За да разберете значението на понятието „светлинна година“, първо трябва да запомните училищния курс по физика, особено раздела, който се отнася до скоростта на светлината. И така, скоростта на светлината във вакуум, където не се влияе от различни фактори като гравитация и магнитни полета, суспендирани частици, пречупване на прозрачна среда и др., е 299 792,5 километра в секунда. Трябва да разберете, че в този случай светлината означава това, което се възприема от човешкото зрение.
По-малко известни единици за разстояние са светлинен месец, седмица, ден, час, минута и секунда.Доста дълго време светлината се смяташе за безкрайно количество и първият човек, който изчисли приблизителната скорост на светлинните лъчи във вакуум, беше астрономът Олаф Ромер в средата на 17 век. Разбира се, данните му бяха много приблизителни, но самият факт на определяне на крайната стойност на скоростта е важен. През 1970 г. скоростта на светлината е определена с точност до един метър в секунда. По-точни резултати все още не са постигнати, тъй като възникнаха проблеми с грешката на стандарта на измервателния уред.
Светлинна година и други разстояния
Тъй като разстоянията са огромни, измерването им в условни единици би било нерационално и неудобно. Въз основа на тези съображения беше въведена специална - светлинната година, тоест разстоянието, което светлината изминава в така наречената юлианска година (равно на 365,25 дни). Като се има предвид, че всеки ден съдържа 86 400 секунди, може да се изчисли, че за една година светлинен лъч изминава разстояние от малко повече от 9,4 километра. Тази стойност изглежда огромна, но например разстоянието до най-близката звезда до Земята, Проксима Кентавър, е 4,2 години, а диаметърът на галактиката Млечен път надхвърля 100 000 светлинни години, т.е. визуалните наблюдения, които могат да бъдат направени сега отразяват картина, съществувала преди около стотици хиляди години.
Лъч светлина изминава разстоянието от Земята до Луната за около секунда, но слънчева светлинаОтнема повече от осем минути, за да стигне до нашата планета.
В професионалната астрофизика концепцията за светлинна година рядко се използва. Учените използват основно единици като парсек и астрономическа единица. Парсек е разстоянието до въображаемата точка, от която радиусът на орбитата на Земята се вижда под ъгъл от една дъгова секунда (1/3600 от градуса). Средният радиус на орбитата, тоест разстоянието от Земята до Слънцето, се нарича астрономическа единица. Парсек е равен на приблизително три светлинни години или 30,8 трилиона километра. Една астрономическа единица е приблизително равна на 149,6 милиона километра.
Разбира се, след като сте чули в някой научнофантастичен екшън филм израз а ла „двадесет до Татуин светлинни години“, мнозина зададоха основателни въпроси. Ще спомена някои от тях:
Една година не е ли време?
Тогава какво е светлинна година?
Колко километра е?
Колко време ще отнеме преодоляването светлинна годинакосмически кораб с Земята?
Реших да посветя днешната статия на обяснението на значението на тази мерна единица, сравнявайки я с нашите обичайни километри и демонстрирайки мащаба, с който работи Вселена.
Виртуален състезател.
Нека си представим човек, който в нарушение на всички правила се втурва по магистрала със скорост 250 км/ч. За два часа ще измине 500 км, а за четири – цели 1000. Ако, разбира се, не катастрофира при това...
Изглежда, че това е скорост! Но за да обиколя цялата глобус(≈ 40 000 км), нашият състезател ще се нуждае от 40 пъти повече време. И това вече е 4 х 40 = 160 часа. Или почти цяла седмицанепрекъснато шофиране!
Накрая обаче няма да кажем, че е изминал 40 000 000 метра. Защото мързелът винаги ни е принуждавал да измисляме и използваме по-кратки алтернативни мерни единици.
Лимит.
от училищен курсфизици, всеки трябва да знае, че най-бързият ездач в Вселена- светлина. За една секунда лъчът му покрива разстояние от приблизително 300 000 км и така ще обиколи земното кълбо за 0,134 секунди. Това е 4 298 507 пъти по-бързо от нашия виртуален състезател!
от Земятакъм Лунасветлината достига средно за 1,25 s, до слънцелъчът му ще достигне за малко повече от 8 минути.
Колосално, нали? Но съществуването на скорости, по-големи от скоростта на светлината, все още не е доказано. Ето защо научният свят реши, че би било логично космическите мащаби да се измерват в единици, които една радиовълна (каквато е светлината в частност) пътува през определени интервали от време.
Разстояния.
по този начин светлинна година- нищо повече от разстоянието, което един светлинен лъч изминава за една година. В междузвездни мащаби използването на единици за разстояние, по-малки от това, няма много смисъл. И все пак те са там. Ето техните приблизителни стойности:
1 светлинна секунда ≈ 300 000 км;
1 светлинна минута ≈ 18 000 000 км;
1 светлинен час ≈ 1 080 000 000 км;
1 светлинен ден ≈ 26 000 000 000 км;
1 светлинна седмица ≈ 181 000 000 000 км;
1 светлинен месец ≈ 790 000 000 000 км.
