest capitol, începem cu definițiile fundamentale ale distanțelor de pe Pământ și apoi ne extindem spre stele. Vom examina, de asemenea, cei mai noi sateliți care supraveghează cerul nopții și vom discuta despre tipurile speciale de stele care pot fi folosite ca repere de traseu către galaxii îndepărtate.

Primele măsuri ale distanțelor s-au bazat pe dimensiunile umane – inch ca distanța dintre articulațiile degetelor sau yard ca distanță de la degetul arătător întins la nasul regelui britanic. Mai târziu, cerințele comerțului au dus la o anumită standardizare a unor astfel de unități, dar fiecare națiune a avut tendința de a-și stabili propriile definiții. Abia la mijlocul secolului al XVIII-lea s-au făcut eforturi reale pentru a stabili un set uniform, internațional, de standarde.

Sistemul metric

Una dintre moștenirile de durată ale erei împăratului francez Napoleon este stabilirea sistemului metric de unități, adoptat oficial în Franța în 1799 și utilizat acum în majoritatea țărilor din întreaga lume. Unitatea metrică fundamentală de lungime este metrul, definit inițial ca zece milioane din distanța de-a lungul suprafeței Pământului de la ecuator la pol. Astronomii francezi din secolele al XVII-lea și al XVIII-lea au fost pionierii în determinarea dimensiunilor Pământului, așa că era logic să se folosească informațiile lor ca fundament al noului sistem.

Probleme practice există cu o definiție exprimată în termeni de dimensiune a Pământului, deoarece oricine dorește să determine distanța de la un loc la altul nu poate fi de așteptat să iasă și să remăsoare planeta. Prin urmare, la Paris a fost înființat un etalon standard intermediar format dintr-o bară de metal platină-iridiu. În 1889, prin acord internațional, această bară a fost definită a avea exact un metru în lungime și au fost făcute copii precise ale barei de metru inițială pentru a servi drept standarde pentru alte națiuni.

Alte unități de lungime sunt derivate din metru. Astfel, 1 kilometru (km) este egal cu 1000 de metri, 1 centimetru (cm) este egal cu 1/100 de metru și așa mai departe. Chiar și vechile unități britanice și americane, cum ar fi inch și mila, sunt acum definite în termeni de sistem metric.

Redefiniri moderne ale metrului

În 1960, definiția oficială a etalonului a fost schimbată din nou. Ca rezultat al tehnologiei îmbunătățite de generare a liniilor spectrale de lungimi de undă cunoscute cu precizie (vezi capitolul Radiații și spectre), etalonul a fost redefinit ca fiind 1.650.763,73 lungimi de undă ale unei anumite tranziții atomice în elementul krypton-86. Avantajul acestei redefiniri este că oricine are un laborator echipat corespunzător poate reproduce un etalon standard, fără referire la vreo bară metalică anume.

În 1983, etalonul a fost definit încă o dată, de data aceasta în ceea ce privește viteza luminii. Lumina în vid poate parcurge o distanță de un metru în 1/299.792.458 secundă. Astăzi, așadar, timpul de călătorie a luminii oferă unitatea noastră de bază de lungime. Altfel spus, o distanță de o secundă lumină (cantitatea de lumină spațială acoperă într-o secundă) este definită ca fiind de 299.792.458 de metri. Adică aproape 300 de milioane de metri pe care lumina îi acoperă într-o secundă; lumina este într-adevăr foarte rapidă! Am putea la fel de bine să folosim secunda-lumină ca unitate fundamentală de lungime, dar din motive practice (și pentru a respecta tradiția), am definit metrul ca o mică fracțiune din secunda-lumină.

Distanțe în cadrul Sistemului Solar

Lucrările lui Copernic și Kepler au stabilit distanțele relative ale planetelor, respectiv cât de departe de Soare este o planetă în comparație cu alta (vezi Observarea cerului: Nașterea astronomiei și a orbitelor și a gravitației). Dar munca lor nu a putut stabili distanțele absolute (în secunde-lumină sau metri sau alte unități standard de lungime). Este ca și cum ai cunoaște înălțimea tuturor elevilor din clasa ta doar în comparație cu înălțimea instructorului tău de astronomie, dar nu în inci sau centimetri. Înălțimea cuiva trebuie măsurată direct.

În mod similar, pentru a stabili distanțe absolute, astronomii au trebuit să măsoare direct o distanță în sistemul solar. În general, cu cât obiectul este mai aproape de noi, cu atât ar fi mai ușoară o astfel de măsurare. Estimările distanței până la Venus au fost făcute pe măsură ce Venus a traversat fața Soarelui în 1761 și 1769, iar o campanie internațională a fost organizată pentru a estima distanța până la asteroidul Eros la începutul anilor 1930, când orbita lui l-a adus aproape de Pământ. Mai recent, Venus a traversat (sau a tranzitat) suprafața Soarelui în 2004 și 2012 și ne-a permis să facem o estimare modernă a distanței, deși, după cum vom vedea mai jos, până atunci nu era nevoie (Figura 2).

