Aby zrozumieć znaczenie pojęcia „rok świetlny”, należy najpierw przypomnieć sobie szkolny kurs fizyki, a zwłaszcza część dotyczącą prędkości światła. Tak więc prędkość światła w próżni, gdzie nie mają na nie wpływu różne czynniki, takie jak pola grawitacyjne i magnetyczne, zawieszone cząstki, załamanie przezroczystego ośrodka itp., wynosi 299 792,5 kilometrów na sekundę. Należy rozumieć, że w tym przypadku światło oznacza światło postrzegane ludzkim wzrokiem.
Mniej znane jednostki odległości to miesiąc świetlny, tydzień, dzień, godzina, minuta i sekunda.Wystarczająco długie światło uważano za wielkość nieskończoną, a pierwszą osobą, która obliczyła przybliżoną prędkość promieni świetlnych w próżni, był astronom Olaf Roemer w połowie XVII wieku. Oczywiście jego dane były bardzo przybliżone, ale sam fakt ustalenia ostatecznej wartości prędkości jest ważny. W 1970 roku prędkość światła określono z dokładnością do jednego metra na sekundę. Dokładniejszych wyników do tej pory nie udało się uzyskać, ponieważ występowały problemy z błędem wzorca miernika.
Rok świetlny i inne odległości
Ponieważ odległości są ogromne, mierzenie ich w zwykłych jednostkach byłoby irracjonalne i niewygodne. Na podstawie tych rozważań wprowadzono specjalny rok świetlny, czyli odległość, jaką pokonuje światło w tzw. roku juliańskim (równą 365,25 dnia). Biorąc pod uwagę, że każdy dzień zawiera 86 400 sekund, można obliczyć, że w ciągu roku promień światła pokonuje odległość o kilka ponad 9,4 km. Ta wartość wydaje się ogromna, jednak np. odległość do najbliższej Ziemi gwiazdy, Proxima Centauri, wynosi 4,2 roku, a średnica Drogi Mlecznej przekracza 100 000 lat świetlnych, czyli takie obserwacje wizualne, jakie można wykonać teraz wyświetlić obraz, który istniał około setek tysięcy lat temu.
Wiązka światła pokonuje odległość od Ziemi do Księżyca w około sekundę, ale światło słoneczne dociera do naszej planety na dłużej niż osiem minut.
W profesjonalnej astrofizyce pojęcie roku świetlnego jest rzadko używane. Naukowcy operują głównie jednostkami takimi jak parsek i jednostka astronomiczna. Parsek to odległość do wyimaginowanego punktu, z którego widziany jest promień orbity Ziemi pod kątem jednej sekundy kątowej (1/3600 stopnia). Średni promień orbity, czyli odległość od Ziemi do Słońca, nazywa się jednostką astronomiczną. Parsek to około 3 lata świetlne lub 30,8 bilionów kilometrów. Jednostka astronomiczna to w przybliżeniu 149,6 miliona kilometrów.
Galaktyczne skale odległości
Rok świetlny ( Św. G., ly) to pozasystemowa jednostka długości równa odległości przebytej przez światło w ciągu jednego roku.
Dokładniej, zgodnie z definicją Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU), rok świetlny jest równy odległości, jaką pokonuje światło w próżni, na które nie ma wpływu pole grawitacyjne, w ciągu jednego roku juliańskiego (czyli z definicji równego 365,25 standardowym dniom 86 400 SI sekund lub 31 557 600 sekund). To właśnie ta definicja jest zalecana do stosowania w literaturze popularnonaukowej. W literaturze fachowej parseki i wielokrotności jednostek (kilo- i megaparseków) są zwykle używane zamiast roku świetlnego do wyrażania dużych odległości.
Wcześniej (do 1984 roku) rok świetlny był odległością pokonywaną przez światło w ciągu jednego roku tropikalnego, odnoszącą się do epoki 1900.0. Nowa definicja różni się od starej o około 0,002%. Ponieważ ta jednostka odległości nie jest używana do bardzo dokładnych pomiarów, nie ma praktycznej różnicy między starą a nową definicją.
