Світловий день дорівнює. Скільки триває світловий рік у космічному вимірі
Напевно, почувши в якомусь фантастичному бойовику вираз а-ля «до Татуїна двадцять. світлових років», багато хто ставився закономірними питаннями. Озвучу деякі з них:
Хіба рік це не час?
Тоді що ж таке світловий рік?
Скільки у ньому кілометрів?
За скільки подолає світловий ріккосмічний корабель з Землі?
Сьогоднішню статтю я вирішив присвятити поясненню значення цієї одиниці виміру, порівнянню її з нашими звичними кілометрами та демонстрації масштабів, якими оперує Всесвіт.
Віртуальний гонщик.
Уявімо собі людину, порушуючи всі правила, що несеться по шосе зі швидкістю 250 км/год. За дві години він подолає 500 км, а за чотири – цілих 1000. Якщо, звичайно, не розіб'ється у процесі…
Здавалося б, ось це швидкість! Але для того, щоб обійти весь земну кулю(≈ 40 000 км), нашому гонщику знадобиться у 40 разів більше часу. А це вже 4х40 = 160 годин. Або майже цілий тиждень безперервної їзди!
У результаті, однак, ми не скажемо, що він подолав 40 000 000 метрів. Так як лінь завжди змушувала нас вигадувати і використовувати коротші альтернативні одиниці виміру.
Межа.
З шкільного курсуфізики кожному має бути відомо, що найшвидший їздок у Всесвіту- Світло. За одну секунду його промінь долає відстань приблизно 300 000 км, а земна куля, таким чином, вона обігне за 0,134 секунди. Це в 4298507 разів швидше, ніж наш віртуальний гонщик!
Від Землідо Місяцясвітло доходить у середньому за 1,25 с, до Сонцяа його промінь домчить трохи більше, ніж за 8 хвилин.
Колосально, чи не так? Адже поки не доведено існування швидкостей, більших швидкостейсвітла. Тому вчений світвирішив, що логічно вимірюватиме космічні масштабив одиницях, які за певні інтервали часу проходить радіохвиля (яке світло, зокрема, і є).
Відстань.
Таким чином, світловий рік- ні що інше, як відстань, яку промінь світла долає за один рік. У міжзоряних масштабах використовувати одиниці відстані, менші за цю, не має особливого сенсу. І все-таки вони є. Ось їх наближені значення:
1 світлова секунда - 300 000 км;
1 світлова хвилина ≈ 18000000 км;
1 світлова година ≈ 1080000000 км;
1 світлова доба ≈ 26 000 000 000 км;
1 світловий тиждень ≈ 181 000 000 000 км;
1 світловий місяць ≈ 790 000 000 000 км.
А тепер, щоб ви розуміли, звідки беруться цифри, обчислимо, до чого дорівнює один світловий рік.
У році 365 діб, на добу 24 години, у годині 60 хвилин, а в хвилині 60 секунд. Таким чином, рік складається з 365 х 24 х 60 х 60 = 31536000 секунд. За секунду світло проходить 300 000 км. Отже, протягом року його промінь подолає відстань 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Це число читається так: Дев'ять трильйонів, чотириста шістдесят мільярдів і вісімсот мільйонівкілометрів.
Звісно, точне значення світлового року трохи відрізняється від обчисленого нами. Але при описі відстаней до зірок у науково-популярних статтях найвища точність у принципі не потрібна, і сотня-друга мільйонів кілометрів тут особливої ролі не зіграють.
А тепер продовжимо наші мисленні експерименти…
Масштаби.
Припустимо, що сучасний космічний корабельзалишає Сонячну системуіз третьою космічною швидкістю (≈ 16,7 км/с). Перший світловий ріквін подолає за 18 000 років!
4,36 світлових роківдо найближчої до нас зіркової системи ( Альфи Центавра, див. зображення на початку) він подолає приблизно за 78 тисяч років!
