Um die Bedeutung des Konzepts „Lichtjahr“ zu verstehen, müssen Sie sich zunächst an den Schulphysikkurs erinnern, insbesondere an den Abschnitt, der sich mit der Lichtgeschwindigkeit befasst. Also die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, wo sie nicht durch verschiedene Faktoren wie Gravitation und andere beeinflusst wird Magnetfelder, Schwebeteilchen, Brechung eines transparenten Mediums usw. beträgt 299.792,5 Kilometer pro Sekunde. Sie müssen verstehen, dass Licht in diesem Fall das bedeutet, was das menschliche Auge wahrnimmt.
Weniger bekannte Entfernungseinheiten sind der Lichtmonat, die Woche, der Tag, die Stunde, die Minute und die Sekunde.Licht galt lange Zeit als unendliche Größe und der erste Mensch, der die ungefähre Geschwindigkeit der Lichtstrahlen im Vakuum berechnete, war Mitte des 17. Jahrhunderts der Astronom Olaf Roemer. Natürlich waren seine Daten sehr ungefähr, aber die Tatsache, dass der endgültige Geschwindigkeitswert ermittelt wird, ist wichtig. 1970 wurde die Lichtgeschwindigkeit auf einen Meter pro Sekunde genau bestimmt. Genauere Ergebnisse konnten bisher nicht erzielt werden, da Probleme mit dem Fehler des Messgerätenormals auftraten.
Lichtjahr und andere Entfernungen
Da die Entfernungen enorm sind, wäre es irrational und unpraktisch, sie in herkömmlichen Einheiten zu messen. Basierend auf diesen Überlegungen wurde ein besonderes eingeführt – das Lichtjahr, also die Distanz, die das Licht im sogenannten Julianischen Jahr zurücklegt (entspricht 365,25 Tagen). Wenn man bedenkt, dass jeder Tag 86.400 Sekunden umfasst, lässt sich berechnen, dass ein Lichtstrahl in einem Jahr eine Strecke von etwas mehr als 9,4 Kilometern zurücklegt. Dieser Wert erscheint enorm, allerdings beträgt beispielsweise die Entfernung zum erdnächsten Stern, Proxima Centauri, 4,2 Jahre und der Durchmesser der Milchstraße übersteigt 100.000 Lichtjahre, also die visuellen Beobachtungen, die jetzt gemacht werden können spiegeln ein Bild wider, das vor etwa Hunderttausenden Jahren existierte.
Ein Lichtstrahl legt die Strecke von der Erde zum Mond in etwa einer Sekunde zurück, aber Sonnenlicht Es dauert mehr als acht Minuten, um unseren Planeten zu erreichen.
In der professionellen Astrophysik wird der Begriff eines Lichtjahres selten verwendet. Wissenschaftler verwenden hauptsächlich Einheiten wie Parsec und astronomische Einheiten. Ein Parsec ist die Entfernung zu dem imaginären Punkt, von dem aus der Radius der Erdumlaufbahn in einem Winkel von einer Bogensekunde (1/3600 Grad) gesehen wird. Der durchschnittliche Radius der Umlaufbahn, also die Entfernung von der Erde zur Sonne, wird als astronomische Einheit bezeichnet. Ein Parsec entspricht etwa drei Lichtjahren oder 30,8 Billionen Kilometern. Eine astronomische Einheit entspricht ungefähr 149,6 Millionen Kilometern.
Sicherlich, nachdem ich in irgendeinem Science-Fiction-Actionfilm einen Ausdruck à la „Zwanzig nach Tatooine“ gehört habe Lichtjahre", stellten viele berechtigte Fragen. Ich werde einige davon erwähnen:
Ist ein Jahr nicht eine Zeit?
Was ist es dann? Lichtjahr?
Wie viele Kilometer sind es?
Wie lange wird es dauern, es zu überwinden? Lichtjahr Raumschiff mit Erde?
