Da bi razumeli pomen pojma "svetlobno leto", se morate najprej spomniti šolskega tečaja fizike, zlasti razdelka, ki se nanaša na hitrost svetlobe. Torej, hitrost svetlobe v vakuumu, kjer nanjo ne vplivajo različni dejavniki, kot sta gravitacija in magnetna polja, suspendiranih delcev, loma prosojnega medija itd., je 299.792,5 kilometrov na sekundo. Morate razumeti, da v tem primeru svetloba pomeni tisto, kar zaznava človeški vid.
Manj znane enote za razdaljo so svetlobni mesec, teden, dan, ura, minuta in sekunda.Dolgo časa je svetloba veljala za neskončno količino in prvi, ki je izračunal približno hitrost svetlobnih žarkov v vakuumu, je bil sredi 17. stoletja astronom Olaf Roemer. Seveda so bili njegovi podatki zelo približni, vendar je pomembno že samo dejstvo določitve končne vrednosti hitrosti. Leta 1970 je bila določena svetlobna hitrost natančno do enega metra na sekundo. Natančnejši rezultati še niso bili doseženi, saj so se pojavile težave z napako etalona števca.
Svetlobno leto in druge razdalje
Ker so razdalje ogromne, bi bilo njihovo merjenje v konvencionalnih enotah neracionalno in neprijetno. Na podlagi teh premislekov je bilo uvedeno posebno - svetlobno leto, to je razdalja, ki jo svetloba prepotuje v tako imenovanem julijanskem letu (enako 365,25 dni). Glede na to, da vsak dan vsebuje 86.400 sekund, lahko izračunamo, da svetlobni žarek v enem letu prepotuje razdaljo nekaj več kot 9,4 kilometra. Ta vrednost se zdi ogromna, vendar je na primer razdalja do najbližje zvezde Zemlji, Proksime Kentavra, 4,2 leta, premer galaksije Rimske ceste pa presega 100.000 svetlobnih let, torej vizualna opazovanja, ki jih je mogoče narediti zdaj odražajo sliko, ki je obstajala pred več sto tisoč leti.
Svetlobni žarek prepotuje razdaljo od Zemlje do Lune v približno sekundi, vendar sončna svetloba Da dosežemo naš planet, potrebujemo več kot osem minut.
V profesionalni astrofiziki se koncept svetlobnega leta redko uporablja. Znanstveniki uporabljajo predvsem enote, kot sta parsek in astronomska enota. Parsek je razdalja do namišljene točke, s katere je polmer Zemljine orbite viden pod kotom ene ločne sekunde (1/3600 stopinje). Povprečni polmer orbite, to je razdalja od Zemlje do Sonca, se imenuje astronomska enota. En parsek je enak približno trem svetlobnim letom ali 30,8 bilijona kilometrov. Astronomska enota je približno enaka 149,6 milijona kilometrov.
Zagotovo, ko sem v kakšnem znanstvenofantastičnem akcijskem filmu slišal izraz a la "dvajset do Tatooina" svetlobna leta«, so mnogi postavljali upravičena vprašanja. Nekaj jih bom omenil:
Ali ni eno leto čas?
Kaj je potem svetlobno leto?
Koliko kilometrov je?
Kako dolgo bo trajalo premagovanje svetlobno leto vesoljska ladja z Zemlja?
Odločil sem se, da današnji članek posvetim razlagi pomena te merske enote, njeni primerjavi z našimi običajnimi kilometri in prikazu lestvice, s katero deluje Vesolje.
Virtualni dirkač.
Predstavljajmo si človeka, ki v nasprotju z vsemi pravili drvi po avtocesti s hitrostjo 250 km/h. V dveh urah bo prevozil 500 km, v štirih pa kar 1000. Če se seveda pri tem ne zaleti ...
Zdi se, da je to hitrost! Ampak zato, da bi šel okoli celega globus(≈ 40.000 km), bo naš dirkač potreboval 40-krat več časa. In to je že 4 x 40 = 160 ur. Ali skoraj cel teden neprekinjena vožnja!
Na koncu pa ne bomo rekli, da je prehodil 40.000.000 metrov. Kajti lenoba nas je vedno silila v izumljanje in uporabo krajših alternativnih merskih enot.