Нашу галактику Чумацький Шлях, що має в діаметрі приблизно 100 000 світлових років, він перетне за 1 млрд. 780 млн. років.
Так чи інакше, у своїй повсякденному життіми вимірюємо відстані: до найближчого супермаркету, до будинку родичів в іншому місті, і так далі. Однак коли йдеться про безкраї космічні простори, з'ясовується, що використання знайомих нам значень на кшталт кілометрів вкрай нераціональне. І справа тут уже не тільки в складності сприйняття гігантських значень, а в кількості цифр у них. Проблемою стане навіть саме написання такої кількості нулів. Наприклад, від Марса до Землі найкоротша відстань – 55,7 млн. кілометрів. Шість нулів! Адже червона планета - одна з найближчих наших сусідок на небі. Як використовувати громіздкі цифри, які вийдуть при обчисленні відстані навіть до найближчих зірок? І саме тепер нам потрібна така величина, як світловий рік. Скільки він дорівнює? Зараз розберемося.
Поняття про світловий рік також тісно пов'язане з релятивістською фізикою, у якій тісний зв'язокі взаємну залежність простору та часу було встановлено ще на початку XX століття, коли руйнувалися постулати ньютонівської механіки. До цього значення відстані, більш масштабні одиниці виміру в системі
утворювалися досить просто: кожна наступна була сукупність одиниць дрібнішого порядку (сантиметри, метри, кілометри і так далі). У разі світлового року відстань була прив'язана до часу. Сучасній науцівідомо, що швидкість поширення світла у вакуумі стала. Більше того, вона є максимальною швидкістю у природі, допустимою у сучасній релятивістській фізиці. Саме ці уявлення було закладено основою нового значення. Світловий рік дорівнює відстані, яка промінь світла проходить за один земний календарний рік. У кілометрах це приблизно 9,46*1015 кілометрів. Цікаво, що до найближчого Місяця фотон долає відстань за 1,3 секунди. До Сонця – близько восьми хвилин. А ось до наступних найближчих зірок Альфи і вже близько чотирьох світлових років.
Просто фантастична відстань. Існує в астрофізиці і ще більший захід простору. Світловий рік дорівнює приблизно одній третині парсека, ще більшої одиниці виміру міжзоряних відстаней.
Швидкість поширення світла у різних умовах
До речі, є ще й така особливість, що фотони можуть з різною швидкістю поширюватися різному середовищі. Ми вже знаємо, як швидко вони летять у вакуумі. І коли говорять про те, що світловий рік дорівнює відстані, подоланій світлом за рік, мають на увазі саме порожнє космічний простір. Однак цікаво відзначити, що в інших умовах швидкість світла може бути меншою. Наприклад, в повітряному середовищіфотони розбігаються з дещо меншою швидкістю, ніж у вакуумі. З якого саме - залежить від конкретного стану атмосфери. Таким чином, у наповненому газом середовищі світловий рік дорівнював би меншого значення. Втім, воно несуттєво відрізнялося б від прийнятого.
22 лютого 2017 року NASA повідомило, що у одиночної зірки TRAPPIST-1 знайдено 7 екзопланет. Три з них знаходяться в діапазоні відстаней від зірки, в якому планета може мати рідку воду, А вода - це ключова умова для життя. Повідомляється також, що ця зіркова системазнаходиться на відстані 40 світлових років від Землі.
Це повідомлення наробило багато шуму в ЗМІ, декому навіть здалося, що людство знаходиться за крок від будівництва нових поселень у нової зірки, але це не так. Але 40 світлових років - це багато, це багато, це занадто багато кілометрів, тобто це жахливо колосальна відстань!
З курсу фізики відома третя космічна швидкість- це така швидкість, яку має мати тіло на поверхні Землі, щоб вийти за межі Сонячна система. Значення цієї швидкості дорівнює 16,65 км/сек. Звичайні орбітальні космічні кораблістартують зі швидкістю 7,9 км/сек і обертаються навколо Землі. В принципі, швидкість в 16-20 км/сек є цілком доступною сучасним земним технологіям, але не більше!
