Для того чтобы осознать смысл понятия «световой год», сначала необходимо вспомнить школьный курс физики, особенно тот его раздел, который касается скорости света. Итак, скорость света в вакууме, где на него не воздействуют различные факторы, такие как гравитационные и магнитные поля, взвешенные частицы, преломление прозрачной среды и прочее, составляет 299 792,5 километра в секунду. Нужно понимать, что в данном случае под светом подразумеваются , воспринимаемые человеческим зрением.
Менее известными единицами измерения расстояния являются световой месяц, неделя, сутки, час, минута и секунда.Достаточно долгое света считалась бесконечной величиной, а первым человеком, вычислившим примерную скорость световых лучей в вакууме, стал астроном Олаф Ремер в середине XVII века. Конечно, его данные были весьма приблизительны, но важен сам факт определения конечного значения скорости. В 1970 году скорость света была определена с точностью до одного метра в секунду. Более точных результатов добиться не удалось до сих пор, так как возникли проблемы с погрешностью эталона метра.
Световой год и другие расстояния
Поскольку расстояния в огромны, измерение их в привычных единицах было бы нерациональным и неудобным. Исходя из этих соображений, была введена специальная – световой год, то есть расстояние, которое свет проходит за так называемый юлианский год (равный 365,25 суток). Учитывая, что каждые сутки содержат в себе 86 400 секунд, можно вычислить, что за год луч света преодолевает расстояние нескольким более 9,4 километров. Эта величина кажется огромной, однако, например, расстояние до ближайшей к Земле звезды Проксимы Центавра составляет 4,2 года, а диаметр галактики Млечный Путь превышает 100 000 световых лет, то есть те визуальные наблюдения, которые можно сделать сейчас, отображают картину, существовавшую около сотни тысяч лет назад.
Луч света преодолевает расстояние от Земли до Луны примерно за секунду, а вот солнечный свет добирается до нашей планеты больше восьми минут.
В профессиональной астрофизике понятие светового года используется редко. Ученые преимущественно оперируют такими единицами, как парсек и астрономическая единица. Парсек – это расстояние до воображаемой точки, с которой радиус орбиты Земли виден под углом в одну угловую секунду (1/3600 градуса). Средний радиус орбиты, то есть расстояние от Земли до Солнца, называется астрономической единицей. Парсек равен примерно трем световым годам или 30,8 триллиона километров. Астрономическая единица приблизительно равна 149,6 миллиона километров.
Наверняка, услышав в каком-нибудь фантастическом боевике выражение а-ля «до Татуина двадцать световых лет », многие задавались закономерными вопросами. Озвучу некоторые из них:
Разве год – это не время?
Тогда что же такое световой год ?
Сколько в нем километров?
За сколько преодолеет световой год космический корабль с Земли ?
Сегодняшнюю статью я решил посвятить объяснению значения этой единицы измерения, сравнению ее с нашими привычными километрами и демонстрации масштабов, которыми оперирует Вселенная .
Виртуальный гонщик.
Представим себе человека, в нарушение всех правил несущегося по шоссе со скоростью 250 км/ч. За два часа он преодолеет 500 км, а за четыре – целых 1000. Если, конечно, не разобьется в процессе…
Казалось бы, вот это скорость! Но для того, чтобы обогнуть весь земной шар (≈ 40 000 км), нашему гонщику понадобится в 40 раз больше времени. А это уже 4 х 40 = 160 часов. Или почти целая неделя непрерывной езды!
В итоге, однако, мы не скажем, что он преодолел 40 000 000 метров. Так как лень всегда заставляла нас придумывать и употреблять более короткие альтернативные единицы измерения.
Предел.
Из школьного курса физики каждому должно быть известно, что самый быстрый ездок во Вселенной – свет. За одну секунду его луч преодолевает расстояние примерно 300 000 км, а земной шар, таким образом, он обогнет за 0,134 секунды. Это в 4 298 507 раз быстрее, чем наш виртуальный гонщик!
От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.
Колоссально, не так ли? А ведь пока не доказано существование скоростей, больших скорости света. Поэтому ученый мир решил, что логично будет измерять космические масштабы в единицах, которые за определенные интервалы времени проходит радиоволна (коей свет, в частности, и является).
Расстояния.
Таким образом, световой год — ни что иное, как расстояние, которое луч света преодолевает за один год. В межзвездных масштабах использовать единицы расстояния, меньшие этой, не имеет особого смысла. И все же они есть. Вот их приближенные значения:
1 световая секунда ≈ 300 000 км;
1 световая минута ≈ 18 000 000 км;
1 световой час ≈ 1 080 000 000 км;
1 световые сутки ≈ 26 000 000 000 км;
1 световая неделя ≈ 181 000 000 000 км;
1 световой месяц ≈ 790 000 000 000 км.