Сега, за да разберете откъде идват числата, нека изчислим на какво е равно едно светлинна година.
Има 365 дни в годината, 24 часа в денонощието, 60 минути в час и 60 секунди в минута. Така една година се състои от 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 секунди. За една секунда светлината изминава 300 000 км. Следователно за една година неговият лъч ще измине разстояние от 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Този номер гласи така: ДЕВЕТ ТРИЛИОНА ЧЕТИРИСТОТИН ШЕСТДЕСЕТ МИЛИАРДА И ОСЕМСТОТИН МИЛИАНДАкилометри.
Разбира се, точното значение светлинни годинималко по-различно от изчисленото от нас. Но когато се описват разстояния до звезди в научно-популярни статии, най-високата точност по принцип не е необходима и сто или два милиона километра няма да играят специална роля тук.
Сега нека продължим нашите мисловни експерименти...
Мащаб.
Да приемем, че модерен космически кораблиста слънчева системас третата евакуационна скорост (≈ 16,7 km/s). Първо светлинна годинатой ще го преодолее за 18 000 години!
4,36 светлинни годинидо най-близката до нас звездна система ( Алфа Кентавър, вижте изображението в началото) ще преодолее след около 78 хиляди години!
Нашите Галактика Млечен път, с диаметър приблизително 100 000 светлинни години, то ще премине след 1 милиард 780 милиона години.
На 22 февруари 2017 г. НАСА съобщи, че около единичната звезда TRAPPIST-1 са открити 7 екзопланети. Три от тях са в диапазона от разстояния от звездата, в които на планетата може да има течна вода, а водата е ключово условие за живот. Също така се съобщава, че тази звездна система се намира на разстояние 40 светлинни години от Земята.
Това съобщение предизвика много шум в медиите; някои дори смятаха, че човечеството е на една крачка от изграждането на нови селища наблизо нова, но това не е вярно. Но 40 светлинни години са много, МНОГО са, твърде много километри, тоест чудовищно колосално разстояние!
От курса по физика е известна третата евакуационна скорост - това е скоростта, която трябва да има едно тяло на повърхността на Земята, за да излезе извън границите слънчева система. Стойността на тази скорост е 16,65 км/сек. Конвенционалните орбитални космически кораби излитат със скорост 7,9 км/сек и обикалят около Земята. По принцип скорост от 16-20 км/сек е напълно достъпна за съвременните земни технологии, но не повече!
Човечеството все още не се е научило да ускорява космически кораби по-бързо от 20 км/сек.
Нека изчислим колко години ще са необходими на звезден кораб, летящ със скорост 20 км/сек, за да измине 40 светлинни години и да достигне звездата TRAPPIST-1.
Една светлинна година е разстоянието, което светлинният лъч изминава във вакуум, а скоростта на светлината е приблизително 300 хиляди км/сек.
Космически кораб, създаден от хора, лети със скорост 20 км/сек, което е 15 000 пъти по-бавно от скоростта на светлината. Такъв кораб ще измине 40 светлинни години за време равно на 40*15000=600000 години!
Земен кораб (в съвременно нивотехнология) ще достигне звездата TRAPPIST-1 след около 600 хиляди години! Хомо сапиенс съществува на Земята (според учените) само от 35-40 хиляди години, но тук е от цели 600 хиляди години!
В близко бъдеще технологията няма да позволи на хората да достигнат до звездата TRAPPIST-1. Дори обещаващи двигатели (йонни, фотонни, космически платна и др.), които не съществуват в земната реалност, се смята, че могат да ускорят кораба до скорост от 10 000 км/сек, което означава, че времето за полет до TRAPPIST -1 система ще бъде намалена до 120 години. Това вече е повече или по-малко приемливо време за полет с помощта на спряна анимация или за няколко поколения имигранти, но днес всички тези двигатели са фантастични.
Дори най-близките звезди все още са твърде далеч от хората, твърде далеч, да не говорим за звездите на нашата Галактика или други галактики.
Диаметърът на нашата галактика Млечен път е приблизително 100 хиляди светлинни години, тоест пътуването от край до край за модерен земен кораб ще бъде 1,5 милиарда години! Науката предполага, че нашата Земя е на 4,5 милиарда години, а многоклетъчният живот е на приблизително 2 милиарда години. Разстоянието до най-близката до нас галактика – мъглявината Андромеда – 2,5 милиона светлинни години от Земята – какви чудовищни разстояния!
Както можете да видите, от всички живи хора никой никога няма да стъпи на земята на планета близо до друга звезда.
Както знаете, за измерване на разстоянията от Слънцето до планетите, както и между планетите, учените излязоха с астрономическа единица. какво е светлинна година?
На първо място, трябва да се отбележи, че светлинната година също е единица за измерване, приета в астрономията, но не за време (както може да изглежда, съдейки по значението на думата „година“), а за разстояние.
