Сколько километров свет проходит за год. Световой год и космические масштабы
Для своих расчётов астрономы используют особые единицы измерения, которые не всегда ясны обычным людям. Оно и понятно, ведь если бы космические расстояния измерялись километрами, то от количества нулей рябило бы в глазах. Поэтому для измерения космических расстояний принято использовать гораздо большие величины: астрономическую единицу, световой год и парсек.
Довольно часто применяется для указания расстояний внутри нашей родной Солнечной системы. Если еще можно выразить в километрах (384 000 км), то до Плутона самый близкий путь составляет примерно 4 250 миллионов км, а это уже для понимания будет сложновато. Для таких расстояний уже пора использовать астрономическую единицу (а.е.), равную среднему расстоянию от земной поверхности до Солнца. Другими словами, 1 а.е. соответствует длине большой полуоси орбиты нашей Земли (150 млн. км.). Теперь, если написать, что кратчайшее расстояние до Плутона равно 28 а.е., а самый долгий путь может составить 50 а.е., это намного легче себе представить.
Следующий по величине - световой год. Хотя там присутствует слово «год», не нужно думать, что речь идет о времени. Один световой год составляет 63 240 а.е. Это путь, который проделывает луч света в течение 1 года. Астрономы подсчитали, что из самих далеких уголков Вселенной луч света добирается до нас более чем за 10 млрд. лет. Чтобы вообразить себе это гигантское расстояние, запишем его в километрах: 95000000000000000000000. Девяносто пять миллиардов триллионов привычных километров.
О том, что свет распространяется не мгновенно, а с какой-то определенной скоростью, ученые начали догадываться начиная с 1676 года. Именно в это время датский астроном по имени Оле Ремер обратил внимание, что затмения одного спутника Юпитера начинают запаздывать, причем это происходило именно тогда, когда Земля направлялась по своей орбите к противоположной стороне Солнца, обратной той, где был Юпитер. Прошло какое-то время, Земля начала возвращаться назад, и затмения вновь начали приближаться к прежнему расписанию.
Таким образом, была отмечено около 17 минут разницы во времени. Из этого наблюдения был сделан вывод: свету на прохождение расстояния длиной в диаметр орбиты Земли понадобилось 17 минут. Поскольку было доказано, что диаметр орбиты составляет приблизительно 186 миллионов миль (сейчас эта константа равна 939 120 000 км), то получалось, что луч света движется со скоростью около 186 тысяч миль за 1 секунду.
Уже в наше время благодаря профессору Альберту Майкельсону, который задался целью максимально точно определить, чему равен световой год, с помощью иного метода был получен окончательный итог: 186 284 миль за 1 секунду (примерно 300 км/с). Теперь, если подсчитать количество секунд в году и умножить на это число, то получим, что световой год имеет длину 5 880 000 000 000 миль, что соответствует 9 460 730 472 580,8 км.
Для практических целей астрономы часто используют такую единицу расстояния как парсек. Он равен смещению звезды на фоне прочих небесных тел на 1"" при смещении наблюдателя на 1 радиус
А вы знаете, почему астрономы не применяют световой год для вычисления расстояний к отдаленным объектам в космосе?
Световой год – это внесистемная единица измерения расстояний в космическом пространстве. Она повсеместно используется в популярных книгах и учебниках по астрономии. Тем не менее, в профессиональной астрофизике данная цифра используется крайне редко и зачастую для определения расстояний к недалеким объектам в космосе. Причина этого проста: если определять расстояние в световых годах к дальним объектам во Вселенной, число окажется настолько огромным, что использовать его для физико-математических вычислений будет непрактично и неудобно. Поэтому вместо светового года в профессиональной астрономии используются такая единица измерения как , которой намного удобнее оперировать при произведении сложных математических расчетов.
Определение термина
Определение термина «световой год» мы можем найти в любом учебнике астрономии. Световой год – это расстояние, которое луч света проходит за один земной год. Такое определение может удовлетворить любителя, но специалист по космологии сочтет его неполным. Он заметит, что световой год – это не просто расстояние, которое свет проходит за год, а расстояние, которое луч света за 365,25 земных дня проходит в вакууме, не испытывая на себе влияние магнитных полей.
