Паралакс: възприемано преместване и измерване на разстояния в астрономията

Паралакс в астрономията: как годишният паралакс измерва разстояния до звезди в парсеци, ролята на Хипаркос и Гая и основата за космическата дистанция.

Паралаксът е възприеманата промяна в положението на обект, наблюдаван от две различни места. Явлението е чисто геометрично и произтича от това, че линиите на наблюдение към един и същи обект идват от различни точки в пространството; при промяна на точката на наблюдение обектът изглежда изместен спрямо далечни фонатели.

В астрономията годишният паралакс е единственият пряк начин за измерване на разстоянието до звезди извън Слънчевата система. По същество паралаксът е явлението, което се възприема като преместване, когато даден обект се гледа от различни позиции. При звездите това преместване се наблюдава в течение на годината поради орбитата на Земята около Слънцето и дава т.нар. годишен паралакс.

Как се измерва

Паралаксът се измерва чрез ъгъла между две линии на наблюдение. При годишния паралакс наблюденията на звездата се правят в различни моменти от годината — обикновено в двата противоположни края на орбитата на Земята — за да се получи максималният ъглов отклон. Често се дефинира полупреместването (полуамплитудата) като паралаксен ъгъл p. Точните положения на Земята в орбитата са известни, така че дължината на базисната линия (1 астрономична единица) може да се използва за тригонометрично изчисление на разстоянието.

Ъгълът от хоризонта до обекта може да се измери точно. Така се получава триъгълник, чиято основна линия и ъгли са точно известни. От триъгълника разстоянието се изчислява чрез тригонометрия и се изразява в парсеци. На практика често се използва простата връзка между паралакса в секунди от дъга и разстоянието в парсеци: d (парсеци) = 1 / p (″). Един парсек съответства приблизително на 3.26 светлинни години, което улеснява превръщането в по-познатите единици.

Ограничения и корекции

Близките обекти имат по-голям паралакс от по-отдалечените обекти, когато се наблюдават от еднакви позиции, така че паралаксът може да се използва за определяне на разстоянията. Методът обаче има граница на приложимост: за много далечни обекти ъгълът става толкова малък, че инструменталната и атмосферната грешка превишават сигнала. За звезди, разположени на големи разстояния, годишният паралакс е под милисекунди от дъга и изисква много прецизни измервания или космически телескопи.

Освен случайните грешки, при измерванията трябва да се коригират и систематични ефекти: аберация на светлината, паралакс заради въртенето на Земята (диурнален паралакс), атмосферна рефракция, собствено движение (proper motion) на звездата и инструментални отклонения. Само при внимателни корекции и повторни наблюдения може да се достигне необходимата прецизност.

Практическо значение и модерни мисии

Методът се проваля само при обекти, които са толкова отдалечени, че земната орбита е твърде малка, за да се получи достатъчно голям паралаксен ъгъл за точно измерване. Преди епохата на космическите астрометрични мисии практическите граници за надеждни паралаксни измервания бяха значително по-малки; с появата на спътници тези граници се изместиха далеч навътре в Галактиката. Това осигурява основата за стълбата на техниките за изчисляване на по-големи разстояния в космическото пространство, където по-далечни методи (например стандартни свещи) се калибрират чрез паралаксни разстояния.

От 1989 до 1993 г. спътникът Хипаркос извърши измервания на над 100 000 близки звезди и постави нов стандарт за точност в астрометрията. Съвременната мисия Гая (космическият апарат) има за цел да направи подобни измервания за около един милиард звезди с много по-висока прецизност, което позволява картографиране на триизмерната структура и движението на Млечния път.

Други приложения на паралакса

Астрономите използват принципа на паралакса, за да измерват разстоянията до небесните обекти, включително до Луната, Слънцето и звездите извън Слънчевата система. За Луната и Слънцето паралаксът може да се измери още от различни места на Земята (диференциални наблюдения), защото тези обекти са сравнително близо и с видими пространствени отклонения при наблюдение от различни географски ширини и дължини.

Паралакс в биологията — стереопсия

Много животни, включително хората, имат две очи, които осигуряват възприемане на дълбочината; това се нарича стереопсия. Тъй като двете очи се намират на различни места на главата, всяко вижда леко различна картина и мозъкът използва тези разлики (биологичен паралакс) за автоматично усещане за разстояние. Ние възприемаме това като нормална триизмерна сцена, което помага при ориентация, ловуване и координирани движения.

Ключови бележки:

• Годишният паралакс на звезда е много малък ъгъл — обикновено фракция от секунда на дъга — и се изразява в парсеци чрез връзката d(pc) = 1 / p(arcsec).
• Един парсек ≈ 3.26 светлинни години.
• С развитието на апаратурата и космическите мисии паралаксните измервания обхващат все по-големи обеми от Млечния път и повишават точността на цялата космическа дистанна стълба.

Въпроси и отговори

В: Какво е паралакс?

В: Как се използва паралаксът в астрономията?

Въпрос: Как се изчислява разстоянието с помощта на паралакса?

Въпрос: Има ли някакви ограничения при използването на паралакса за измерване на отдалечени обекти?

Въпрос: Кой спътник беше използван през 1989-1993 г. за измерване на близки звезди?

Търсене по буква