А теперь, чтобы вы понимали, откуда берутся цифры, вычислим, чему равен один световой год .
В году 365 суток, в сутках 24 часа, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Таким образом, год состоит из 365 х 24 х 60 х 60 = 31 536 000 секунд. За одну секунду свет проходит 300 000 км. Следовательно, за год его луч преодолеет расстояние 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Это число читается так: ДЕВЯТЬ ТРИЛЛИОНОВ, ЧЕТЫРЕСТА ШЕСТЬДЕСЯТ МИЛЛИАРДОВ И ВОСЕМЬСОТ МИЛЛИОНОВ километров.
Конечно, точное значение светового года слегка отличается от вычисленного нами. Но при описании расстояний до звезд в научно-популярных статьях высочайшая точность в принципе не нужна, и сотня-другая миллионов километров здесь особой роли не сыграют.
А теперь продолжим наши мысленные эксперименты…
Масштабы.
Предположим, что современный космический корабль покидает Солнечную систему с третьей космической скоростью (≈ 16,7 км/с). Первый световой год он преодолеет за 18000 лет!
4,36 световых года до ближайшей к нам звездной системы (Альфы Центавра , см. изображение в начале) он преодолеет примерно за 78 тысяч лет!
Нашу галактику Млечный Путь , имеющую в поперечнике примерно 100 000 световых лет , он пересечет за 1 млрд. 780 млн. лет.
22 февраля 2017 года NASA сообщило, что у одиночной звезды TRAPPIST-1 найдены 7 экзопланет. Три из них находятся в том диапазоне расстояний от звезды, в котором планета может иметь жидкую воду, а вода - это ключевой условие для жизни. Сообщается также, что данная звездная система находится на расстоянии в 40 световых лет от Земли.
Это сообщение наделало много шума в СМИ, кое-кому даже показалось, что человечество находится в шаге от строительства новых поселений у новой звезды, но это не так. Но 40 световых лет - это много, это МНОГО, это слишком много километров, то есть это чудовищно колоссальное расстояние!
Из курса физики известна третья космическая скорость - это такая скорость, которую должно иметь тело у поверхности Земли, чтобы выйти за пределы Солнечной системы. Значение этой скорости равно 16,65 км/сек. Обычные орбитальные космические корабли стартуют со скоростью 7,9 км/сек, и вращаются вокруг Земли. В принципе, скорость в 16-20 км/сек, является вполне доступной современным земным технологиям, но не более!
Человечество еще не научилось разгонять космические корабли быстрее, чем 20 км/сек.
Рассчитаем, сколько лет понадобиться звездолету, летящему со скоростью в 20 км/сек, чтобы преодолеть 40 световых лет и достичь звезды TRAPPIST-1.
Один световой год - это расстояние, которое проходит луч света в вакууме, а скорость света равна примерно 300 тыс. км/сек.
Космический корабль, сделанный руками людей, летит со скоростью в 20 км/сек, то есть в 15000 раз медленнее скорости света. 40 световых лет такой корабль преодолеет за время равное 40*15000=600000 лет!
Земной корабль (при современном уровне технологии) долетит до звезды TRAPPIST-1 примерно за 600 тыс. лет! Человек разумный существует на Земле (по мнению ученых) всего 35-40 тыс. лет, а тут целых 600 тыс. лет!
В ближайшее время технологии не позволят человеку достичь звезды TRAPPIST-1. Даже перспективные двигатели (ионные, фотонные, космические паруса и т.д.), которых нет в земной реальности, оценочно, могут разогнать корабль до скорости в 10000 км/сек, а значит, время полета до системы TRAPPIST-1 сократится до 120 лет. Это уже более-менее приемлемое время для полета с помощью анабиоза или для нескольких поколений переселенцев, но на сегодняшний день все эти двигатели - фантастика.
Даже ближайшие звезды пока еще слишком далеки от людей, слишком далеки, не говоря уже о звездах нашей Галактики или других галактиках.
Поперечник нашей галактики Млечный Путь составляет примерно 100 тыс. световых лет, то есть путь из конца в конец для современного земного корабля составит 1,5 млрд. лет! Наука предполагает, что нашей Земле 4,5 млрд. лет, а многоклеточной жизни примерно 2 млрд. лет. Расстояние до ближайшей к нам галактики - Туманности Андромеды - 2,5 млн. световых лет от Земли - какие чудовищные расстояния!
Как видно, из всех ныне живущих людей никто и никогда не ступит ногой на землю планеты у другой звезды.
Как вы знаете, для измерения расстояний от Солнца до планет, а также между планетами ученые придумали астрономическую единицу. А что такое световой год ?
Прежде всего, необходимо отметить, что световой год - тоже единица измерения, принятая в астрономии, однако не времени (как может показаться, если судить по значению слова «год»), а расстояния.
