Tak czy inaczej, w naszym codziennym życiu mierzymy odległości: do najbliższego supermarketu, do domu krewnych w innym mieście, do i tak dalej. Jednak w przypadku ogromnej przestrzeni kosmicznej okazuje się, że posługiwanie się znanymi wartościami, takimi jak kilometry, jest skrajnie nieracjonalne. I nie chodzi tu tylko o trudność dostrzeżenia wynikających z tego gigantycznych wartości, ale o ilość w nich zawartych cyfr. Nawet pisanie tylu zer stanie się problemem. Na przykład najkrótsza odległość z Marsa do Ziemi wynosi 55,7 miliona kilometrów. Sześć zer! Ale czerwona planeta jest jednym z naszych najbliższych sąsiadów na niebie. Jak wykorzystać niewygodne liczby, które zostaną uzyskane przy obliczaniu odległości nawet do najbliższych gwiazd? A teraz potrzebujemy takiej wartości jak rok świetlny. Ile on jest? Teraz zastanówmy się.
Pojęcie roku świetlnego jest również ściśle związane z fizyką relatywistyczną, w której ścisły związek i wzajemna zależność przestrzeni i czasu ustalono 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 itd.). W przypadku roku świetlnego odległość była związana 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 stały się podstawą nowego znaczenia. Rok świetlny jest równy odległości, jaką promień światła pokonuje w jednym ziemskim roku kalendarzowym. 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 najbliższych najbliższych gwiazd, Alfa i już około czterech lat świetlnych.
Po prostu fantastyczna odległość. W astrofizyce istnieje jeszcze większa miara przestrzeni. Rok świetlny to około jednej trzeciej parseka, jeszcze większej jednostki odległości międzygwiazdowej.
Prędkość propagacji światła w różnych warunkach
Nawiasem mówiąc, istnieje również taka funkcja, że fotony mogą rozchodzić się z różnymi prędkościami w różnych środowiskach. Wiemy już, jak szybko latają w próżni. A kiedy mówią, że rok świetlny jest równy odległości przebytej przez światło w ciągu roku, mają na myśli właśnie 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. Tak więc w ośrodku wypełnionym gazem rok świetlny byłby nieco mniejszy. Nie różniłby się jednak znacząco od przyjętego.
Do swoich obliczeń astronomowie używają specjalnych jednostek miary, które nie zawsze są jasne dla zwykłych ludzi. To zrozumiałe, bo gdyby odległości kosmiczne mierzyć w kilometrach, to w oczach pojawiałaby się liczba zer. Dlatego do pomiaru odległości kosmicznych zwyczajowo używa się znacznie większych wielkości: jednostki astronomicznej, roku świetlnego i parseka.
Dość często używany do wskazywania odległości w naszym własnym układzie słonecznym. Jeśli nadal możesz to wyrazić w kilometrach (384 000 km), to najbliższa droga do Plutona to około 4250 milionów km, a to już będzie trudne do zrozumienia. Dla takich odległości nadszedł czas na użycie jednostki astronomicznej (AU), równej średniej odległości od powierzchni Ziemi do Słońca. Innymi słowy, 1 a.u. odpowiada długości wielkiej półosi orbity naszej Ziemi (150 milionów km). Teraz, jeśli napiszesz, że najkrótsza odległość do Plutona to 28 AU, a najdłuższa droga może wynosić 50 AU, znacznie łatwiej to sobie wyobrazić.
Następnym co do wielkości jest rok świetlny. Chociaż słowo „rok” jest obecne, nie powinieneś myśleć, że nadszedł czas. Jeden rok świetlny to 63 240 AU. To jest droga, którą promień światła przemierza w ciągu 1 roku. Astronomowie obliczyli, że wiązka światła dociera do nas z najdalszych zakątków wszechświata po ponad 10 miliardach lat. Aby wyobrazić sobie tę gigantyczną odległość, zapiszmy ją w kilometrach: 950000000000000000000000. Dziewięćdziesiąt pięć miliardów bilionów zwykłych kilometrów.
Fakt, że światło nie rozchodzi się natychmiast, ale z pewną prędkością, naukowcy zaczęli zgadywać od 1676 roku. To właśnie w tym czasie duński astronom Ole Römer zauważył, że zaćmienia jednego z księżyców Jowisza zaczęły się opóźniać, a stało się to dokładnie wtedy, gdy Ziemia poruszała się po swojej orbicie w kierunku przeciwnej strony Słońca, przeciwnej niż Jowisz. był. Minęło trochę czasu, Ziemia zaczęła wracać, a zaćmienia ponownie zaczęły zbliżać się do poprzedniego harmonogramu.
Odnotowano więc około 17 minut różnicy czasu. Z tej obserwacji wywnioskowano, że światło potrzebowało 17 minut, aby przebyć odległość o długości średnicy ziemskiej orbity. Ponieważ udowodniono, że średnica orbity wynosi około 186 milionów mil (obecnie ta stała wynosi 939 120 000 km), okazało się, że wiązka światła porusza się z prędkością około 186 000 mil na sekundę.
