1 световой год равен земным годам. Как измеряется расстояние до звезд и что такое световой год? Световой год - сколько это земных лет
Наверняка, услышав в каком-нибудь фантастическом боевике выражение а-ля «до Татуина двадцать световых лет », многие задавались закономерными вопросами. Озвучу некоторые из них:
Разве год – это не время?
Тогда что же такое световой год ?
Сколько в нем километров?
За сколько преодолеет световой год космический корабль с Земли ?
Сегодняшнюю статью я решил посвятить объяснению значения этой единицы измерения, сравнению ее с нашими привычными километрами и демонстрации масштабов, которыми оперирует Вселенная .
Виртуальный гонщик.
Представим себе человека, в нарушение всех правил несущегося по шоссе со скоростью 250 км/ч. За два часа он преодолеет 500 км, а за четыре – целых 1000. Если, конечно, не разобьется в процессе…
Казалось бы, вот это скорость! Но для того, чтобы обогнуть весь земной шар (≈ 40 000 км), нашему гонщику понадобится в 40 раз больше времени. А это уже 4 х 40 = 160 часов. Или почти целая неделя непрерывной езды!
В итоге, однако, мы не скажем, что он преодолел 40 000 000 метров. Так как лень всегда заставляла нас придумывать и употреблять более короткие альтернативные единицы измерения.
Предел.
Из школьного курса физики каждому должно быть известно, что самый быстрый ездок во Вселенной – свет. За одну секунду его луч преодолевает расстояние примерно 300 000 км, а земной шар, таким образом, он обогнет за 0,134 секунды. Это в 4 298 507 раз быстрее, чем наш виртуальный гонщик!
От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.
Колоссально, не так ли? А ведь пока не доказано существование скоростей, больших скорости света. Поэтому ученый мир решил, что логично будет измерять космические масштабы в единицах, которые за определенные интервалы времени проходит радиоволна (коей свет, в частности, и является).
Расстояния.
Таким образом, световой год — ни что иное, как расстояние, которое луч света преодолевает за один год. В межзвездных масштабах использовать единицы расстояния, меньшие этой, не имеет особого смысла. И все же они есть. Вот их приближенные значения:
1 световая секунда ≈ 300 000 км;
1 световая минута ≈ 18 000 000 км;
1 световой час ≈ 1 080 000 000 км;
1 световые сутки ≈ 26 000 000 000 км;
1 световая неделя ≈ 181 000 000 000 км;
1 световой месяц ≈ 790 000 000 000 км.
А теперь, чтобы вы понимали, откуда берутся цифры, вычислим, чему равен один световой год .
В году 365 суток, в сутках 24 часа, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Таким образом, год состоит из 365 х 24 х 60 х 60 = 31 536 000 секунд. За одну секунду свет проходит 300 000 км. Следовательно, за год его луч преодолеет расстояние 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Это число читается так: ДЕВЯТЬ ТРИЛЛИОНОВ, ЧЕТЫРЕСТА ШЕСТЬДЕСЯТ МИЛЛИАРДОВ И ВОСЕМЬСОТ МИЛЛИОНОВ километров.
Конечно, точное значение светового года слегка отличается от вычисленного нами. Но при описании расстояний до звезд в научно-популярных статьях высочайшая точность в принципе не нужна, и сотня-другая миллионов километров здесь особой роли не сыграют.
А теперь продолжим наши мысленные эксперименты…
Масштабы.
Предположим, что современный космический корабль покидает Солнечную систему с третьей космической скоростью (≈ 16,7 км/с). Первый световой год он преодолеет за 18000 лет!
4,36 световых года до ближайшей к нам звездной системы (Альфы Центавра , см. изображение в начале) он преодолеет примерно за 78 тысяч лет!
Нашу галактику Млечный Путь , имеющую в поперечнике примерно 100 000 световых лет , он пересечет за 1 млрд. 780 млн. лет.
А до ближайшей к нам большой галактики , космический корабль домчится лишь спустя 36 миллиардов лет…
Вот такие пироги. А ведь в теории даже Вселенная возникла всего 16 млрд. лет назад…
И напоследок…
Космическим масштабам можно начать удивляться даже не выходя за пределы Солнечной системы , ведь она сама по себе очень велика. Весьма хорошо и наглядно это показали, например, создатели проекта If the Moon were only 1 pixel (Если бы Луна была всего одним пикселем ): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html .
На этом я, пожалуй, завершу сегодняшнюю статью. Все ваши вопросы, замечания и пожелания рад приветствовать в комментариях под ней.
Расстояния между звездами настолько велики, что измерять их километрами или милями - занятие с бесконечными нолями. Привычную систему измерений применяют для обозначения расстояний в одной системе. К примеру называют, что минимальное расстояние от Земли до Марса - 55,76 миллионов километров. Со звездами всё сложнее, и здесь обычно используют понятия светового года и парсека.
Астрономическая единица - принятая в астрономии единица измерения объектов Солнечной системы и ближайших к ней объектов Вселенной. Астрономическая единица равна 149 598 100 км (+- ~750 км), что приблизительно равняется среднему расстоянию Земли от Солнца. Современные наблюдения зафиксировали постепенно увеличение значения на 15 см ежегодно, что объясняется, возможной потерей Солнцем массы, последствия солнечного ветра.