Чему равен световой год
Когда ученым удалось рассчитать расстояния к ближайшим звездам, стало очевидно, что в звёздном мире астрономическая единица неудобна для применения. Скажем для начала, что расстояние от Солнца до ближайшей звезды составляет примерно 4,5 световых года. Это означает, что свет от нашего Солнца к ближайшей звезде (называется она, кстати, Проксима Центавра) летит 4,5 года! Насколько велико это расстояние? Не будем никого утомлять математикой, отметим лишь, что за секунду частицы света пролетают 300 000 километров. То есть, если послать фонариком сигнал в сторону Луны, этот свет увидят там менее чем через полторы секунды. От Солнца до Земли свет доходит за 8,5 минут. А сколько же тогда лучи света пролетают за год?
Сразу скажем: световой год равен примерно 10 триллионам километров (триллион - это единица с двенадцатью нулями). Точнее, 9 460 730 472 581 километр. Если пересчитать в астрономических единицах, то это будет примерно 67 000. И это только к ближайшей звезде!
Ясно, что в мире звезд и галактик астрономическая единица не пригодна для измерений. Проще оперировать в вычислениях световыми годами.
Применимость в звёздном мире
Например, расстояние от Земли до самой яркой на небе звезды Сириуса составляет 8 световых лет. А расстояние от Солнца до Полярной звезды составляет около 600 световых лет. То есть, свет от нас добирается туда за 600 лет. Это будет примерно 40 миллионов астрономических единиц. Для сопоставления укажем, что размер (диаметр) нашей Галактики - Млечного пути - около 100 000 световых лет. Ближайшая наша соседка - спиральная галактика, которая называется Туманность Андромеды, отдалена от Земли на расстояние 2,52 миллиона световых лет. Очень неудобно указывать это в астрономических единицах. А ведь есть во Вселенной объекты, отдаленные от нас вообще на 15 миллиардов световых лет. Так, радиус наблюдаемой Вселенной составляет 13,77 миллиарда световых лет. А полная Вселенная, как известно, простирается дальше наблюдаемой части.
Кстати, диаметр наблюдаемой Вселенной вовсе не в 2 раза больше радиуса, как можно подумать. Всё дело в том, что с течением времени космос расширяется. Те далёкие объекты, которые испустили свет 13,77 миллиарда лет назад, улетели ещё дальше от нас. Сегодня они более чем в 46,5 миллиардах световых лет от нас. Удвоив это, получаем 93 миллиарда световых лет. Это и есть истинный диаметр наблюдаемой Вселенной. Так что размеры части космоса, за которой наблюдают (и которую называют еще Метагалактикой), всё время увеличиваются.
Измерять такие расстояния в километрах или астрономических единицах не имеет никакого смысла. Честно говоря, не совсем подходят тут и световые годы. Но ничего лучшего люди пока еще не придумали. Числа выходят настолько огромными, что с ними может справиться лишь компьютер.
Определение и сущность светового года
Таким образом, световой год (св. г.) - это единица длины, а не времени, которая представляет собой расстояние, проходимое солнечным лучом за год, то есть за 365 дней . Данная единица измерения очень удобна своей наглядностью. Она позволяет ответить на вопрос, через какой период времени можно ожидать ответ, если к определённой звезде отправить электромагнитное сообщение. И если это срок слишком велик (например, составляет тысячу лет), то смысла в таких действиях нет.
Часто, в фантастическом кино на космическую тематику, можно услышать: Альфа Центавра находится от Земли на расстоянии 4500 световых лет. Или: нам осталось лететь 200 парсек. Сразу возникает вопрос: световой год, это сколько? И равен ли он парсеку?
Чему равен световой год
По определению МАК (Международный астрономический союз) световой год равен расстоянию, которое пройдёт фотон света в вакууме, за один юлианский год (составляет 365,25 суток, в которых 86 400 секунд по СИ), когда на него не влияют гравитационные поля планет.
Это определение верно с 1984 года. До этого, в расчётах использовали величину, так называемого, тропического или солнечного года. Новое значение отличается от старого на 0,002%. Но, в связи с тем, что эта единица измерения не применяется в высокоточных вычислениях, разница на 0,002% не имеет практического значения.
Числовые значения измерения светового года
- В метрах - 9 460 730 472 580 800 м, или 9,46 петаметров.
- В астрономических единицах - 63 241,1 а.е. А.е. – это среднее расстояние между Солнцем и Землёй.
- В парсеках – 0,306601 рс.
В популярных изданиях принято использовать связанные единицы измерения, которые показывают пройденное фотоном света расстояние за единицу времени. Одна световая секунда равна 299 792,458 км.
Зная расстояние между Землёй и Солнцем с Луной, можно подсчитать, что луч света достигает поверхности Луны за 1,3 секунды. А астрономическая единица равна 500 секундам.