На какво е равна една светлинна година?
Когато учените успяха да изчислят разстоянията до до най-близките звезди, стана ясно, че в звездния свят астрономическата единица е неудобна за използване. Да кажем за начало, че разстоянието от Слънцето до най-близката звезда е приблизително 4,5 светлинни години. Това означава, че светлината от нашето Слънце до най-близката звезда (между другото, тя се нарича Проксима Кентавър) отнема 4,5 години, за да пътува! Колко е това разстояние? Нека не отегчаваме никого с математика, нека само отбележим, че за секунда частиците светлина прелитат 300 000 километра. Тоест, ако изпратите сигнал с фенерче към Луната, тази светлина ще се види там за по-малко от секунда и половина. Светлината пътува от Слънцето до Земята за 8,5 минути. Тогава колко време пътуват светлинните лъчи за една година?
Да кажем веднага: една светлинна година е приблизително 10 трилиона километра(трилион е едно, последвано от дванадесет нули). По-точно 9 460 730 472 581 километра. Ако се преизчисли в астрономически единици, ще бъде приблизително 67 000 и това е само за най-близката звезда!
Ясно е, че в света на звездите и галактиките астрономическата единица не е подходяща за измервания. По-лесно е да се работи при изчисления със светлинни години.
Приложимост в звездния свят
Например разстоянието от Земята до най-ярката звезда в небето Сириус е 8 светлинни години. И разстоянието от Слънцето до Полярна звездае около 600 светлинни години. Тоест светлината от нас стига до там за 600 години. Това ще бъде приблизително 40 милиона астрономически единици. За сравнение посочваме, че размерът (диаметърът) на нашата Галактика е млечен път- около 100 000 светлинни години. Нашият най-близък съсед, спирална галактика, наречена мъглявината Андромеда, е на 2,52 милиона светлинни години от Земята. Много е неудобно да се посочи това в астрономически единици. Но във Вселената има обекти, които обикновено са на 15 милиарда светлинни години от нас. Така радиусът на наблюдаваната Вселена е 13,77 милиарда светлинни години. А цялата Вселена, както е известно, се простира отвъд наблюдаемата част.
Между другото, диаметърът на наблюдаваната Вселена изобщо не е 2 пъти по-голям от радиуса, както си мислите. Работата е там, че с времето пространството се разширява. Тези далечни обекти, които са излъчвали светлина преди 13,77 милиарда години, са отлетели още по-далеч от нас. Днес те са на повече от 46,5 милиарда светлинни години. Удвояването на това ни дава 93 милиарда светлинни години. Това е истинският диаметър на наблюдаваната Вселена. Така че размерът на частта от пространството, която се наблюдава (и която също се нарича Метагалактика), се увеличава през цялото време.
Измерването на такива разстояния в километри или астрономически единици няма смисъл. Честно казано, светлинните години също не се вписват тук. Но хората все още не са измислили нищо по-добро. Числата са толкова огромни, че само компютър може да се справи с тях.
Определение и същност на светлинната година
по този начин светлинна година (светлинна година) е единица за дължина, а не време, която представлява разстоянието, изминато от слънчев лъч за една година, тоест за 365 дни. Тази мерна единица е много удобна за своята яснота. Тя ви позволява да отговорите на въпроса след какъв период от време можете да очаквате отговор, ако изпратите електромагнитно съобщение до определена звезда. И ако този период е твърде дълъг (например хиляда години), тогава няма смисъл от подобни действия.
Често в научнофантастичните филми на космическа тематика можете да чуете: Алфа Кентавър се намира на разстояние 4500 светлинни години от Земята. Или: остават ни 200 парсека да летим. Веднага възниква въпросът: колко струва една светлинна година? И равно ли е на парсек?
На какво е равна една светлинна година?
Според дефиницията на IAU (Международен астрономически съюз), една светлинна година е равна на разстоянието, което фотон светлина ще измине във вакуум за една юлианска година (което е 365,25 дни, в които има 86 400 SI секунди), когато не се влияе от гравитационните полета на планетите.
Това определение е вярно от 1984 г. Преди това изчисленията използваха стойността на т.нар. тропически или слънчева година. Новата стойност се различава от старата с 0,002%. Но поради факта, че тази мерна единица не се използва при изчисления с висока точност, разликата от 0,002% няма практическо значение.
Числени стойности на измерване на светлинна година
- В метри - 9 460 730 472 580 800 м, или 9,46 петаметра.
- В астрономически единици - 63 241,1 a.u. А.е. е средното разстояние между Слънцето и Земята.
- В парсеци – 0,306601 рупии.
В популярните публикации е обичайно да се използват свързани мерни единици, които показват разстоянието, изминато от фотон светлина за единица време. Една светлинна секунда е равна на 299 792,458 км.
Знаейки разстоянието между Земята и Слънцето и Луната, можем да изчислим, че светлинен лъч достига повърхността на Луната за 1,3 секунди. Една астрономическа единица е равна на 500 секунди.