22 lutego 2017 roku NASA ogłosiła, że wokół pojedynczej gwiazdy TRAPPIST-1 odkryto 7 egzoplanet. Trzy z nich znajdują się w zakresie odległości od gwiazdy, w których na planecie może występować woda w stanie ciekłym, a woda jest kluczowym warunkiem życia. Poinformowano również, że ten układ gwiazd znajduje się w odległości 40 lat świetlnych od Ziemi.
Ta wiadomość wywołała duży szum w mediach, niektórym nawet wydawało się, że ludzkość jest o krok od budowy nowych osiedli w pobliżu nowej gwiazdy, ale tak nie było. Ale 40 lat świetlnych to dużo, to DUŻO, to zbyt wiele kilometrów, czyli jest to potwornie kolosalna odległość!
Z przebiegu fizyki znana jest trzecia prędkość kosmiczna - jest to prędkość, jaką musi posiadać ciało na powierzchni Ziemi, aby wydostać się poza Układ Słoneczny. Wartość tej prędkości wynosi 16,65 km/s. Zwykłe orbitujące statki kosmiczne startują z prędkością 7,9 km/s i krążą wokół Ziemi. Zasadniczo prędkość 16-20 km/s jest dość przystępna dla nowoczesnych technologii ziemskich, ale nie więcej!
Ludzkość nie nauczyła się jeszcze przyspieszać statków kosmicznych do prędkości większej niż 20 km/s.
Obliczmy, ile lat zajmie statkowi kosmicznemu lecącemu z prędkością 20 km/s pokonanie 40 lat świetlnych i dotarcie do gwiazdy TRAPPIST-1.
Jeden rok świetlny to odległość, jaką wiązka światła pokonuje w próżni, a prędkość światła wynosi około 300 000 km/s.
Stworzony przez człowieka statek kosmiczny leci z prędkością 20 km/s, czyli 15 000 razy wolniej niż prędkość światła. Taki statek pokona 40 lat świetlnych w czasie równym 40*15000=600000 lat!
Ziemski statek (przy obecnym poziomie technologii) poleci do gwiazdy TRAPPIST-1 za około 600 tysięcy lat! Homo sapiens istnieje na Ziemi (według naukowców) zaledwie 35-40 tysięcy lat, a tutaj aż 600 tysięcy lat!
W najbliższej przyszłości technologia nie pozwoli człowiekowi dotrzeć do gwiazdy TRAPPIST-1. Można oszacować, że nawet obiecujące silniki (jonowe, fotoniczne, żagle kosmiczne itp.), których nie ma w ziemskiej rzeczywistości, rozpędzą statek do prędkości 10 000 km/s, co oznacza, że czas lotu do systemu TRAPPIST-1 zostanie skrócony do 120 lat. To już mniej więcej akceptowalny czas na latanie przy pomocy zawieszonej animacji czy dla kilku pokoleń migrantów, ale dziś wszystkie te silniki są fantastyczne.
Nawet najbliższe gwiazdy są wciąż za daleko od ludzi, za daleko, nie mówiąc już o gwiazdach naszej Galaktyki czy innych galaktyk.
Średnica naszej galaktyki Drogi Mlecznej wynosi około 100 tysięcy lat świetlnych, co oznacza, że droga od końca do końca współczesnego ziemskiego statku wyniesie 1,5 miliarda lat! Nauka sugeruje, że nasza Ziemia ma 4,5 miliarda lat, a życie wielokomórkowe około 2 miliardy lat. Odległość do najbliższej nam galaktyki – Mgławicy Andromedy – wynosi 2,5 miliona lat świetlnych od Ziemi – co za potworne odległości!
Jak widać, ze wszystkich żyjących obecnie ludzi, nikt nigdy nie postawi stopy na ziemi planety znajdującej się w pobliżu innej gwiazdy.
