1 світлова секунда. Світловий рік та космічні масштаби

Досліджуючи власну планету, упродовж сотень років люди винаходили все нові й нові системи для вимірювання відрізків відстані. У результаті було вирішено рахувати універсальною одиницеюдовжини один метр, а великий шлях виміряти за кілометри.

Але двадцяте століття поставило перед людством нову проблему. Люди почали уважно вивчати космос – і виявилося, що простори Всесвіту неосяжні настільки, що кілометри тут просто не годяться. У звичних одиницях ще можна висловити відстань від Землі до Місяця чи Землі до Марса. Але якщо намагатися визначити, на скільки кілометрів відстане від нашої планети найближча зірка, цифра «обростає» неймовірною кількістю знаків після коми.

Чому дорівнює 1 світловий рік?

Стало очевидно, що для дослідження просторів космосу необхідна нова одиниця виміру – і нею став світловий рік. За секунду світло проходить 300 000 кілометрів. Світловий рік - це відстань, яке світло пройде рівно за рік - і в перекладі на більш звичну систему числення ця відстань дорівнює 9460730472580, 8 кілометра.Зрозуміло, що використовувати лаконічне «один світловий рік» набагато зручніше, ніж щоразу застосовувати у розрахунках цю величезну цифру.

З усіх зірок найближче до нас знаходиться Проксима Центавра - вона видалена «лише» на 4,22 світлових років. Звичайно, у перерахунку на кілометри цифра вийде неймовірно величезною. Проте все пізнається в порівнянні - якщо враховувати, що найближча галактика під назвою Андромеда віддалена від Чумацького Шляхуна цілих 2,5 мільйона світлових років, вищезгадана зірка і справді починає здаватися дуже близькою сусідкою.

До речі, використання світлових років допомагає вченим зрозуміти, в яких куточках Всесвіту має сенс шукати. розумне життя, А куди посилати радіосигнали абсолютно марно. Адже швидкість радіосигналу аналогічна швидкості світла - відповідно, вітання, відправлене у бік далекої галактики, досягне мети лише за мільйони років. Відповіді розумніше чекати від ближчих «сусідів» - об'єктів, гіпотетичні сигнали у відповідь яких доберуться до земних апаратів хоча б протягом життя людини.

1 світловий рік це скільки земних років?

Широко поширена хибна думка, що світловий рік є одиницею виміру часу. Насправді це не так. Термін не має жодного відношення до земних років, ніяк з ними не співвідноситься і позначає виключно відстань, що світло проходить за один земний рік.

Величезні космічні простори дуже важко обчислювати за кілометри або милі. Вчені задумалися про пошук інших одиниць виміру великих відстаней. Шанувальники фантастичних фільмів та книг часто чують про світловий рік. Але не кожен може пояснити, що означають ці слова. Деякі не бачать його відмінність від звичайного земного.

Ця величина –популярна одиниця виміру космічної відстані. При її визначенні використовують:

швидкість світла,
число секунд, рівних 365 діб.

Важлива умова такого обчислення – відсутність впливу світ будь-яких гравітаційних полів. Цій вимогі відповідає вакуум. Саме в ньому залишається постійної швидкостіпоширення будь-яких електромагнітних променів.

Ще в XVII столітті вчені намагалися визначити швидкість світла. Раніше астрономи припускали, що промені розносяться у просторі миттєво. У цьому засумнівався Галілео Галілей. Він поставив за мету обчислити час проходження променем світла певної відстані, що дорівнює восьми кілометрам. Але його досліди були невдалими. Дослідження датського вченого О. Рьомера теж не мали успіху. Він помітив тимчасову різницю у затемненнях супутників інших планет, залежно від положення Землі. Коли вона знаходиться далі від іншого космічного об'єкта, то променям світла потрібно більше часу для досягнення земної поверхні. Обчислити їхню швидкість йому не вдалося.

