การวัดระยะทางในอวกาศที่กว้างใหญ่ ใช้ 2 วิธีหลักๆ คือ ระยะใกล้ หมายถึงดาวที่อยู่ห่างไม่เกิน 100 พาร์เซก ใช้ตรีโกณโดยการวัดมุม แพรัลแลกซ์ (Parallax) ระยะไกลกว่านั้นใช้วิธีวัดความเข้มแสงที่จางลงตามระยะทาง (Standard candle)

วิธีใช้ตรีโกณโดยการวัดมุม “แพรัลแลกซ์” เริ่มต้นจากนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน Friedrich Wilhelm Bessel ในปี 1838 วิธีนี้คือการวัดโดยใช้มุมที่เปลี่ยนไปของดาวเมื่อเราเปลี่ยนมุมมองของเรา ลองชูนิ้วโป้งแล้วยืดมือจนสุด แล้วสลับปิดตาซ้ายขวามองนิ้วโป้ง เราจะเห็นนิ้วโป้งเเราปลี่ยนตำแหน่งไปมา ถ้าเปลี่ยนนิ้วโป้งเป็นดาว ระยะที่เปลี่ยนไปของดาวก็คือมุม “แพรัลแลกซ์”

วิธีวัดมุม “แพรัลแลกซ์” สำหรับดาวแต่ละดวงไม่ง่ายเหมือนตามองนิ้วโป้ง แต่เราต้องอาศัยเวลาที่โลกเราย้ายตำแหน่งในวงโคจรจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งในครึ้่งปีคือ 6 เดือน เช่น จดจำตำแหน่งดาวเมื่อส่องในเดือนมกรา และจดจำอีกครั้งเมื่อส่องดาวดวงเดิมในเดือนกรกฎา ตำแหน่งที่เปลี่ยนไปจะบอกมุม “แพรัลแลกซ์” ให้เราทราบ

ทุก 6 เดือน โลกเราจะโคจรมาอยู่คนละด้านของวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ เราใช้ความแตกต่างนี้ไนการสังเกตดาวเป้าหมายเพื่อหามุม Parallax

ตำแหน่งของโลกที่ต่างกันช่วง 6 เดือน ไกลกัน 2 AU และ 2 AU นี้คือฐานของ 3 เหลี่ยนด้านเท่า แบ่งครึ่งก็จะได้ 3 เหลี่ยมมุมฉากที่มีฐาน 1 AU เมื่อเราใช้หลักของตรีโกณในการคำนวนค่า tan ของมุม p เราก็จะได้ ระยะดวงอาทิตย์ถึงดาวเป้าหมาย d =1AU/tan(p) และที่มุมน้อยกว่า 1 ค่าเรเดียนจะเท่ากับค่า tan ดังนั้น การคำนวนจะอยู่ในรูป d=1/p โดย d คือ ระยะทางที่เราอยากจะหาจากดาวเป้าหมายถึงดวงอาทิตย์ของเรา มีหน่วยเป็นพาร์เสก ส่วน p คือมุมแพรัลแลกซ์ หน่วยเป็นฟิลิปดา ยกตัวอย่างเช่น ดาวหัวใจสิงห์ (Regulus) ในกลุ่มดาวสิงโต มีมุมแพรัลแลกซ์ 0.04 ฟิลิบดา ก็จะมีระยะทางห่างจากดวงอาทิตย์ของเรา d = 1/p คือ 1/0.04 ได้ 25 พาร์เสก และเมื่อ 1 พาร์เสกคือ 3.2616 ปีแสง ดังนั้นดาวหัวใจสิงห์ ก็จะมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์เรา 25×3.2616 = 81.54 ปีแสง

หากดาวเป้าหมายอยู่ไกลเกินไป ไกลมากๆ มุม “แพรัลแลกซ์ ” จะเล็กลง เมื่อมุมเล็กกว่า 0.01 ฟิลิปดา การคำนวนก็จะเริ่มขาดความเที่ยงตรง ทำให้เกิดข้อจำกัดขึ้นมา ให้วัดดาวที่ไกลกว่า 1/0.01 = 100 พาร์เสกไม่ได้ ต้องเปลี่ยนไปใช้วิธีอื่นกับดาวที่ไกลกว่านี้ (หลังๆมีการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศมาช่วยทำให้วัดมุม “แพรัลแลกซ์ ” ได้ละเอียดขึ้น จึงใช้วิธีนี้ในการวัดดาวได้ไกลขึ้น

วิธีวัดระยะดาวไกลๆดัวย Standard candle หลักคือหาชนิดวัตถุที่ส่องแสงในลักษณะที่เชื่อถือได้ เพื่อคำนวนระยะห่าง

สำหรับวัตถุที่อยู่ไกลระดับกาแลคซีการวัดพารัลแลกซ์ไม่สามารถใช้ได้เนื่องจากการเคลื่อนที่เชิงมุมในขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์นั้นมีขนาดเล็กเกินไปที่จะวัดได้แม้จะใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ดีที่สุดก็ตาม เราก็จะเปลี่ยนมาใช้ วิธีวัดความเข้มแสงที่จางลงตามระยะทาง (Standard candle) หรือ “เทียนมาตรฐาน” โดยมองหาดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิด หรือซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ในกาแล็กซีเป้าหมาย แล้วนำมาคำนวนตามสูตรกฎกำลังสองผกผัน นั่นคือความสว่างจะลดลงตามระยะทางผกผันยกกำลังสองตามภาพล่าง เราก็จะได้ระยะห่างที่ถุกต้องของวัตถุระยะไกลนั้น

อ้างอิง http://spiff.rit.edu/classes/phys301/lectures/parallax/parallax.html

เรียบเรียงโดย @MrVop