Световой год - расстояние, которое свет проходит за один год, в метрах это 9 460 730 472 580 800. На самом деле свет звезд, который мы видим в безоблачную ночь, шёл до нашей планеты многие столетия, а некоторые из них вообще больше не существуют.
Парсек , он же «параллакс угловой секунды» - это расстояние, с которого средний радиус орбиты Земли (перпендикулярный лучу зрения), виден под углом в одну секунду угловую. Если совсем просто, то парсек = 3,26 световым годам.
Интересно то, что в научно-популярной и фантастической литературе принято использовать понятие светового года, а парсеками обычно пользуются только в профессиональных трудах и исследованиях.
(Галактика UDFj-39546284 - самая далекая от Земли галактика (13,3 миллиардов световых лет от Земли), на снимке, сделанным телескопом Хаббл выглядит, как красная точка )
Ближайшая к нам звезда - это Альфа Центавра, которая находится от Земли на расстоянии в 4,37 световых лет. А вот до самой удалённой галактики (по состоянию на декабрь 2012 года) от Земли целых 13,3 миллиардов световых лет!. Получается, когда солнце этой самой галактики (известной под индексом UDFj-39546284) потухнет, человечество об этом узнает еще не скоро.
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.
Космические расстояния слабо поддаются измерению в обычных метрах и километрах, поэтому астрономы используют в своей работе другие физические единицы. Одна из них носит название световой год.
Многие любители фантастики хорошо знакомы с этим понятием, поскольку оно часто встречается в фильмах и книгах. Но не каждый знает, чему равен световой год, а некоторые и вовсе думают, что он аналогичен обычному годовому исчислению времени.
Что такое световой год?
В действительности световой год – это не временная единица, как можно было бы предположить, а единица длины, применяемая в астрономии. Под ней понимают расстояние, преодолеваемое светом за один год.
Обычно ее применяют в астрономических учебниках или научно-популярной фантастике для определения длин в пределах Солнечной системы. Для более точных математических расчетов или измерения расстояний во Вселенной за основу берут другую единицу – .
Появление светового года в астрономии было связано с развитием звездных наук и необходимостью использовать параметры, сопоставимые с масштабами космоса. Понятие ввели спустя несколько лет после первого успешного измерения расстояния от Солнца до звезды 61 Лебедя в 1838 году.
Изначально световым годом называли расстояние, проходимое светом за один тропический год, то есть за отрезок времени, равный полному циклу смены сезонов. Однако с 1984-го за основу стали брать юлианский год (365,25 дня), в результате чего измерения стали более точными.
Как определяется скорость света?
Чтобы рассчитать световой год, исследователям пришлось сначала определить скорость света. Когда-то астрономы полагали, что распространение лучей в космосе происходит мгновенно, но в XVII веке подобное заключение начало вызывать сомнения.
Первые попытки сделать расчеты предпринял Галилео Галлилей, решивший вычислить время, за которое свет преодолевает 8 км. Его исследования не увенчались успехом. Рассчитать примерную величину удалось Джеймсу Бредли в 1728 году, определившему значение скорости в 301 тысячу км/с.
Какова скорость света?
Несмотря на то что Бредли произвел достаточно верные расчеты, определить точную скорость смогли лишь в XX столетии, используя современные лазерные технологии. Совершенное оборудование позволило сделать расчеты с поправкой на коэффициент преломления лучей, в результате чего эта величина составила 299 792,458 километров в секунду.
Данными цифрами астрономы оперируют по сей день. В дальнейшем нехитрые вычисления помогли с точностью установить время, которое лучам необходимо на облет орбиты земного шара без воздействия на них гравитационных полей.
Хотя скорость света не сопоставима с земными расстояниями, ее использование при вычислениях объясняется тем, что люди привыкли мыслить «земными» категориями.
Чему равен световой год?
Если принять во внимание, что световая секунда равняется 299 792 458 метров, легко подсчитать, что за минуту свет преодолевает 17 987 547 480 метров. Как правило, эти данные астрофизики применяют для измерения расстояний внутри планетарных систем.
Для изучения небесных тел в масштабах Вселенной гораздо удобнее брать за основу световой год, который равняется 9,460 триллионов километров или 0,306 парсек. Наблюдение за космическими телами является единственным случаем, когда человек может воочию видеть прошлое.
Чтобы свет, испускаемый какой-нибудь далекой звездой, достиг Земли, требуются многие годы. По этой причине, наблюдая за космическими объектами, вы видим их не такими, какими они являются в данный момент, а какими они были в момент излучения света.
Примеры расстояний в световых годах
Благодаря возможности исчислять скорость движения лучей, астрономы сумели вычислить расстояние в световых годах до многих небесных тел. Так, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 1,3 световых секунды, до Проксима Центавра – 4,2 световых года, до туманности Андромеды – 2,5 миллиона световых лет.
Расстояние между Солнцем и центром нашей галактики лучи проходят примерно за 26 тысяч световых лет, а между Солнцем и планетой Плутон – за 5 световых часов.
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.