Вперше приблизно підрахувати швидкість світла вдалося англійцю Джеймсу Бредлі у XVIII столітті. Цей астроном встановив її значення 301 000 км/с. У минулому столітті, використовуючи теорію електромагнетизму Максвелла, вчені змогли точно визначити значення швидкості променя. Дослідження проводилися з використанням нових лазерних технологій, враховуючи коефіцієнти їх заломлення. Розрахована швидкість світла дорівнювала 299 792 кілометрів 458 метрів за секунду. Це допомогло визначити зручну одиницю виміру космічного простору.

Чому дорівнює 1 світловий рік у кілометрах

Для розрахунку взяли за основу 365 діб. Якщо обчислити добову величину за секунди, то вийде 86 400 секунд. А у всіх зазначених діб їх кількість становитиме 31 557 600.

Ми визнали, яка відстань проходить промінь світла за секунду. Помноживши цю величину на 31557600, отримаємо трохи більше 9,4 трильйона. Це світловий рік, виміряний за кілометри. Саме це відстань пройдесвітловий промінь за 365 діб у вакуумі. Такий шлях він зробить, облітаючи земну орбітубез дії полів гравітації.

Приклади деяких відстаней, розрахованих таким чином

Відстань від Землі до Місяця промінь світла долає за хвилину 3 секунди;
У 100000 таких років можна визначити діаметр нашого галактичного диска;
Відстань у світловому годиннику від Сонця до Плутона дорівнює 5,25 години;
Галактику Андромеду промінь із землі досягне через 2500000 світлових років, а зірку Проксима Центавра всього за 4;
сонячне світлосягає нашої планети за 8,20 хвилини;
На відстані 26 тис. світлових років розташований від Сонця Центр нашої Галактики;
Скупчення Діви розташоване на відстані 58 000 000 подібних років від нашої планети;
Десятками мільйонів таких років вимірюються скупчення галактик діаметром;
Максимальна виміряна відстань від Землі до краю видимого Всесвіту склала 45 млрд світлових років.

Чим він такий важливий

Розрахована швидкість світла дала можливість астрономам визначити відстань між планетами, зірками, галактиками. Стало очевидно, що світло, яке випромінює зірка, не досягає Землі блискавично. Спостерігаючи на небі космічні об'єкти, ми бачимо минуле. Вибух далекої планети, який стався сотні років тому, вчені зафіксують лише сьогодні.

У межах нашого Всесвіту застосування розрахунків у цій одиниці виміру зручне. Рідше використовуються години, тижні або місяці. При визначенні відстані до далеких космічним об'єктам, Отримана величина буде величезна. Користуватись подібними значеннями при математичних підрахунках стають скрутно та непрактично. Вчені це врахували, й у астрономічних обчислень великих відстаней використовують іншу одиницю виміру – парсек. Для складних математичних розрахунків він є більш прийнятним. Світловий рік дорівнює одній третині парсека.

Співвідношення світлових та земних років

У своєму житті ми часто вимірюємо відстань:до роботи, найближчого магазину, іншого міста. Ми порівнюємо різні величини одна з одною. Це допомагає оцінити різницю. Поняття світлових та земних роківбагатьом здаються схожими, а то й однаковими. Виникає бажання їх порівняти. Тут потрібно спочатку вибрати, що мати на увазі під земним роком. Можна визначити його як відстань, пройдену нашою планетою за 365 діб. При цих параметрах один світловий подібний період дорівнюватиме 63 тисячам земних років.

Якщо ж земний обчислювати на добу, то він вважатиметься одиницею виміру часу. А світловим позначають відстань. І порівняння таких величин безглуздо. І тут немає відповіді питання.

Відео

Це відео допоможе вам розібратися, що таке світловий рік.

Чи не отримали відповідь на своє запитання? Запропонуйте авторам тему.

Галактичні масштаби відстаней

Світловий рік ( св. м., ly) - позасистемна одиниця довжини, що дорівнює відстані, що проходить світлом за один рік.

Точніше, за визначенням Міжнародного астрономічного союзу (МАС) світловий рік дорівнює відстані, яке світло проходить у вакуумі, не відчуваючи впливу гравітаційних полів, за один юліанський рік(Рівний за визначенням 365,25 стандартних діб по 86 400 секунд СІ, або 31 557 600 секунд). Саме це визначення рекомендовано для використання в науково-популярній літературі. У професійній літературі для вираження великих відстаней замість світлового рокузазвичай використовуються парсеки та кратні одиниці (кіло- та мегапарсеки).

