Исследуя собственную планету, на протяжении сотен лет люди изобретали все новые и новые системы для измерения отрезков расстояния. В итоге было решено считать универсальной единицей длины один метр, а большой путь измерять в километрах.
Но наступивший двадцатый век поставил перед человечеством новую проблему. Люди начали внимательно изучать космос - и оказалось, что просторы Вселенной необъятны настолько, что километры здесь просто не годятся. В привычных единицах еще можно выразить расстояние от Земли до Луны или от Земли до Марса. Но вот если пытаться определить, на сколько километров отстоит от нашей планеты ближайшая звезда, цифра «обрастает» невообразимым количеством знаков после запятой.
Чему равен 1 световой год?
Стало очевидно, что для исследования пространств космоса необходима новая единица измерения - и ею стал световой год. За одну секунду свет проходит 300 000 километров. Световой год - это расстояние, которое свет пройдет ровно за год - и в переводе на более привычную систему счисления это расстояние равняется 9 460 730 472 580, 8 километра. Понятно, что использовать лаконичное «один световой год» намного удобнее, нежели каждый раз применять в расчетах эту огромную цифру.
Из всех звезд ближе всего к нам находится Проксима Центавра - она удалена «всего лишь» на 4,22 световых года. Конечно, в пересчете на километры цифра получится невообразимо огромной. Однако все познается в сравнении - если учитывать, что ближайшая галактика под названием Андромеда отстоит от Млечного Пути на целых 2,5 миллиона световых лет, вышеупомянутая звезда и правда начинает казаться очень близкой соседкой.
Кстати, использование световых лет помогает ученым понять, в каких уголках Вселенной имеет смысл искать разумную жизнь, а куда посылать радиосигналы совершенно бесполезно. Ведь скорость радиосигнала аналогична скорости света - соответственно, приветствие, отправленное в сторону далекой галактики, достигнет цели лишь через миллионы лет. Ответа разумнее ждать от более близких «соседей» - объектов, гипотетические ответные сигналы которых доберутся до земных аппаратов хотя бы в течение жизни человека.
1 световой год это сколько земных лет?
Широко распространено ошибочное мнение, что световой год является единицей измерения времени. На самом деле, это не так. Термин не имеет никакого отношения к земным годам, никак с ними не соотносится и обозначает исключительно расстояние, которое свет проходит за один земной год.
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.
Материал подготовлен Александром Заниным
Световая секунда является единицей длины использующейся в астрономии, телекоммуникации и релятивистской физике. Она определяется как расстояние, которое свет проходит в свободном пространстве в одну секунду, и равна в точности 299 792 458 метров. Это составляет чуть более 186282 миль и почти 9,84 × 10 8 футов.
Также, скорость света служит основой для других единиц времени и единиц длины, начиная от световой наносекунды (чуть меньше одного американского или британского фута) до световой минуты, светового часа и светового дня, который иногда используется в научно-популярных изданиях. Чаще используется световой год, в настоящее время определенный равным точно 31 557 600 световых секунд, так как определение года основано на Юлианском определение продолжительности года (не Григорианском) 365,25 дней, каждый из ровно 86 400 SI секунд.
Определение метра
Метр - это расстояние, которое проходит свет в вакууме за временной интервал 1/299792458 секунды.
Это определение фиксирует скорость света в вакууме - 299792458 м/с, и, следовательно, световая секунда соответствует 299792458 м.
Использование в области телекоммуникаций
Сигналы связи на Землю редко путешествуют именно со скоростью света в свободном пространстве, но расстояния в доли световых секунд по-прежнему полезны для планирования телекоммуникационных сетей, поскольку они указывают на минимально возможной задержкой между отправителем и получателем.
Одна световая наносекунда составляет почти 300 миллиметров (299,8 мм, 5 мм меньше, чем один фут), что ограничивает скорость передачи данных между разными частями большого компьютера.
Одна световая микросекунда соответствует расстоянию около 300 метров.
Среднее расстояние, если сигнал движется по периметру Земли, между противоположными сторонами Земли 66,8 световых миллисекунд.
Спутники связи, как правило, находятся на высотах от 1,337 световых миллисекунд (низкие околоземные орбиты) до 119,4 световых миллисекунд (геостационарные орбиты) от поверхности Земли. Поэтому всегда будет задержка, по крайней мере, четверть секунды в связи через геостационарные спутниковые системы (119.4 ms *2 раза); эта задержка едва заметна в трансокеанских телефонных разговорах, которые направляются через спутник.
Использование в астрономии
Световая секунда - удобная единица для измерения расстояний во внутренней Солнечной системе, поскольку она соответствует очень близко к радиометрическим данным, используемых для их определения (соответствие не является точным для наземного наблюдателя из-за очень маленькой поправкой на эффекты теории относительности). Значение астрономической единицы (например расстоянию от Земли до Солнца) в световых секундах является одним из основных измерений для расчета современной эфемериды (таблиц координат планет): это, как правило, называется "световая единица времени на единицу расстояния" в таблицах астрономических постоянных, и в настоящее время его значение (расстояния от Земли до Солнца) принято 499,004786385 (20) с.
- Средний диаметр Земли составляет около 0,0425 световых секунд.
- Среднее расстояние от Земли до Луны составляет около 1,282 световых секунд.
- Диаметр Солнца составляет около 4,643 световых секунд.
- Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 499,0 световых секунд.
- Кратность световой секунде может быть определена, хотя, кроме светового года она больше используются в научно-популярных изданиях, чем в научно-исследовательских работах. Например, световая минута равна 60 световым секундам, а среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 8,317 световых минут.
- Световая секунда: 2,997924580 × 10^8 м 2,998*10^5 км 1,863 × 10^5 миль. Среднее расстояние от Земли до Луны составляет около 1,282 световых секунд.
- Световая минута= 60 световых секунд- 1,798754748 × 10^10 м= 1,799 × 10^7 км =1,118 × 107 миль. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 8,317 световых минут.
- световой час= 60 световых минут
- = 3600 световых секунд 1,079252849 × 10^12 м= 1,079 × 10^9 км =6,706 × 108 миль. Большая полуось орбиты Плутона составляет около 5,473 световых часов.
- световой день =24 световых часа=
- = 86400 световых секунд- 2,590206837 × 10^13м= 2,590 *10^10 км= 1,609 × 10^10 миль. Наиболее удаленная от Солнца планета Седна в настоящее время находится на расстоянии 0,52 световых дней от Солнца по орбите, которая варьируется перигее от 0,44 световых дней до 5,41 световых дней в апогее.
- Световая неделя= 7 световых дней
- = 604800 световых секунд -1,813144786 × 10^14 м= 1,813 × 10^11 км =1,127 × 10^11 миль. Туманность Оорта, как полагают, занимает область между 41 и 82 световых недель от Солнца.
- Световой год =365,25 световых дней=
- = 31557600 световых секунд 9,460730473 × 1015 м= 9,461 × 1012 км= 5,879 × 1012 миль. Проксима Центавра является ближайшей к Солнцу звезда, находится на расстоянии около 4,24 световых лет от Земли.
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.
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.
