برای درک معنای مفهوم "سال نوری"، ابتدا باید درس فیزیک مدرسه را به خاطر بسپارید، به خصوص بخش مربوط به سرعت نور. بنابراین سرعت نور در خلاء که تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند گرانشی و میدان های مغناطیسی، ذرات معلق، انکسار یک محیط شفاف و غیره 299792.5 کیلومتر در ثانیه است. شما باید درک کنید که در این مورد، نور به معنای چیزی است که با دید انسان درک می شود.
واحدهای کمتر شناخته شده فاصله عبارتند از ماه نوری، هفته، روز، ساعت، دقیقه و ثانیه.برای مدت طولانی، نور یک کمیت بی نهایت در نظر گرفته می شد و اولین کسی که سرعت تقریبی پرتوهای نور را در خلاء محاسبه کرد، ستاره شناس اولاف رومر در اواسط قرن هفدهم بود. البته داده های او بسیار تقریبی بود، اما همین واقعیت تعیین مقدار نهایی سرعت مهم است. در سال 1970 سرعت نور در حدود یک متر در ثانیه تعیین شد. نتایج دقیق تری هنوز به دست نیامده است، زیرا مشکلاتی با خطای استاندارد کنتور ایجاد شد.
سال نوری و فواصل دیگر
از آنجایی که فاصله ها بسیار زیاد است، اندازه گیری آنها در واحدهای معمولی غیرمنطقی و ناخوشایند خواهد بود. بر اساس این ملاحظات، یک مورد خاص معرفی شد - سال نوری، یعنی مسافتی که نور در سال موسوم به جولیان طی می کند (برابر با 365.25 روز). با توجه به اینکه هر روز شامل 86400 ثانیه است، می توان محاسبه کرد که در یک سال یک پرتو نور کمی بیش از 9.4 کیلومتر مسافت را طی می کند. این مقدار بسیار زیاد به نظر می رسد، به عنوان مثال، فاصله تا نزدیکترین ستاره به زمین، پروکسیما قنطورس، 4.2 سال است و قطر کهکشان راه شیری بیش از 100000 سال نوری است، یعنی مشاهدات بصری که اکنون می توان انجام داد. منعکس کننده تصویری است که در حدود صدها هزار سال پیش وجود داشته است.
یک پرتو نور فاصله زمین تا ماه را در حدود یک ثانیه طی می کند، اما نور خورشیدرسیدن به سیاره ما بیش از هشت دقیقه طول می کشد.
در اخترفیزیک حرفه ای، مفهوم سال نوری به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد. دانشمندان در درجه اول از واحدهایی مانند پارسک و واحد نجومی استفاده می کنند. پارسک فاصله تا نقطه خیالی است که از آن شعاع مدار زمین با زاویه یک ثانیه قوسی (1/3600 درجه) دیده می شود. شعاع متوسط مدار، یعنی فاصله زمین تا خورشید را واحد نجومی می گویند. یک پارسک تقریباً برابر با سه سال نوری یا 30.8 تریلیون کیلومتر است. یک واحد نجومی تقریباً برابر با 149.6 میلیون کیلومتر است.
مطمئناً، در برخی از فیلم‌های علمی تخیلی اکشن عبارت a la “twenty to Tatooine” را شنیده‌ام سال نوری"، بسیاری سوالات مشروع پرسیدند. به برخی از آنها اشاره می کنم:
آیا یک سال زمان نیست؟
بعدش چیه سال نوری?
چند کیلومتر است؟
چه مدت طول می کشد تا غلبه کند سال نوریسفینه فضایی با زمین?
تصمیم گرفتم مقاله امروز را به توضیح معنای این واحد اندازه گیری، مقایسه آن با کیلومترهای معمولی و نشان دادن مقیاسی که در آن عمل می کند اختصاص دهم. کیهان.
مسابقه مجازی
بیایید شخصی را تصور کنیم که برخلاف تمام قوانین، در یک بزرگراه با سرعت 250 کیلومتر در ساعت عجله می کند. در عرض دو ساعت 500 کیلومتر و در چهار - به اندازه 1000 کیلومتر را طی می کند.
به نظر می رسد که این سرعت است! اما به منظور دور زدن کل کره زمین(≈ 40000 کیلومتر)، مسابقه ما 40 برابر زمان بیشتری نیاز دارد. و این در حال حاضر 4 x 40 = 160 ساعت است. یا تقریبا کل هفتهرانندگی مداوم!
در پایان اما نمی گوییم که او 40000000 متر را طی کرد. زیرا تنبلی همیشه ما را مجبور به اختراع و استفاده از واحدهای اندازه گیری جایگزین کوتاهتر کرده است.
محدود کنید.