Ich habe beschlossen, den heutigen Artikel der Erklärung der Bedeutung dieser Maßeinheit zu widmen, sie mit unseren üblichen Kilometern zu vergleichen und die Skala zu demonstrieren, auf der sie funktioniert Universum.
Virtueller Rennfahrer.
Stellen wir uns vor, dass eine Person unter Verstoß gegen alle Regeln mit einer Geschwindigkeit von 250 km/h über eine Autobahn rast. In zwei Stunden schafft es 500 km, in vier sogar 1000. Es sei denn natürlich, es stürzt dabei ab ...
Es scheint, dass das Geschwindigkeit ist! Aber um das Ganze zu umgehen Globus(≈ 40.000 km) wird unser Rennfahrer 40-mal mehr Zeit benötigen. Und das sind schon 4 x 40 = 160 Stunden. Oder fast ganze Woche Dauerbetrieb!
Am Ende werden wir jedoch nicht sagen, dass er 40.000.000 Meter zurückgelegt hat. Denn Faulheit hat uns schon immer dazu gezwungen, kürzere alternative Maßeinheiten zu erfinden und zu verwenden.
Limit.
Aus Schulkurs Physiker, jeder sollte wissen, dass der schnellste Fahrer in Universum- Licht. In einer Sekunde legt sein Strahl eine Strecke von etwa 300.000 km zurück und umrundet damit den Globus in 0,134 Sekunden. Das ist 4.298.507 Mal schneller als unser virtueller Rennfahrer!
Aus Erde Zu Mond Das Licht erreicht im Durchschnitt 1,25 s, bis zu Sonne Sein Strahl wird ihn in etwas mehr als 8 Minuten erreichen.
Kolossal, nicht wahr? Die Existenz von Geschwindigkeiten größer als der Lichtgeschwindigkeit ist jedoch noch nicht bewiesen. Daher entschied die wissenschaftliche Welt, dass es logisch wäre, kosmische Maßstäbe in Einheiten zu messen, die eine Radiowelle (insbesondere Licht) über bestimmte Zeitintervalle ausbreitet.
Entfernungen.
Daher, Lichtjahr- nichts weiter als die Entfernung, die ein Lichtstrahl in einem Jahr zurücklegt. Auf interstellaren Skalen macht die Verwendung kleinerer Entfernungseinheiten wenig Sinn. Und doch sind sie da. Hier sind ihre ungefähren Werte:
1 Lichtsekunde ≈ 300.000 km;
1 Lichtminute ≈ 18.000.000 km;
1 Lichtstunde ≈ 1.080.000.000 km;
1 Lichttag ≈ 26.000.000.000 km;
1 Lichtwoche ≈ 181.000.000.000 km;
1 Lichtmonat ≈ 790.000.000.000 km.
Damit Sie nun verstehen, woher die Zahlen kommen, berechnen wir, was Eins ist Lichtjahr.
Ein Jahr hat 365 Tage, ein Tag 24 Stunden, eine Stunde 60 Minuten und eine Minute 60 Sekunden. Somit besteht ein Jahr aus 365 x 24 x 60 x 60 = 31.536.000 Sekunden. In einer Sekunde legt Licht 300.000 km zurück. Daher wird sein Strahl in einem Jahr eine Strecke von 31.536.000 x 300.000 = 9.460.800.000.000 km zurücklegen.
Diese Nummer liest sich so: NEUN BILLIONEN, VIERHUNDERTSECHZIG MILLIARDEN UND ACHTHUNDERT MILLIONEN Kilometer.
Natürlich die genaue Bedeutung Lichtjahre etwas anders als wir berechnet haben. Bei der Beschreibung von Entfernungen zu Sternen in populärwissenschaftlichen Artikeln ist jedoch grundsätzlich keine höchste Genauigkeit erforderlich, und hundert oder zwei Millionen Kilometer werden hier keine besondere Rolle spielen.
Nun lasst uns unsere Gedankenexperimente fortsetzen...