Раніше (до 1984 року) світловим роком називалася відстань, прохідне світломза один тропічний рік, зарахований до епохи 1900,0. Нове визначення відрізняється від старого приблизно 0,002 %. Так як дана одиниця відстані не використовується для високоточних вимірювань, практичної різниці між старим і новим визначеннями немає.

Числові значення

Світловий рік дорівнює:

9 460 730 472 580 800 метрів (приблизно 9,46 петаметрів)
63 241,077 астрономічної одиниці (а. е.)
0,306 601 парсека

Пов'язані одиниці

Нижченаведені одиниці використовуються досить рідко, зазвичай лише в популярних публікаціях:

1 світлова секунда = 299 792,458 км (точно)
1 світлова хвилина ≈ 18 млн км
1 світлова година ≈ 1079 млн км
1 світлова доба ≈ 26 млрд км
1 світловий тиждень ≈ 181 млрд км
1 світловий місяць ≈ 790 млрд км

Відстань у світлових роках

Світловий рік зручний для якісного уявлення масштабів відстані в астрономії.

Масштаб	Значення (св. років)	Опис
Секунди	4·10 −8	Середня відстань приблизно дорівнює 380 000 км. Це означає, що променю світла, випущеному з поверхні, потрібно близько 1,3 секунди, щоб досягти поверхні Місяця.
Хвилини	1,6·10 −5	Одна астрономічна одиниця дорівнює приблизно 150 мільйонам кілометрів. Таким чином, світло доходить від Землі приблизно за 500 секунд (8 хвилин 20 секунд).
Годинник	0,0006	Середня відстань від Сонця приблизно дорівнює 5 світловим годинникам.
Годинник	0,0016	Апарати серій «Піонер» і , що летять за межі, приблизно за 30 років, що пройшли після запуску, пішли на відстань близько ста астрономічних одиницьвід Сонця, і час їхнього відгуку на запити із Землі приблизно равно14 годинам.
Рік	1,6	Внутрішній край гіпотетичного розташований у 50 000 а. е. від Сонця, а зовнішній - в 100 000 а. е. Щоб подолати відстань від Сонця до зовнішнього краю хмари, світлу знадобиться близько півтора року.
	2,0	Максимальний радіус області гравітаційного впливуСонця («Сфери Хілла») – приблизно 125 000 а. е.
	4,2	Найближча до нас (не рахуючи Сонця), Проксима Центавра, розташована на відстані 4,2 св. року.
Тисячоліття	26 000	Центр нашої Галактики знаходиться на відстані приблизно 26 000 світлових років від Сонця.
Тисячоліття	100 000	Діаметр диска нашого – 100 000 світлових років.
Мільйони років	2,5·10 6	Найближча до нас M31, знаменита, віддалена від нас на 2,5 млн світлових років.
	3,14·10 6	(M33) знаходиться в 3,14 млн світлових років від нас і є найбільш віддаленим стаціонарним об'єктом, видимим неозброєним оком.
	5,8·10 7	Найближче, скупчення Діви, віддалено від нас на 58 мільйонів світлових років.
	Десятки мільйонів світлових років	Характерний розмір скупчень галактик діаметром.
	1,5 · 10 8 - 2,5 · 10 8	Гравітаційна аномалія «Великий атрактор» знаходиться на відстані 150-250 мільйонів світлових років від нас.
Мільярди років	1,2·10 9	Велика стіна Слоуна - одне з найбільших утворень, розміри її близько 350 Мпк. Щоб світло подолало її з кінця в кінець, потрібно близько мільярда років.
	1,4·10 10	Розмір причинно-пов'язаної області Всесвіту. Обчислюється з віку Всесвіту та максимальної швидкостіпередачі інформації – швидкості світла.
	4,57 · 10 10	Супутня відстань від Землі до краю Всесвіту, що спостерігається в будь-якому напрямку; супутній радіус Всесвіту (в рамках стандартної космологічної моделі Лямбда-CDM).