از دوره مدرسهفیزیکدانان، همه باید بدانند که سریع ترین سوارکار در کیهان- نور در یک ثانیه، پرتو آن مسافتی در حدود 300000 کیلومتر را طی می کند و بنابراین در 0.134 ثانیه دور کره زمین می چرخد. این 4,298,507 برابر سریعتر از مسابقه مجازی ما است!
از زمینبه ماهنور به طور متوسط 1.25 ثانیه، تا خورشیدپرتو آن در کمتر از 8 دقیقه خواهد رسید.
عظیم، اینطور نیست؟ اما وجود سرعت های بیشتر از سرعت نور هنوز ثابت نشده است. بنابراین، دنیای علمی تصمیم گرفت که اندازه گیری مقیاس های کیهانی در واحدهایی که یک موج رادیویی (که به ویژه نور است) در فواصل زمانی معینی حرکت می کند، منطقی است.
فاصله ها
بنابراین، سال نوری- چیزی بیش از مسافتی که یک پرتو نور در یک سال طی می کند. در مقیاس های بین ستاره ای، استفاده از واحدهای فاصله کوچکتر از این چندان منطقی نیست. و با این حال آنها آنجا هستند. در اینجا مقادیر تقریبی آنها آمده است:
1 ثانیه نوری ≈ 300000 کیلومتر؛
1 دقیقه نوری ≈ 18000000 کیلومتر؛
1 ساعت نوری ≈ 1,080,000,000 کیلومتر؛
1 روز نوری ≈ 26,000,000,000 کیلومتر؛
1 هفته نوری ≈ 181,000,000,000 کیلومتر؛
1 ماه نوری ≈ 790,000,000,000 کیلومتر.
حالا، برای اینکه بفهمید اعداد از کجا آمده اند، بیایید محاسبه کنیم که یک برابر است سال نوری.
365 روز در سال، 24 ساعت در روز، 60 دقیقه در یک ساعت و 60 ثانیه در دقیقه وجود دارد. بنابراین، یک سال شامل 365 x 24 x 60 x 60 = 31،536،000 ثانیه است. نور در یک ثانیه 300000 کیلومتر را طی می کند. بنابراین، در یک سال پرتو آن مسافت 31536000 x 300000 = 9460800000000 کیلومتر را پوشش می دهد.
این عدد به این صورت است: نه تریلیون و چهارصد و شصت میلیارد و هشتصد میلیونکیلومتر
البته معنی دقیق سال نوریبا چیزی که ما محاسبه کردیم کمی متفاوت است. اما هنگام توصیف فواصل تا ستاره ها در مقالات علمی عامه پسند، اصولاً به بالاترین دقت نیازی نیست و صد یا دو میلیون کیلومتر در اینجا نقش خاصی نخواهد داشت.
حالا بیایید به آزمایشات فکری خود ادامه دهیم...
مقیاس.
بیایید آن را مدرن فرض کنیم فضاپیمابرگ منظومه شمسیبا سومین سرعت فرار (≈ 16.7 کیلومتر بر ثانیه). اول سال نوریاو در 18000 سال بر آن غلبه خواهد کرد!
4,36 سال نوریبه نزدیکترین منظومه ستاره ای به ما ( آلفا قنطورس، تصویر را در ابتدا ببینید) حدود 78 هزار سال دیگر بر آن غلبه خواهد کرد!
ما کهکشان راه شیریبا قطر تقریبی 100000 سال نوری 1 میلیارد و 780 میلیون سال دیگر عبور خواهد کرد.
در 22 فوریه 2017، ناسا گزارش داد که 7 سیاره فراخورشیدی در اطراف تک ستاره TRAPPIST-1 پیدا شده است. سه مورد از آنها در محدوده فاصله از ستاره قرار دارند که در آن سیاره می تواند آب مایع داشته باشد و آب شرط کلیدی برای حیات است. همچنین گزارش شده است که این منظومه ستاره ای در فاصله 40 سال نوری از زمین قرار دارد.
این پیام سر و صدای زیادی در رسانه ها به پا کرد نوا، اما این درست نیست. اما 40 سال نوری زیاد است، خیلی زیاد است، کیلومترها زیاد است، یعنی فاصله بسیار عظیمی است!
از یک دوره فیزیک، سومین سرعت فرار مشخص است - این سرعتی است که یک جسم باید در سطح زمین داشته باشد تا از محدودیت ها فراتر رود. منظومه شمسی. مقدار این سرعت 16.65 کیلومتر بر ثانیه است. فضاپیمای مداری معمولی با سرعت 7.9 کیلومتر بر ثانیه از زمین بلند می شود و به دور زمین می چرخد. اصولاً سرعت 16-20 کیلومتر بر ثانیه برای فناوری های مدرن زمینی کاملاً قابل دسترسی است، اما نه بیشتر!