Skala.
Nehmen wir das modern an Raumfahrzeug Blätter Sonnensystem mit der dritten Fluchtgeschwindigkeit (≈ 16,7 km/s). Erste Lichtjahr er wird es in 18.000 Jahren überwinden!
4,36 Lichtjahre zum uns am nächsten gelegenen Sternensystem ( Alpha Centauri, siehe das Bild am Anfang) wird es in etwa 78.000 Jahren überwinden!
Unser Milchstraßengalaxie, mit einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahre, es wird in 1 Milliarde 780 Millionen Jahren überschreiten.
Am 22. Februar 2017 berichtete die NASA, dass sieben Exoplaneten um den Einzelstern TRAPPIST-1 gefunden wurden. Drei davon befinden sich in einem Bereich von Entfernungen vom Stern, in denen der Planet über flüssiges Wasser verfügen kann, und Wasser ist eine Schlüsselvoraussetzung für Leben. Es wird auch berichtet, dass sich dieses Sternensystem in einer Entfernung von 40 Lichtjahren von der Erde befindet.
Diese Nachricht sorgte für großes Aufsehen in den Medien; einige dachten sogar, dass die Menschheit nur einen Schritt davon entfernt sei, in der Nähe neue Siedlungen zu bauen Nova, aber das stimmt nicht. Aber 40 Lichtjahre sind viel, es ist VIEL, es sind zu viele Kilometer, das heißt, es ist eine ungeheuer kolossale Entfernung!
Aus einem Physikkurs kennt man die dritte Fluchtgeschwindigkeit – das ist die Geschwindigkeit, die ein Körper an der Erdoberfläche haben muss, um die Grenzen zu überschreiten Sonnensystem. Der Wert dieser Geschwindigkeit beträgt 16,65 km/s. Herkömmliche orbitale Raumfahrzeuge starten mit einer Geschwindigkeit von 7,9 km/s und umkreisen die Erde. Im Prinzip ist eine Geschwindigkeit von 16-20 km/s für moderne irdische Technologien durchaus erreichbar, aber nicht mehr!
Die Menschheit hat noch nicht gelernt, Raumschiffe schneller als 20 km/s zu beschleunigen.
Berechnen wir, wie viele Jahre ein Raumschiff mit einer Geschwindigkeit von 20 km/s braucht, um 40 Lichtjahre zurückzulegen und den Stern TRAPPIST-1 zu erreichen.
Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die ein Lichtstrahl im Vakuum zurücklegt, und die Lichtgeschwindigkeit beträgt etwa 300.000 km/s.
Ein von Menschen gebautes Raumschiff fliegt mit einer Geschwindigkeit von 20 km/s, also 15.000 Mal langsamer als die Lichtgeschwindigkeit. Ein solches Schiff wird 40 Lichtjahre in einer Zeit zurücklegen, die 40*15000=600000 Jahren entspricht!
Erdschiff (at modernes Niveau Technologie) wird in etwa 600.000 Jahren den Stern TRAPPIST-1 erreichen! Homo sapiens existiert auf der Erde (laut Wissenschaftlern) erst seit 35.000 bis 40.000 Jahren, hier sind es jedoch ganze 600.000 Jahre!
In naher Zukunft wird die Technologie es Menschen nicht ermöglichen, den Stern TRAPPIST-1 zu erreichen. Selbst vielversprechende Triebwerke (Ionen-, Photonen-, Raumsegel etc.), die es in der irdischen Realität nicht gibt, sollen das Schiff schätzungsweise auf eine Geschwindigkeit von 10.000 km/s beschleunigen können, was der Flugzeit bis zum TRAPPIST entspricht -1-System wird auf 120 Jahre verkürzt. Dies ist bereits eine mehr oder weniger akzeptable Zeit für Flüge mit schwebender Animation oder für mehrere Generationen von Einwanderern, aber heute sind alle diese Motoren fantastisch.
