Questa stella è lontana X anni luce, quella galassia è X milioni milioni di anni luce. Ma come fanno gli astronomi?
Sono perpetuamente in uno stato in cui parlo di oggetti che sono inimmaginabilmente lontani. I nostri cervelli possono comprendere le distanze intorno a noi, in un certo senso, specialmente quando abbiamo una pila di strumenti per aiutarci. Possiamo misurare la nostra altezza con un metro o la distanza lungo il terreno usando un contachilometri. Possiamo avere un'idea di quanto siano lontani 100 chilometri perché possiamo guidarlo in un periodo di tempo piuttosto breve.
Ma lo spazio è davvero grande, e per la maggior parte di noi, il nostro cervello non può comprendere la piena bellezza del cosmo, e tanto meno misurarlo. Quindi, come fanno gli astronomi a capire quanto è lontano tutto? Come fanno a sapere quanto lontani sono i pianeti, le stelle, le galassie e persino il margine dell'Universo osservabile? Supponendo che sia tutto un inganno? Sei pronto.
Gli astronomi hanno un sacco di trucchi e tecniche straordinariamente intelligenti per misurare la distanza nell'Universo. Per loro, distanze diverse richiedono metodologie diverse. Da vicino, usano la trigonometria, usando le differenze negli angoli per scovare le distanze. Usano anche una varietà di candele standard, sono oggetti luminosi che generano una quantità costante di luce, quindi puoi dire quanto sono lontani. Alle distanze più lontane, gli astronomi usano l'espansione dello spazio stesso per rilevare le distanze.
Fortunatamente, ciascuno di questi metodi si sovrappone. Quindi puoi usare la trigonometria per testare le candele standard più vicine. E puoi usare le candele standard più distanti per verificare gli strumenti più grandi. Intorno al nostro Sistema Solare e nel nostro vicinato della galassia, gli astronomi usano la trigonometria per scoprire la distanza dagli oggetti.
Misurano la posizione di una stella nel cielo in un punto dell'anno, quindi misurano di nuovo 6 mesi dopo quando la Terra si trova sul lato opposto del Sistema Solare. La stella si sarà spostata di una piccola quantità nel cielo, nota come parallasse. Poiché conosciamo la distanza da un lato dell'orbita terrestre all'altro, possiamo calcolare gli angoli e calcolare la distanza dalla stella.
Sono sicuro che puoi individuare il difetto, questo metodo cade a pezzi quando la distanza è così grande che la stella non sembra muoversi affatto. Fortunatamente, gli astronomi passano a un metodo diverso, osservando una candela standard nota come variabile Cefeide. Questi Cefeidi sono stelle speciali che si attenuano e si illuminano secondo uno schema noto. Se riesci a misurare la velocità con cui un Cefeide pulsa, puoi calcolare la sua vera luminosità e quindi la sua distanza.
I cefeidi ti consentono di misurare le distanze dalle galassie vicine. Oltre qualche decina di megaparsec, hai bisogno di un altro strumento: le supernovae. In un tipo molto speciale di sistema binario a stella, una stella muore e diventa una nana bianca, mentre l'altra stella sopravvive. Il nano bianco inizia a nutrire materiale dalla stella partner fino a quando non colpisce esattamente 1,4 volte la massa del Sole. A questo punto, fa esplodere come una supernova di tipo 1A, generando un'esplosione che può essere vista a metà dell'Universo. Poiché queste stelle esplodono sempre con esattamente la stessa quantità di materiale, possiamo rilevare quanto sono lontane e quindi la loro luminosità assoluta.
Alle scale più grandi, gli astronomi usano la costante di Hubble. Questa è la scoperta di Edwin Hubble che l'Universo si sta espandendo in tutte le direzioni. Più guardi, le galassie più veloci si stanno allontanando da noi. Misurando lo spostamento verso il rosso della luce da una galassia, puoi dire quanto velocemente si sta allontanando da noi e quindi la sua distanza approssimativa. Alla fine di questa scala c'è la radiazione cosmica di fondo a microonde, il bordo dell'Universo osservabile e il limite di quanto possiamo vedere.
Gli astronomi sono sempre alla ricerca di nuovi tipi di candele standard e hanno scoperto tutti i tipi di modi intelligenti per misurare la distanza. Misurano il raggruppamento di galassie, i raggi di radiazione a microonde dalle stelle e la superficie di stelle giganti rosse, il tutto nella speranza di verificare la scala della distanza cosmica. Misurare la distanza è stato uno dei problemi più difficili da risolvere per gli astronomi e le loro soluzioni sono state assolutamente ingegnose. Grazie a loro, possiamo avere un senso di scala per il cosmo che ci circonda.
Quale concetto di astronomia hai il tempo più difficile nel tuo cervello? Dicci, nei commenti qui sotto.
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