Je vždy úžasné a více než trochu pokořující, když nám vesmír připomene, že náš „selský rozum“ je provinční a rozpadá se v kosmických měřítcích.
Pokud jste na povrchu Země – a vsadím se, že ano – existuje mnoho způsobů, jak spolehlivě odhadnout vzdálenost k nějakému objektu. Jeden, který používáme téměř podvědomě, je porovnat objekt zdánlivý velikost s tím, jak jsme velcí vědět aby to bylo. Například máte dobrý cit pro velikost, řekněme, typického člověka. Takže pokud ve svém vidění uvidíte někoho velkého, můžete počítat s tím, že je poblíž, zatímco pokud se zdá být velmi malý, musí být mnohem dál.
Samozřejmě, že někteří lidé jsou větší nebo menší, než je průměr, ale stále s tím můžete počítat, abyste získali slušný odhad vzdálenosti. A celkový trend je křišťálově jasný: čím dále je objekt, tím menší se zdá. Trend je ve skutečnosti tak zřejmý, že můžeme vidět, že rychlost změny je lineární: Zdvojnásobte vzdálenost a objekt se bude zdát poloviční oproti předchozí velikosti. Podívejte se na něj 10krát dále a bude se vám zdát, že je o jednu desetinu větší.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.
To vše funguje skvěle pro známé objekty vzdálené až několik kilometrů, ale astronomové jsou notoricky nespokojeni s těmito relativně malými měřítky. Chceme znát vzdálenosti k objektům, které jsou bilionů kilometrů daleko – nebo dokonce miliardkrát dále!
Na hlubokých snímcích oblohy z obřích dalekohledů se galaxie jen hemží. Některé mohou být relativně blízko od nás – jen některé vzdálené desítky milionů světelných let – zatímco jiné mohou být miliardy světelných let v pozadí. Pouhým pohledem na obrázek, jak to poznáte?
Můžete předpokládat, že galaxie, které se zdají menší, jsou dále, v souladu s naší pozemskou intuicí, ale to nebude fungovat; stejně jako lidé mají galaxie různé velikosti. Když zkoumáte snímek, můžete se dívat na masivní galaxii téměř na okraji pozorovatelného vesmíru – nebo na malou trpasličí galaxii přímo na našem kosmickém dvorku. Jen soudě podle obrázku se to nedá říct.
Je možné, že by mohlo existovat nějaké standardní fyzické měřítko galaxií, nějaký způsob, jak měřit jejich vzdálenost propojením detailů jejich struktury s jejich celkovou velikostí, ale takové scénáře jsou zjevně příliš jednoduché pro skutečnou složitost vesmíru.
Ukazuje se, že standardní lineární měřítko, které používáme na Zemi, by platilo pouze v kosmických měřítcích, pokud by byl náš vesmír statický – velikost se v průběhu času neměnila – což není! Místo toho se vesmír rozpíná a každým dnem se zvětšuje. Tento fenomén s sebou nese celou řadu bizarních důsledkůale překvapivé je, že za určitým prahem oddělení od nás se zdá, že se vzdálenější galaxie dostávají větší s odstupem! Jak se často stává, vesmír je skutečně mnohem podivnější, než si myslíte.
Tento zdánlivě paradoxní efekt je důsledkem expanze vesmíru spojeného s konečnou rychlostí světla.
Když říkáme, že galaxie je například 12 miliard světelných let daleko, obvykle tím myslíme, že světlu z této galaxie trvalo 12 miliard let, než k nám dorazilo. Ale během doby, kdy světlo prochází, se vesmír neustále zvětšoval. To znamená, že v minulosti byla menší a předměty v něm byly mnohem blíže u sebe. Když světlo opustilo tuto galaxii před 12 miliardami let, galaxie byla blíže k nám, takže se zdá být větší, než se očekávalo na tuto vzdálenost, jakmile sem její světlo dorazí!
To je jistě kontraintuitivní a upřímně řečeno divné. Přesto je to potvrzeno rovnicemi, které řídí fungování vesmíru. Efekt platí pro všechny galaxie, ale pro ty relativně blízké je nepostřehnutelně malý; jejich doba cestování světlem je nepatrná ve srovnání se stářím vesmíru, takže vesmír nebyl o tolik menší, když vyzařovali světlo, které nyní vidíme. Jejich zdánlivá velikost není natolik ovlivněna, aby byla odhalena.
Efekt se však se vzdáleností zvyšuje a začíná převládat u objektů s dobou průchodu světla asi 9,5 miliardy let. Kolem tohoto bodu se díváme tak daleko zpět v čase – tak daleko do historie expanze vesmíru – že galaxie jsou efektivně zvětšené a vypadají větší, než by jinak vypadaly. Přesná vzdálenost, kde se tento efekt skutečně projeví závisí na mnoha komplikovaných faktorechvčetně toho, jak rychle se vesmír rozpíná a kolik hmoty obsahuje. Ve skutečnosti, pokud bychom mohli přesně změřit tento zdánlivý nárůst velikosti, mohli bychom jej použít k lepšímu určení těchto důležitých kosmologických parametrů.
Bohužel, protože galaxie nemají standardní velikosti, je to docela obtížný úkol. Horší je, že tento efekt kosmického zvětšení matoucím způsobem způsobuje, že některé galaxie vypadají stmívač: pokud se zdají být větší, jejich světlo se více rozprostře, takže se stanou slabšími a ještě obtížnější je pozorovat!
Jakkoli je tento efekt překvapivý, ještě úžasnější je, že jsme byli schopni vidět dostatečně daleko, abychom jej vůbec detekovali z našeho planetárního okouna v stojatých vodách Mléčné dráhy. Samotná její existence je jedním z mnoha důvodů, proč astronomové svádějí herkulovský boj o určení vzdáleností k extrémně vzdáleným objektům. Pokud tak učiníte, můžete odhalit informace o takových objektech, samozřejmě, ale také o vesmíru kolem nich a způsobu, jakým se choval, když byl velmi mladý. Samozřejmě za předpokladu, že si vezmeme k srdci tuto tvrdou lekci: jakmile začneme mluvit o vzdálenostech měřených v miliardách světelných let, naše vlastní farní evoluce nás naprosto selže a musíme být velmi opatrní, abychom chtě nechtě neextrapolovali z naší vlastní zkušenosti na Zemi.