Wartości liczbowe
Rok świetlny to:
- 9 460 730 472 580 800 metrów (około 9,46 petametrów)
- 63 241 077 jednostek astronomicznych (AU)
- 0,306601 parseków
Powiązane jednostki
Następujące jednostki są używane dość rzadko, zwykle tylko w popularnych publikacjach:
- 1 sekunda świetlna = 299 792,458 km (dokładnie)
- 1 minuta świetlna ≈ 18 milionów km
- 1 godzina świetlna ≈ 1079 milionów km
- 1 dzień świetlny ≈ 26 miliardów km
- 1 tydzień świetlny ≈ 181 miliardów km
- 1 miesiąc świetlny ≈ 790 miliardów km
Odległość w latach świetlnych
Rok świetlny jest wygodny do jakościowego przedstawiania skal odległości w astronomii.
| Skala | Wartość (st. lata) | Opis |
|---|---|---|
| sekundy | 4 10 -8 | Średnia odległość do wynosi około 380 000 km. Oznacza to, że wiązka światła emitowana z powierzchni potrzebuje około 1,3 sekundy, aby dotrzeć do powierzchni Księżyca. |
| minuty | 1,6 10-5 | Jedna jednostka astronomiczna to około 150 milionów kilometrów. Tak więc światło przemieszcza się z Ziemi w około 500 sekund (8 minut 20 sekund). |
| Oglądać | 0,0006 | Średnia odległość od Słońca do około 5 godzin świetlnych. |
| 0,0016 | Aparaty Pioneera i serii, lecąc dalej, po około 30 latach od startu, wycofały się na odległość około stu jednostek astronomicznych od Słońca, a ich czas reakcji na żądania z Ziemi wynosi około 14 godzin. | |
| Rok | 1,6 | Wewnętrzna krawędź hipotetycznego znajduje się na 50 000 AU. e. od Słońca, a zewnętrzny - 100 000 a. e. Aby pokonać odległość od Słońca do zewnętrznej krawędzi chmury, światło zajmie około półtora roku. |
| 2,0 | Maksymalny promień obszaru oddziaływania grawitacyjnego Słońca („Sfery Hilla”) wynosi około 125 000 jednostek astronomicznych. mi. | |
| 4,2 | Najbliższa nam (nie licząc Słońca), Proxima Centauri, znajduje się w odległości 4,2 sv. roku. | |
| Tysiąclecie | 26 000 | Centrum naszej Galaktyki znajduje się około 26 000 lat świetlnych od Słońca. |
| 100 000 | Średnica naszego dysku wynosi 100 000 lat świetlnych. | |
| Miliony lat | 2,5 10 6 | Najbliższa nam M31, ta słynna, znajduje się 2,5 miliona lat świetlnych od nas. |
| 3.14 10 6 | (M33) znajduje się 3,14 miliona lat świetlnych stąd i jest najdalszym nieruchomym obiektem widocznym gołym okiem. | |
| 5,8 10 7 | Najbliższa, gromada Panna, znajduje się 58 milionów lat świetlnych od nas. | |
| Dziesiątki milionów lat świetlnych | Charakterystyczny rozmiar gromad galaktyk w średnicy. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Anomalia grawitacyjna „Wielki Atraktor” znajduje się w odległości 150-250 milionów lat świetlnych od nas. | |
| Miliardy lat | 1,2 10 9 | Wielki Mur Sloan jest jedną z największych formacji na świecie, jego wymiary to około 350 Mpc. Aby światło pokonało go od końca do końca, zajmie to około miliarda lat. |
| 1,4 10 10 | Rozmiar przyczynowo połączonego regionu wszechświata. Oblicza się go na podstawie wieku Wszechświata i maksymalnej szybkości przesyłania informacji - prędkości światła. | |
| 4,57 10 10 | Współbieżna odległość od Ziemi do krawędzi obserwowalnego wszechświata w dowolnym kierunku; współprzemieszczający się promień obserwowalnego Wszechświata (w ramach standardowego modelu kosmologicznego Lambda-CDM). |
Z pewnością słysząc w jakimś fantastycznym filmie akcji wyrażenie a la „20 to Tatooine”. lata świetlne”, wielu zadawało uzasadnione pytania. Wymienię niektóre z nich:
Czy rok to nie czas?