А ви знаєте, чому астрономи не застосовують світловий рік для обчислення відстаней до віддалених об'єктів у космосі?

Світловий рік – це позасистемна одиниця виміру відстаней у космічному просторі. Вона повсюдно використовується в популярних книгах та підручниках з астрономії. Тим не менш, у професійній астрофізиці ця цифра використовується вкрай рідко і найчастіше для визначення відстаней до недалеких об'єктів у космосі. Причина цього проста: якщо визначати відстань у світлових роках до далеких об'єктів у Всесвіті, число виявиться настільки величезним, що використовувати його для фізико-математичних обчислень буде непрактично та незручно. Тому замість світлового року у професійній астрономії використовуються така одиниця виміру, якою набагато зручніше оперувати при виконанні складних математичних розрахунків.

Визначення терміна

Визначення терміна «світловий рік» ми можемо знайти у будь-якому підручнику астрономії. Світловий рік – це відстань, що промінь світла проходить за один земний рік. Таке визначення може задовольнити любителя, але фахівець із космології вважатиме його неповним. Він зауважить, що світловий рік – це не просто відстань, яка світло проходить за рік, а відстань, яка промінь світла за 365,25 земних дняпроходить у вакуумі, не відчуваючи у собі вплив магнітних полів.

Світловий рік дорівнює 9,46 трильйонам кілометрів. Саме така відстань промінь світла минає за рік. Але як астрономи досягли такого точного визначенняпроменевого шляху? Про це ми поговоримо нижче.

Як визначили швидкість світла

У давнину вважалося, що світло поширюється у Всесвіті миттєво. Однак, починаючи з сімнадцятого століття, вчені почали сумніватися в цьому. Першим у запропонованому твердженні засумнівався Галілей. Саме він намагався визначити час, за який промінь світла проходить відстань у 8 км. Але через те, що така відстань була мізерною для такої величини, як швидкість світла, експеримент закінчився невдачею.

Першим серйозним зрушенням у питанні було спостереження відомого датського астронома Олафа Ремер. В 1676 він помітив різницю в часі затемнення залежно від наближення і видалення до них Землі в космічному просторі. Дане спостереженняРемер успішно пов'язав з тим фактом, що чим далі Земля віддаляється від , тим більше часу потрібно світла, яке відбивається від них, щоб пройти відстань до нашої планети.

Суть даного фактуРемер вловив точно, але вирахувати достовірну величину швидкості світла йому так і не вдалося. Його підрахунки були невірні, оскільки в сімнадцятому столітті він не міг мати точних даних про відстань від Землі до інших планет Сонячна система. Ці дані було визначено трохи пізніше.

Подальші зрушення у дослідженнях та визначення світлового року

У 1728 році англійському астроному Джеймсу Бредлі, який виявив ефект аберації зірок, вдалося першому обчислити приблизну швидкість світла. Він визначив її значення 301 тис. км/с. Але це значення було неточним. Більш досконалі методи обчислення швидкості світла були зроблені безвідносно до космічним тілам- на землі.

Спостереження за швидкістю світла у вакуумі за допомогою обертового колеса і дзеркала, були зроблені А.Фізо та Л. Фуко відповідно. З їхньою допомогою фізикам вдалося наблизитися до реального значення цієї величини.

Точна швидкість світла

Точну швидкість світла вченим вдалося визначити лише у минулому столітті. Грунтуючись на теорії електромагнетизму Максвелла, за допомогою сучасної лазерної технікиі обчислень з поправкою на коефіцієнт заломлення променевого потоку повітря, вченим вдалося обчислити точну величину швидкості світла 299 792,458 км/с. Цією величиною астрономи користуються досі. Далі визначити світловий день, місяць та рік було вже справою техніки. Шляхом нехитрих обчислень вчені отримали цифру 9,46 трильйона кілометрів - саме стільки часу знадобилося б променю світла для того, щоб облетіти довжину земної орбіти.