Selbst die nächsten Sterne sind noch zu weit von den Menschen entfernt, zu weit, ganz zu schweigen von den Sternen unserer Galaxie oder anderer Galaxien.
Der Durchmesser unserer Milchstraße beträgt ungefähr 100.000 Lichtjahre, das heißt, die Reise von einem Ende zum anderen für ein modernes Erdschiff wird 1,5 Milliarden Jahre dauern! Die Wissenschaft geht davon aus, dass unsere Erde 4,5 Milliarden Jahre alt ist und vielzelliges Leben etwa 2 Milliarden Jahre alt ist. Die Entfernung zur uns am nächsten gelegenen Galaxie – dem Andromedanebel – 2,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt – was für monströse Entfernungen!
Wie Sie sehen, wird von allen lebenden Menschen niemals jemand einen Fuß auf die Erde eines Planeten setzen, der sich in der Nähe eines anderen Sterns befindet.
Wie Sie wissen, haben Wissenschaftler eine astronomische Einheit entwickelt, um die Entfernungen von der Sonne zu den Planeten sowie zwischen den Planeten zu messen. Was ist das Lichtjahr?
Zunächst ist anzumerken, dass das Lichtjahr auch eine in der Astronomie akzeptierte Maßeinheit ist, jedoch nicht für die Zeit (wie es aufgrund der Bedeutung des Wortes „Jahr“ scheinen könnte), sondern für die Entfernung.
Was ist ein Lichtjahr?
Als es Wissenschaftlern gelang, die Entfernungen zu berechnen zu den nächsten Sternen Es wurde deutlich, dass die astronomische Einheit in der Sternenwelt unpraktisch zu verwenden ist. Nehmen wir zunächst einmal an, dass die Entfernung von der Sonne zum nächsten Stern etwa 4,5 Lichtjahre beträgt. Das bedeutet, dass das Licht von unserer Sonne zum nächsten Stern (er heißt übrigens Proxima Centauri) 4,5 Jahre braucht, um zu reisen! Wie weit ist diese Entfernung? Wir wollen niemanden mit Mathematik langweilen, stellen wir uns einfach vor, dass Lichtteilchen in einer Sekunde 300.000 Kilometer weit fliegen. Das heißt, wenn man mit einer Taschenlampe ein Signal in Richtung Mond sendet, ist dieses Licht dort in weniger als eineinhalb Sekunden zu sehen. Licht reist in 8,5 Minuten von der Sonne zur Erde. Wie lange wandern die Lichtstrahlen dann im Jahr?
Sagen wir gleich: Ein Lichtjahr ist etwa 10 Billionen Kilometer lang(Eine Billion ist eine Eins gefolgt von zwölf Nullen). Genauer gesagt: 9.460.730.472.581 Kilometer. In astronomischen Einheiten umgerechnet sind es etwa 67.000. Und das gilt nur für den nächsten Stern!
Es ist klar, dass in der Welt der Sterne und Galaxien die astronomische Einheit nicht für Messungen geeignet ist. Es ist einfacher, mit Lichtjahren zu rechnen.
Anwendbarkeit in der Sternenwelt
Beispielsweise beträgt die Entfernung von der Erde zum hellsten Stern am Himmel, Sirius, 8 Lichtjahre. Und die Entfernung von der Sonne zu Nordstern beträgt etwa 600 Lichtjahre. Das heißt, das Licht von uns kommt in 600 Jahren dorthin. Das wären etwa 40 Millionen astronomische Einheiten. Zum Vergleich verweisen wir auf die Größe (Durchmesser) unserer Galaxie Milchstraße- etwa 100.000 Lichtjahre. Unser nächster Nachbar, eine Spiralgalaxie namens Andromedanebel, ist 2,52 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Es ist sehr unpraktisch, dies in astronomischen Einheiten anzugeben. Aber es gibt Objekte im Universum, die im Allgemeinen 15 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind. Somit beträgt der Radius des beobachtbaren Universums 13,77 Milliarden Lichtjahre. Und das gesamte Universum erstreckt sich bekanntlich über den beobachtbaren Teil hinaus.
