Как астрономы измеряют такие огромные расстояния в космосе?

С большим трудом и с еще большей изобретательностью.

В настоящее время «лестница расстояний» выглядит примерно так:

Ближайшие объекты, такие как Луна и пролетающие астероиды: прямое измерение с помощью радара.
Немного более далекие объекты, такие как другие планеты: тригонометрия с использованием известных расстояний до Луны и прямые измерения, когда зонды пролетают мимо них.
Ближайшие звезды: измерения параллакса. Когда Земля находится в одном месте своей орбиты, звезды занимают определенные позиции; через шесть месяцев кажется, что более близкие звезды сдвинулись по сравнению с далекими. Это работает так же, как если бы вы держали палец перед собой, а затем закрыли один глаз, а потом другой: ваш палец как бы «прыгает» по сравнению с фоном. Это очень тонкие измерения, и впервые они были обнаружены только в 1830-х годах. С помощью Хаббла этот метод точен до 16 000 световых лет.
Далекие звезды и ближайшие галактики: существует особый вид переменных звезд, называемых Цефеидами, у которых период кривой яркости напрямую связан с реальной яркостью звезды. Если мы знаем период, который легко измерить, то мы можем просто посмотреть, насколько она тусклая, и сделать вывод, как далеко она должна быть, чтобы казаться такой тусклой.
Далекие галактики: есть определенный тип сверхновых, которые всегда имеют одинаковую яркость, и спектр, который говорит нам, что да, это именно этот тип сверхновых. Опять же, мы видим сверхновую такого типа, смотрим, насколько яркой она кажется, и затем можем определить, как далеко она была.
Крайне удаленные галактики: красное смещение. Обычно мы смотрим на спектральные линии водорода, чтобы понять, насколько далеко в красный цвет сместился спектр из-за «космического эффекта Доплера», вызванного расширением Вселенной.

Но здесь есть два момента.

1) Конечно, эти «ступеньки» на лестнице в какой-то степени перекрываются, поэтому мы можем переходить от одной к другой и калибровать их.

2) Все эти измерения постоянно дополняются, становятся более точными и корректируются различными способами. Кроме того, существуют сотни или тысячи астрономов, которые пытаются сделать себе имя, проделывая дыры во всем этом. В настоящее время существует так называемое «Напряжение Хаббла», которое означает, что мы получаем разные расстояния в зависимости от того, какой «ступеньке» лестницы мы доверяем больше; на сегодняшний день мы совершенно уверены, что одна из них отклоняется на 1-2 %, но не можем сказать, какая именно.