بشریت هنوز یاد نگرفته است که سفینه های فضایی را با سرعتی بیشتر از 20 کیلومتر در ثانیه شتاب دهد.
بیایید محاسبه کنیم که چند سال طول می کشد تا یک سفینه فضایی با سرعت 20 کیلومتر در ثانیه پرواز کند تا 40 سال نوری را طی کند و به ستاره TRAPPIST-1 برسد.
یک سال نوری مسافتی است که یک پرتو نور در خلاء طی می کند و سرعت نور تقریباً 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است.
یک سفینه فضایی ساخت بشر با سرعت 20 کیلومتر بر ثانیه پرواز می کند، یعنی 15000 برابر کمتر از سرعت نور. چنین کشتی در زمانی برابر با 40*15000=600000 سال 40 سال نوری را طی خواهد کرد!
کشتی زمین (در سطح مدرنتکنولوژی) در حدود 600 هزار سال به ستاره TRAPPIST-1 خواهد رسید! هومو ساپینس (به گفته دانشمندان) تنها 35-40 هزار سال است که روی زمین وجود داشته است، اما در اینجا به 600 هزار سال می رسد!
در آینده نزدیک، فناوری به انسان اجازه نخواهد داد تا به ستاره TRAPPIST-1 برسد. حتی موتورهای امیدوار کننده (یون، فوتون، بادبان های فضایی و غیره) که در واقعیت زمینی وجود ندارند، تخمین زده می شود که می توانند کشتی را تا سرعت 10000 کیلومتر در ثانیه شتاب دهند، به این معنی که زمان پرواز به TRAPPIST -1 سیستم به 120 سال کاهش می یابد. اکنون زمان کم و بیش قابل قبولی برای پرواز با استفاده از انیمیشن معلق یا برای چندین نسل از مهاجران است، اما امروزه همه این موتورها فوق العاده هستند.
حتی نزدیکترین ستاره‌ها هنوز خیلی دور از مردم هستند، خیلی دور هستند، نه به ستاره‌های کهکشان ما یا دیگر کهکشان‌ها.
قطر کهکشان راه شیری ما تقریباً 100 هزار سال نوری است، یعنی سفر از انتهای تا انتها برای یک کشتی مدرن زمینی 1.5 میلیارد سال خواهد بود! علم نشان می دهد که زمین ما 4.5 میلیارد سال سن دارد و عمر چند سلولی تقریباً 2 میلیارد سال است. فاصله تا نزدیکترین کهکشان به ما - سحابی آندرومدا - 2.5 میلیون سال نوری از زمین - چه فواصل هیولایی!
همانطور که می بینید، از بین تمام انسان های زنده، هیچ کس هرگز پا بر روی زمین سیاره ای نزدیک ستاره دیگری نخواهد گذاشت.
همانطور که می دانید برای اندازه گیری فاصله خورشید تا سیارات و همچنین بین سیارات، دانشمندان به یک واحد نجومی دست یافتند. چیست؟ سال نوری?
اول از همه، لازم به ذکر است که سال نوری نیز یک واحد اندازه گیری پذیرفته شده در نجوم است، اما نه از نظر زمان (آنطور که ممکن است به نظر می رسد، با قضاوت در معنای کلمه "سال")، بلکه از فاصله است.
یک سال نوری برابر است با چیست؟
زمانی که دانشمندان موفق به محاسبه فاصله تا به نزدیکترین ستاره ها، آشکار شد که در دنیای ستاره ای واحد نجومی برای استفاده نامناسب است. برای شروع فرض کنید که فاصله خورشید تا نزدیکترین ستاره تقریباً 4.5 سال نوری است. این بدان معنی است که نور خورشید ما به نزدیکترین ستاره (به هر حال، پروکسیما قنطورس نامیده می شود) 4.5 سال طول می کشد تا طی شود! این فاصله چقدر است؟ بیایید کسی را با ریاضیات خسته نکنیم، فقط توجه داشته باشیم که در یک ثانیه، ذرات نور 300000 کیلومتر پرواز می کنند. یعنی اگر سیگنالی با چراغ قوه به سمت ماه بفرستید، این نور در کمتر از یک و نیم ثانیه در آنجا دیده می شود. نور از خورشید به زمین در 8.5 دقیقه می رسد. پس پرتوهای نور در یک سال چقدر طول می کشد؟
بیایید بلافاصله بگوییم: یک سال نوری تقریباً 10 تریلیون کیلومتر است(تریلیون یک و دوازده صفر است). به طور دقیق تر، 9,460,730,472,581 کیلومتر. اگر مجدداً در واحدهای نجومی محاسبه شود، تقریباً 67000 خواهد بود و این فقط برای نزدیکترین ستاره است.
واضح است که در دنیای ستارگان و کهکشان ها واحد نجومی برای اندازه گیری مناسب نیست. کار در محاسبات با سال نوری آسان تر است.