Więc co jest rok świetlny?
Ile to ma kilometrów?
Jak długo to zajmie rok świetlny statek kosmiczny z Ziemia?
Dzisiejszy artykuł postanowiłem poświęcić wyjaśnieniu znaczenia tej jednostki miary, porównaniu jej z naszymi zwykłymi kilometrami oraz zademonstrowaniu skali, która Wszechświat.
Wirtualny zawodnik.
Wyobraź sobie osobę, która z naruszeniem wszystkich zasad pędzi autostradą z prędkością 250 km / h. Za dwie godziny pokona 500 km, a za cztery – aż 1000. O ile oczywiście nie rozbije się przy okazji…
Wydawałoby się, że to jest prędkość! Aby jednak okrążyć cały glob (≈ 40 000 km), nasz jeździec będzie potrzebował 40 razy więcej czasu. A to już 4 x 40 = 160 godzin. Albo prawie cały tydzień ciągłej jazdy!
Ostatecznie jednak nie powiemy, że pokonał 40 000 000 metrów. Ponieważ lenistwo zawsze zmuszało nas do wymyślania i używania krótszych alternatywnych jednostek miary.
Limit.
Ze szkolnego kursu fizyki każdy powinien wiedzieć, że najszybszy jeździec w Wszechświat- światło. W ciągu jednej sekundy jego wiązka pokonuje odległość około 300 000 km, a zatem kula ziemska okrąży ją w 0,134 sekundy. To 4 298 507 razy szybciej niż nasz wirtualny zawodnik!
Z Ziemia zanim Księżycświatło dociera średnio w 1,25 s, do słońce jego promień będzie pędził za nieco ponad 8 minut.
Kolosalne, prawda? Ale istnienie prędkości większych niż prędkość światła nie zostało jeszcze udowodnione. Dlatego świat naukowy zdecydował, że logiczne byłoby mierzenie kosmicznych skal w jednostkach, które fala radiowa przechodzi w określonych odstępach czasu (którym jest w szczególności światło).
Odległości.
Zatem, rok świetlny- nic więcej niż odległość, jaką pokonuje promień światła w ciągu jednego roku. W skalach międzygwiezdnych używanie mniejszych jednostek odległości nie ma większego sensu. A jednak są. Oto ich przybliżone wartości:
1 sekunda świetlna ≈ 300 000 km;
1 minuta świetlna ≈ 18 000 000 km;
1 godzina świetlna ≈ 1 080 000 000 km;
1 dzień świetlny ≈ 26 000 000 000 km;
1 tydzień świetlny ≈ 181 000 000 000 km;
1 miesiąc świetlny ≈ 790 000 000 000 km.
A teraz, żebyście zrozumieli, skąd pochodzą liczby, obliczmy, czemu równa się jedynka rok świetlny.
Rok ma 365 dni, doba ma 24 godziny, godzina ma 60 minut, a minuta ma 60 sekund. Tak więc rok składa się z 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekund. Światło pokonuje 300 000 km w ciągu jednej sekundy. W rezultacie w ciągu roku jego promień pokona odległość 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.
Ten numer brzmi tak: 9 bilionów czterysta sześćdziesiąt miliardów osiemset milionów kilometrów.
Oczywiście dokładna wartość rok świetlny nieco inny niż obliczyliśmy. Ale przy opisywaniu odległości do gwiazd w artykułach popularnonaukowych w zasadzie najwyższa dokładność nie jest potrzebna, a sto czy dwa miliony kilometrów nie odegrają tu szczególnej roli.
A teraz kontynuujmy nasze eksperymenty myślowe...
Waga.
