12 دقيقة ضوئية. ما هي السنة الضوئية

كما تعلم ، توصل العلماء إلى وحدة فلكية لقياس المسافات من الشمس إلى الكواكب ، وكذلك بين الكواكب. ما هو سنة ضوئية?

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن السنة الضوئية هي أيضًا وحدة قياس معتمدة في علم الفلك ، ولكن ليس الوقت (كما قد يبدو ، إذا حكمنا من خلال معنى كلمة "سنة") ، ولكن المسافة.

ما هي السنة الضوئية

عندما تمكن العلماء من حساب المسافات إلى أقرب النجوم ، أصبح من الواضح أن الوحدة الفلكية غير ملائمة للاستخدام في العالم النجمي. لنفترض كبداية أن المسافة من الشمس إلى أقرب نجم هي 4.5 سنة ضوئية. هذا يعني أن الضوء القادم من شمسنا إلى أقرب نجم (يُدعى ، بالمناسبة ، Proxima Centauri) يطير 4.5 سنوات! ما هو حجم هذه المسافة؟ دعونا لا نمل أي شخص بالرياضيات ، نلاحظ فقط أن جزيئات الضوء تطير 300000 كيلومتر في الثانية. بمعنى ، إذا أرسلت إشارة إلى القمر باستخدام مصباح يدوي ، فسيتم رؤية هذا الضوء هناك في أقل من ثانية ونصف. ينتقل الضوء من الشمس إلى الأرض في 8.5 دقيقة. ثم كم عدد شعاع الضوء الذي يطير في السنة؟

دعنا نقول على الفور: تبلغ السنة الضوئية حوالي 10 تريليون كيلومتر (تريليون واحد متبوعًا باثني عشر صفراً). بتعبير أدق ، 9460730472581 كيلومترًا. إذا أعدنا الحساب بوحدات فلكية ، فسيكون حوالي 67000. وهذا فقط لأقرب نجم!

من الواضح أن الوحدة الفلكية في عالم النجوم والمجرات غير مناسبة للقياسات. من الأسهل إجراء العمليات الحسابية في السنوات الضوئية.

قابلية التطبيق في العالم النجمي

على سبيل المثال ، المسافة من الأرض إلى النجم الأكثر سطوعًا في السماء ، Sirius ، هي 8 سنوات ضوئية. والمسافة من الشمس إلى نجم الشمال حوالي 600 سنة ضوئية. وهذا يعني أن الضوء منا يصل إلى هناك خلال 600 عام. سيكون هذا حوالي 40 مليون وحدة فلكية. للمقارنة ، دعونا نشير إلى أن حجم (قطر) مجرتنا - مجرة \u200b\u200bدرب التبانة - يبلغ حوالي 100000 سنة ضوئية. أقرب جارتنا ، مجرة \u200b\u200bحلزونية تسمى سديم أندروميدا ، تبعد 2.52 مليون سنة ضوئية عن الأرض. من غير الملائم للغاية الإشارة إلى هذا في الوحدات الفلكية. لكن هناك أشياء في الكون بعيدة عنا بشكل عام بمقدار 15 مليار سنة ضوئية. إذن ، نصف قطر الكون المرئي هو 13.77 مليار سنة ضوئية. والكون الكامل ، كما تعلم ، يمتد إلى ما وراء الجزء المرصود.

بالمناسبة ، قطر الكون المرصود ليس على الإطلاق ضعف نصف القطر ، كما قد يعتقد المرء. الشيء هو أن الفضاء يتوسع بمرور الوقت. تلك الأجسام البعيدة التي بعثت الضوء قبل 13.77 مليار سنة حلقت بعيدًا عنا. اليوم هم على بعد أكثر من 46.5 مليار سنة ضوئية. مضاعفة تساوي 93 مليار سنة ضوئية. هذا هو القطر الحقيقي للكون المرئي. لذا فإن حجم الجزء المرصود من الكون (والذي يسمى أيضًا Metagalaxy) يتزايد باستمرار.

ليس من المنطقي قياس مثل هذه المسافات بالكيلومترات أو الوحدات الفلكية. لنكون صادقين ، السنوات الضوئية ليست مناسبة هنا أيضًا لكن الناس لم يأتوا بعد بأي شيء أفضل. تظهر الأرقام ضخمة للغاية بحيث لا يستطيع التعامل معها إلا الكمبيوتر.

تعريف وجوهر السنة الضوئية

هكذا، السنة الضوئية (St. g.) هي وحدة طول ، وليس وقت ، وهي المسافة التي يقطعها شعاع الشمس في السنة ، أي في 365 يومًا.... وحدة القياس هذه ملائمة جدًا لوضوحها. يسمح لك بالإجابة على السؤال ، بعد أي فترة زمنية يمكنك توقع إجابة إذا تم إرسال رسالة كهرومغناطيسية إلى نجم معين. وإذا كانت هذه الفترة طويلة جدًا (على سبيل المثال ، ألف عام) ، فلا معنى لمثل هذه الإجراءات.

بطريقة أو بأخرى ، نقيس المسافات في حياتنا اليومية: إلى أقرب سوبر ماركت ، إلى منزل الأقارب في مدينة أخرى ، إلى وما إلى ذلك. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالمساحات الخارجية اللامتناهية ، فقد اتضح أن استخدام قيم مألوفة مثل الكيلومترات أمر غير منطقي للغاية. والنقطة هنا ليست فقط تعقيد تصور القيم الهائلة الناتجة ، ولكن عدد الأرقام فيها. حتى كتابة الكثير من الأصفار ستكون مشكلة. على سبيل المثال ، أقصر مسافة من المريخ إلى الأرض هي 55.7 مليون كيلومتر. ستة أصفار! لكن الكوكب الأحمر هو أحد أقرب جيراننا في السماء. كيف تستخدم الأرقام الضخمة التي تحصل عليها عند حساب المسافة حتى أقرب النجوم؟ والآن نحتاج إلى قيمة مثل السنة الضوئية. كم سعره؟ دعونا نكتشف ذلك الآن.

يرتبط مفهوم السنة الضوئية أيضًا ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء النسبية ، حيث تم تأسيس ارتباط وثيق واعتماد متبادل بين المكان والزمان في بداية القرن العشرين ، عندما انهارت مسلمات ميكانيكا نيوتن. قبل قيمة المسافة هذه ، وحدات المقياس الأكبر في النظام

تشكلت ببساطة شديدة: كل واحدة لاحقة كانت عبارة عن مجموعة من الوحدات ذات الترتيب الأصغر (سم ، متر ، كيلومترات ، وما إلى ذلك). في حالة السنة الضوئية ، كانت المسافة مرتبطة بالوقت. يعرف العلم الحديث أن سرعة انتشار الضوء في الفراغ ثابتة. علاوة على ذلك ، إنها السرعة القصوى في الطبيعة ، المسموح بها في الفيزياء النسبية الحديثة. كانت هذه الأفكار هي التي أرست الأساس للمعنى الجديد. السنة الضوئية تساوي المسافة التي يقطعها شعاع الضوء في سنة تقويمية أرضية واحدة. بالكيلومترات ، تبلغ مساحتها حوالي 9.46 * 10 15 كيلومترًا. من المثير للاهتمام أن الفوتون يقطع المسافة إلى أقرب قمر في 1.3 ثانية. تبعد الشمس حوالي ثماني دقائق. لكن النجوم التالية الأقرب ، ألفا ، تبعد حوالي أربع سنوات ضوئية

المسافة رائعة. يوجد أيضًا مقياس أكبر للفضاء في الفيزياء الفلكية. السنة الضوئية تساوي حوالي ثلث فرسخ فلكي ، وهي وحدة أكبر من المسافة بين النجوم.

سرعة الضوء في ظل ظروف مختلفة

بالمناسبة ، هناك أيضًا ميزة يمكن للفوتونات أن تنتشر بسرعات مختلفة في بيئات مختلفة. نحن نعلم بالفعل مدى سرعة الطيران في الفراغ. وعندما يقولون إن سنة ضوئية تساوي المسافة التي يقطعها الضوء في السنة ، فإنهم يعنيون بالضبط مساحة فارغة. ومع ذلك ، من المثير للاهتمام ملاحظة أنه في ظل ظروف أخرى قد تكون سرعة الضوء أقل. على سبيل المثال ، في الهواء ، تنتشر الفوتونات بسرعة أقل قليلاً من سرعة الفراغ. أي واحد يعتمد على الحالة المحددة للغلاف الجوي. وبالتالي ، في بيئة مليئة بالغاز ، ستكون السنة الضوئية أقل قيمة قليلاً. ومع ذلك ، فإنه سيختلف بشكل ضئيل عن المقبول.

من أجل فهم معنى مفهوم "السنة الضوئية" ، عليك أولاً أن تتذكر دورة الفيزياء المدرسية ، خاصةً القسم الذي يتناول سرعة الضوء. إذن ، سرعة الضوء في الفراغ ، حيث لا يتأثر بعوامل مختلفة ، مثل مجالات الجاذبية والمغناطيسية ، والجسيمات المعلقة ، وانكسار وسط شفاف ، وما إلى ذلك ، هي 299،792.5 كيلومترًا في الثانية. عليك أن تفهم أنه في هذه الحالة ، يُفهم الضوء على أنه مدرك من قبل الرؤية البشرية.

الوحدات الأقل شهرة للمسافة هي الشهر الفاتح ، والأسبوع ، واليوم ، والساعة ، والدقيقة ، والثانية.

سنة ضوئية ومسافات أخرى

نظرًا لأن المسافات ضخمة ، فإن قياسها في الوحدات التقليدية سيكون غير منطقي وغير مريح. بناءً على هذه الاعتبارات ، تم تقديم واحدة خاصة - سنة ضوئية ، أي المسافة التي يقطعها الضوء في ما يسمى بالسنة اليوليانية (تساوي 365.25 يومًا). بالنظر إلى أن كل يوم يحتوي على 86400 ثانية ، يمكن حساب أن شعاع الضوء يغطي مسافة تزيد عن 9.4 كيلومترات في السنة. هذه القيمة تبدو هائلة ، على سبيل المثال ، المسافة إلى أقرب نجم إلى الأرض ، Proxima Centauri ، هي 4.2 سنة ، وقطر مجرة \u200b\u200bدرب التبانة أكثر من 100000 سنة ضوئية ، أي تلك الملاحظات المرئية التي يمكن أن تكون صنع الآن يعكس الصورة التي كانت موجودة منذ حوالي مئات الآلاف من السنين.

يتغلب شعاع الضوء على المسافة من الأرض إلى القمر في حوالي ثانية ، لكن ضوء الشمس يصل إلى كوكبنا لأكثر من ثماني دقائق.

نادرًا ما يستخدم مفهوم السنة الضوئية في الفيزياء الفلكية الاحترافية. يعمل العلماء في الغالب بوحدات مثل الفرسخ الفلكي والوحدة الفلكية. فرسخ فرسخ هو المسافة إلى نقطة وهمية يُرى منها نصف قطر مدار الأرض بزاوية ثانية واحدة قوسية (1/3600 درجة). متوسط \u200b\u200bنصف قطر المدار ، أي المسافة من الأرض إلى الشمس ، يسمى وحدة فلكية. يبلغ طول الفرسخ ثلاث سنوات ضوئية أو 30.8 تريليون كيلومتر. تبلغ الوحدة الفلكية حوالي 149.6 مليون كيلومتر.

في 22 فبراير 2017 ، ذكرت وكالة ناسا أنه تم العثور على 7 كواكب خارجية بالقرب من نجم واحد TRAPPIST-1. تقع ثلاثة منها في نطاق المسافات من النجم حيث يمكن أن يحتوي الكوكب على مياه سائلة ، والماء شرط أساسي للحياة. يُذكر أيضًا أن هذا النظام النجمي يقع على مسافة 40 سنة ضوئية من الأرض.

أحدثت هذه الرسالة ضجة كبيرة في وسائل الإعلام ، حتى أن البعض اعتقد أن البشرية على وشك بناء مستوطنات جديدة بالقرب من النجم الجديد ، لكن هذا ليس كذلك. لكن 40 سنة ضوئية كثير ، إنها طويلة ، إنها كيلومترات كثيرة ، أي هذه مسافة هائلة بشكل رهيب!

من دورة الفيزياء ، السرعة الكونية الثالثة معروفة - هذه هي السرعة التي يجب أن يمتلكها الجسم على سطح الأرض من أجل تجاوز النظام الشمسي. تبلغ قيمة هذه السرعة 16.65 كم / ثانية. تبدأ المركبة الفضائية المدارية بسرعة 7.9 كم / ثانية وتدور حول الأرض. من حيث المبدأ ، يمكن الوصول إلى سرعة 16-20 كم / ثانية تمامًا لتقنيات الأرض الحديثة ، ولكن ليس أكثر!

لم تتعلم الإنسانية بعد كيفية تسريع المركبات الفضائية أسرع من 20 كم / ثانية.

دعونا نحسب عدد السنوات التي ستستغرقها مركبة فضائية تسافر بسرعة 20 كم / ثانية للسفر 40 سنة ضوئية وتصل إلى النجم TRAPPIST-1.
السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها شعاع الضوء في الفراغ ، وتبلغ سرعة الضوء حوالي 300 ألف كم / ثانية.