Tak czy inaczej, w naszym codziennym życiu mierzymy odległości: do najbliższego supermarketu, do domu krewnych w innym mieście, i tak dalej. Jednak w przypadku rozległych przestrzeni kosmicznych okazuje się, że posługiwanie się tak znanymi wartościami jak kilometry jest wyjątkowo irracjonalne. I nie chodzi tu tylko o trudność dostrzeżenia powstałych gigantycznych wartości, ale o liczbę w nich cyfr. Nawet napisanie tak dużej liczby zer stanie się problemem. Na przykład najkrótsza odległość Marsa od Ziemi wynosi 55,7 miliona kilometrów. Sześć zer! Ale czerwona planeta jest jednym z naszych najbliższych sąsiadów na niebie. Jak wykorzystać kłopotliwe liczby, które uzyskamy przy obliczaniu odległości nawet do najbliższych gwiazd? A teraz potrzebujemy takiej wartości jak rok świetlny. Ile on kosztuje? Teraz rozwiążmy to.
Pojęcie roku świetlnego jest także ściśle powiązane z fizyką relatywistyczną, w której ścisły związek i wzajemna zależność przestrzeni i czasu została ustalona na początku XX wieku, kiedy upadły postulaty mechaniki newtonowskiej. Przed tą wartością odległości, większe jednostki w systemie
powstały po prostu: każda kolejna była zbiorem jednostek mniejszego rzędu (centymetry, metry, kilometry i tak dalej). W przypadku roku świetlnego odległość była powiązana z czasem. Współczesna nauka wie, że prędkość światła w próżni jest stała. Co więcej, jest to maksymalna prędkość w przyrodzie dozwolona we współczesnej fizyce relatywistycznej. To właśnie te idee stworzyły podstawę nowego znaczenia. Rok świetlny to odległość, jaką pokonuje promień światła w ciągu jednego ziemskiego roku kalendarzowego. W kilometrach jest to około 9,46 * 10 15 kilometrów. Co ciekawe, do najbliższego księżyca foton pokonuje tę odległość w 1,3 sekundy. Do Słońca – około ośmiu minut. Ale do następnej najbliższej gwiazdy, Alfa, i już około czterech lat świetlnych.
Po prostu fantastyczna odległość. W astrofizyce istnieje jeszcze większa miara przestrzeni. Rok świetlny to około jedna trzecia parseka, czyli jeszcze większa jednostka miary odległości międzygwiazdowych.
Prędkość propagacji światła w różnych warunkach
Nawiasem mówiąc, istnieje również taka cecha, że fotony mogą rozprzestrzeniać się z różnymi prędkościami w różnych środowiskach. Wiemy już, jak szybko latają w próżni. A kiedy mówią, że rok świetlny jest równy odległości pokonywanej przez światło w ciągu roku, mają na myśli dokładnie pustą przestrzeń kosmiczną. Warto jednak zauważyć, że w innych warunkach prędkość światła może być mniejsza. Na przykład w powietrzu fotony rozpraszają się z nieco mniejszą prędkością niż w próżni. Z którym - zależy od konkretnego stanu atmosfery. Zatem w ośrodku wypełnionym gazem rok świetlny byłby nieco mniejszy. Nie różniłaby się jednak znacząco od przyjętej.
Z pewnością słysząc w jakimś fantastycznym filmie akcji wyrażenie a la „20 na Tatooine”. lata świetlne”, wielu zadawało uzasadnione pytania. Wymienię niektóre z nich:
Czy rok to nie czas?
A co jest rok świetlny?
Ile ma kilometrów?
Jak długo to zajmie rok świetlny statek kosmiczny z Ziemia?
Postanowiłem poświęcić dzisiejszy artykuł wyjaśnieniu znaczenia tej jednostki miary, porównaniu jej z naszymi zwykłymi kilometrami i pokazaniu skali, które Wszechświat.
Wirtualny zawodnik.