Załóżmy, że nowoczesny statek kosmiczny liście Układ Słoneczny z trzecią prędkością przestrzenną (≈ 16,7 km/s). Pierwszy rok świetlny zwycięży za 18 000 lat!
4,36 lata świetlne do naszego najbliższego układu gwiezdnego ( Alfa Centauri, spójrz na ilustrację na początku) zwycięży za około 78 tysięcy lat!
Nasz galaktyka Drogi Mlecznej o średnicy około 100 tys lata świetlne, przekroczy ją za 1 miliard 780 milionów lat.
To właśnie ta definicja jest zalecana do stosowania w literaturze popularnonaukowej. W literaturze fachowej parseki i wielokrotności jednostek (kilo- i megaparseków) są zwykle używane do wyrażania dużych odległości zamiast roku świetlnego.
Wcześniej (do 1984 roku) rok świetlny był odległością pokonywaną przez światło w ciągu jednego roku tropikalnego, odnoszącą się do epoki 1900.0. Nowa definicja różni się od starej o około 0,002%. Ponieważ ta jednostka odległości nie jest używana do bardzo dokładnych pomiarów, nie ma praktycznej różnicy między starą a nową definicją.
Wartości liczbowe
Rok świetlny to:
- 9 460 730 472 580 800 metrów (około 9,5 petametra)
Powiązane jednostki
Następujące jednostki są używane dość rzadko, zwykle tylko w popularnych publikacjach:
- 1 sekunda świetlna = 299 792,458 km (dokładnie)
- 1 minuta świetlna ≈ 18 milionów km
- 1 godzina świetlna ≈ 1079 milionów km
- 1 dzień świetlny ≈ 26 miliardów km
- 1 tydzień świetlny ≈ 181 miliardów km
- 1 miesiąc świetlny ≈ 790 miliardów km
Odległość w latach świetlnych
Rok świetlny jest wygodny do jakościowego przedstawiania skal odległości w astronomii.
| Skala | Wartość (st. lata) | Opis |
|---|---|---|
| sekundy | 4 10 -8 | Średnia odległość do Księżyca wynosi około 380 000 km. Oznacza to, że wiązka światła emitowana z powierzchni Ziemi potrzebuje około 1,3 sekundy, aby dotrzeć do powierzchni Księżyca. |
| minuty | 1,6 10-5 | Jedna jednostka astronomiczna to około 150 milionów kilometrów. Tak więc światło podróżuje ze Słońca na Ziemię w około 500 sekund (8 minut 20 sekund). |
| Oglądać | 0,0006 | Średnia odległość Słońca od Plutona wynosi około 5 godzin świetlnych. |
| 0,0016 | Aparaty z serii „Pioneer” i „Voyager” lecące poza Układ Słoneczny, około 30 lat po wystrzeleniu, wycofały się w odległości około stu jednostek astronomicznych od Słońca, a ich czas reakcji na żądania z Ziemi wynosi w przybliżeniu 14 godzin . | |
| Rok | 1,6 | Wewnętrzna krawędź hipotetycznej chmury Oorta znajduje się na 50 000 AU. e. od Słońca, a zewnętrzny - 100 000 a. e. Aby pokonać odległość od Słońca do zewnętrznej krawędzi chmury, światło zajmie około półtora roku. |
| 2,0 | Maksymalny promień obszaru oddziaływania grawitacyjnego Słońca („Sfery Hilla”) wynosi około 125 000 a.u. mi. | |
| 4,22 | Najbliższa nam gwiazda (nie licząc Słońca), Proxima Centauri, znajduje się w odległości 4,22 sv. roku . | |
| Tysiąclecie | 26 000 | Centrum naszej Galaktyki znajduje się około 26 000 lat świetlnych od Słońca. |
| 100 000 | Średnica dysku naszej galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. | |
| Miliony lat | 2,5 10 6 | Najbliższa galaktyka spiralna M31, słynna galaktyka Andromedy, znajduje się 2,5 miliona lat świetlnych stąd. |
| 3.14 10 6 | Galaktyka Trójkąta (M33) znajduje się 3,14 miliona lat świetlnych stąd i jest najdalszym nieruchomym obiektem widocznym gołym okiem. | |
| 5,9 10 7 | Najbliższa gromada galaktyk, Gromada w Pannie, znajduje się 59 milionów lat świetlnych stąd. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Anomalia grawitacyjna „Wielki Atraktor” znajduje się w odległości 150-250 milionów lat świetlnych od nas. | |
| Miliardy lat | 1,2 10 9 | Wielki Mur Sloan jest jedną z największych formacji we Wszechświecie, jego wymiary to około 350 Mpc. Aby światło pokonało go od końca do końca, zajmie to około miliarda lat. |
