Размеры космоса трудно себе представить, но еще сложнее назвать точную цифру. Но благодаря некоторым гениальным физикам мы имеем хорошее представление о том, насколько велика наша Вселенная.
Вычисление Шепли
В 1920 году Харлоу Шепли был участником большой дискуссии о масштабах Вселенной.
Шепли утверждал, что длина нашей галактики Млечный Путь равняется 300 тысяч световых лет, то есть фактически в три раза больше современных данных. Но эти измерения были довольно хороши для его времени. Он рассчитывал пропорциональные, правильные расстояния в пределах Млечного Пути, к примеру, то, какое положение занимает Солнце относительно центра галактики.
Однако в начале ХХ века 300 тысяч световых лет казались абсурдной цифрой для многих современников Шепли. И мысли о существовании спиральных галактик, которые можно увидеть с помощью телескопа, также были диковинными. Действительно, сам Шепли считал, что Млечный Путь должен быть исключительным, и даже если спиральные галактики существуют, они не могут сравниться по размеру с нашей звездной системой.
Теория Кертиса
Еще один ученый того времени – Хибер Кертис – согласился, что должно существовать много галактик таких же больших, как и наша. Но он был убежден, что Млечный Путь имеет намного меньшие размеры, чем в подсчетах Шепли. Согласно расчетам, которые использовал Кертис, Млечный Путь имел всего лишь 30 тысяч световых лет в диаметре. Это в три раза меньше, чем современные измерения.
Какой идеи придерживаются современные ученые?
Когда мы говорим об огромных расстояниях, допустимо, что астрономы, делающие эти измерения почти столетие назад, могли получить немного некорректные цифры.
Сегодня ученые практически уверены, что размер Млечного Пути равняется 100-150 тысячам световых лет. В соответствии с действующей теорией, это около 93 миллиардов световых лет в диаметре. Но как ученые могут быть насколько уверены в своей правоте? И как они могли сделать такие измерения прямо здесь, на Земле?
На что похожи современные измерительные инструменты астрономов?
С тех пор как Коперник начал утверждать, что Земля - это не центр Солнечной системы, людям было очень трудно изменить свои убеждения о том, что такое Вселенная, и какой она может быть. Даже сегодня появляются новые сведения, которые позволяют предположить, что она намного больше, чем мы думаем сейчас.
Астрономы разработали хитроумный набор инструментов и измерительных систем, которые позволяют измерять не только расстояние от Земли до других объектов в нашей Солнечной системе, но и отдаленность галактик друг от друга, а также границы наблюдаемой Вселенной.
Использование радиоволн
Шаги к измерению всех этих параметров известны как космические лестницы расстояния. Первая ступень лестницы достаточно проста для нас, и сейчас она опирается на современные технологии. Ученые могут довольно просто измерять радиоволны от соседних планет в Солнечной системе и определять время, необходимое для них, чтобы вернуться назад на Землю. Это дает нам очень точные представления о расстояниях.
Большие радиотелескопы, такие как «Аресибо» в Пуэрто-Рико, могут выполнить эту работу, и даже более сложную. Названный телескоп, к примеру, может обнаружить астероиды, расположенные вокруг Солнечной системы, и даже создать их изображение, основываясь на том, как от поверхности отражаются радиоволны.
Параллакс
Но использовать радиоволны, чтобы измерить расстояние за пределами Солнечной системы, довольно непрактично. Поэтому следующей ступенькой является параллакс измерения.
Мы делаем это все время, хотя и не осознаем. Люди, аналогично другим животным, могут интуитивно распознать расстояние между объектом и собой, поскольку у нас есть два глаза.
Если вы будете держать перед собой объект, к примеру руку, и смотреть на него только одним глазом, а затем использовать только второй, вы увидите, что рука каждый раз сдвигается немного в сторону. Это явление носит название параллакса. Ученые используют разницу, найденную между этими наблюдениями, чтобы рассчитать расстояние до объекта.
Наш мозг делает это на подсознательном уровне, как только в него через глаза попадает информация. Астрономы делают то же самое с близлежащими звездами, за исключением того, что они используют различные датчики – телескопы.
Представьте себе, что есть два глаза, плавающие в пространстве с каждой стороны от Солнца. Благодаря земной орбите мы можем увидеть звезды смещенными относительно объектов и вычислить расстояние до них благодаря этому методу. Ученые делают измерения расположения звезд в небе, к примеру, в январе, а затем ждут шесть месяцев и делают это еще раз в июле, когда мы находимся на противоположной стороне от Солнца.
Главная последовательность
Тем не менее на расстоянии более 100 световых лет наблюдаемый сдвиг слишком мал, чтобы получить полезный расчет. Но даже на таком расстоянии мы все еще далеки от края нашей галактики.
Поэтому следующим шагом является метод под названием главная последовательность. Он опирается на наши знания о том, как звезды определенного размера развивались с течением времени. Они известны как звезды главной последовательности.
С одной стороны, они меняют цвет, постепенно становясь краснее. Измерив их свет и яркость, а затем сравнив с тем, что известно о расстоянии ближних звезд главной 
последовательности, измеримых с помощью параллакса, можно оценить их позиции.
Принцип, на котором основываются эти вычисления, заключается в том, что звезды той же массы и возраста, которые кажутся одинаково яркими, находятся на одном и том же расстоянии от нас. Мы можем использовать разницу в этих измерениях, чтобы увидеть, где на самом деле они расположены.
Цефеиды
Однако есть еще звезды, которые находятся в других галактиках. К ним невозможно применить основную последовательность, так как они расположены на расстоянии в миллионы световых лет от Земли, и свет таких звезд трудно проанализировать с точностью.
Но еще в 1908 году было сделано открытие, которое ученые использовали для измерения таких огромных расстояний. Оказывается, существуют звезды особого класса, которые называются цефеиды. Такие звезды изменяют свою яркость с течением времени, и изменение пульсации от них непосредственно относится к тому, насколько они ярки по своей природе. Другими словами, яркие цефеиды будут пульсировать более медленно. Поскольку астрономы довольно легко измеряют эти пульсации, они могут сказать, насколько яркой является звезда. Наблюдая же, насколько яркой она нам кажется, они могут вычислить ее расстояние.
Ключевым моментом здесь является то, что расстояние измеряется различными способами. И чем больше способов мы используем, тем лучше можем понять истинный масштаб нашей Вселенной.
