مقياس المسافات في الكون (Distance Scale of the Universe)

بسبب توسع الكون (expansion of the universe)، فإن تحديد مسافة المجرات البعيدة جدًا يعد أمرًا صعبًا. كل هذا يعتمد على وجهة نظرك.

هناك أربعة مقاييس مختلفة للمسافة شائعة الاستخدام في علم الكونيات (cosmology):

(1) مسافة اللمعان - Luminosity Distance (D_L)

في كون متوسع، تظهر المجرات البعيدة (distant galaxies) باهتة أكثر مما تتوقع لأن الفوتونات الضوئية (photons) تتمدد وتنتشر على مساحة واسعة. هذا هو السبب في الحاجة لتلسكوبات ضخمة لرؤية المجرات البعيدة جدًا. أبعد المجرات المرئية بتلسكوب هابل الفضائي (Hubble Space Telescope) تبدو باهتة كما لو كانت على بعد 350 مليار سنة ضوئية رغم أنها أقرب بكثير.

مسافة اللمعان (Luminosity Distance) ليست مقياسًا واقعيًا للمسافة ولكنها مفيدة لتحديد مدى بُهوت المجرات البعيدة جدًا كما تظهر لنا.

(2) مسافة القطر الزاوي - Angular Diameter Distance (D_A)

في كون متوسع، نرى المجرات القريبة من حافة الكون المرئي (visible universe) عندما كانت صغيرة السن (قبل حوالي 14 مليار سنة) لأن الضوء استغرق حوالي 14 مليار سنة ليصل إلينا. ومع ذلك، لم تكن هذه المجرات صغيرة السن فقط، بل كانت أيضًا أقرب إلينا في ذلك الوقت.

أبعد المجرات المرئية بتلسكوب هابل كانت على بعد بضعة مليارات من السنوات الضوئية عندما أطلقت ضوءها. هذا يعني أن المجرات البعيدة جدًا تبدو أكبر مما تتوقع، كما لو كانت على بعد 2 أو 3 مليار سنة ضوئية فقط (رغم أنها أيضًا باهتة جدًا - انظر مسافة اللمعان).

مسافة القطر الزاوي (Angular Diameter Distance) هي مؤشر جيد (خاصة في كون مسطح (flat universe) مثل كوننا) لمدى قرب المجرة منا عندما أطلقت الضوء الذي نراه الآن.

(3) المسافة المصاحبة - Comoving Distance (D_C)

المسافة المصاحبة (Comoving Distance) هي مقياس المسافة الذي يتمدد مع الكون. تخبرنا أين توجد المجرات الآن رغم أن رؤيتنا للكون البعيد تعود إلى وقت كان فيه أصغر سنًا وأصغر حجمًا. على هذا المقياس، فإن حافة الكون المرئي تبعد الآن حوالي 47 مليار سنة ضوئية، بينما أبعد المجرات المرئية بتلسكوب هابل تبعد الآن حوالي 32 مليار سنة ضوئية.

المسافة المصاحبة هي عكس مسافة القطر الزاوي - فهي تخبرنا أين توجد المجرات الآن بدلاً من مكانها عندما أطلقت الضوء الذي نراه الآن.

(4) مسافة زمن السفر الضوئي - Light Travel Time Distance (D_T)

تمثل مسافة زمن السفر الضوئي (Light Travel Time Distance) الوقت الذي استغرقه الضوء من المجرات البعيدة ليصل إلينا. هذا هو المقصود عندما يقال أن نصف قطر الكون المرئي هو 14 مليار سنة ضوئية - إنه ببساطة بيان أن عمر الكون حوالي 14 مليار سنة ولم يكن للضوء من مصادر أبعد وقت كافٍ ليصل إلينا.

مسافة زمن السفر الضوئي هي مقياس للزمن بقدر ما هي مقياس للمسافة. إنها مفيدة بشكل رئيسي لأنها تخبرنا عن عمر الصورة التي نراها للمجرة.

في الأسفل - جميع مقاييس المسافة الأربعة مرسومة مقابل الانزياح الأحمر (redshift). الانزياح الأحمر هو مقياس لتمدد الضوء الناتج عن توسع الكون - المجرة ذات الانزياح الأحمر الكبير (high redshift) أبعد من المجرة ذات الانزياح الأحمر الصغير (low redshift). أبعد المجرات المرئية بتلسكوب هابل الفضائي لها انزياح أحمر قدره 10، بينما أبعد المجرات الأولية (protogalaxies) في الكون ربما يكون انزياحها الأحمر حوالي 15. حافة الكون المرئي عند الانزياح الأحمر اللانهائي (redshift infinity). بالمقارنة، لا يمكن للتلسكوب المحمول العادي (portable telescope) رؤية ما هو أبعد من الانزياح الأحمر 0.1 (حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية).

تبين مسافة اللمعان (DL) سبب صعوبة رؤية المجرات البعيدة - فالمجرة الصغيرة البعيدة جدًا ذات الانزياح الأحمر 15 تبدو كما لو كانت على بعد 560 مليار سنة ضوئية، بينما تشير مسافة القطر الزاوي (DA) إلى أنها كانت على بعد حوالي 2.2 مليار سنة ضوئية عندما أطلقت الضوء الذي نراه الآن. تخبرنا مسافة زمن السفر الضوئي (DT) أن الضوء من هذه المجرة سافر لمدة 13.6 مليار سنة بين وقت إطلاق الضوء واليوم. بينما تخبرنا المسافة المصاحبة (DC) أن هذه المجرة نفسها اليوم، إذا أمكننا رؤيتها، ستكون على بعد حوالي 35 مليار سنة ضوئية.

إذا أراد أي شخص الحصول على نسخة من كود الحاسوب (المكتوب بلغة C) الذي كتبته لحساب كل هذه المسافات، فهو متاح هنا.

العودة إلى صفحة الكون المرئي