Просторы космоса трудно измерить в километрах или милях. Ученые думают о том, чтобы найти другие единицы измерения больших расстояний. Любители научно-фантастических фильмов и книг часто слышат о световом годе. Но не все могут объяснить, что означают эти слова. Некоторые не могут понять, чем он отличается от обычного земного года.
Что такое световой год?
Астрономия, как и любая другая наука, имеет свою терминологию, которая может показаться странной и непонятной человеку, не знакомому с ней. Что такое дилатация? А как насчет перигея? Пульсары и квазары — это одно и то же или нет? Один из вопросов, который очень часто задают люди, интересующиеся астрономией: что такое световой год?
По отдельности оба термина кажутся логичными, но вместе они сбивают с толку. «Световой год» — мера чего? Время? Тогда было бы неплохо узнать, какова длина светового года? Другими словами, световой год равен скольким нашим обычным земным годам? С другой стороны, многие заметили, что этот термин используется, когда речь идет о расстояниях космических объектов. Например: «Центр Млечного Пути находится на расстоянии 30 000 световых лет» или «Сириус находится на расстоянии 8,6 световых лет». Возникает вопрос, как можно измерить расстояние во времени.
Давайте попробуем ответить на этот вопрос как можно проще.
Световой год — это мера расстояния
Прежде всего, необходимо понять, что световой год — это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, так же как метр или километр, миля или дуговая секунда в обычной жизни. Чтобы понять это, необходимо помнить о том, как можно измерить расстояние, если нельзя сделать это непосредственно с помощью линейки или компаса.
Как вы знаете, расстояние, которое проходит тело, равно скорости тела, умноженной на время движения (или s = v × t).
Теперь представьте, что вы идете в магазин, который находится ровно в трех километрах от вас. И вы шли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: Сколько времени вам потребуется, чтобы добраться до магазина? Очевидно, ровно один час! Поэтому вы можете сказать, что расстояние до магазина составляет 3 километра, а можете сказать, что это 1 «человеко-час».
Но никто не измеряет расстояние в «человеко-часах», потому что все мы ходим с разной скоростью. И ходят люди тоже по-разному: опаздывая на трамвай, они почти бегут, а в парке прогуливаются не спеша. Поэтому время t на преодоление расстояния до магазина также будет разным.
Но что если скорость движущегося тела всегда постоянна? Разве не имеет значения, куда он направляется, в каком направлении или при каких условиях он измеряется? В этом случае расстояние можно было бы измерять временем движения, так как в этом случае v в формуле постоянно, а s зависит только от t.
Минуточку, скажете вы, есть ли такой объект, который всегда — всегда! — движется с постоянной скоростью?
Скорость света
Есть такой объект, и он светлый! Известно, что скорость света в вакууме постоянна и составляет 299,792 километра и 458 метров в секунду, то есть 300000 км/с.
Таким образом, луч света проходит 300000 километров за 1 секунду! Неплохо, правда? Если мы каким-то образом научимся измерять точное время, которое требуется свету, чтобы достичь объекта, мы узнаем его расстояние!
Как мы можем это сделать? Например, мы можем взять мощный лазер и направить его на Луну. Лазерный луч достигнет Луны, часть света отразится от ее поверхности и улетит обратно. В тот момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим луч света на Луне. Если мы точно измерим время между включением лазера и появлением луча на поверхности Луны и умножим это время на скорость света, мы получим расстояние, которое лазер проходит до Луны и обратно. Если мы разделим это расстояние пополам, то получим расстояние до Луны!
Лазерный луч создает на небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере это происходит несколько медленнее, чем в вакууме. Фото.
Именно так астрономы измеряли многие расстояния в Солнечной системе в 20 веке. Например, они определили местонахождение Венеры по радио, отправив радиосигнал на планету и дождавшись его возвращения. Поскольку радиоволны распространяются со скоростью света, ученые тщательно измерили время возвращения, а затем использовали формулу s = v × t для расчета расстояния между Землей и планетой Венера. Сегодня мы знаем это с точностью до нескольких метров.
Чему равен 1 световой год?
Теперь мы возвращаемся к нашей отправной точке. Световой год — это расстояние, которое проходит свет (который всегда — всегда! — с постоянной скоростью 300000 км/с) проходит ровно за один год!
Как оказалось, это довольно большое число, не так ли? Если свет проходит 300 000 км в секунду, то за одну минуту он проходит в 60 раз больше — 18 млн км. Таким образом, за один час он преодолевает 1 миллиард 80 миллионов километров! (Итак, мы узнали, что означает «час света»! И в то же время мы вычислили скорость света в км/ч! )
Важнейшим требованием для такого расчета является отсутствие какого-либо влияния гравитационного поля на свет. Вакуум отвечает этому требованию. Там скорость распространения электромагнитных лучей остается постоянной.
