Rozgwieżdżone niebo od dawna rozbudzało wyobraźnię ludzi. W letnią noc chciałoby się przecież pomknąć Wielkim Wozem po Mlecznej Drodze aż na jej krańce. Albo szybszym wehikułem jeszcze dalej do granic Wszechświata. Człowiek zaczyna liczyć i szacować odległości do wszystkich obiektów na nieboskłonie, w większości niedostępnych ze względu na niewyobrażalną odległość.
Astronomiczne szacunki zaczęły się od obliczenia odległości do Księżyca, kiedy zorientowano się, że to najbliższy Ziemianom obiekt. Opisana w poprzednich odcinkach metoda paralaktyczna fascynuje swoją prostotą i była na miarę tamtych czasów. Człowiek cudownie sobie poradził z obliczeniem tej odległości, mimo że nie dysponował ani silnym laserem, ani rakietą. I potem ten nieustanny pęd ludzi do posuwania się jeszcze dalej w odkryciach. Bo przecież, znając odległość między Ziemią a Księżycem, można było obliczyć odległość z Ziemi do Słońca, co też uczyniono. Metodą paralaktyczną wyznaczono potem odległości do kilkudziesięciu tysięcy najbliższych gwiazd, jednak przy dużych odległościach błąd pomiaru zaczynał przekraczać rozsądne granice. Dlatego odległości do gwiazd dalekich oraz do bliskich i jeszcze dalszych galaktyk ocenia się zupełnie innymi metodami, które warto opisać. Astrofizycy znają wiele metod wyznaczania dalekich odległości, ale w większości sprowadzają się one do metody prętów mierniczych albo metody świec standardowych.
Jeżeli w bliskich galaktykach można dostrzec pojedyncze gwiazdy, to pośród nich będą też zapewne tzw. cefeidy. Są to gwiazdy zmieniające swoją jasność regularnie i w rytmie zaledwie kilku dni. Odkryto związek między okresem zmian jasności a średnią wielkością absolutną takiej gwiazdy. Wystarczy zmierzyć okres zmian jasności, na tej podstawie obliczyć jasność absolutną, a tą porównać z jasnością obserwowaną. Na podstawie tego porównania szacujemy odległość gwiazdy i zarazem odległość jej macierzystej galaktyki.
Odległości do nieco dalszych galaktyk można oszacować, wypatrując w nich gwiazd nowych i supernowych. Mierzy się wtedy jasność obserwowaną takiej gwiazdy supernowej i porównuje z typową jasnością absolutną supernowej. W ten prosty sposób obliczamy odległość do wybranej galaktyki.
Odległości do jeszcze dalszych galaktyk ocenia się na podstawie prawa Hubble’a, w którym pomiar szybkości opiera się na optycznym efekcie Dopplera. Okazuje się, że częstotliwość fali elektromagnetycznej odbieranej z oddalającego się źródła jest mniejsza niż odbierana z tego samego źródła spoczywającego. Odbierana częstotliwość zależy jedynie od szybkości, z jaką oddala się źródło fali. Szybkość tę można by obliczyć według prostego wzoru, gdybyśmy tylko znali faktyczną częstotliwość badanego światła. Ale jak oszacować taką częstotliwość, skoro cała galaktyka odległa jest o miliardy lat świetlnych od nas?
Naukowcy wpadli na genialny pomysł. Przecież atomy każdego pierwiastka w całym wszechświecie są takie same, niezależnie od tego, czy ten pierwiastek znajduje się na Ziemi, czy hen daleko od nas! Atom danego pierwiastka emituje i pochłania fale świetlne o ściśle określonych częstotliwościach i posiada swoje charakterystyczne tzw. widmo absorpcyjne, podobnie jak każdy człowiek ma swój własny odcisk palca, na podstawie którego można go zidentyfikować. Wystarczy obejrzeć widmo światła dalekiej galaktyki i porównać z opracowanymi już widmami atomów znanych nam pierwiastków, identyfikując charakterystyczne linie absorpcyjne. I co się okazuje? Linie te przesunięte są w stronę fal długich (o mniejszych częstotliwościach) w stosunku do faktycznych pozycji, czyli przesunięte są ku czerwieni. Stąd wniosek, że galaktyki te cały czas się od nas oddalają! Wystarczy teraz zmierzyć owo przesunięcie i zastosować prawo Hubble’a, ale to już temat na osobny odcinek „Patrząc w niebo”.
Tymczasem na wieczornym niebie planety Wenus i Saturn w szybkim tempie zbliżają się do siebie, a tę ich wzajemną gonitwę śledzimy wspólnie od wielu tygodni. 30 czerwca obydwie znajdą się tuż obok siebie, wykorzystajmy więc najbliższe dni do obserwacji zmieniającej się pomiędzy nimi odległości. Naprawdę warto zobaczyć szaleństwo Wenus i Saturna!