Световой год равен 9,46 триллионам километров. Именно такое расстояние луч света проходит за год. Но как астрономы добились такого точного определения лучевого пути? Об этом мы поговорим ниже.
Как определили скорость света
В древние времена считалось, что свет распространяется во Вселенной мгновенно. Однако начиная с семнадцатого века, ученые начали сомневаться в этом. Первым в выше предложенном утверждении усомнился Галилей. Именно он пробовал определить время, за которое луч света проходит расстояние в 8 км. Но из-за того, что такое расстояние было ничтожно малым для такой величины, как скорость света, эксперимент закончился неудачей.
Первым серьезным сдвигом в этом вопросе было наблюдение известного датского астронома Олафа Рёмер. В 1676 году он заметил разницу во времени затмения в зависимости от приближения и удаления к ним Земли в космическом пространстве. Данное наблюдение Рёмер успешно связал с тем фактом, что чем дальше Земля удаляется от , тем больше времени требуется свету, отражаемому от них, чтобы пройти расстояние к нашей планете.
Суть данного факта Рёмер уловил точно, но вот вычислить достоверную величину скорости света ему так и не удалось. Его подсчеты были неверны, поскольку в семнадцатом веке он не мог располагать точными данными о расстоянии от Земли к другим планетам Солнечной системы. Эти данные были определены несколько позже.
Дальнейшие сдвиги в исследованиях и определение светового года
В 1728 году английскому астроному Джеймсу Брэдли, обнаружившему эффект аберрации звезд, удалось первому вычислить примерную скорость света. Он определили ее значение в 301 тыс. км/с. Но это значение было неточным. Более совершенные методы вычисления скорости света были произведены безотносительно к космическим телам – на Земле.
Наблюдения за скоростью света в вакууме при помощи вращающегося колеса и зеркала, были произведены А.Физо и Л. Фуко соответственно. С их помощью физикам удалось приблизиться к реальному значению этой величины.
Точная скорость света
Точную скорость света ученым удалось определить только в прошлом веке. Основываясь на теории электромагнетизма Максвелла, при помощи современной лазерной техники и вычислений с поправкой на коэффициент преломления лучевого потока в воздухе, ученым удалось вычислить точную величину скорости света 299 792,458 км/с. Этой величиной астрономы пользуются до сих пор. Дальше определить световой день, месяц и год было уже делом техники. Путем нехитрых вычислений ученые получили цифру 9,46 триллионов километров – именно столько времени потребовалось бы лучу света для того, чтобы облететь длину земной орбиты.
Так или иначе, в своей повседневной жизни мы измеряем расстояния: до ближайшего супермаркета, до дома родственников в другом городе, до и так далее. Однако когда речь заходит о бескрайних космических пространствах, выясняется, что использование знакомых нам значений вроде километров крайне нерационально. И дело здесь уже не только в сложности восприятия получившихся гигантских значений, а в количестве цифр в них. Проблемой станет даже само написание такого количества нулей. Например, от Марса до Земли наиболее короткое расстояние - 55,7 млн. километров. Шесть нулей! А ведь красная планета - одна из ближайших наших соседок на небе. Как же использовать громоздкие цифры, которые получатся при вычислении расстояния даже до ближайших звезд? И именно теперь нам необходима такая величина, как световой год. Сколько равен он? Сейчас разберемся.
Понятие о световом годе также тесно связано с релятивистской физикой, в которой тесная связь и взаимная зависимость пространства и времени была установлена еще в начале XX века, когда рушились постулаты ньютоновской механики. До этого значения расстояния, более масштабные единицы измерения в системе
образовывались достаточно просто: каждая последующая представляла собой совокупность единиц более мелкого порядка (сантиметры, метры, километры и так далее). В случае же светового года расстояние было привязано к времени. Современной науке известно, что скорость распространения света в вакууме постоянна. Более того, она является максимальной скоростью в природе, допустимой в современной релятивистской физике. Именно эти представления были заложены в основе нового значения. Световой год равен расстоянию, которое луч света проходит за один земной календарный год. В километрах это примерно 9,46*10 15 километров. Интересно, что до ближайшего Луны, фотон преодолевает расстояние за 1,3 секунды. До Солнца - около восьми минут. А вот до следующих ближайших звезд, Альфы и уже около четырех световых лет.