Venus tranzitează Soarele, 2012

(Venus tranzitează Soarele, 2012. Această „imagine” uimitoare a lui Venus traversând fața Soarelui (este punctul negru la aproximativ ora 2) este mai mult decât o imagine impresionantă. Luată cu sonda spațială Solar Dynamics Observatory și filtre speciale, arată un tranzit modern al lui Venus. Astfel de evenimente au permis astronomilor din anii 1800 să estimeze distanța până la Venus. Ei au măsurat timpul necesar lui Venus pentru a traversa fața Soarelui de la diferite latitudini de pe Pământ. Diferențele de timp pot fi folosite pentru a estima distanța până la planetă. Astăzi, radarul este folosit pentru estimări mult mai precise ale distanțelor. (Credit: modificarea lucrării NASA/SDO, AIA))

Cheia pentru determinarea noastră modernă a dimensiunilor sistemului solar este radarul, un tip de undă radio care poate trece de obiecte solide (Figura 3). După cum s-a discutat în câteva capitole anterioare, prin cronometrarea a cât timp durează un fascicul radar (călătorind cu viteza luminii) pentru a ajunge pe altă obiect și a se întoarce, putem măsura distanța implicată foarte precis. În 1961, semnalele radar au fost reflectate de pe Venus pentru prima dată, oferind o măsurare directă a distanței de la Pământ la Venus în termeni de secunde-lumină (din timpul călătoriei dus-întors a semnalului radar).

Ulterior, radarul a fost folosit pentru a determina distanțele până la Mercur, Marte, sateliții lui Jupiter, inelele lui Saturn și mai mulți asteroizi. Rețineți, apropo, că nu este posibil să folosiți radarul pentru a măsura distanța până la Soare direct, deoarece Soarele nu reflectă radarul foarte eficient. Dar putem măsura distanța până la multe alte obiecte din sistemul solar și putem folosi legile lui Kepler pentru a obține distanța până la Soare.

Telescopul radar - NASA Deep Space(Telescopul radar. Această antenă în formă de farfurie, parte a rețelei NASA Deep Space din deșertul Mojave din California, are o lățime de 70 de metri. Poreclită „antena lui Marte”, acest telescop radar poate trimite și recepționa unde radar și, astfel, poate măsura distanțele până la planete, sateliți și asteroizi. (Credit: NASA/JPL-Caltech))

Dintre diferitele distanțe (corelate) ale sistemului solar, astronomii au selectat distanța medie de la Pământ la Soare ca „băț de măsurare” standard în cadrul sistemului solar. Când Pământul și Soarele sunt cel mai aproape, se află la aproximativ 147,1 milioane de kilometri unul de celălalt; când Pământul și Soarele sunt cele mai îndepărtate, se află la aproximativ 152,1 milioane de kilometri unul de celălalt. Media acestor două distanțe se numește unitatea astronomică (UA). Apoi exprimăm toate celelalte distanțe din sistemul solar în termeni de UA. Ani de analize minuțioase ale măsurătorilor radar au condus la determinarea lungimii UA cu o precizie de aproximativ o parte la un miliard. Lungimea de 1 UA poate fi exprimată în timp de călătorie în lumină ca 499,004854 secunde-lumină, sau aproximativ 8,3 minute-lumină. Dacă folosim definiția etalonului dată anterior, aceasta este echivalentă cu 1 AU = 149.597.870.700 metri.

Aceste distanțe sunt, desigur, date aici la un nivel de precizie mult mai ridicat decât este necesar în mod normal. În acest text, ne mulțumim de obicei să exprimăm numere în câteva locuri semnificative și să lăsăm așa. Pentru scopurile noastre, va fi suficient să rotunjim aceste numere:

viteza luminii: c = 3 × 108 m/s = 3 × 105 km/s

lungimea secundei-lumină: sl = 3 × 108 m = 3 × 105 km

unitate astronomică: UA = 1,50 × 1011 m = 1,50 × 108 km = 500 secunde-lumină

Cunoaștem acum scara absolută a distanței din propriul nostru sistem solar cu o precizie fantastică. Aceasta este prima verigă din lanțul distanțelor cosmice.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2023 MultiMedia Publishing

Mecanica fenomenologică
Mecanica fenomenologică

O privire de ansamblu asupra mecanicii clasice, care intenționează să ofere o acoperire a principiilor și tehnicilor fundamentale, un domeniu vechi dar care se află la baza întregii fizicii, și care în ultimii ani a cunoscut o dezvoltare rapidă. Se … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99 Selectează opțiunile
Experimente de fizică
Experimente de fizică

O trecere în revistă a experimentelor din domeniul fizicii care au marcat evoluția și progresul omenirii, și cunoașterea despre lume și universul în care trăim. În final, o serie de experimente foarte interesante și bune documentate recomandate de NASA pentru … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99$12.23 Selectează opțiunile
Știința - Filosofia științei
Știința – Filosofia științei

Cartea explorează principalele teme și teorii ale științei și filozofiei contemporane a științei, evidențiind întrebările fascinante și provocatoare actuale din știință în generală și filosofia științei, cu accent pe metodele științifice. O mare parte din înțelegerea noastră provine din cercetarea … Citeşte mai mult

Nu a fost votat $4.99$15.55 Selectează opțiunile

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *