ما هي المسافة التي يسافر الضوء في السنة. ما هي سنة ضوئية

بالتأكيد ، بعد أن سمعت التعبير "لا تاتوين العشرين في فيلم حركة رائعة سنوات ضوئية»، العديد من الأسئلة المشروعة. سوف أسمع بعض منهم:

أليس السنة هو الوقت؟

ثم ما هو سنة ضوئية?

كم كيلو متر؟

كم سوف نتغلب عليها سنة ضوئية  سفينة الفضاء مع من الأرض?

قررت تخصيص مقالة اليوم لشرح قيمة وحدة القياس هذه ومقارنتها مع الكيلومترات المعتادة وإظهار الحجم الذي تعمل به. الكون.

متسابق افتراضي.

تخيل الشخص ، في انتهاك لجميع القواعد ، التسرع على طول الطريق السريع بسرعة 250 كم / ساعة. في غضون ساعتين سوف يتغلب على 500 كم ، وفي أربع ساعات - ما يصل إلى 1000. ما لم يكن ، بالطبع ، يكسر العملية ...

يبدو أن هذه هي السرعة! ولكن من أجل التجول حول الكرة الأرضية بأكملها (≈ 40000 كم) ، سيحتاج متسابقنا إلى 40 مرة أخرى. وهذا هو 4 × 40 = 160 ساعة. أو ما يقرب من أسبوع كامل من القيادة دون انقطاع!

ونتيجة لذلك ، فإننا لن نقول إنه قد غطى 40،000،000 متر. منذ أن أجبرنا الكسل دائما على اختراع واستخدام وحدات بديلة أقصر للقياس.

الحد.

من دورة مدرسية في الفيزياء ، يجب أن يعرف الجميع أن أسرع متسابق في من الكون  - ضوء. في ثانية واحدة ، يسافر شعاعها لمسافة حوالي 300،000 كم ، والعالم ، وبالتالي ، سوف يرحل في 0.134 ثانية. هذا هو 4،298،507 مرة أسرع من متسابقنا الافتراضي!

من من الأرض  يصل الى القمر  يصل الضوء إلى متوسط ​​قدره 1.25 ثانية الشمس  تموت شعاعها أكثر من 8 دقائق.

هائلة ، أليس كذلك؟ ولكن لم يثبت بعد وجود سرعات أكبر من سرعة الضوء. ولذلك ، قرر العالم الأكاديمي أنه من المنطقي قياس المقاييس الكونية في الوحدات التي تمر عبر الموجات الراديوية في فترات زمنية معينة (والتي يكون الضوء ، على وجه الخصوص ، هو).

المسافة.

وهكذا، سنة ضوئية  - لا شيء أكثر من المسافة التي ينتقل بها شعاع الضوء في عام واحد. في المقاييس بين النجميّة ، لا يكون استخدام وحدات المسافة الأصغر من ذلك منطقيًا. وحتى الآن هم. فيما يلي قيمها التقريبية:

1 ثانية خفيفة ≈ 300 000 كم ؛

1 دقيقة ضوئية ≈ 000 18 000 كم ؛

ساعة ضوئية واحدة ≈ 000 080 000 1 كم ؛

يوم واحد خفيف ≈ 000 000 000 26 كم ؛

أسبوع ضوئي واحد ≈ 000 000 181 000 كم ؛

شهر واحد خفيف ≈ 790 000 000 000 كم.

والآن ، حتى تفهم من أين تأتي الأرقام ، دعنا نحسب ما يعادل واحدًا سنة ضوئية.

هناك 365 يومًا في السنة ، و 24 ساعة في اليوم ، و 60 دقيقة في الساعة ، و 60 ثانية في الدقيقة. وبالتالي ، تتكون السنة من 365 × 24 × 60 × 60 = 31 536000 ثانية. في ثانية واحدة ، ينتقل الضوء 300،000 كم. وبناء على ذلك ، ستغطي الحزمة خلال العام مسافة قدرها 000 566 31 × 300000 = 000 460 6 مليون 9 كم.

هذا الرقم يقرأ على هذا النحو: تسعة تريليونات ، مليار وثلاث مئة مليار وثمانمائة مليون  كم.

بالطبع ، القيمة الدقيقة سنة ضوئية  يختلف قليلا عن ما حسبنا. ولكن في وصف المسافات إلى النجوم في المقالات العلمية الشائعة ، لا توجد حاجة لأعلى دقة من حيث المبدأ ، ولن تلعب مائة أو ملايين الكيلومترات الأخرى دورًا خاصًا هنا.

والآن نواصل تجاربنا الفكرية ...

المقاييس.

لنفترض أن الحديث سفينة الفضاء  أوراق النظام الشمسي  مع السرعة الكونية الثالثة (≈ 16.7 كم / ثانية). الأول سنة ضوئية  سوف يتغلب في 18000 سنة!

4,36 سنوات ضوئية  إلى أقرب نظام نجم ( ألفا سنتوري، انظر الصورة في البداية) سوف تتغلب على حوالي 78 ألف سنة!

لنا مجرة درب التبانةوجود حوالي 100،000 عبر سنوات ضوئيةسيعبر عن مليار و 780 مليون سنة.

وإلى أقرب كبير المجرة, سفينة الفضاء  فقط بعد 36 مليار سنة

هذه هي الفطائر. لكن من الناحية النظرية ، حتى الكون  كان هناك قبل 16 مليار سنة فقط ...

واخيرا ...

يمكن أن تبدأ المقاييس الفضائية بالتعجب حتى من دون الذهاب إلى ما هو أبعد من ذلك النظام الشمسيلأنها كبيرة جدًا في حد ذاتها. على سبيل المثال ، أبدى منشئو المشروع ذلك بوضوح وبشكل واضح. لو كان القمر  فقط 1 بكسل (لو كان القمر بكسل واحد فقط): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html.

على هذا أنا ، ربما ، سوف تكمل المادة اليوم. نرحب بجميع أسئلتك وتعليقاتك واقتراحاتك في التعليقات أدناه.

هل تعرف لماذا لا يستخدم علماء الفلك سنة ضوئية لحساب المسافات إلى الأجسام البعيدة في الفضاء؟

سنة ضوئية هي وحدة غير تابعة لقياس المسافات في الفضاء. يتم استخدامها عالميا في الكتب والكتب المدرسية الشعبية في علم الفلك. ومع ذلك ، ففي علم الفيزياء الفلكية المحترف ، يستخدم هذا الرقم في حالات نادرة للغاية وغالباً ما يكون لتحديد المسافات لإغلاق الأشياء في الفضاء. والسبب في ذلك بسيط: إذا حددت المسافة في السنوات الضوئية للأجسام البعيدة في الكون ، فسيكون العدد ضخمًا جدًا لدرجة أنه سيكون غير عملي وغير مريح لاستخدامه في الحسابات المادية والرياضية. لذلك ، بدلاً من سنة ضوئية ، في علم الفلك المحترف ، يتم استخدام وحدة القياس هذه ، والتي تكون أكثر ملاءمة للعمل عند إجراء العمليات الحسابية المعقدة.

تعريف المصطلح

تعريف مصطلح "سنة ضوئية" يمكن أن نجده في أي كتاب مدرسي لعلم الفلك. سنة ضوئية هي المسافة التي يمر بها شعاع الضوء في سنة ترابية واحدة. يمكن لهذا التعريف أن يرضي أحد الهواة ، لكن اختصاصي الكوسمولوجيا يعتبره غير كامل. وسوف يلاحظ أن السنة الضوئية ليست فقط المسافة التي يسافرها الضوء في السنة ، بل المسافة التي يسلكها بصيص من الضوء في 365.25 يومًا في الأرض في فراغ ، دون أن تتأثر بالمجالات المغناطيسية.

السنة الضوئية هي 9.46 تريليون كيلومتر. هذه هي المسافة بين شعاع الضوء ويسافر في السنة. ولكن كيف حقق علماء الفلك مثل هذا التعريف الدقيق لمسار الشعاع؟ سنناقش هذا أدناه.

كيفية تحديد سرعة الضوء

في العصور القديمة ، كان يعتقد أن الضوء ينتشر في الكون على الفور. ومع ذلك ، منذ القرن السابع عشر ، بدأ العلماء يشكون في ذلك. الأول في البيان المقترح أعلاه يشك في غاليليو. كان هو الذي حاول تحديد الوقت الذي يسير فيه شعاع ضوئي لمسافة 8 كم. ولكن نظرًا إلى حقيقة أن مثل هذه المسافة كانت مهملة لمثل هذا الحجم مثل سرعة الضوء ، انتهت التجربة بالفشل.

كان أول تحول رئيسي في هذه القضية هو ملاحظة عالم الفلك الدنماركي الشهير أولاف رومر. في عام 1676 ، لاحظ الفرق في وقت الكسوف ، اعتمادا على نهج وإزالة الأرض لهم في الفضاء الخارجي. لقد نجح رومر في ربط هذه الملاحظة بحقيقة أنه كلما ابتعدت الأرض عن ، ازداد الوقت الذي يستغرقه الضوء الذي ينعكس من خلاله للمسافة إلى كوكبنا.

جوهر هذه الحقيقة اشتعلت Roemer بدقة ، لكنه لم يتمكن من حساب القيمة الموثوقة لسرعة الضوء. كانت حساباته خاطئة ، لأنه في القرن السابع عشر لم يكن بإمكانه الحصول على بيانات دقيقة عن المسافة بين الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي. تم التعرف على هذه البيانات في وقت لاحق.

مزيد من التحولات في البحوث وتحديد السنة الضوئية

في عام 1728 ، كان عالم الفلك الإنجليزي جيمس برادلي ، الذي اكتشف تأثير انحراف النجوم ، أول من قام بحساب السرعة التقريبية للضوء. حدد قيمته في 301 ألف كم / ثانية. لكن هذه القيمة كانت غير دقيقة. تم إنتاج أساليب أكثر تطورا لحساب سرعة الضوء دون الرجوع إلى الأجسام الكونية - على الأرض.

تم إجراء ملاحظات على سرعة الضوء في فراغ باستخدام عجلة دوارة ومرآة بواسطة A. Fizo و L. فوكو ، على التوالي. بفضل مساعدتهم ، تمكن علماء الفيزياء من الاقتراب من القيمة الحقيقية لهذه الكمية.

سرعة دقيقة من الضوء

سرعة الضوء بالضبط ، تمكن العلماء من تحديد فقط في القرن الماضي. واستناداً إلى نظرية ماكسويل للكهرومغناطيسية ، باستخدام تقنية الليزر الحديثة والحسابات المصححة من أجل معامل الانكسار للدفق الإشعاعي في الهواء ، تمكن العلماء من حساب القيمة الدقيقة لسرعة الضوء 299،792.458 كم / ثانية. هذا علماء الفلك قيمة لا تزال تستخدم. ثم حدد يوم ضوء ، الشهر والسنة كان بالفعل مسألة التكنولوجيا. وبحسب الحسابات البسيطة ، حصل العلماء على الرقم البالغ 9.46 تريليون كيلومتر ، وسيستغرق الأمر الكثير من الوقت حتى يتحرك شعاع الضوء حول مدار الأرض.

من أجل فهم معنى مفهوم "سنة ضوئية" ، تحتاج أولاً إلى استدعاء مسار الفيزياء المدرسي ، وخاصة القسم الذي يتعلق بسرعة الضوء. لذا ، فإن سرعة الضوء في الفراغ ، حيث لا تتأثر بعوامل مختلفة ، مثل الجاذبية والمجالات المغناطيسية ، والجسيمات العالقة ، وانكسار وسط شفاف ، وما إلى ذلك ، هو 299،792،5 كيلومتر في الثانية. يجب أن نفهم أنه في هذه الحالة ، يشير الضوء إلى الموجات الكهرومغناطيسية التي تتصورها الرؤية البشرية.

أما الوحدات الأقل شهرة لقياس المسافات فهي خفيفة الشهر والأسبوع واليوم والساعة والدقيقة والثانية.

لفترة طويلة ، كانت سرعة الضوء تعتبر لا نهائية ، وكان أول شخص يقوم بحساب السرعة التقريبية لأشعة الضوء في الفراغ هو عالم الفلك أولاف ريمر في منتصف القرن السابع عشر. بالطبع ، كانت بياناته تقريبية للغاية ، ولكن حقيقة تحديد القيمة النهائية للسرعة مهمة. في عام 1970 ، تم تحديد سرعة الضوء بدقة 1 متر في الثانية. لم تتحقق نتائج أكثر دقة حتى الآن ، حيث نشأت مشاكل مع دقة معيار القياس.

سنة ضوئية ومسافات أخرى

بما أن المسافات في الفضاء ضخمة ، فإن قياسها في الوحدات المعتادة سيكون غير عقلاني وغير مريح. واستناداً إلى هذه الاعتبارات ، تم إدخال وحدة قياس خاصة - السنة الضوئية ، أي المسافة التي يقطعها الضوء فوق ما يسمى العام الجولياني (يساوي 365.25 يومًا). وبالنظر إلى أنه في كل يوم تحتوي على 86،400 ثانية ، يمكن حساب أنه في عام واحد يسير شعاع ضوئي لمسافة تزيد على 9.4 تريليون كيلومتر. هذه القيمة تبدو ضخمة ، على سبيل المثال ، المسافة إلى Proxima Centauri ، النجم الأقرب إلى الأرض ، هي 4.2 سنة ، وقطر مجرة ​​درب التبانة يتجاوز 100،000 سنة ضوئية ، أي تلك الملاحظات المرئية التي يمكن أن تعكس الآن الصورة الموجودة حول منذ مئات الآلاف من السنين

يتغلب شعاع الضوء على المسافة بين الأرض والقمر في حوالي ثانية ، لكن أشعة الشمس تصل إلى كوكبنا لأكثر من ثماني دقائق.

