Rozmiar całego Wszechświata jest nadal nam nieznany, ponieważ jesteśmy w stanie określić odległości tylko te, które widzimy. Jako, że Wszechświat istnieje około 14 miliardów lat, to światło docierające do Ziemi z różnych jego zakątków miało tylko tyle czasu, aby dotrzeć do nas. Galaktyki, które aktualnie widzimy bardzo blisko brzegu obserwowanej granicy prawdopodobnie są już znacznie dalej od nas niż możemy to określić.
Metody badania odległości we Wszechświecie:
Bezpośrednie:
- Metoda paralaksy
- Pomiary laserowe
- Pomiary radarowe
Pośrednie:
- Świece standardowe
- Pręty miernicze
- Prawo Hubble’a
- I około 30 innych…
Do badania odległości często wykorzystuje się metodę paralaksy. Jest to nic innego, jak wyznaczanie odległości na podstawie kątów widzenia danego obiektu przy znajomości odległości pomiędzy punktami, z których dokonano obserwacji. W normalnych warunkach ziemskich jesteśmy w stanie określić, który przedmiot jest bliżej, a który dalej za pomocą naszych oczu. One stanowią „punkty obserwacji” rozsunięte na pewną niewielką odległość na twarzy. W ten sposób mózg, na podstawie kątów obserwacji widzianego obiektu, jest w stanie określić przybliżoną odległość. Aby zmierzyć odległości od dalszych obiektów, korzysta się z ze „sztucznych oczu”, którymi mogą być dwa obserwatoria astronomiczne. Znając odległość pomiędzy nimi oraz kąt obserwacji, mamy możliwość ustalenia przybliżonej odległości obiektów znajdujących się znacznie dalej od Ziemi. Kąt, pod którym widać z badanego obiektu promień Ziemi nazywa się paralaksą geocentryczną tego obiektu. Jednak promień Ziemi jest stosunkowo mały, dlatego tego typu pomiary pozwoliły na określenie odległości tylko do najbliższych ciał: Księżyca, planet i planetoid.
Aby zmierzyć odległość do gwiazd, które znajdują się znacznie dalej, wykorzystano fakt, że Ziemia w ciągu pół roku przemieszcza się o odległość ok. 300 mln kilometrów, czyli o średnicę okołosłoneczną. Wykorzystując ten fakt można było zwiększyć rozstaw „oczu”, czyli punktów obserwacyjnych, właśnie o taki dystans. Umożliwiło to zmierzenie tzw. paralaks heliocentrycznych, czyli kątów, pod jakimi z gwiazd widać promień ziemskiej orbity. Dopiero w 1838 roku Friedrichowi Bessel udało określić się, że paralaksa heliocentryczna (kąt) najbliższej gwiazdy jest mniejsza od sekundy łuku.
Parsek
1 pc = 3,2616 ly = 206265 AU = 3,086·1016 m
O odległości wynoszącej 1 parsek mówimy wtedy, gdy różnica w położeniu obserwowanej gwiazdy w odstępie pół roku (np. latem i zimą) wynosi 1 sekundę kątową (1/3600 stopnia). Jest to odległość równa około 3,3 lat świetlnych (ly).
Rok świetlny (ly) – light year
Światło może rozchodzić się z ograniczoną prędkością, która wynosi 299 792 458 m/s. Czyli w ciągu sekundy pokonuje ono odległość około 300 000 km. Mnożąc tą odległość przez liczbę dni w roku ( 365 dni) okazuje się, że w ciągu roku światło pokonuje odległość 946 800 000 000 km. Ta wartość została określona jako 1 rok świetlny (ly).
Jednostka astronomiczna (AU) – Astronomical Unit
1 jednostka astronomiczna jest to średnia odległość między Ziemią a Słońcem. Wynosi ona 149 597 870 700 metrów, czyli ok. 149,6 mln km. Stała wartość jednostki astronomicznej została ustalona w Pekinie w 2012 roku przez Międzynarodową Unię Astronomiczną.
Przykładowe odległości we Wszechświecie:
1 km = 0,0000000006684587 AU
1 rok świetlny = 63241 AU
1 parsek = 206265 AU
Odległość Ziemi od Słońca to 1 AU
Odległość Merkurego od Słońca = 0,39 AU
Odległość Wenus od Słońca = 0,72 AU
Odległość Marsa od Słońca = 1,52 AU
Odległość Jowisza od Słońca = 5,2 AU
Odległość Saturna od Słońca = 9,58 AU
Odległość Uranu od Słońca = 19,23 AU
Odległość Neptuna od Słońca = 30,1 AU
Odległość Słońca od centrum Drogi Mlecznej = 1700000 AU
Czas we Wszechświecie
Jest to również jednostka za pomocą której określa się odległości we Wszechświecie. Jednak określenie pojęcia czasu w kosmosie jest znacznie bardziej skomplikowane i wywołuje wiele dyskusji.
Rok świetlny – jest to odległość, jaką światło pokonuje w próżni w ciągu roku juliańskiego (mającego 365,25 dnia i 31 557 600 sekund).
1 rok świetlny = 63241 UA = 0,3066 pc = 9,4607·1015 m ≈ 9,4 biliona kilometrów
Czas, w jakim światło pokonuje odległość od Słońca do Ziemi to 8 minut i 20 sekund. Odległość od Księżyca do Ziemi światło pokonuje w 1,3 sekundy. To była między innymi przyczyna w opóźnieniach w komunikacji podczas wyprawy załogowej Apolla.
Średnica Drogi Mlecznej wynosi aż 100 000 lat świetlnych.
Odległość poszczególnych planet od Słońca w przeliczeniu na lata świetlne wynosi:
Merkury – 0,000006121
Wenus – 0,000011437
Mars – 0,000024094
Jowisz – 0,000082279
Saturn – 0,000150806
Uran – 0,000303463
Neptun - 0,000475467
Dla porównania, nowo odkryte 7 planet znajduje się w odległości około 40 lat świetlnych od Ziemi!
Najbliższa nam gwiazda Proxima Centauri znajduje się w odległości 4 lat świetlnych od Ziemi. Najszybsza jak dotąd zbudowana przez człowieka rakieta kosmiczna pokona tą odległość w ciągu 18 tys. Lat. Łatwo sobie wyliczyć, że podróż do nowo odkrytych planet zajęłaby w takim układzie 10 razy więcej czasu.