Już w naszych czasach, dzięki profesorowi Albertowi Michelsonowi, który postanowił jak najdokładniej określić, czym jest rok świetlny inną metodą, uzyskano wynik końcowy: 186 284 mil w 1 sekundę (około 300 km/s). Teraz, jeśli policzymy liczbę sekund w roku i pomnożymy przez tę liczbę, otrzymamy, że rok świetlny ma długość 5 880 000 000 000 mil, co odpowiada 9 460 730 472 580,8 km.
Ze względów praktycznych astronomowie często używają jednostki odległości znanej jako parsek. Jest równy przesunięciu gwiazdy na tle innych ciał niebieskich o 1 "", gdy obserwator jest przesunięty o 1 promień
Bez względu na to, jaki styl życia prowadzimy, cokolwiek robimy, w ten czy inny sposób, każdego dnia używamy pewnych jednostek miary. Prosimy o szklankę wody, podgrzejemy własne śniadanie do określonej temperatury, wizualnie szacujemy, jak daleko musimy dojść do najbliższej poczty, umawiamy się na spotkanie o określonej godzinie i tak dalej. Wszystkie te działania wymagają
Nie tylko obliczenia, ale także pewien pomiar różnych kategorii liczbowych: odległość, ilość, waga, czas i tak dalej. W codziennym życiu używamy liczb regularnie. A te liczby od dawna są przyzwyczajone, jakby do jakichś narzędzi. Ale co się dzieje, gdy wychodzimy z naszej codziennej strefy komfortu i napotykamy liczby, które są dla nas niezwykłe? W tym artykule porozmawiamy o fantastycznych postaciach Wszechświata.
uniwersalne otwarte przestrzenie
Jeszcze bardziej zaskakująca jest sytuacja z kosmicznymi odległościami. Zdajemy sobie sprawę z kilometrów do sąsiedniego miasta, a nawet z Moskwy do Nowego Jorku. Ale trudno wyobrazić sobie wizualnie odległości, jeśli chodzi o skalę gromad gwiazd. Właśnie teraz będziemy potrzebować tak zwanego roku świetlnego. W końcu odległości nawet między sąsiednimi gwiazdami są niezwykle duże, a mierzenie ich w kilometrach czy milach jest po prostu nieracjonalne. I tu chodzi nie tylko o trudność dostrzeżenia ogromnych liczb wynikowych, ale o liczbę ich zer. Problemem staje się napisanie liczby. Na przykład odległość od Ziemi do Marsa w okresie największego zbliżenia wynosi 55,7 mln kilometrów. Wartość z sześcioma zerami. Ale Mars jest jednym z naszych najbliższych kosmicznych sąsiadów! Odległość do najbliższej gwiazdy, z wyjątkiem Słońca, będzie miliony razy większa. A potem, gdybyśmy zmierzyli to w kilometrach lub milach, astronomowie musieliby spędzać godziny na rejestrowaniu tych gigantycznych ilości. Rok świetlny rozwiązał ten problem. Wyjście było dość pomysłowe.
Czym jest rok świetlny?
Zamiast wymyślać nową jednostkę miary, która jest sumą jednostek mniejszego rzędu (jak to bywa z milimetrami, centymetrami, metrami, kilometrami), postanowiono powiązać odległość z czasem. Właściwie fakt, że czas jest również fizycznym polem, które wpływa na zdarzenia, jest bardziej
co więcej, połączone i wymienialne z przestrzenią, zostało odkryte przez Alberta Einsteina i udowodnione przez jego teorię względności. Prędkość światła stała się prędkością stałą. A przejście wiązki światła w pewnej odległości na jednostkę czasu dało nowe fizyczne wielkości przestrzenne: sekunda świetlna, minuta świetlna, dzień świetlny, miesiąc świetlny, rok świetlny. Na przykład w ciągu sekundy wiązka światła (w warunkach kosmicznych - próżni) pokonuje odległość około 300 tysięcy kilometrów. Łatwo obliczyć, że jeden rok świetlny to około 9,46 * 10 15 . Tak więc odległość od Ziemi do najbliższego ciała kosmicznego, Księżyca, wynosi nieco więcej niż jedna sekunda świetlna, do Słońca - około ośmiu minut świetlnych. Odległe ciała Układu Słonecznego, zgodnie ze współczesnymi koncepcjami, krążą w odległości jednego roku świetlnego. Następna najbliższa nam gwiazda, a raczej układ gwiazd podwójnych, Alfa i Proxima Centauri, jest tak daleko, że nawet światło z nich dociera do naszych teleskopów zaledwie cztery lata po jej starcie. A przecież to wciąż najbliższe nam ciała niebieskie. Światło z drugiego końca Drogi Mlecznej potrzebuje ponad stu tysięcy lat, aby do nas dotrzeć.
