Handlinger tilknyttet webside

Afstanden til Andromeda

hubble_1.gif

Figur 20: Edwin Hubble studerer Universet. Kilde: Mt. Wilson Archive

Hubbles bestemmelse af afstanden til Andromedagalaksen

Edwin Hubble blev født i Missouri i 1889 og blev uddannet som advokat, men skiftede senere til astronomi. Under 1. verdenskrig tjente han som officer. Efter krigen blev han ansat ved Mount Wilson observatoriet i Los Angeles Californien. Der var netop indviet et et 100 tommers teleskop, hvilket var verdens største teleskop på det tidspunkt.

telescope_100inch.gif

Figur 19: "100-inch Hooker" teleskopet. Kilde: Mt. Wilson Archive

Ved hjælp af dette kunne Hubble som den første skelne de enkelte stjerner i Andromeda galaksen. Hubble ledte efter variable stjerner, såkaldte cepheider, i Andromeda galaksen. Cepheider er stjerner, der varierer i lysstyrke og ved at tage billeder på forskellige tidspunkter, kunne Hubble netop se, om der var nogen stjerner, der varierede i lysstyrke.

Cepheidestjerner var og er interessante, fordi de kan bruges til afstandsbestemmelse. For cepheidestjerner har der vist sig en sammenhæng mellem, hvor hurtigt lysstyrken varierer (perioden) og stjernens totale lysstyrke. Sagt på en anden måde er der en sammenhæng mellem, hvor hurtigt Cepheide-stjerner blinker, og hvor kraftigt lys de udsender. Desto hurtigere stjernerne blinker, desto mindre er stjernens lysstyrke. Fra Jorden kan vi måle perioden, hvormed lysstyrken varierer og dermed beregne stjernens totale lysstyrke. Ved at sammenligne den totale lysstyrke med, hvor meget lys vi modtager, kan vi så udregne, hvor langt væk stjernen er fra os. Dette var først blevet opdaget af Henrietta Leavitt nogle år før Hubble.

Hubble fandt cepheider i Andromeda galaksen, og bestemte derudfra afstanden til 900 000 lysår, som den første. Det skete i 1924 og var en meget betydningsfuld opdagelse for forståelsen af, hvor Mælkevejen befinder sig i universet. Med et slag blev Mælkevejen reduceret fra at være verdens centrum til blot af være en blandt mange galakser. I dag sættes afstanden til Andromeda galaksen til 2,3 millioner lysår. Efter dette bestemte Hubble og andre astronomer afstanden til andre galakser. Dermed var den moderne kosmologi startet, dvs. læren om universets struktur. I dag har vi  galakse kataloger over millioner af galakser. Et af dem er NASA/IPAC Extragalaxctic Database, hvor man kan finde billeder og forskellige data for de galakser. 

Med hvor mange Watt lyser Solen?

Jo længere væk et objekt er, jo svagere vil lyset fra det se ud. Lysstyrken aftager med kvadratet på afstanden. F.eks. hvis Solen var 2 gange længere væk, så ville dens lys være 4 gange så svagt. Vi kan bestemme, hvor meget lys Solen udsender, ved f.eks. at sammenligne lysstyrken af Solen med lysstyrken af en 100 W pære (som er meget tættere på os end Solen!).
Læg en dråbe vand på et stykke mellemlægspapir og lad Solen skinne på dråben. Placer nu 100 W pæren bag mellemlægspapiret. Hold mellemlægspapiret fast og varier afstanden mellem 100 W pæren og mellemlægspapiret. Hvis der er lysere foran papiret end bag papiret (pæren for langt fra papiret), vil dråben være mørkere end papiret. Og hvis der er mørkere foran papiret end bag papiret (pæren for tæt på papiret), vil dråben være lysere end papiret. Når dråben modtager lige meget lys fra Solen og pæren, vil den hverken være lysere eller mørkere end papiret. Mål afstanden mellem pære og papir, lad os sige, vi har målt den til 8 cm. Nu kan vi beregne, hvor mange W Solen udsender:

(100 W)/(0.08 m)2 = (Sol W)/(1.5x1011 m)2

Heraf får vi så, at Solens udstråling er 3.5x1026  W - en ret kraftig lampe! Ifølge databog er den rigtige værdi 3.83x1026  W.

Hvor mange stjerner er der i Andromedagalaksen?

På samme måde kan vi bestemme, hvor meget lys en galakse udsender, dvs. hvor mange stjerner der er i en galakse, hvis vi kender afstanden til galaksen. Vi skal bare sammenligne med en "lampe" i kendt afstand og med kendt lysstyrke. I praksis kan vi ikke direkte sammenligne galaksernes lysstyrke med selv de svageste pærer - pga. galaksernes store afstande modtager vi meget lidt lys fra dem. I stedet vil vi bruge Solen som "lampe" og bestemme, hvor mange gange kraftigere Andromedagalaksen lyser i forhold til Solen. Andromedagalaksen er 2.3 millioner lysår borte, og vi modtager 1.3x1012 gange mindre lys fra Andromedagalaksen end fra Solen, der er 150 millioner km borte. Hvis Andromedagalaksen var i Solens afstand ville den altså udsende

3.83x1026 W/2.5x1012 W = 1.5x1014 W

Men nu er Andromedagalaksen altså 2.3 millioner lysår væk, og da lystyrken aftager med kvadratet på afstanden udsender Andromedagalaksen

(2.3x106 x 9.46x1015 m) 2 x 1/(1.3x1012) = 1.6x1010

gange mere lys en Solen. Dvs. der er omkring 16 milliarder stjerner i Andromedagalaksen, hvis alle stjerner lyser som Solen.