Übrigens ist der Durchmesser des beobachtbaren Universums keineswegs doppelt so groß wie der Radius, wie Sie vielleicht denken. Die Sache ist, dass sich der Raum mit der Zeit ausdehnt. Diese fernen Objekte, die vor 13,77 Milliarden Jahren Licht aussendeten, sind noch weiter von uns entfernt. Heute sind sie mehr als 46,5 Milliarden Lichtjahre entfernt. Wenn wir das verdoppeln, kommen wir auf 93 Milliarden Lichtjahre. Dies ist der wahre Durchmesser des beobachtbaren Universums. Die Größe des beobachteten Teils des Weltraums (der auch Metagalaxie genannt wird) nimmt also ständig zu.
Es macht keinen Sinn, solche Entfernungen in Kilometern oder astronomischen Einheiten zu messen. Ehrlich gesagt, Lichtjahre passen hier auch nicht ganz. Aber den Menschen ist noch nichts Besseres eingefallen. Die Zahlen sind so groß, dass nur ein Computer damit umgehen kann.
Definition und Wesen des Lichtjahres
Daher, Lichtjahr (Lichtjahr) ist eine Längeneinheit, nicht eine Zeiteinheit, die die Entfernung darstellt, die ein Sonnenstrahl in einem Jahr, also in 365 Tagen, zurücklegt. Diese Maßeinheit ist aufgrund ihrer Klarheit sehr praktisch. Damit können Sie die Frage beantworten, nach welcher Zeit Sie mit einer Antwort rechnen können, wenn Sie eine elektromagnetische Nachricht an einen bestimmten Stern senden. Und wenn dieser Zeitraum zu lang ist (zum Beispiel tausend Jahre), dann haben solche Aktionen keinen Sinn.
In Science-Fiction-Filmen zu Weltraumthemen hört man oft: Alpha Centauri befindet sich in einer Entfernung von 4500 Lichtjahren von der Erde. Oder: Wir haben noch 200 Parsec zum Fliegen. Es stellt sich sofort die Frage: Wie viel kostet ein Lichtjahr? Und ist es gleich einem Parsec?
Was ist ein Lichtjahr?
Gemäß der Definition der IAU (International Astronomical Union) entspricht ein Lichtjahr der Entfernung, die ein Lichtphoton in einem julianischen Jahr im Vakuum zurücklegt (das sind 365,25 Tage, in denen es 86.400 SI-Sekunden gibt), wenn es wird nicht durch die Gravitationsfelder der Planeten beeinflusst.
Diese Definition gilt seit 1984. Zuvor wurde für die Berechnungen der Wert des sogenannten tropischen bzw Sonnenjahr. Der neue Wert weicht vom alten um 0,002 % ab. Da diese Maßeinheit jedoch nicht für hochpräzise Berechnungen verwendet wird, hat ein Unterschied von 0,002 % keine praktische Bedeutung.
Numerische Werte der Lichtjahrmessung
- In Metern - 9.460.730.472.580.800 m oder 9,46 Petameter.
- In astronomischen Einheiten - 63.241,1 a.u. A.e. ist der durchschnittliche Abstand zwischen Sonne und Erde.
- In Parsec – 0,306601 rs.
In populären Veröffentlichungen ist es üblich, verwandte Maßeinheiten zu verwenden, die die Entfernung angeben, die ein Lichtphoton pro Zeiteinheit zurücklegt. Eine Lichtsekunde entspricht 299.792,458 km.
Wenn wir den Abstand zwischen der Erde, der Sonne und dem Mond kennen, können wir berechnen, dass ein Lichtstrahl die Mondoberfläche in 1,3 Sekunden erreicht. Eine astronomische Einheit entspricht 500 Sekunden.