Omejitev.
Od šolski tečaj fizikov, bi morali vsi vedeti, da najhitrejši jezdec v Vesolje- svetloba. V eni sekundi njegov žarek preleti razdaljo približno 300.000 km in tako bo svet obkrožil v 0,134 sekunde. To je 4.298.507-krat hitreje kot naš virtualni dirkač!
Od Zemlja do Luna svetloba doseže v povprečju 1,25 s, do sonce njegov žarek bo dosegel v nekaj več kot 8 minutah.
Kolosalno, kajne? Toda obstoj hitrosti, večje od svetlobne, še ni dokazan. Zato se je znanstveni svet odločil, da bi bilo logično vesoljske razsežnosti meriti v enotah, ki jih radijski val (kar svetloba sploh je) prepotuje v določenih časovnih intervalih.
Razdalje.
torej svetlobno leto- nič več kot razdalja, ki jo svetlobni žarek prepotuje v enem letu. Na medzvezdnih lestvicah uporaba manjših enot razdalje od te ni preveč smiselna. Pa vendar so tam. Tu so njihove približne vrednosti:
1 svetlobna sekunda ≈ 300.000 km;
1 svetlobna minuta ≈ 18.000.000 km;
1 svetlobna ura ≈ 1.080.000.000 km;
1 svetlobni dan ≈ 26.000.000.000 km;
1 svetlobni teden ≈ 181.000.000.000 km;
1 svetlobni mesec ≈ 790.000.000.000 km.
Zdaj, da boste razumeli, od kod izvirajo števila, izračunajmo, čemu je ena enaka svetlobno leto.
V letu je 365 dni, dan 24 ur, ura 60 minut in minuta 60 sekund. Tako je leto sestavljeno iz 365 x 24 x 60 x 60 = 31.536.000 sekund. V eni sekundi svetloba prepotuje 300.000 km. Zato bo njegov žarek v enem letu preletel razdaljo 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.
Ta številka se glasi takole: DEVET BILIJONOV ŠTIRISTO ŠESTDESET MILIJARD OSEMSTO MILIJONOV kilometrov.
Seveda točen pomen svetlobna leta nekoliko drugačna od tistega, kar smo izračunali. Toda pri opisovanju razdalj do zvezd v poljudnoznanstvenih člankih največja natančnost načeloma ni potrebna in sto ali dva milijona kilometrov tu ne bo igralo posebne vloge.
Zdaj pa nadaljujmo naše miselne eksperimente ...
Lestvica.
Predpostavimo, da moderno vesoljsko plovilo listi sončni sistem s tretjo ubežno hitrostjo (≈ 16,7 km/s). najprej svetlobno leto premagal ga bo v 18.000 letih!
4,36 svetlobna leta do nam najbližjega zvezdnega sistema ( Alfa Kentavra, glej sliko na začetku) bo premagal v približno 78 tisoč letih!
Naš Galaksija Rimska cesta, s premerom približno 100.000 svetlobna leta, bo prešla čez 1 milijardo 780 milijonov let.
22. februarja 2017 je NASA poročala, da so okoli ene same zvezde TRAPPIST-1 našli 7 eksoplanetov. Tri izmed njih so v razponu oddaljenosti od zvezde, v katerem je lahko na planetu tekoča voda, voda pa je ključni pogoj za življenje. Poroča se tudi, da se ta zvezdni sistem nahaja na razdalji 40 svetlobnih let od Zemlje.
To sporočilo je povzročilo veliko hrupa v medijih; nekateri so celo mislili, da je človeštvo le korak stran od izgradnje novih naselij v bližini nova, ampak to ni res. Ampak 40 svetlobnih let je veliko, to je VELIKO, to je preveč kilometrov, to je, to je pošastno gromozanska razdalja!
Iz tečaja fizike je znana tretja ubežna hitrost - to je hitrost, ki jo mora imeti telo na površini Zemlje, da lahko preseže meje sončni sistem. Vrednost te hitrosti je 16,65 km/s. Konvencionalna orbitalna vesoljska plovila vzletijo s hitrostjo 7,9 km/s in krožijo okoli Zemlje. Načeloma je hitrost 16-20 km/s povsem dostopna sodobnim zemeljskim tehnologijam, vendar ne več!
