Парсек: что это за единица измерения и чему она равна

Представьте, что вам нужно измерить расстояние до объекта, настолько далекого, что свет от него идет к нам годы, а цифры в километрах превращаются в бесконечный ряд нулей. В масштабах Вселенной километры и даже миллионы километров будут бесполезны, поэтому в качестве единицы измерения астрономы используют парсек.

Что такое парсек 

Парсек (пк) — это внесистемная единица длины, равная расстоянию, с которого средний радиус земной орбиты виден под углом одной секунды дуги [1]. Она используется исключительно в астрономии для измерений расстояний между небесными телами в межзвездных и межгалактических масштабах. Само слово собрано из двух половинок: «пар» от параллакса и «сек» от секунды. 

Определение может звучать сложно, поэтому попытаемся объяснить его на простом примере. Если вытянуть палец перед собой и посмотреть на него сначала левым глазом, а затем правым, палец будет менять свое положение относительно других предметов на фоне. Это и есть параллакс. Астрономы делают то же самое, но вместо расстояния между глазами они используют диаметр земной орбиты.

ESAНа этом рисунке показано смещение положения звезды относительно далекого звездного фона между двумя наблюдениями, разделенными шестью месяцами — например, первое в январе, а второе в июле. Величина параллакса преувеличена в иллюстративных целях

До начала XX века в астрономии не было единой единицы измерения расстояния до звезд: ученые в основном использовали «световые годы» или уже устаревшую меру длины «сириометр» (1 млн а.е.). Иногда они и вовсе фиксировали свои результаты как «параллакс в Х секунд», а не переводили показатели в световые годы. В 1913 году королевский астроном Фрэнк Уотсон Дайсон предложил сократить это значение и выбрать единое общепринятое слово для его обозначения. Наиболее удачным оказался вариант британского астронома Герберта Холла Тернера — «парсек», именно оно и прижилось в дальнейшем. 

Сегодня Международный астрономический союз рекомендует использовать в научных статьях парсеки в соотношении со световыми годами, хотя последняя величина по-прежнему распространена в обиходе. В 2015 году организация утвердила окончательное определение парсека и его точную величину, что избавило единицу от погрешностей измерений земной орбиты. 

Чему равен парсек 

Один парсек (пк) равен 30,8 трлн км, или 206265 а.е., или 3,259 светового года. В 2015 году Международный астрономический союз принял окончательное значение парсека, избавив единицу от погрешностей измерений земной орбиты. 

Расстояние в парсеках вычисляется как величина, обратная углу параллакса в угловых секундах. Иначе говоря, это длина катета прямоугольного треугольника, в котором другой катет равен 1 а.е., а прилежащий угол составляет 1 угловую секунду. Если угол параллакса равен 1 угловой секунде, то объект находится на расстоянии 1 пк от Солнца, если угол параллакса равен 0,5 угловой секунды, то объект удален на 2 пк, и так далее.

Однако в одиночных парсеках астрономы измеряют разве что окрестности Солнца. Например, ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится на расстоянии 1,3 парсека. Что же касается более дальних расстояний внутри Галактики, оперировать такими числами неудобно — получается слишком много нулей. Поэтому ученые используют килопарсеки (1 тыс. пк) для измерения нашей Галактики, мегапарсеки (1 млн пк) для измерения расстояний между галактиками или гигапарсеки (1 млрд пк) для измерения границ наблюдаемой Вселенной.

NASAНа этом снимке, полученном космическим аппаратом НАСА «Кассини», видна ближайшая к Сатурну звездная система Альфа Центавра

Примеры расстояний в парсеках 

Чтобы парсек перестал быть просто абстрактным числом, рассмотрим эту единицу на реальных объектах. Приведенные ниже значения основаны на данных Международного астрономического союза и Большой российской энциклопедии. 

• Земля — Солнце: 4,848⋅10⁻⁶ парсека. Это расстояние, которое мы принимаем за одну астрономическую единицу. В парсеках это очень маленькое число — это и понятно, ведь парсек придуман для звезд, а не для Солнечной системы.

• Солнце — Центр Млечного Пути: 8000 парсек (8 килопарсек). Солнце находится на периферии Галактики, и до ее ядра — около 26 тыс. световых лет.

• Солнце — Проксима Центавра: 1,3 парсека. Ближайшая к нам звезда, годичный параллакс которой составляет 0,762 угловой секунды. Если разделить единицу на это число, получается расстояние в парсеках. Свет от Проксимы идет до нас 4,24 года.

• Солнце — Сириус: 2,6 парсека. Самая яркая звезда земного неба находится примерно вдвое дальше Проксимы, а ее параллакс составляет 0,379 угловой секунды.

• Солнце — Туманность Андромеды (М31): 780 килопарсек (780000 парсек). Ближайшая к нам крупная галактика, свет от которой идет до Земли 2,5 млн лет.

