Vesmírné vzdálenosti – kouzlo chaosu

Určit vzdálenost objektu v systému, který se neustále rozpíná a vteřinu za vteřinou se mění, není vůbec lehké. Hvězdy na obloze, jsou v danou chvíli dokonce nejspíš jinde, než je vidíme. Na vině jsou fyzikální zákony.

Vzdálenost ve vesmíru totiž záleží nejen na poloze pozorovaného objektu, jak je tomu při běžných měřeních na Zemi. U vesmírných objektů záleží také na čase.

Schema - zdánlivá a skutečná pozice hvězd

Díky rychlosti světla, která je konečná a neměnná, nevidíme objekty na tom místě, kde se právě nacházejí, ale na místě, kde se nacházely v době, kdy k nám vyslaly svoje světlo. Právě světlo je totiž substancí, která nám zprostředkovává všechny informace o vzdáleném objektu. Náš pohled do vzdáleného vesmíru je zároveň pohledem do minulosti a nevypovídá nic o tom, co se na daném místě děje dnes.

Astronomie rozeznává tři základní druhy vzdáleností.

Skutečná vzdálenost

Skutečný stav vzdáleného objektu nikdy nevidíme. Vždycky jde jen o zpožděný obraz. Vzdálenost, ve které se pozorovaný objekt skutečně nachází, je reálná pozice, ve které se objekt nachází dnes, tedy dávno poté, co k nám vyslal svoje světlo. Tato pozice je závislá na geometrii vesmíru a na rychlosti jeho rozpínání.
Celý vesmír se rozpíná a v každém jeho bodě neustále vzniká nový prostor. Skutečná vzdálenost objektů je větší, než vzdálenost, kterou bychom mohli očekávat na základě jejich obrazu na nebi.  V praxi to znamená, že objekt, který registrujeme jako 13,7 miliardy let starý (zde Velký třesk), je od nás momentálně reálně vzdálen ne 13,7 miliardy světelných let (tedy vzdálenosti, kterou muselo překonat jeho světlo), ale 46 miliard světelných let.

Zdánlivá (světelná) vzdálenost

Je ta vzdálenost, kterou urazilo světlo, vyslané daným objektem, na cestě k pozemskému teleskopu. Jelikož byl vesmír dříve (v době vzniku světelného signálu) menší, je tato vzdálenost také menší než skutečná vzdálenost objektu. Světelná vzdálenost odpovídá stáří signálu.
Úhlová vzdálenost
Díky perspektivě se vzdálené objekty zdají být menšími než blízké, i když mají stejnou velikost. Tento jev se dá použít k měření vzdáleností známých objektů. Dá se tak například odvodit vzdálenost galaxie, pozorované teleskopem.

Schema: Galaxie, která se od nás vzdaluje (vlastní rychlost galaxie znázorňuje červená šipka) zabírala dříve na nebi větší prostor, proto se nám její dřívější obraz jeví větší, než by byl ve skutečnosti dnes, kdybychom mohli pozorovat skutečnou velikost galaxie.

Úhlová vzdálenost je jiná, než výše uvedená zdánlivá (světelná) vzdálenost. Důvodem je zvětšující se vesmír. Světlo vzdáleného objektu se k nám vydalo v minulosti, kdy byl vesmír menší. Tím pádem je obraz objektu relativně větší, než by tomu bylo dnes, protože objekt sám tehdy zabíral relativně větší část vesmíru (a tím pádem větší úhel na obloze), než by tomu při stejné velikosti bylo dnes. Relativně větší objekt se zdá být díky perspektivě blíže, proto je naměřená úhlová vzdálenost ještě menší, než zdánlivá vzdálenost.

 Schéma: Přibližné porovnání rozdílů ve vzdálenostech, měřených různými způsoby. Z obrázku je vidět, jak moc se mohou naměřené vzdálenosti vzájemně lišit.
Jak tedy nejlépe vyjádřit údaje o vzdálenosti vesmírných objektů? Různě měřené vzdálenosti se od sebe poměrně hodně liší, chaos se zdá být dokonalý.
Záchranou se pro astronomii stal koeficient, kterému říkáme tzv. „rudý posuv“. I když jeho název zní komplikovaně, jedná se ve skutečnosti o příjemně jednoduchý jev.

Rudý posuv

Je založen na porovnání vlnových délek zachyceného světla objektu a obchází tím problémy s jeho relativními vlastnostmi, jako jsou jasnost nebo zdánlivá velikost. Rudý posuv se vypočítává z posunu specifických, absorpčních čar ve spektru zachyceného záření,  vyslaného vzdálenou galaxií.
Je to nejjednodušší, nejspolehlivější, nejobjektivnější a proto nejdůležitější metoda, jakou astronomové určují vzdálenosti vesmírných objektů.  
Tomuto důležitému jevu chci věnovat celý blog, více tedy příště - "rudý posuv".