Wyobraźmy sobie osobę, która łamie wszelkie przepisy, pędząc autostradą z prędkością 250 km/h. W dwie godziny pokona 500 km, a za cztery - aż 1000. O ile oczywiście nie rozbije się przy tym...
Wydawałoby się, że to jest prędkość! Aby jednak okrążyć cały glob (≈ 40 000 km), nasz jeździec będzie potrzebował 40 razy więcej czasu. A to już 4 x 40 = 160 godzin. Albo prawie cały tydzień ciągłej jazdy!
Ostatecznie nie powiemy jednak, że pokonał 40 000 000 metrów. Ponieważ lenistwo zawsze zmuszało nas do wymyślania i stosowania krótszych alternatywnych jednostek miary.
Limit.
Ze szkolnego kursu fizyki każdy powinien wiedzieć, że najszybszy jeździec wszechświat- światło. W ciągu jednej sekundy jego wiązka pokonuje odległość około 300 000 km, a kula okrąży Ziemię w 0,134 sekundy. To 4 298 507 razy szybciej niż nasz wirtualny kierowca!
Z Ziemia zanim Księżycświatło dociera średnio w 1,25 s, aż do słońce jego wiązka ruszy za nieco ponad 8 minut.
Kolosalne, prawda? Jednak istnienia prędkości większych od prędkości światła nie udowodniono jeszcze. Dlatego świat naukowy zdecydował, że logiczne byłoby mierzenie skal kosmicznych w jednostkach, w których fala radiowa przechodzi w określonych odstępach czasu (czym jest w szczególności światło).
Odległości.
Zatem, rok świetlny- nic więcej niż odległość, jaką promień światła pokonuje w ciągu jednego roku. W skalach międzygwiazdowych używanie mniejszych jednostek odległości nie ma większego sensu. A jednak są. Oto ich przybliżone wartości:
1 sekunda świetlna ≈ 300 000 km;
1 minuta świetlna ≈ 18 000 000 km;
1 godzina świetlna ≈ 1 080 000 000 km;
1 dzień świetlny ≈ 26 000 000 000 km;
1 tydzień świetlny ≈ 181 000 000 000 km;
1 miesiąc świetlny ≈ 790 000 000 000 km.
A teraz, abyś wiedział, skąd pochodzą liczby, obliczmy, ile wynosi jeden rok świetlny.
Rok ma 365 dni, 24 godziny na dobę, 60 minut na godzinę i 60 sekund na minutę. Zatem rok składa się z 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekund. Światło w ciągu jednej sekundy pokonuje 300 000 km. W rezultacie w ciągu roku jego wiązka pokona odległość 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.
Numer ten brzmi następująco: Dziewięć bilionów, czterysta sześćdziesiąt miliardów i osiemset milionów kilometrów.
Oczywiście dokładną wartość rok świetlny nieznacznie różni się od tego, co obliczyliśmy. Ale przy opisywaniu odległości do gwiazd w artykułach popularnonaukowych najwyższa dokładność w zasadzie nie jest potrzebna, a sto czy dwa miliony kilometrów nie będą tutaj odgrywać szczególnej roli.
Kontynuujmy teraz nasze eksperymenty myślowe...
Waga.
Załóżmy, że nowoczesny statek kosmiczny liście Układ Słoneczny z trzecią prędkością kosmiczną (≈ 16,7 km/s). Pierwszy rok świetlny zwycięży w ciągu 18 000 lat!
4,36 lata świetlne do naszego najbliższego układu gwiezdnego ( Alfa Centauri, patrz obrazek na początku) pokona za około 78 tysięcy lat!
Nasz galaktykę Drogi Mlecznej, o średnicy około 100 000 lata świetlne, przekroczy ją za 1 miliard 780 milionów lat.
Jak wiadomo, aby zmierzyć odległości od Słońca do planet, a także między planetami, naukowcy wymyślili jednostkę astronomiczną. Co jest rok świetlny?
Przede wszystkim należy zauważyć, że rok świetlny to także jednostka miary przyjęta w astronomii, ale nie czasu (jak mogłoby się wydawać, sądząc po znaczeniu słowa „rok”), ale odległości.
Co to jest rok świetlny
Kiedy naukowcom udało się obliczyć odległości do najbliższych gwiazd, stało się oczywiste, że w świecie gwiazd jednostka astronomiczna jest niewygodna w użyciu. Załóżmy na początek, że odległość od Słońca do najbliższej gwiazdy wynosi około 4,5 roku świetlnego. Oznacza to, że światło od naszego Słońca do najbliższej gwiazdy (nawiasem mówiąc, nazywa się to Proxima Centauri) leci 4,5 roku! Jak duża jest ta odległość? Nie będziemy nikogo zanudzać matematyką, zauważymy jedynie, że w ciągu sekundy cząstki światła przelatują 300 000 kilometrów. Oznacza to, że jeśli wyślesz sygnał za pomocą latarki w stronę Księżyca, światło to będzie tam widoczne w mniej niż półtorej sekundy. Światło podróżuje ze Słońca na Ziemię w 8,5 minuty. A ile zatem promieni światła przelatuje w ciągu roku?
Powiedzmy: rok świetlny to około 10 bilionów kilometrów(bilion to jedynka, po której następuje dwanaście zer). Dokładniej 9 460 730 472 581 kilometrów. Jeśli przeliczyć na jednostki astronomiczne, będzie to około 67 000. I to tylko do najbliższej gwiazdy!
Oczywiste jest, że w świecie gwiazd i galaktyk jednostka astronomiczna nie nadaje się do pomiarów. Łatwiej jest operować obliczeniami na lata świetlne.
Zastosowanie w gwiezdnym świecie
Na przykład odległość Ziemi od najjaśniejszej gwiazdy na niebie, Syriusza, wynosi 8 lat świetlnych. A odległość od Słońca do Gwiazdy Północnej wynosi około 600 lat świetlnych. Oznacza to, że światło z nas dociera tam przez 600 lat. Będzie to około 40 milionów jednostek astronomicznych. Dla porównania wskazujemy, że rozmiar (średnica) naszej Galaktyki – Drogi Mlecznej – wynosi około 100 000 lat świetlnych. Nasza najbliższa sąsiadka, galaktyka spiralna zwana Mgławicą Andromedy, znajduje się 2,52 miliona lat świetlnych od Ziemi. Podawanie tego w jednostkach astronomicznych jest bardzo niewygodne. Ale we Wszechświecie są obiekty oddalone od nas o 15 miliardów lat świetlnych. Zatem promień obserwowalnego wszechświata wynosi 13,77 miliardów lat świetlnych. A pełny Wszechświat, jak wiadomo, rozciąga się poza obserwowalną część.
Nawiasem mówiąc, średnica obserwowalnego Wszechświata wcale nie jest 2 razy większa niż promień, jak mogłoby się wydawać. Chodzi o to, że przestrzeń rozszerza się w czasie. Te odległe obiekty, które emitowały światło 13,77 miliarda lat temu, odleciały jeszcze dalej od nas. Dziś znajdują się one w odległości ponad 46,5 miliarda lat świetlnych. Podwajając to, otrzymamy 93 miliardy lat świetlnych. To jest prawdziwa średnica obserwowalnego wszechświata. Zatem rozmiar obserwowanej części przestrzeni (zwanej także Metagalaktyką) cały czas rośnie.
Mierzenie takich odległości w kilometrach lub jednostkach astronomicznych nie ma sensu. Szczerze mówiąc, lata świetlne też tu nie do końca pasują. Ale ludzie nie wymyślili jeszcze nic lepszego. Liczby są tak ogromne, że tylko komputer może je obsłużyć.