Človeštvo se še ni naučilo pospešiti vesoljskih ladij hitreje od 20 km/s.
Izračunajmo, v koliko letih bo zvezdna ladja, ki leti s hitrostjo 20 km/s, prepotovala 40 svetlobnih let in dosegla zvezdo TRAPPIST-1.
Eno svetlobno leto je razdalja, ki jo prepotuje žarek svetlobe v vakuumu, hitrost svetlobe pa je približno 300 tisoč km/s.
Vesoljska ladja, ki jo je izdelal človek, leti s hitrostjo 20 km/s, kar je 15.000-krat počasneje od svetlobne hitrosti. Takšna ladja bo preletela 40 svetlobnih let v času, ki je enak 40*15000=600000 let!
Zemeljska ladja (at sodoben nivo tehnologija) bo dosegel zvezdo TRAPPIST-1 v približno 600 tisoč letih! Homo sapiens obstaja na Zemlji (po mnenju znanstvenikov) le 35-40 tisoč let, tukaj pa kar 600 tisoč let!
V bližnji prihodnosti tehnologija ljudem ne bo dovolila doseči zvezde TRAPPIST-1. Celo obetavni motorji (ionski, fotonski, vesoljska jadra itd.), ki v zemeljski realnosti ne obstajajo, naj bi lahko pospešili ladjo do hitrosti 10.000 km/s, kar pomeni, da čas leta do TRAPPISTA -1 sistem se bo zmanjšal na 120 let. To je že bolj ali manj sprejemljiv čas za letenje s pomočjo suspendirane animacije ali za več generacij priseljencev, danes pa so vsi ti motorji fantastični.
Tudi najbližje zvezde so še vedno predaleč od ljudi, predaleč, da o zvezdah naše Galaksije ali drugih galaksij niti ne govorimo.
Premer naše galaksije Mlečna cesta je približno 100 tisoč svetlobnih let, kar pomeni, da bo potovanje od konca do konca sodobne zemeljske ladje trajalo 1,5 milijarde let! Znanost kaže, da je naša Zemlja stara 4,5 milijarde let, večcelično življenje pa približno 2 milijardi let. Razdalja do nam najbližje galaksije – Andromedine meglice – 2,5 milijona svetlobnih let od Zemlje – kakšne pošastne razdalje!
Kot lahko vidite, od vseh živih ljudi nihče ne bo nikoli stopil na Zemljo planeta blizu druge zvezde.
Kot veste, so si znanstveniki za merjenje razdalje od Sonca do planetov in med planeti izmislili astronomsko enoto. kaj je svetlobno leto?
Najprej je treba opozoriti, da je svetlobno leto tudi merska enota, sprejeta v astronomiji, vendar ne za čas (kot se morda zdi, sodeč po pomenu besede "leto"), ampak za razdaljo.
Čemu je enako svetlobno leto?
Ko je znanstvenikom uspelo izračunati razdalje do do najbližjih zvezd, je postalo očitno, da je v zvezdnem svetu astronomska enota neprimerna za uporabo. Za začetek povejmo, da je razdalja od Sonca do najbližje zvezde približno 4,5 svetlobnih let. To pomeni, da svetloba od našega Sonca do najbližje zvezde (mimogrede, imenuje se Proksima Kentavra) potuje 4,5 leta! Kako daleč je ta razdalja? Naj nikogar ne utrujamo z matematiko, omenimo le, da delci svetlobe v sekundi preletijo 300.000 kilometrov. Se pravi, če pošljete signal s svetilko proti Luni, bo ta svetloba tam vidna v manj kot sekundi in pol. Svetloba potuje od Sonca do Zemlje v 8,5 minutah. Koliko časa torej potujejo svetlobni žarki v enem letu?
Povejmo takoj: svetlobno leto je približno 10 trilijonov kilometrov(bilijon je ena, ki ji sledi dvanajst ničel). Natančneje 9.460.730.472.581 kilometrov. Če preračunamo v astronomske enote, bo približno 67.000 In to samo za najbližjo zvezdo!
Jasno je, da v svetu zvezd in galaksij astronomska enota ni primerna za meritve. Lažje je računati s svetlobnimi leti.