Людство ще навчилося розганяти космічні кораблі швидше, ніж 20 км/сек.
Розрахуємо, скільки років знадобиться зорельоту, що летить зі швидкістю 20 км/сек, щоб подолати 40 світлових років і досягти зірки TRAPPIST-1.
Один світловий рік – це відстань, яка проходить промінь світла у вакуумі, а швидкість світла дорівнює приблизно 300 тис. км/сек.
Космічний корабель, зроблений руками людей, летить зі швидкістю в 20 км/сек, тобто в 15000 разів повільніше за швидкість світла. 40 світлових років такий корабель подолає за час, що дорівнює 40*15000=600000 років!
Земний корабель (при сучасному рівнітехнології) долетить до зірки TRAPPIST-1 приблизно за 600 тис. років! Людина розумна існує на Землі (на думку вчених) всього 35-40 тис. років, а тут цілих 600 тис. років!
Найближчим часом технології не дозволять людині досягти зірки TRAPPIST-1. Навіть перспективні двигуни (іонні, фотонні, космічні вітрила і т.д.), яких немає в земній реальності, оціночно можуть розігнати корабель до швидкості в 10000 км/сек, а значить, час польоту до системи TRAPPIST-1 скоротиться до 120 років . Це вже більш-менш прийнятний час для польоту за допомогою анабіозу або кількох поколінь переселенців, але на сьогоднішній день усі ці двигуни – фантастика.
Навіть найближчі зірки поки що надто далекі від людей, надто далекі, не кажучи вже про зірки нашої Галактики чи інші галактики.
Діаметр нашої галактики Чумацький Шлях становить приблизно 100 тис. світлових років, тобто шлях з кінця в кінець для сучасного земного корабля становитиме 1,5 млрд. років! Наука передбачає, що Землі 4,5 млрд. років, а багатоклітинного життя приблизно 2 млрд. років. Відстань до найближчої до нас галактики – Туманності Андромеди – 2,5 млн. світлових років від Землі – які жахливі відстані!
Як видно, з усіх людей, що нині живуть, ніхто і ніколи не ступить ногою на землю планети у іншої зірки.
Саме це визначення рекомендоване для використання у науково-популярній літературі. У професійній літературі для вираження великих відстанейзамість світлового року зазвичай використовуються парсеки та кратні одиниці (кіло- та мегапарсеки).
Раніше (до 1984 року) світловим роком називалася відстань, що проходить світлом за один тропічний рік, віднесений до епохи 1900,0. Нове визначення відрізняється від старого приблизно 0,002 %. Так як дана одиниця відстані не використовується для високоточних вимірювань, практичної відмінностіміж старим та новим визначеннями немає.
Числові значення
Світловий рік дорівнює:
- 9 460 730 472 580 800 метрів (приблизно 9,5 петаметрів)
Пов'язані одиниці
Нижченаведені одиниці використовуються досить рідко, зазвичай лише в популярних публікаціях:
- 1 світлова секунда = 299 792,458 км (точно)
- 1 світлова хвилина ≈ 18 млн км
- 1 світлова година ≈ 1079 млн км
- 1 світлова доба ≈ 26 млрд км
- 1 світловий тиждень ≈ 181 млрд км
- 1 світловий місяць ≈ 790 млрд км
Відстань у світлових роках
Світловий рік зручний для якісного уявлення масштабів відстані в астрономії.