قابلیت کاربرد در دنیای ستارگان
به عنوان مثال، فاصله زمین تا درخشان ترین ستاره آسمان، سیریوس، 8 سال نوری است. و فاصله از خورشید تا ستاره شمالیحدود 600 سال نوری است. یعنی نور از ما در 600 سال به آنجا می رسد. این تقریباً 40 میلیون واحد نجومی خواهد بود. برای مقایسه، اشاره می کنیم که اندازه (قطر) کهکشان ما است راه شیری- حدود 100000 سال نوری نزدیکترین همسایه ما، یک کهکشان مارپیچی به نام سحابی آندرومدا، 2.52 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد. نشان دادن این موضوع در واحدهای نجومی بسیار ناخوشایند است. اما اجسامی در کیهان وجود دارند که به طور کلی 15 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. بنابراین، شعاع جهان قابل مشاهده 13.77 میلیارد سال نوری است. و جهان کامل، همانطور که مشخص است، فراتر از بخش قابل مشاهده است.
به هر حال، همانطور که ممکن است فکر کنید، قطر جهان قابل مشاهده به هیچ وجه 2 برابر بزرگتر از شعاع نیست. مسئله این است که با گذشت زمان، فضا گسترش می یابد. آن اجرام دوردستی که 13.77 میلیارد سال پیش نور ساطع کردند، حتی دورتر از ما پرواز کردند. امروزه آنها بیش از 46.5 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند. دوبرابر شدن این مقدار 93 میلیارد سال نوری به ما می دهد. این قطر واقعی کیهان قابل مشاهده است. بنابراین اندازه بخشی از فضا که مشاهده می شود (و که به آن متا کهکشان نیز می گویند) همیشه در حال افزایش است.
اندازه گیری چنین فواصل بر حسب کیلومتر یا واحدهای نجومی بی معنی است. صادقانه بگویم، سال های نوری نیز در اینجا مناسب نیستند. اما مردم هنوز چیز بهتری به ذهنشان نرسیده است. اعداد آنقدر زیاد هستند که فقط یک کامپیوتر می تواند آنها را مدیریت کند.
تعریف و ماهیت سال نوری
بنابراین، سال نوری (سال نوری) واحد طول است، نه زمان، که نشان دهنده مسافت طی شده توسط پرتو خورشید در یک سال، یعنی در 365 روز است.. این واحد اندازه گیری برای وضوح آن بسیار راحت است. این به شما امکان می دهد به این سوال پاسخ دهید که اگر پیام الکترومغناطیسی به ستاره خاصی ارسال کنید، پس از چه مدت زمانی می توانید منتظر پاسخ باشید. و اگر این مدت بیش از حد طولانی باشد (مثلاً هزار سال) پس چنین اقداماتی فایده ای ندارد.
اغلب، در فیلم های علمی تخیلی با موضوعات فضایی، می توانید بشنوید: آلفا قنطورس در فاصله 4500 سال نوری از زمین قرار دارد. یا: 200 پارسک برای پرواز باقی مانده است. بلافاصله این سوال مطرح می شود: یک سال نوری چقدر است؟ و آیا برابر با پارسک است؟
یک سال نوری برابر است با چیست؟
طبق تعریف IAU (اتحادیه بین المللی نجوم)، یک سال نوری برابر با مسافتی است که یک فوتون نور در خلاء در یک سال جولیانی طی می کند (که 365.25 روز است که در آن 86400 SI ثانیه وجود دارد). تحت تأثیر میدان های گرانشی سیارات نیست.
این تعریف از سال 1984 صادق است. قبل از این، در محاسبات از ارزش به اصطلاح گرمسیری یا استفاده می شد سال شمسی. مقدار جدید با مقدار قبلی 0.002٪ متفاوت است. اما با توجه به عدم استفاده از این واحد اندازه گیری در محاسبات با دقت بالا، اختلاف 0.002% اهمیت عملی ندارد.
مقادیر عددی اندازه گیری سال نوری
- بر حسب متر - 9,460,730,472,580,800 متر یا 9.46 پتامتر.
- در واحدهای نجومی - 63,241.1 a.u. A.e. میانگین فاصله بین خورشید و زمین است.
- بر حسب پارسک – 0.306601 rs.
در نشریات رایج، استفاده از واحدهای اندازه گیری مرتبط که مسافت طی شده توسط یک فوتون نور را در واحد زمان نشان می دهد، مرسوم است. یک ثانیه نوری برابر با 299792.458 کیلومتر است.
با دانستن فاصله بین زمین و خورشید و ماه، می توان محاسبه کرد که یک پرتو نور در 1.3 ثانیه به سطح ماه می رسد. یک واحد نجومی برابر با 500 ثانیه است.