Definicja i istota roku świetlnego
Zatem, rok świetlny (st. g.) to jednostka długości, a nie czasu, czyli drogi, jaką pokonuje promień słońca w ciągu roku, czyli w ciągu 365 dni. Ta jednostka miary jest bardzo wygodna ze względu na jej przejrzystość. Pozwala odpowiedzieć na pytanie, po jakim czasie możesz spodziewać się odpowiedzi, jeśli wyślesz wiadomość elektromagnetyczną do określonej gwiazdy. A jeśli ten okres jest zbyt długi (na przykład tysiąc lat), wówczas takie działania nie mają sensu.
To właśnie tę definicję zaleca się stosować w literaturze popularnonaukowej. W literaturze fachowej do wyrażania dużych odległości zamiast roku świetlnego używa się zwykle parseków i wielokrotności jednostek (kilo- i megaparseków).
Wcześniej (do 1984 r.) rokiem świetlnym była odległość, jaką pokonuje światło w jednym roku tropikalnym, odnosząca się do epoki 1900.0. Nowa definicja różni się od starej o około 0,002%. Ponieważ ta jednostka odległości nie jest używana do bardzo dokładnych pomiarów, nie ma praktycznej różnicy między starą i nową definicją.
Wartości numeryczne
Rok świetlny to:
- 9 460 730 472 580 800 metrów (około 9,5 petametra)
Powiązane jednostki
Następujące jednostki są używane dość rzadko, zwykle tylko w publikacjach popularnych:
- 1 sekunda świetlna = 299 792,458 km (dokładnie)
- 1 minuta świetlna ≈ 18 milionów km
- 1 godzina świetlna ≈ 1079 milionów km
- 1 dzień świetlny ≈ 26 miliardów km
- 1 tydzień świetlny ≈ 181 miliardów km
- 1 miesiąc świetlny ≈ 790 miliardów km
Odległość w latach świetlnych
Rok świetlny jest wygodny do jakościowego przedstawienia skal odległości w astronomii.
| Skala | Wartość (st. lata) | Opis |
|---|---|---|
| sekundy | 4 10 -8 | Średnia odległość do Księżyca wynosi około 380 000 km. Oznacza to, że wiązka światła emitowana z powierzchni Ziemi potrzebuje około 1,3 sekundy, aby dotrzeć do powierzchni Księżyca. |
| minuty | 1,6 10 -5 | Jedna jednostka astronomiczna to około 150 milionów kilometrów. Zatem światło podróżuje ze Słońca na Ziemię w około 500 sekund (8 minut 20 sekund). |
| Oglądać | 0,0006 | Średnia odległość od Słońca do Plutona wynosi około 5 godzin świetlnych. |
| 0,0016 | Aparaty serii „Pioneer” i „Voyager” lecące poza Układem Słonecznym, około 30 lat po wystrzeleniu, przeszły na emeryturę w odległości około stu jednostek astronomicznych od Słońca, a ich czas reakcji na żądania Ziemi wynosi w przybliżeniu 14 godzin . | |
| Rok | 1,6 | Wewnętrzna krawędź hipotetycznego obłoku Oorta znajduje się na wysokości 50 000 jednostek astronomicznych. e. od Słońca i zewnętrznego - 100 000 a. e. Aby pokonać odległość od Słońca do zewnętrznej krawędzi chmury, światło potrzebuje około półtora roku. |
| 2,0 | Maksymalny promień obszaru grawitacyjnego wpływu Słońca („Sfery Hilla”) wynosi około 125 000 au. mi. | |
| 4,22 | Najbliższa nam gwiazda (nie licząc Słońca), Proxima Centauri, znajduje się w odległości 4,22 sv. roku . | |
| Tysiąclecie | 26 000 | Centrum naszej Galaktyki znajduje się około 26 000 lat świetlnych od Słońca. |
| 100 000 | Średnica dysku naszej galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. | |
| Miliony lat | 2,5 10 6 | Najbliższa galaktyka spiralna M31, słynna Galaktyka Andromedy, znajduje się 2,5 miliona lat świetlnych od nas. |