تسافر مركبة فضائية مصنوعة بأيدي بشرية بسرعة 20 كم / ثانية ، أي 15000 مرة أبطأ من سرعة الضوء. مثل هذه السفينة ستغطي 40 سنة ضوئية في زمن يساوي 40 * 15000 \u003d 600000 سنة!

ستصل سفينة أرضية (بالمستوى الحالي للتكنولوجيا) إلى نجم TRAPPIST-1 في حوالي 600 ألف عام! وجد الإنسان العاقل على الأرض (وفقًا للعلماء) فقط 35-40 ألف سنة ، وهنا ما يقرب من 600 ألف سنة!

في المستقبل القريب ، لن تسمح التكنولوجيا للبشر بالوصول إلى نجم TRAPPIST-1. حتى المحركات الواعدة (الأيونية والفوتونية والأشرعة الفضائية وما إلى ذلك) ، والتي لا توجد في الواقع الأرضي ، يُقدر أنها قادرة على تسريع السفينة بسرعة 10000 كم / ثانية ، مما يعني أن وقت الرحلة إلى TRAPPIST -1 سيتم تخفيض النظام إلى 120 سنة .... هذا هو بالفعل وقت مقبول إلى حد ما للسفر مع الرسوم المتحركة المعلقة أو لعدة أجيال من المستوطنين ، ولكن اليوم كل هذه المحركات رائعة.

حتى أقرب النجوم لا يزال بعيدًا جدًا عن الناس ، بعيدًا جدًا ، ناهيك عن نجوم مجرتنا أو مجرات أخرى.

يبلغ قطر مجرتنا درب التبانة حوالي 100 ألف سنة ضوئية ، أي أن المسار من النهاية إلى النهاية لسفينة أرضية حديثة سيكون 1.5 مليار سنة! يشير العلم إلى أن عمر كوكبنا 4.5 مليار سنة ، وأن عمر الحياة متعددة الخلايا يبلغ حوالي 2 مليار سنة. المسافة إلى أقرب مجرة \u200b\u200b- سديم أندروميدا - 2.5 مليون سنة ضوئية من الأرض - يا لها من مسافة هائلة!

كما ترون ، من بين جميع الأحياء ، لن يطأ أحد على الأرض كوكب بالقرب من نجم آخر.

مقاييس المسافة المجرية

سنة ضوئية ( شارع. ز., لاي) هي وحدة طول غير نظامية تساوي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة.

بتعبير أدق ، وفقًا لتعريف الاتحاد الفلكي الدولي (IAS) ، فإن السنة الضوئية تساوي المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ ، دون التعرض لتأثير مجالات الجاذبية ، في عام جولياني واحد (يساوي التعريف 365.25 القياسي) يومًا من 86.400 ثانية SI ، أو 31557 600 ثانية). هذا هو التعريف الموصى به للاستخدام في أدبيات العلوم الشعبية. في الأدبيات المهنية ، تُستخدم الفرسخات الفارسية والمضاعفات (كيلو وميغابارسك) عادةً للتعبير عن المسافات الطويلة بدلاً من السنوات الضوئية.

في السابق (حتى عام 1984) كانت السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة استوائية واحدة ، تُعزى إلى العصر 1900.0. التعريف الجديد يختلف عن القديم بنحو 0.002٪. نظرًا لعدم استخدام وحدة المسافة هذه للقياسات عالية الدقة ، فلا يوجد فرق عملي بين التعريفين القديم والجديد.

القيم العددية

السنة الضوئية هي:

• 9460730472580800 متر (حوالي 9.46 بيتامترات)
• 63241.077 وحدة فلكية (AU)
• 0.306 601 فرسخ فلكي

الوحدات ذات الصلة

نادرًا ما يتم استخدام الوحدات التالية ، عادةً فقط في المنشورات الشائعة:

• 1 ثانية ضوئية \u003d 299.792.458 كم (بالضبط)
• 1 دقيقة ضوئية ≈ 18 مليون كم
• 1 ساعة ضوئية ≈ 1079 مليون كم
• 1 يوم ضوئي ≈ 26 مليار كم
• 1 أسبوع ضوئي ≈ 181 مليار كيلومتر
• 1 شهر ضوئي ≈ 790 مليار كيلومتر

المسافة بالسنوات الضوئية

تعتبر السنة الضوئية جيدة لتمثيل مقاييس المسافة في علم الفلك.