| 1,4 10 10 | Rozmiar przyczynowo połączonego regionu wszechświata. Oblicza się go na podstawie wieku Wszechświata i maksymalnej szybkości przesyłania informacji - prędkości światła. | |
| 4,57 10 10 | Współbieżna odległość od Ziemi do krawędzi obserwowalnego wszechświata w dowolnym kierunku; współprzemieszczający się promień obserwowalnego Wszechświata (w ramach standardowego modelu kosmologicznego Lambda-CDM). |
Galaktyczne skale odległości
- Jednostka astronomiczna o dobrej dokładności równa się 500 sekundom świetlnym, czyli światło przemieszcza się ze Słońca na Ziemię w około 500 sekund.
Zobacz też
Spinki do mankietów
- Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna. 9.2 Jednostki miary
Notatki
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Zobacz, czym jest „rok świetlny” w innych słownikach:
Pozasystemowa jednostka długości używana w astronomii; 1 S. g. jest równa odległości przebytej przez światło w ciągu 1 roku. 1 S. g. \u003d 0,3068 parsek \u003d 9,4605 · 1015 m. Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: radziecka encyklopedia. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. ... ... Encyklopedia fizyczna
ROK ŚWIETLNY, jednostka odległości astronomicznej, równa odległości, jaką pokonuje światło na otwartej przestrzeni lub w PRÓŻNI w ciągu jednego roku tropikalnego. Jeden rok świetlny to 9,46071012 km... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny
ROK ŚWIETLNY, jednostka długości stosowana w astronomii: droga przebyta przez światło w ciągu 1 roku, tj. 9,466?1012 km. Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4,3 lat świetlnych. Najdalsze gwiazdy w Galaktyce znajdują się na ... ... Współczesna encyklopedia
Jednostka odległości międzygwiezdnych; droga, jaką pokonuje światło w ciągu roku, czyli 9,46 × 1012 km… Wielki słownik encyklopedyczny
Rok świetlny- ROK ŚWIETLNY, jednostka długości stosowana w astronomii: droga przebyta przez światło w ciągu 1 roku, tj. 9,466´1012 km. Odległość do najbliższej gwiazdy (Proxima Centauri) wynosi około 4,3 lat świetlnych. Najdalsze gwiazdy w Galaktyce znajdują się na ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny
Niesystemowa jednostka długości używana w astronomii. 1 rok świetlny to odległość, jaką pokonuje światło w ciągu 1 roku. 1 rok świetlny to 9,4605E+12 km = 0,307 pc... Słownik astronomiczny
Jednostka odległości międzygwiezdnych; droga, jaką pokonuje światło w ciągu roku, czyli 9,46 1012 km. * * * LIGHTYEAR LIGHTYEAR, jednostka odległości międzygwiezdnych; droga, jaką pokonuje światło w ciągu roku, czyli 9,46x1012 km... słownik encyklopedyczny
Rok świetlny- jednostka odległości równa drodze przebytej przez światło w ciągu jednego roku. Rok świetlny to 0,3 parsek... Koncepcje współczesnej nauki przyrodniczej. Słowniczek podstawowych terminów
Niezależnie od tego, jaki styl życia prowadzimy, cokolwiek robimy, w taki czy inny sposób, każdego dnia używamy pewnych jednostek miary. Prosimy o szklankę wody, podgrzewamy własne śniadanie do określonej temperatury, oceniamy wizualnie, jak daleko mamy dojście do najbliższej poczty, umawiamy się na spotkanie o określonej godzinie i tak dalej. Wszystkie te działania wymagają
Nie tylko obliczenia, ale także pewien pomiar różnych kategorii liczbowych: odległości, ilości, wagi, czasu i tak dalej. W naszym codziennym życiu regularnie używamy liczb. I te liczby od dawna są przyzwyczajone, jakby do jakiegoś narzędzia. Ale co się stanie, gdy wyjdziemy z naszej codziennej strefy komfortu i napotkamy liczby, które są dla nas niezwykłe? W tym artykule porozmawiamy o fantastycznych postaciach Wszechświata.