Aby zrozumieć znaczenie pojęcia „rok świetlny”, należy najpierw pamiętać o szkolnym kursie fizyki, a zwłaszcza o części dotyczącej prędkości światła. Tak więc prędkość światła w próżni, gdzie nie mają na nią wpływu różne czynniki, takie jak pola grawitacyjne i magnetyczne, zawieszone cząstki, załamanie przezroczystego ośrodka itd., wynosi 299 792,5 km na sekundę. Należy zrozumieć, że w tym przypadku światło oznacza te postrzegane przez ludzki wzrok.
Mniej znane jednostki odległości to miesiąc świetlny, tydzień, dzień, godzina, minuta i sekunda.Wystarczająco długie światło uważano za wielkość nieskończoną, a pierwszą osobą, która obliczyła przybliżoną prędkość promieni świetlnych w próżni, był astronom Olaf Roemer w połowie XVII wieku. Oczywiście jego dane były bardzo przybliżone, ale ważny jest sam fakt określenia końcowej wartości prędkości. W 1970 roku prędkość światła została określona z dokładnością do jednego metra na sekundę. Do tej pory nie uzyskano dokładniejszych wyników, ponieważ wystąpiły problemy z błędem wzorca miernika.
Rok świetlny i inne odległości
Ponieważ odległości są ogromne, mierzenie ich w zwyczajowych jednostkach byłoby nieracjonalne i niewygodne. Na podstawie tych rozważań wprowadzono specjalny rok świetlny, czyli odległość, jaką światło pokonuje w tzw. roku juliańskim (równym 365,25 dniowi). Biorąc pod uwagę, że każdy dzień zawiera 86 400 sekund, można obliczyć, że w ciągu roku promień światła pokonuje odległość kilkudziesięciu ponad 9,4 km. Ta wartość wydaje się ogromna, jednak np. odległość do najbliższej Ziemi gwiazdy, Proxima Centauri, wynosi 4,2 roku, a średnica galaktyki Drogi Mlecznej przekracza 100 000 lat świetlnych, czyli tych obserwacji wizualnych, które można wykonać. teraz wyświetl obraz, który istniał około setek tysięcy lat temu.
Wiązka światła pokonuje odległość od Ziemi do Księżyca w około sekundę, ale światło słoneczne dociera do naszej planety przez ponad osiem minut.
W profesjonalnej astrofizyce pojęcie roku świetlnego jest rzadko używane. Naukowcy pracują głównie z jednostkami takimi jak parsek i jednostka astronomiczna. Parsek to odległość do wyimaginowanego punktu, z którego widziany jest promień orbity Ziemi pod kątem jednej sekundy kątowej (1/3600 stopnia). Średni promień orbity, czyli odległość od Ziemi do Słońca, nazywana jest jednostką astronomiczną. Parsek to około 3 lata świetlne lub 30,8 biliona kilometrów. Jednostka astronomiczna to w przybliżeniu 149,6 miliona kilometrów.
Jak wiecie, 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 gwiezdnym jednostka astronomiczna jest niewygodna w użyciu. Na początek powiedzmy, że odległość od Słońca do najbliższej gwiazdy wynosi około 4,5 roku świetlnego. Oznacza to, że światło od naszego Słońca do najbliższej gwiazdy (nazywa się ją nawiasem mówiąc Proxima Centauri) leci 4,5 roku! Jak duża jest ta odległość? Nie będziemy nikogo zanudzać matematyką, tylko zauważymy, że w ciągu sekundy cząstki światła przelatują 300 tysięcy kilometrów. Oznacza to, że jeśli wyślesz sygnał latarką w kierunku Księżyca, to światło będzie tam widoczne w mniej niż półtorej sekundy. Światło podróżuje ze Słońca na Ziemię w 8,5 minuty. A ile zatem promieni światła przelatują 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. Po przeliczeniu w jednostkach astronomicznych 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 w obliczeniach z latami świetlnymi.
Możliwość zastosowania w gwiezdnym świecie
Na przykład odległość od Ziemi do 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 od nas dociera tam przez 600 lat. Będzie to około 40 milionów jednostek astronomicznych. Dla porównania zwracamy uwagę, 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. Bardzo niewygodne jest stwierdzenie tego w jednostkach astronomicznych. Ale we Wszechświecie są obiekty oddalone od nas o 15 miliardów lat świetlnych. Tak więc promień obserwowalnego wszechświata wynosi 13,77 miliarda lat świetlnych. A pełny Wszechświat, jak wiecie, 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 są oddalone o ponad 46,5 miliarda lat świetlnych. Podwajając to, otrzymujemy 93 miliardy lat świetlnych. To jest prawdziwa średnica obserwowalnego wszechświata. Tak więc rozmiar obserwowanej części przestrzeni (zwanej również metagalaktyką) cały czas rośnie.
Nie ma sensu mierzyć takich odległości w kilometrach czy jednostkach astronomicznych. Szczerze mówiąc, lata świetlne też tu nie pasują. Ale ludzie nie wymyślili jeszcze niczego lepszego. Liczby są tak ogromne, że tylko komputer może je obsłużyć.
Definicja i istota roku świetlnego
W ten sposób, rok świetlny (st. g.) to jednostka długości, a nie czas, czyli odległość przebyta przez 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), to takie działania nie mają sensu.