• Солнце — Скопление Девы: 16–18 мегапарсек (16–18 млн парсек). Это ближайшее к нам крупное скопление галактик, которое содержит около 1300–2000 галактик.

• Солнце — Квазар 3C 273: 735 мегапарсек (735 млн парсек). Самый близкий из известных квазаров, удаленный от нас примерно на 2,4 млрд световых лет.

• Диаметр Млечного Пути: 30 килопарсек (30000 парсек). Наша Галактика — плоский звездный диск толщиной около 300 парсек, и от края до края он простирается на 30 тыс. парсек.

• Граница наблюдаемой Вселенной: около 14 гигапарсек (14 млрд парсек). На таком расстоянии находится реликтовое излучение — граница того, что мы можем видеть в принципе. Самые же далекие галактики и квазары, которые регистрируют телескопы, находятся примерно в 4 гигапарсеках от нас (около 13 млрд световых лет). 

ESA / Hubble & NASAСнимок Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, полученный с помощью телескопа «Хаббл»

Частые вопросы

Почему астрономы используют парсек, а не световой год? 

Парсек буквально вытекает из метода измерения расстояний до звезд. Когда астроном измеряет положение звезды на небе, а затем повторяет измерение через полгода, он получает угол — параллакс. Чтобы вычислить расстояние до звезды в парсеках, достаточно разделить единицу на этот угол в секундах дуги. Такой метод достаточно прост и никаких дополнительных вычислений больше проводить не требуется. Если параллакс звезды составляет 0,1 секунды, расстояние до нее — 10 парсек. Это позволяет моментально переводить наблюдаемые данные в цифры. 

Световой год понятнее широкой публике: сразу ясно, что это расстояние, которое свет проходит за год. Но для рабочего процесса астронома такое обозначение неудобно: чтобы получить его из наблюдений, нужны лишние вычисления [2]. 

Почему парсек не входит в систему СИ? 

Система СИ (Международная система единиц) создавалась для повседневной жизни, земных измерений и классической физики. Ее эталоны — метр, килограмм, секунда — привязаны к физическим константам.

Парсек же родился в астрономической практике задолго до того, как СИ стала общепризнанной. Он относится к так называемым внесистемным единицам, которые применяются лишь в конкретных случаях, например, в специализированных отраслях науки и техники. Так, парсек используют только в астрономии для измерения межзвездных или межгалактических расстояний. К этой же категории можно отнести лошадиную силу (единицу измерения мощности), миллиметр ртутного столба (единицу измерения давления), а также астрономическую единицу и световой год, о которых мы упоминали ранее. 

Формально парсек можно перевести в метры (1 пк = 3,09×1016 м), но использовать такое число в расчетах просто неудобно. Астрономы предпочитают работать с числами, которые имеют практический смысл в их повседневных задачах [3]. 

Насколько точен парсек и влияет ли атмосфера Земли на его измерение? 

Долгое время точность измерения парсеков упиралась в технические ограничения. Земная атмосфера размывает изображения звезд, превращая их точки в дрожащие пятна. Из-за этого наземные телескопы могут измерять параллакс с точностью не выше 0,01 угловой секунды, из-за чего измерения ограничиваются объектами, которые находятся от нас на расстоянии до 100 парсек. 

Ситуация изменилась с запуском космических обсерваторий. Так, например, европейский аппарат Hipparcos (1989–1993) получил данные о параллаксах 100 тыс. звезд, что позволило сделать точные измерения объектов на расстоянии до 1000 парсек.

ESAЕвропейский аппарат Hipparcos (1989–1993). Он получил данные о параллаксах 100000 звезд

Современный европейский телескоп Gaia, запущенный в 2013 году, измеряет положения около 1 млрд звезд с точностью до 20 угловых секунд. Этого достаточно, чтобы определять расстояния до центра Галактики, то есть до 8 килопарсек и дальше, с погрешностью всего в 10% [4].

Главное о парсеке 

• Парсек — это единица измерения расстояния в астрономии, основанная на геометрическом методе параллакса.

• Название «парсек» происходит от двух слов: «параллакс» и «секунда».

• Один парсек равен 206265 астрономическим единицам, 3,26 светового года или примерно 30,86 трлн км.

• Расстояние от Солнца до ближайшей к нему звезды, Проксимы Центавра, — 1,3 парсека, а до Сириуса — 2,6 парсека.

• Парсек не входит в Международную систему единиц (СИ), но является внесистемной единицей, допущенной к использованию.

• Внутри Галактики расстояния измеряют килопарсеками (тысячами парсек), между галактиками — мегапарсеками (миллионами парсек), а для самых далеких объектов — квазаров и границ наблюдаемой Вселенной — используют гигапарсеки (миллиарды парсек).

Знали ли вы, почему в космосе так холодно? Подготовили материал о том, как измеряется температура в космосе и где искать самые холодные или горячие места во Вселенной.

На обложке снимок туманности Улитка в 200 парсеках от Земли. Источник: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona