Чому дорівнює 1 світловий рік у земних. Чому світловий рік дорівнює? Точна швидкість світла

Незважаючи на те, що його назва аналогічна часовому проміжку року, рік вимірює зовсім не час, а відстань. Ця одиниця призначена для виміру величезних.

Світловий рік – позасистемна одиниця довжини. Це відстань, яка протягом одного року (365,25 діб чи 31 557 600 секунд) проходить світло у вакуумі.

Зіставлення світлового року з календарним стало застосовуватися після 1984 р. До цього світловим роком відстань, пройдене світлом за тропічний рік.

Тривалість тропічного року немає точного значення, оскільки його розрахунки пов'язані з кутовою швидкістю Сонця, а неї існують варіації. Для світлового року було взято усереднене значення.

Різниця у розрахунках між тропічним світловим роком та світловим роком, співвіднесеним з юліанським календарем, становить 0,02 відсотка. Оскільки така одиниця для високоточних вимірів немає, практичної різниці між ними немає.

Світловий рік як довжини застосовується у науково-популярній літературі. В астрономії існує інша позасистемна одиниця для вимірювання великих відстаней – парсек. Розрахунок парсека відштовхується від середнього радіусу земної орбіти. 1 парсек дорівнює 3,2616 світлового року.

Розрахунки та відстані

Розрахунок світлового року безпосередньо пов'язаний зі швидкістю світла. Для розрахунків у фізиці вона зазвичай береться рівною 300 000 000 м/с. Точне значення швидкості світла 299792458 м/с. Тобто, 299 792 458 метрів – це лише одна світлова секунда!

Відстань до Місяця приблизно дорівнює 384 400 000 метрів, отже, поверхні місяця світловий промінь досягне приблизно 1,28 секунди.

Відстань від Сонця до Землі 149600000000. Отже, сонячний промінь потрапляє на Землю трохи менше ніж за 7 хвилин.

Отже, в році 31557600 секунд. Помноживши це число на відстань рівну одній світловій секунді, отримаємо, що один світловий рік дорівнює 9460730472580800 метрів.

1 мільйон світлових років відповідно дорівнюватиме 9 460 730 472 580 800 000 000 метрів.

За приблизними розрахунками астрономів діаметр нашої Галактики близько 100 000 світлових років. Тобто в межах нашої Галактики не може бути відстаней, які вимірюються мільйонами світлових років. Такі числа можна застосовувати для вимірювання відстаней між галактиками.

Найближча до Землі галактика Андромеди знаходиться на відстані 2,5 мільйонів світлових років.

На сьогоднішній день найбільша космічна відстань від Землі, яку можна виміряти, - це відстань до краю Всесвіту, що спостерігається. Воно становить близько 45 мільярдів світлових років.

Напевно, почувши в якомусь фантастичному бойовику вираз а-ля «до Татуїна двадцять. світлових років», багато хто ставився закономірними питаннями. Озвучу деякі з них:

Хіба рік це не час?

Тоді що ж таке світловий рік?

Скільки у ньому кілометрів?

За скільки подолає світловий ріккосмічний корабель з Землі?

Сьогоднішню статтю я вирішив присвятити поясненню значення цієї одиниці виміру, порівнянню її з нашими звичними кілометрами та демонстрації масштабів, якими оперує Всесвіт.

Віртуальний гонщик.

Уявімо собі людину, порушуючи всі правила, що несеться по шосе зі швидкістю 250 км/год. За дві години він подолає 500 км, а за чотири – цілих 1000. Якщо, звичайно, не розіб'ється у процесі…

Здавалося б, ось це швидкість! Але для того, щоб обігнути всю земну кулю (≈ 40 000 км), нашому гонщику знадобиться в 40 разів більше часу. А це вже 4х40 = 160 годин. Або майже цілий тиждень безперервної їзди!

У результаті, однак, ми не скажемо, що він подолав 40 000 000 метрів. Так як лінь завжди змушувала нас вигадувати і використовувати коротші альтернативні одиниці виміру.

Межа.

Зі шкільного курсу фізики кожному має бути відомо, що найшвидший їздок у Всесвіту- Світло. За одну секунду його промінь долає відстань приблизно 300 000 км, а земна куля, таким чином, вона обігне за 0,134 секунди. Це в 4298507 разів швидше, ніж наш віртуальний гонщик!

Від Землідо Місяцясвітло доходить у середньому за 1,25 с, до Сонцяа його промінь домчить трохи більше, ніж за 8 хвилин.

Колосально, чи не так? Адже поки що не доведено існування швидкостей, більших швидкості світла. Тому вчений світ вирішив, що логічно вимірюватиме космічні масштаби в одиницях, які за певні інтервали часу проходить радіохвиля (яке світло, зокрема, і є).

Відстань.

Таким чином, світловий рік- ні що інше, як відстань, яку промінь світла долає за один рік. У міжзоряних масштабах використовувати одиниці відстані, менші за цю, не має особливого сенсу. І все-таки вони є. Ось їх наближені значення:

1 світлова секунда - 300 000 км;

1 світлова хвилина ≈ 18000000 км;

1 світлова година ≈ 1080000000 км;

1 світлова доба ≈ 26 000 000 000 км;

1 світловий тиждень ≈ 181 000 000 000 км;

1 світловий місяць ≈ 790 000 000 000 км.

А тепер, щоб ви розуміли, звідки беруться цифри, обчислимо, до чого дорівнює один світловий рік.

У році 365 діб, на добу 24 години, у годині 60 хвилин, а в хвилині 60 секунд. Таким чином, рік складається з 365 х 24 х 60 х 60 = 31536000 секунд. За секунду світло проходить 300 000 км. Отже, протягом року його промінь подолає відстань 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 км.

Це число читається так: Дев'ять трильйонів, чотириста шістдесят мільярдів і вісімсот мільйонівкілометрів.

Звичайно, точне значення світлового рокутрохи відрізняється від обчисленого нами. Але при описі відстаней до зірок у науково-популярних статтях найвища точність у принципі не потрібна, і сотня-друга мільйонів кілометрів тут особливої ​​ролі не зіграють.

А тепер продовжимо наші мисленні експерименти…

Масштаби.

Припустимо, що сучасний космічний корабельзалишає Сонячну системуіз третьою космічною швидкістю (≈ 16,7 км/с). Перший світловий ріквін подолає за 18 000 років!

4,36 світлових роківдо найближчої до нас зіркової системи ( Альфи Центавра, див. зображення на початку) він подолає приблизно за 78 тисяч років!

Нашу галактику Чумацький Шлях, що має в діаметрі приблизно 100 000 світлових років, він перетне за 1 млрд. 780 млн. років.

А до найближчої до нас великої галактики, космічний корабельдомчиться лише через 36 мільярдів років.

Ось такі пироги. Адже в теорії навіть Всесвітвиникла лише 16 млрд. років тому…

І на останок…

Космічним масштабам можна почати дивуватися навіть не виходячи за межі Сонячна системаадже вона сама по собі дуже велика. Дуже добре і наочно це показали, наприклад, творці проекту If the Moon булиonly 1 pixel (Якби Місяць був лише одним пікселем): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html .

На цьому я, мабуть, завершу цю статтю. Всі ваші запитання, зауваження та побажання радий вітати у коментарях під нею.

Світловий рік – це та відстань, яка проходить світло за один рік. Міжнародна астрономічна спілка дала своє пояснення світловому році – це та відстань, яка проходить світло у вакуумі, без участі гравітації, за юліанський рік. Юліанський рік дорівнює 365 діб. Саме це розшифрування використовується в науковій літературі.

Якщо брати професійну літературу, то відстань розраховується в парсеках або кіло- і мегапарсеках.

Є конкретні цифри, які визначили відстань світлового годинника, хвилин, днів і т.д.

• Світловий рік дорівнює 9460800000000 км,
• місяць– 788 333 млн. км.,
• тиждень– 197 083 млн. км.,
• доба- 26277 млн. км,
• годину- 1094 млн. км.,
• хвилина- близько 18 млн. км.,
• секунда- Близько 300 тис. км.

Це цікаво!Від Землі до Місяця світло доходить в середньому за 1,25 с, до Сонця його промінь домчиться трохи більше, ніж за 8 хвилин.

Цікавий факт про природу всесвіту

Зірка Бетельгейзе у сузір'ї Оріонмає вибухнути в найближчому майбутньому (насправді — в межах кількох століть).

Бетельгейзе розташована від нас на відстані від 495 до 640 світлових років.
Якщо вона вибухає прямо зараз, цей вибух жителі Землі побачать лише через 500-600 років.

А якщо ви бачите вибух сьогодні, то пам'ятайте, що насправді вибух стався приблизно за часів Івана Грозного.

Земний рік

Земним роком вважається відстань, що проходить землею за рік. Якщо брати до уваги всі розрахунки, то один світловий рік дорівнює 63242 земним рокам. Ця цифра відноситься саме до планети Земля, до інших, наприклад Марса чи Юпітера, вони будуть зовсім іншими. Світловий рік обчислює відстань від одного об'єкта небесного тіла до іншого. Цифри світлових і земних років настільки різні, хоч і означають відстань.

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 помітить, що світловий рік - це не просто відстань, яка світло проходить за рік, а відстань, яка промінь світла за 365,25 земних дня проходить у вакуумі, не відчуваючи на собі впливу магнітних полів.

Світловий рік дорівнює 9,46 трильйонам кілометрів. Саме така відстань промінь світла минає за рік. Але як астрономи досягли такого точного визначення променевого 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 спостереження Ремер 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 цього факту Ремер вловив точно, але вирахувати достовірну величину швидкості світла йому так і не вдалося. Його підрахунки були неправильні, оскільки в сімнадцятому столітті він не міг мати точних даних про відстань від Землі до інших планет Сонячної системи. 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 космічних тіл - 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. Ґрунтуючись на теорії електромагнетизму Максвелла, за допомогою сучасної лазерної техніки та обчислень з поправкою на коефіцієнт заломлення променевого потоку в повітрі, 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.

Так чи інакше, у повсякденному житті ми вимірюємо відстані: до найближчого супермаркету, до будинку родичів в іншому місті, до і так далі. Однак коли йдеться про безкраї космічні простори, з'ясовується, що використання знайомих нам значень на кшталт кілометрів вкрай нераціональне. І справа тут уже не тільки в складності сприйняття гігантських значень, а в кількості цифр у них. Проблемою стане навіть саме написання такої кількості нулів. Наприклад, від Марса до Землі найкоротша відстань – 55,7 млн. кілометрів. Шість нулів! Адже червона планета - одна з найближчих наших сусідок на небі. Як використовувати громіздкі цифри, які вийдуть при обчисленні відстані навіть до найближчих зірок? І саме тепер нам потрібна така величина, як світловий рік. Скільки він дорівнює? Зараз розберемося.

Поняття про світловий рік також тісно пов'язане з релятивістською фізикою, в якій тісний зв'язок та взаємна залежність простору та часу було встановлено ще на початку XX століття, коли руйнувалися постулати ньютонівської механіки. До цього значення відстані, більш масштабні одиниці виміру в системі

утворювалися досить просто: кожна наступна була сукупність одиниць дрібнішого порядку (сантиметри, метри, кілометри і так далі). У разі світлового року відстань була прив'язана до часу. Сучасній науці відомо, що швидкість поширення світла у вакуумі стала. Більше того, вона є максимальною швидкістю у природі, допустимою у сучасній релятивістській фізиці. Саме ці уявлення було закладено основою нового значення. Світловий рік дорівнює відстані, що промінь світла проходить за один земний календарний рік. У кілометрах це приблизно 9,46*1015 кілометрів. Цікаво, що до найближчого Місяця фотон долає відстань за 1,3 секунди. До Сонця – близько восьми хвилин. А ось до наступних найближчих зірок Альфи і вже близько чотирьох світлових років.

Просто фантастична відстань. Існує в астрофізиці і ще більший захід простору. Світловий рік дорівнює приблизно одній третині парсека, ще більшої одиниці виміру міжзоряних відстаней.

Швидкість поширення світла у різних умовах

До речі, є ще й така особливість, що фотони можуть з різною швидкістю поширюватись у різному середовищі. Ми вже знаємо, як швидко вони летять у вакуумі. І коли говорять про те, що світловий рік дорівнює відстані, подоланій світлом за рік, мають на увазі саме порожній космічний простір. Однак цікаво відзначити, що в інших умовах швидкість світла може бути меншою. Наприклад, у повітряному середовищі фотони розбігаються з дещо меншою швидкістю, ніж у вакуумі. З якого саме - залежить від конкретного стану атмосфери. Таким чином, у наповненому газом середовищі світловий рік дорівнював би дещо меншому значенню. Втім, воно несуттєво відрізнялося б від прийнятого.