| 3,14 10 6 | Galaktyka Trójkąta (M33) znajduje się 3,14 miliona lat świetlnych od nas i jest najdalszym nieruchomym obiektem widocznym gołym okiem. | |
| 5,9 10 7 | Najbliższa gromada galaktyk, gromada w Pannie, znajduje się 59 milionów lat świetlnych stąd. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Anomalia grawitacyjna „Wielki Atraktor” znajduje się w odległości 150–250 milionów lat świetlnych od nas. | |
| Miliardy lat | 1,2 10 9 | Wielki Mur Sloan to jedna z największych formacji we Wszechświecie, jej wymiary wynoszą około 350 Mpc. Aby światło pokonało je od końca do końca, zajmie to około miliarda lat. |
| 1,4 10 10 | Rozmiar przyczynowo powiązanego obszaru wszechświata. Obliczany na podstawie wieku wszechświata i prędkość maksymalna przekazywanie informacji - prędkość światła. | |
| 4,57 10 10 | Zbliżająca się odległość od Ziemi do krawędzi obserwowalnego wszechświata w dowolnym kierunku; promień zbliżania się obserwowalnego Wszechświata (w ramach standardowego modelu kosmologicznego Lambda-CDM). |
Galaktyczne skale odległości
- Jednostka astronomiczna z dobrą dokładnością wynosi 500 sekund świetlnych, co oznacza, że światło przemieszcza się ze Słońca na Ziemię w około 500 sekund.
Zobacz też
Spinki do mankietów
- Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna. 9.2 Jednostki miary
Notatki
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Zobacz, co oznacza „rok świetlny” w innych słownikach:
Pozasystemowa jednostka długości używana w astronomii; 1 S. g. jest równe odległości, którą przebyło światło w ciągu 1 roku. 1 S. g. \u003d 0,3068 parseka \u003d 9,4605 1015 m. Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. ... ... Encyklopedia fizyczna
ROK ŚWIETLNY, jednostka odległości astronomicznej, równa odległości, jaką światło pokonuje w otwartej przestrzeni lub w PRÓŻNI w ciągu jednego roku tropikalnego. Jeden rok świetlny to 9,46071012 km... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
ROK ŚWIETLNY, jednostka długości stosowana w astronomii: droga, jaką przebywa światło w ciągu 1 roku, tj. 9,466?1012 km. Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4,3 lat świetlnych. Najbardziej odległe gwiazdy w Galaktyce znajdują się na ... ... Nowoczesna encyklopedia
Jednostka odległości międzygwiazdowych; droga, którą światło pokonuje w ciągu roku, czyli 9,46 × 1012 km… Wielki słownik encyklopedyczny
Rok świetlny- ROK ŚWIETLNY, jednostka długości stosowana w astronomii: droga, jaką przebyło światło w ciągu 1 roku, tj. 9,466´1012 km. Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4,3 lat świetlnych. Najbardziej odległe gwiazdy w Galaktyce znajdują się na ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny
Niesystemowa jednostka długości używana w astronomii. 1 rok świetlny to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu 1 roku. 1 rok świetlny to 9,4605E+12 km = 0,307 szt.... Słownik astronomiczny
Jednostka odległości międzygwiazdowych; droga, którą światło pokonuje w ciągu roku, czyli 9,46 · 1012 km. * * * LIGHTYEAR LIGHTYEAR, jednostka odległości międzygwiazdowych; droga, jaką światło pokonuje w ciągu roku, czyli 9,46x1012 km... słownik encyklopedyczny
Rok świetlny- jednostka odległości równa drodze przebytej przez światło w ciągu jednego roku. Rok świetlny to 0,3 parseka... Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych. Glosariusz podstawowych terminów