uniwersalne otwarte przestrzenie
Jeszcze bardziej zaskakująca jest sytuacja z odległościami kosmicznymi. Doskonale zdajemy sobie sprawę z kilometrów do sąsiedniego miasta, a nawet z Moskwy do Nowego Jorku. Ale trudno wyobrazić sobie odległości wizualnie, jeśli chodzi o skalę gromad gwiazd. Właśnie teraz będzie nam potrzebny tzw. rok świetlny. W końcu odległości nawet między sąsiednimi gwiazdami są niezwykle duże, a mierzenie ich w kilometrach lub milach jest po prostu irracjonalne. I tutaj chodzi nie tylko o trudność w dostrzeżeniu ogromnych liczb wynikowych, ale także o liczbę ich zer. Problemem staje się napisanie numeru. Na przykład odległość z Ziemi do Marsa w okresie największego zbliżenia wynosi 55,7 miliona kilometrów. Wartość z sześcioma zerami. Ale Mars jest jednym z naszych najbliższych kosmicznych sąsiadów! Odległość do najbliższej gwiazdy, poza Słońcem, będzie miliony razy większa. A potem, gdybyśmy mierzyli to w kilometrach lub milach, astronomowie musieliby spędzić godziny na samym rejestrowaniu tych gigantycznych wielkości. Rok świetlny rozwiązał ten problem. Wyjście było dość pomysłowe.
Co to jest rok świetlny?
Zamiast wymyślać nową jednostkę miary, będącą sumą jednostek mniejszego rzędu (jak to bywa z milimetrami, centymetrami, metrami, kilometrami), postanowiono powiązać odległość z czasem. W rzeczywistości fakt, że czas jest również polem fizycznym, które wpływa na zdarzenia, jest czymś więcej
co więcej, wzajemnie powiązany i zamienny w przestrzeni, został odkryty przez Alberta Einsteina i udowodniony przez jego teorię względności. Prędkość światła stała się stałą prędkością. A przejście wiązki światła o określonej odległości na jednostkę czasu dało nowe fizyczne wielkości przestrzenne: sekundę świetlną, minutę świetlną, dzień świetlny, miesiąc świetlny, rok świetlny. Na przykład w ciągu sekundy wiązka światła (w warunkach kosmicznych - próżnia) pokonuje odległość około 300 tysięcy kilometrów. Łatwo obliczyć, że jeden rok świetlny to w przybliżeniu 9,46 * 10 15 . Tak więc odległość od Ziemi do najbliższego ciała kosmicznego, Księżyca, wynosi nieco więcej niż jedną sekundę świetlną, do Słońca - około ośmiu minut świetlnych. Odległe ciała Układu Słonecznego, zgodnie z nowoczesnymi koncepcjami, krążą w odległości jednego roku świetlnego. Najbliższa nam gwiazda, a raczej układ gwiazd podwójnych, Alfa i Proxima Centauri, jest tak daleko, że nawet światło z nich dociera do naszych teleskopów dopiero po czterech latach od swojego startu. A przecież to wciąż najbliższe nam ciała niebieskie. Światło z drugiego końca Drogi Mlecznej potrzebuje ponad stu tysięcy lat, aby do nas dotrzeć.