| Масштаб | Значення (св. років) | Опис |
|---|---|---|
| Секунди | 4·10 −8 | Середня відстань до Місяця приблизно дорівнює 380 000 км. Це означає, що променю світла, випущеному з Землі , знадобиться близько 1,3 секунди , щоб досягти поверхні Місяця. |
| Хвилини | 1,6·10 −5 | Одна астрономічна одиниця дорівнює приблизно 150 мільйонів кілометрів. Таким чином, світло доходить від Сонця до Землі приблизно за 500 секунд (8 хвилин 20 секунд). |
| Годинник | 0,0006 | Середня відстань від Сонця до Плутона приблизно дорівнює 5 світловим годинникам. |
| 0,0016 | Апарати серій «Піонер» і «Вояджер», що летять за межі Сонячної системи, приблизно за 30 років, що пройшли після запуску, пішли на відстань близько ста астрономічних одиницьвід Сонця, і час їхнього відгуку на запити із Землі приблизно дорівнює 14 годин. | |
| Рік | 1,6 | Внутрішній край гіпотетичної хмари Оорта розташований 50 000 а. е. від Сонця, а зовнішній - в 100 000 а. е. Щоб подолати відстань від Сонця до зовнішнього краю хмари, світлу знадобиться близько півтора року. |
| 2,0 | Максимальний радіус області гравітаційного впливу Сонця («Сфери Хілла») – приблизно 125 000 а. е. | |
| 4,22 | Найближча до нас зірка (крім Сонця), Проксима Центавра, розташована на відстані 4,22 св. року. | |
| Тисячоліття | 26 000 | Центр нашої Галактики знаходиться на відстані приблизно 26 000 світлових років від Сонця. |
| 100 000 | Діаметр диска нашої Галактики – 100 000 світлових років. | |
| Мільйони років | 2,5·10 6 | Найближча до нас спіральна галактика M31, знаменита галактика Андромеди, віддалена від нас на 2,5 млн світлових років. |
| 3,14·10 6 | Галактика Трикутника (M33) розташовується за 3,14 млн світлових років від нас і є найбільш віддаленим стаціонарним об'єктом, видимим неозброєним оком. | |
| 5,9·10 7 | Найближче скупчення галактик, скупчення Діви, віддалено від нас на 59 мільйонів світлових років. | |
| 1,5 · 10 8 - 2,5 · 10 8 | Гравітаційна аномалія "Великий атрактор" розташовується на відстані 150-250 мільйонів світлових років від нас. | |
| Мільярди років | 1,2·10 9 | Велика стіна Слоуна - одна з найбільших утворень у Всесвіті, розміри її близько 350 Мпк. Щоб світло подолало її з кінця в кінець, потрібно близько мільярда років. |
| 1,4·10 10 | Розмір причинно-пов'язаної області Всесвіту. Обчислюється з віку Всесвіту та максимальної швидкостіпередачі інформації – швидкості світла. | |
| 4,57 · 10 10 | Супутня відстань від Землі до краю Всесвіту, що спостерігається в будь-якому напрямку; супутній радіус Всесвіту (в рамках стандартної космологічної моделі Лямбда-CDM). |
Галактичні масштаби відстаней
- Астрономічна одиниця з хорошою точністю дорівнює 500 світловим секундам, тобто світло сягає Сонця до Землі приблизно за 500 секунд.
Див. також
Посилання
- International Organization for Standardization. 9.2 Measurement units (англ.)