Что такое световой год
Расстояния до звезд огромны, и их необходимо чем-то измерять. Обычные километры — это очень маленькая величина, ведь даже от Земли до Солнца расстояние составляет в среднем 150 миллионов километров, а на многих планетах во много раз больше. Именно поэтому мы используем такое измерение, как световой год, а для очень больших расстояний — парсеки.
Многие люди путают земной и световой год. Первый измеряет время — за один год, 365 дней, Земля совершает ровно один оборот по своей орбите вокруг Солнца. Так что эта концепция не имеет ничего общего с измерением расстояний.
Световой год — это единица измерения расстояния, равная 9 460 730 472 580 800 метрам. Это расстояние, которое луч света проходит за один земной год.
Поскольку скорость света постоянна и точно известна в вакууме, она идеально подходит для измерения больших расстояний. Существуют и другие меры:
- 1 секунда света равна 299792,458 километра.
- 1 минута света — 17 987 547,48 километра.
- 1 час света — 1 079 252 848,8 км.
- 1 световой день — 25 902 068 371,2 км.
- 1 световая неделя — 181 314 478 598 598,4 км.
- 1 световой месяц — около 790 млрд. км, так как точного значения длительности месяца не существует.
Эти измерения соответствуют расстоянию, которое свет проходит со скоростью около 300 000 км/с за определенный промежуток времени — секунду, минуту и т.д. — и т.д.
Таким образом, Луна находится на расстоянии 1,3 световых секунды от Земли — это время, которое требуется лучу света, чтобы достичь ее от Земли. Расстояние от Земли до Солнца составляет 8 минут и 20 световых секунд. Космический аппарат «Вояджер», покинувший Солнечную систему, находился на расстоянии 14 световых часов.
Зачем использовать световые годы?
Если бы астрономы измеряли расстояния до других звезд, туманностей и галактик в километрах, то в результате получились бы невероятные величины с огромным количеством нулей. Для планет Солнечной системы, где расстояния измеряются «всего лишь» миллионами и миллиардами километров, это может сработать, но для межзвездных расстояний километры — очень маленькая величина. Это все равно, что использовать миллиметры для расстояний между городами.
Световой год — это гораздо большая величина, просто огромная. Но даже в этом случае ближайшая к нам звезда находится на расстоянии более 4 световых лет, а некоторые — на расстоянии сотен или тысяч световых лет. Например, туманность Ориона находится на расстоянии 1 300 световых лет, а центр Млечного Пути — на расстоянии 26 000 световых лет. Наша галактика имеет размер 100 000 световых лет. В километрах расстояние до туманности Ориона будет выглядеть так: 12,651,000,000,000,000,000,000 χιλιόμετρα. Световые годы — это довольно удобная система измерения.
Но она также хороша для межгалактических расстояний, которые огромны, но все же малы по сравнению с межгалактическими расстояниями. Галактика Андромеды, например, находится на расстоянии 2,5 миллиона световых лет, но за ее пределами все гораздо дальше, измеряется миллиардами.
С другой стороны, концепция световых лет дает нам возможность заглянуть в прошлое. Поэтому, когда мы смотрим на Галактику Андромеды на расстоянии 2,5 миллиона световых лет, мы видим ее такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад, а не такой, какая она сейчас. В конце концов, мы только что получили свет, который эта галактика излучала 2,5 миллиона лет назад. Звезда, находящаяся на расстоянии 1000 световых лет от нас, может взорваться в этот момент, но свет от взрыва достигнет Земли только через 1000 лет. В течение целого тысячелетия мы сможем видеть звезду так, как будто она все еще существует.
Но мы не можем видеть дальше, чем на 13,8 миллиарда световых лет. Это возраст Вселенной, и объект, находящийся так далеко, был бы слишком старым.
Альтернатива световому году
Хотя световые годы более удобны для измерения космических расстояний, они все равно очень мелкие. По этой причине в астрономии используется другой размер — парсек.
1 парсек равен 3,26 светового года или 30,8568 триллиона километров.
Название «парсек» составлено из слов «параллакс» и «секунда». На практике это расстояние, с которого орбитальный радиус в 150 миллионов километров выглядит как доли секунды. Простые вычисления позволили определить длину парсека.
Однако парсек сам по себе не является очень большой величиной. Расстояние до ближайшей звезды, Проксимы Центавра, составляет 4,3 световых года, или всего 1,3 парсека. Килопарсеки, тысячи парсеков, и мегапарсеки, миллионы парсеков, используются для больших расстояний. Они обозначаются как кпк и Мпк. Таким образом, расстояние до Галактики Андромеды составляет 2,5 световых года или 0,77 Мпк. Расстояние до горизонта наблюдаемой Вселенной составляет 4 Гпк (гигапарсек или миллиарды парсеков).