Uporabnost v zvezdnem svetu
Na primer, razdalja od Zemlje do najsvetlejše zvezde na nebu, Siriusa, je 8 svetlobnih let. In razdalja od Sonca do Severnica je približno 600 svetlobnih let. To pomeni, da svetloba od nas pride tja v 600 letih. To bi bilo približno 40 milijonov astronomskih enot. Za primerjavo poudarimo, da je velikost (premer) naše Galaksije mlečna pot- približno 100.000 svetlobnih let. Naša najbližja soseda, spiralna galaksija, imenovana meglica Andromeda, je od Zemlje oddaljena 2,52 milijona svetlobnih let. To je zelo neprijetno navesti v astronomskih enotah. Toda v vesolju obstajajo objekti, ki so na splošno od nas oddaljeni 15 milijard svetlobnih let. Tako je polmer opazovanega vesolja 13,77 milijarde svetlobnih let. In celotno vesolje, kot je znano, sega onkraj opazovanega dela.
Mimogrede, premer opazovanega vesolja sploh ni 2-krat večji od polmera, kot bi si mislili. Stvar je v tem, da se sčasoma prostor širi. Tisti oddaljeni predmeti, ki so oddajali svetlobo pred 13,77 milijardami let, so odleteli še dlje od nas. Danes so oddaljeni več kot 46,5 milijarde svetlobnih let. Če to podvojimo, dobimo 93 milijard svetlobnih let. To je pravi premer opazovanega vesolja. Velikost dela vesolja, ki ga opazujemo (in ga imenujemo tudi metagalaksija), torej ves čas narašča.
Merjenje takih razdalj v kilometrih ali astronomskih enotah nima smisla. Če sem iskren, tudi svetlobna leta ne sodijo ravno tukaj. Toda ljudje se še niso domislili nič boljšega. Številke so tako ogromne, da jih lahko obvlada le računalnik.
Opredelitev in bistvo svetlobnega leta
torej svetlobno leto (svetlobno leto) je enota za dolžino in ne za čas, ki predstavlja razdaljo, ki jo prehodi sončni žarek v enem letu, torej v 365 dneh. Ta merska enota je zelo priročna zaradi svoje jasnosti. Omogoča vam odgovor na vprašanje, po kolikšnem času lahko pričakujete odgovor, če pošljete elektromagnetno sporočilo določeni zvezdi. In če je to obdobje predolgo (na primer tisoč let), potem takšna dejanja nimajo smisla.
Pogosto v znanstvenofantastičnih filmih o vesoljskih temah lahko slišite: Alpha Centauri se nahaja na razdalji 4500 svetlobnih let od Zemlje. Ali: za let imamo še 200 parsekov. Takoj se pojavi vprašanje: koliko je svetlobno leto? In ali je enako parseku?
Čemu je enako svetlobno leto?
Po definiciji IAU (International Astronomical Union) je svetlobno leto enako razdalji, ki jo foton svetlobe prepotuje v vakuumu v enem julijanskem letu (kar je 365,25 dni, v katerih je 86.400 SI sekund), ko nanj ne vplivajo gravitacijska polja planetov.
Ta definicija velja od leta 1984. Pred tem so v izračunih uporabljali vrednost tako imenovane tropske oz sončno leto. Nova vrednost se od stare razlikuje za 0,002 %. Toda zaradi dejstva, da se ta merska enota ne uporablja pri izračunih z visoko natančnostjo, razlika 0,002% nima praktičnega pomena.
Številčne vrednosti meritev svetlobnega leta
- V metrih - 9.460.730.472.580.800 m ali 9,46 petametrov.
- V astronomskih enotah - 63.241,1 a.e. A.e. je povprečna razdalja med Soncem in Zemljo.
- V parsekih - 0,306601 rs.
V priljubljenih publikacijah je običajno uporabljati sorodne merske enote, ki prikazujejo razdaljo, ki jo prepotuje foton svetlobe na časovno enoto. Ena svetlobna sekunda je enaka 299.792,458 km.
Če poznamo razdaljo med Zemljo in Soncem ter Luno, lahko izračunamo, da svetlobni žarek doseže površino Lune v 1,3 sekunde. Astronomska enota je enaka 500 sekundam.