ونادرا ما يستخدم مفهوم السنة الضوئية في الفيزياء الفلكية المهنية. يعمل العلماء بشكل رئيسي على وحدات مثل الوحدات الفلكية و parsec. Parsec هو المسافة إلى نقطة وهمية من خلالها نصف قطر مدار الأرض مرئي بزاوية قوس قوسية واحدة (1/3600 درجة). يطلق على نصف قطر مدار المدار ، أي المسافة بين الأرض والشمس ، وحدة فلكية. يبلغ عمر بارسك حوالي ثلاث سنوات ضوئية ، أو 30.8 تريليون كيلومتر. تبلغ المساحة الفلكية حوالي 149.6 مليون كيلومتر.

في 22 فبراير 2017 ، ذكرت وكالة ناسا أنه تم العثور على 7 من الكواكب الخارجية في النجم الواحد TRAPPIST-1. ثلاثة منها تقع في مدى المسافات من النجم ، حيث يمكن أن يكون للكوكب ماء سائل ، والماء هو شرط أساسي للحياة. يقال أيضا أن هذا النظام النجمي يقع على بعد 40 سنة ضوئية من الأرض.

لقد تسببت هذه الرسالة في الكثير من الضجيج في وسائل الإعلام ، حتى أن بعض الناس ظنوا أن البشرية على وشك بناء مستوطنات جديدة بنجم جديد ، لكن هذا ليس كذلك. لكن أربعين سنة ضوئية كثيرة ، إنها كثيرة ، وهي كثيرة جداً ، أي أنها مسافة هائلة بشكل هائل!

من مسار الفيزياء ، فإن السرعة الكونية الثالثة معروفة - هذه هي السرعة التي يجب أن يكون لها الجسم على سطح الأرض حتى تتجاوز حدود النظام الشمسي. تبلغ قيمة هذه السرعة 16.65 كم / ثانية. تبدأ المركبة الفضائية المدارية العادية بسرعة 7.9 كم / ثانية ، وتدور حول الأرض. من حيث المبدأ ، فإن السرعة التي تتراوح بين 16 و 20 كلم / ثانية تعتبر ميسورة التكلفة لتكنولوجيات الأرض الحديثة ، ولكن ليس أكثر!

لم تتعلم البشرية بعد كيفية تسريع المركبة الفضائية أسرع من 20 كم / ثانية.

دعونا نحسب عدد السنوات التي ستستغرق فيها مركبة فضائية للطيران بسرعة 20 كم / ثانية للتغلب على 40 سنة ضوئية والوصول إلى النجم TRAPPIST-1.
  سنة ضوئية واحدة هي المسافة التي ينتقل بها شعاع الضوء في الفراغ ، وتبلغ سرعة الضوء حوالي 300 ألف كم / ثانية.

تطير سفينة فضائية مصنوعة باليد البشرية بسرعة 20 كم / ثانية ، أي 15 ألف مرة أبطأ من سرعة الضوء. 40 سنة ضوئية سوف تتغلب هذه السفينة في وقت يساوي 40 * 15000 = 600000 سنة!

سوف تصل سفينة الأرض (مع المستوى الحديث للتكنولوجيا) إلى نجمة TRAPPIST -1 في حوالي 600 ألف سنة! الإنسان المعقول موجود على الأرض (وفقا للعلماء) فقط 35-40 ألف سنة ، وهنا بقدر 600 ألف سنة!

في المستقبل القريب ، لن تسمح التقنية لأي شخص بالوصول إلى نجمة TRAPPIST-1. حتى المحركات الواعدة (الأيونية والفوتونية والأشرعة الفضائية ، إلخ) غير الموجودة في الواقع الأرضي يمكن تقديرها لتسريع السفينة بسرعة 10000 كم / ثانية ، مما يعني أن زمن الرحلة إلى نظام TRAPPIST-1 سيقل إلى 120 عامًا . هذا هو بالفعل وقت مقبول أكثر أو أقل للطيران باستخدام anabiosis أو لعدة أجيال من المهاجرين ، ولكن اليوم كل هذه المحركات رائعة.