Примітки
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Світловий рік" в інших словниках:
Позасистемна одиниця довжини, що застосовується в астрономії; 1 С. р. дорівнює відстані, прохідному світломза рік. 1 С. р. = 0,3068 парсек = 9,4605 1015 м. Фізичний енциклопедичний словник. М.: Радянська енциклопедія. Головний редакторА. М. Прохоров. Фізична енциклопедія
СВІТЛОВИЙ РІК, одиниця виміру астрономічної відстані, рівна відстані, яке світло проходить у відкритому космосіабо у Вакуумі за один тропічний рік. Один світловий рік дорівнює 9,46071012 км. Науково-технічний енциклопедичний словник
СВІТЛОВИЙ РІК, одиниця довжини, що застосовується в астрономії: шлях, що проходить світлом за 1 рік, тобто. 9,466-1012 км. Відстань до найближчої зірки (Проксіма Кентавра) приблизно 4,3 світлових років. Найбільш віддалені зірки Галактики перебувають на… Сучасна енциклопедія
Одиниця міжзоряних відстаней; шлях, який світло проходить за рік, тобто 9,46?1012 км. Великий Енциклопедичний словник
Світловий рік- СВІТЛОВИЙ РІК, одиниця довжини, що застосовується в астрономії: шлях, що проходить світлом за 1 рік, тобто. 9,466´1012 км. Відстань до найближчої зірки (Проксіма Кентавра) приблизно 4,3 світлових років. Найбільш віддалені зірки Галактики перебувають на… Ілюстрований енциклопедичний словник
Позасистемна одиниця довжини, що застосовується в астрономії. 1 світловий рік відстань, яка проходить світло протягом 1 року. 1 світловий рік дорівнює 9.4605E+12 км = 0.307 пк … Астрономічний словник
Одиниця міжзоряних відстаней; шлях, який світло проходить протягом року, тобто 9,46·1012 км. * * * СВІТЛОВИЙ РІК СВІТЛОВИЙ РІК, одиниця міжзоряних відстаней; шлях, який світло проходить за рік, тобто 9,46Ч1012 км. Енциклопедичний словник
Світловий рік- одиниця відстані, що дорівнює шляху, що проходить світлом за один рік. Світловий рік дорівнює 0,3 парсека. Концепція сучасного природознавства. Словник основних термінів
Досліджуючи власну планетуПротягом сотень років люди винаходили все нові та нові системи для вимірювання відрізків відстані. У результаті було вирішено вважати універсальною одиницею довжини один метр, а великий шляхвимірювати за кілометри.
Але двадцяте століття поставило перед людством нову проблему. Люди почали уважно вивчати космос – і виявилося, що простори Всесвіту неосяжні настільки, що кілометри тут просто не годяться. У звичних одиницях ще можна висловити відстань від Землі до Місяця чи Землі до Марса. Але якщо намагатися визначити, на скільки кілометрів відстане від нашої планети найближча зірка, цифра «обростає» неймовірною кількістю знаків після коми.
Чому дорівнює 1 світловий рік?
Стало очевидним, що для дослідження просторів космосу необхідна нова одиницявиміру - і нею став світловий рік. За секунду світло проходить 300 000 кілометрів. Світловий рік - це відстань, яке світло пройде рівно за рік - і в перекладі на більш звичну систему числення ця відстань дорівнює 9460730472580, 8 кілометра.Зрозуміло, що використовувати лаконічне «один світловий рік» набагато зручніше, ніж щоразу застосовувати у розрахунках цю величезну цифру.
З усіх зірок найближче до нас знаходиться Проксима Центавра - вона видалена «лише» на 4,22 світлових років. Звичайно, у перерахунку на кілометри цифра вийде неймовірно величезною. Проте все пізнається в порівнянні - якщо враховувати, що найближча галактика під назвою Андромеда віддалена від Чумацького Шляхуна цілих 2,5 мільйона світлових років, вищезгадана зірка і справді починає здаватися дуже близькою сусідкою.
До речі, використання світлових років допомагає вченим зрозуміти, в яких куточках Всесвіту має сенс шукати. розумне життя, А куди посилати радіосигнали абсолютно марно. Адже швидкість радіосигналу аналогічна швидкості світла - відповідно, вітання, відправлене у бік далекої галактики, досягне мети лише за мільйони років. Відповіді розумніше чекати від ближчих «сусідів» - об'єктів, гіпотетичні сигнали у відповідь яких доберуться до земних апаратів хоча б протягом життя людини.
1 світловий рік це скільки земних років?
Широко поширена хибна думка, що світловий рік є одиницею виміру часу. Насправді це не так. Термін не має жодного відношення до земних років, ніяк з ними не співвідноситься і позначає виключно відстань, що світло проходить за один земний рік.