Просто фантастическое расстояние. Существует в астрофизике и еще более крупная мера пространства. Световой год равен примерно одной трети парсека, еще более значительной единицы измерения межзвездных расстояний.
Скорость распространения света в разных условиях
Кстати, есть еще и такая особенность, что фотоны могут с разной скоростью распространяться в разной среде. Мы уже знаем, как быстро они летят в вакууме. И когда говорят о том, что световой год равен расстоянию, преодоленному светом за год, имеют в виду именно пустое космическое пространство. Однако интересно отметить, что в других условиях скорость света может быть и меньшей. Например, в воздушной среде фотоны разбегаются с несколько меньшей скоростью, чем в вакууме. С какой именно - зависит от конкретного состояния атмосферы. Таким образом, в наполненной газом среде световой год равен был бы несколько меньшему значению. Впрочем, оно бы несущественно отличалось от принятого.
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.
Какой бы образ жизни мы ни вели, чем бы ни занимались, так или иначе, мы изо дня в день используем какие-либо единицы измерения. Мы просим налить стакан воды, разогреваем собственный завтрак до определенной температуры, визуально оцениваем, сколько нам необходимо пройти до ближайшего почтового отделения, договариваемся о встрече в определенное время и так далее. Все эти действия требуют
Не просто вычислений, но и определенного измерения различных числительных категорий: расстояния, количества, веса, времени и прочего. В нашей повседневной жизни мы регулярно используем числа. И к этим числам давно привыкли, словно к инструментам своего рода. Но что происходит, когда мы выбираемся из повседневной зоны комфорта и сталкиваемся с необычными для нас числовыми значениями? В настоящей статье речь пойдет о фантастических цифрах Вселенной.
Вселенские просторы
Еще более удивительным образом обстоят дела с космическими расстояниями. Мы вполне осознаем километры до соседнего города и даже от Москвы до Нью-Йорка. Но сложно себе вообразить расстояния наглядно, когда речь заходит о масштабах звездных скоплений. Именно теперь нам будет необходим так называемый световой год. Ведь расстояния даже между соседними звездами чрезвычайно велики, и измерять их в километрах или милях - просто нерационально. И здесь уже дело не только в сложности восприятия огромных получившихся цифр, а в количестве их нулей. Проблемой становится уже написать число. К примеру, расстояние от Земли до Марса в период наибольшего сближения - 55,7 миллионов километров. Значение с шестью нулями. А ведь Марс - это один из наших ближайших космических соседей! Расстояние до ближайшей, кроме Солнца, звезды будет еще в миллионы раз больше. И тогда бы, измеряй мы его в километрах или милях, астрономам пришлось бы тратить часы своего времени только на записывание этих исполинских величин. Световой год решил эту проблему. Выход был придуман достаточно остроумный.
Чему равен световой год?
Вместо того чтобы выдумывать новую единицу измерения, представляющую собой сумму единиц более мелкого порядка (как это происходит с миллиметрами, сантиметрами, метрами, километрами), было решено привязать расстояние ко времени. Собственно, тот факт, что время также является физическим полем, влияющим на события, более
того, взаимосвязанным и конвертируемым с пространством, был открыт еще Альбертом Эйнштейном и доказан посредством его теории относительности. Постоянной скоростью стала скорость света. А прохождение световым лучом определенного расстояния за единицу времени дало новые физические пространственные величины: световая секунда, световая минута, световые сутки, световой месяц, световой год. Например, в секунду луч света (в условиях космоса - вакууме) проходит расстояние примерно в 300 тысяч километров. Несложно подсчитать, что один световой год равен примерно 9,46*10 15 . Так, расстояние от Земли до ближайшего космического тела, Луны - чуть больше одной световой секунды, до Солнца - около восьми световых минут. Окраинные тела Солнечной системы по современным представлениям вращаются по орбите на расстоянии в один световой год. Следующая же ближайшая к нам звезда, вернее, система из двойной звезды, Альфы и Проксимы Центавра, так далеко, что даже свет от них доходит до наших телескопов лишь спустя четыре года после своего старта. И ведь это все еще ближайшие к нам небесные тела. Свет из другого конца Млечного пути тратит более сотни тысяч лет, чтобы добраться до нас.