حتى أقرب النجوم لا يزال بعيدًا جدًا عن الناس ، بعيدًا جدًا ، ناهيك عن نجوم مجرتنا أو المجرات الأخرى.

يبلغ قطر مجرتنا مجرة ​​درب التبانة حوالي 100 ألف سنة ضوئية ، أي أن الطريق من النهاية إلى النهاية بالنسبة لسفينة أرضية حديثة سيكون 1.5 مليار سنة! تشير العلوم إلى أن عمر الأرض يبلغ 4.5 مليار عام ، وأن عمر الخلايا متعددة الخلايا يبلغ حوالي 2 مليار عام. المسافة إلى المجرة الأقرب إلينا - أندروميدا السديم - 2.5 مليون سنة ضوئية من الأرض - ما هي المسافة البشعة!

كما ترون ، من بين كل الكائنات الحية ، لم يسبق لأحد أن قدم قدمه على كوكب الأرض من نجم آخر.

بالتحقيق في كوكبهم ، على مدى مئات السنين ، اخترع الناس المزيد والمزيد من الأنظمة الجديدة لقياس أجزاء من المسافة. ونتيجة لذلك ، تقرر النظر في وحدة عالمية بطول متر واحد ، وقياس طريقة كبيرة بالكيلومترات.

لكن القرن العشرين القادم وضع مشكلة جديدة للبشرية. بدأ الناس في دراسة الكون بعناية ، وتبين أن اتساع الكون شاسع لدرجة أن الكيلومترات ليست جيدة هنا. في الوحدات المعتادة لا يزال بإمكان المرء أن يعبر عن المسافة من الأرض إلى القمر أو من الأرض إلى المريخ. ولكن إذا حاولت تحديد كم عدد الكيلومترات فإن أقرب نجم هو بعيد عن كوكبنا ، فإن الرقم "يتضخم" مع عدد لا يمكن تخيله من المنازل العشرية.

ما هي سنة ضوئية واحدة تساوي؟

أصبح من الواضح أن هناك حاجة إلى وحدة قياس جديدة لاستكشاف مساحات الفضاء - وأصبحت سنة ضوئية. في ثانية واحدة ، يسافر الضوء 300،000 كيلومتر. سنة ضوئية - هذه هي المسافة التي سيغطيها الضوء بالضبط في السنة - وفيما يتعلق بنظام الأعداد الأكثر معرفة ، فإن هذه المسافة هي 9،460،730،472،580،8 كم.  من الواضح أن استخدام "سنة ضوئية" موجزة أكثر ملاءمة من استخدام هذا الرقم الضخم في الحسابات في كل مرة.

من بين جميع النجوم الأقرب إلينا هو Proxima Centauri - تتم إزالته "فقط" خلال 4.22 سنة ضوئية. وبالطبع ، من حيث الكيلومترات ، سيصبح الرقم ضخمًا للغاية. ومع ذلك ، فإن كل شيء معروف بالمقارنة - إذا أخذنا بعين الاعتبار أن أقرب مجرة ​​تسمى أندرميدا هي 2.5 مليون سنة ضوئية من درب التبانة ، فإن النجم المذكور بالفعل يبدأ بالفعل في الجار القريب جدا.

بالمناسبة ، يساعد استخدام السنوات الضوئية العلماء على فهم أجزاء الكون التي يكون من المنطقي البحث فيها عن الحياة الذكية ، ومكان إرسال الإشارات اللاسلكية عديم الفائدة تمامًا. فبعد كل شيء ، تشبه سرعة الإشارة اللاسلكية سرعة الضوء ، على التوالي ، ولن تصل التحية المرسلة إلى مجرة ​​بعيدة إلى هدفها إلا بعد مرور ملايين السنين. من المعقول أن ننتظر إجابة من "الجيران" الأقرب - الأجسام ، التي ستصل إشارات الاستجابة الافتراضية إلى الأجهزة الأرضية حتى خلال مدة حياة الشخص.

سنة ضوئية واحدة هي عدد سنوات الأرض؟

ويعتقد على نطاق واسع أن السنة الضوئية هي وحدة من الزمن. في الواقع ، ليس كذلك. هذا المصطلح لا علاقة له بسنوات الأرض ، ولا يرتبط به بأي شكل من الأشكال ويعني فقط المسافة التي ينتقلها الضوء في سنة واحدة من الأرض.