Разбира се, след като сте чули в някой научнофантастичен екшън филм израз а ла „двадесет до Татуин светлинни години“, мнозина зададоха основателни въпроси. Ще спомена някои от тях:
Една година не е ли време?
Тогава какво е светлинна година?
Колко километра е?
Колко време ще отнеме преодоляването светлинна годинакосмически кораб с Земята?
Реших да посветя днешната статия на обяснението на значението на тази мерна единица, сравнявайки я с нашите обичайни километри и демонстрирайки мащаба, с който работи Вселена.
Виртуален състезател.
Нека си представим човек, който в нарушение на всички правила се втурва по магистрала със скорост 250 км/ч. За два часа ще измине 500 км, а за четири – цели 1000. Ако, разбира се, не катастрофира при това...
Изглежда, че това е скорост! Но за да обиколи целия свят (≈ 40 000 км), нашият състезател ще се нуждае от 40 пъти повече време. И това вече е 4 х 40 = 160 часа. Или почти цяла седмица непрекъснато каране!
Накрая обаче няма да кажем, че е изминал 40 000 000 метра. Защото мързелът винаги ни е принуждавал да измисляме и използваме по-кратки алтернативни мерни единици.
Лимит.
От училищен курс по физика всеки трябва да знае, че най-бързият ездач в Вселена- светлина. За една секунда лъчът му покрива разстояние от приблизително 300 000 км и така ще обиколи земното кълбо за 0,134 секунди. Това е 4 298 507 пъти по-бързо от нашия виртуален състезател!
от Земятапреди Лунасветлината достига средно за 1,25 s, до слънцелъчът му ще достигне за малко повече от 8 минути.
Колосално, нали? Но съществуването на скорости, по-големи от скоростта на светлината, все още не е доказано. Ето защо научният свят реши, че би било логично космическите мащаби да се измерват в единици, които една радиовълна (каквато е светлината в частност) пътува през определени интервали от време.
Разстояния.
По този начин, светлинна година- нищо повече от разстоянието, което един светлинен лъч изминава за една година. В междузвездни мащаби използването на единици за разстояние, по-малки от това, няма много смисъл. И все пак те са там. Ето техните приблизителни стойности:
1 светлинна секунда ≈ 300 000 км;
1 светлинна минута ≈ 18 000 000 км;
1 светлинен час ≈ 1 080 000 000 км;
1 светлинен ден ≈ 26 000 000 000 км;
1 светлинна седмица ≈ 181 000 000 000 км;
1 светлинен месец ≈ 790 000 000 000 км.
Сега, за да разберете откъде идват числата, нека изчислим на какво е равно едно светлинна година.
Има 365 дни в годината, 24 часа в денонощието, 60 минути в час и 60 секунди в минута. Така една година се състои от 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 секунди. За една секунда светлината изминава 300 000 км. Следователно за една година неговият лъч ще измине разстояние от 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Този номер гласи така: ДЕВЕТ ТРИЛИОНА ЧЕТИРИСТОТИН ШЕСТДЕСЕТ МИЛИАРДА И ОСЕМСТОТИН МИЛИАНДАкилометри.
Разбира се, точното значение светлинни годинималко по-различно от изчисленото от нас. Но когато се описват разстояния до звезди в научно-популярни статии, най-високата точност по принцип не е необходима и сто или два милиона километра няма да играят специална роля тук.
Сега нека продължим нашите мисловни експерименти...
Мащаб.
Да приемем, че модерен космически кораблиста слънчева системас третата евакуационна скорост (≈ 16,7 km/s). Първо светлинна годинатой ще го преодолее за 18 000 години!
4,36 светлинни годинидо най-близката до нас звездна система ( Алфа Кентавър, вижте изображението в началото) ще преодолее след около 78 хиляди години!
Нашите Галактика Млечен път, с диаметър приблизително 100 000 светлинни години, ще премине след 1 милиард 780 милиона години.
Именно това определение се препоръчва за използване в научно-популярната литература. В професионалната литература обикновено се използват парсеци и кратни единици (кило- и мегапарсеци) вместо светлинни години за изразяване на големи разстояния.
Преди (преди 1984 г.) една светлинна година беше разстоянието, изминато от светлината за една тропическа година, отнесена към епохата 1900.0. Новата дефиниция се различава от старата с приблизително 0,002%. Тъй като тази единица за разстояние не се използва за измервания с висока точност, няма практическа разлика между старите и новите дефиниции.
Числени стойности
Една светлинна година е равна на:
- 9 460 730 472 580 800 метра (приблизително 9,5 петаметра)
Свързани единици
Следните единици се използват доста рядко, обикновено само в популярни публикации:
- 1 светлинна секунда = 299 792,458 км (точно)
- 1 светлинна минута ≈ 18 милиона км
- 1 светлинен час ≈ 1079 милиона км
- 1 светлинен ден ≈ 26 милиарда км
- 1 светлинна седмица ≈ 181 милиарда км
- 1 светлинен месец ≈ 790 милиарда км
Разстояние в светлинни години
Светлинната година е удобна за качествено представяне на скалите на разстоянието в астрономията.
| Мащаб | Стойност (св. години) | Описание |
|---|---|---|
| Секунди | 4 10 −8 | Средното разстояние до Луната е приблизително 380 000 км. Това означава, че лъч светлина, излъчен от повърхността на Земята, ще отнеме около 1,3 секунди, за да достигне повърхността на Луната. |
| минути | 1,6·10−5 | Една астрономическа единица е равна на приблизително 150 милиона километра. Така светлината пътува от Слънцето до Земята за приблизително 500 секунди (8 минути 20 секунди). |
| Гледам | 0,0006 | Средното разстояние от Слънцето до Плутон е приблизително 5 светлинни часа. |
| 0,0016 | Устройствата от серията Pioneer и Voyager, летящи отвъд Слънчевата система, за около 30 години от изстрелването са се преместили на разстояние от около сто астрономически единици от Слънцето и времето им за реакция на заявки от Земята е приблизително 14 часа. | |
| година | 1,6 | Вътрешният ръб на хипотетичния облак на Оорт се намира на 50 000 AU. д. от Слънцето, а външната - 100 000 а. д. Ще отнеме около година и половина на светлината да измине разстоянието от Слънцето до външния край на облака. |
| 2,0 | Максималният радиус на зоната на гравитационно влияние на Слънцето („Hill Spheres“) е приблизително 125 000 AU. д. | |
| 4,22 | Най-близката до нас звезда (без да броим Слънцето), Проксима Кентавър, се намира на разстояние 4,22 светлинни години. на годината . | |
| Милениум | 26 000 | Центърът на нашата Галактика е приблизително на 26 000 светлинни години от Слънцето. |
| 100 000 | Диаметърът на диска на нашата Галактика е 100 000 светлинни години. | |
| Милиони години | 2,5 10 6 | Най-близката спирална галактика до нас, M31, известната галактика Андромеда, е на 2,5 милиона светлинни години. |
| 3.14 10 6 | Галактиката Триъгълник (M33) се намира на 3,14 милиона светлинни години и е най-отдалеченият стационарен обект, видим с просто око. | |
| 5,9 10 7 | Най-близкият клъстер от галактики, клъстерът Дева, е на 59 милиона светлинни години. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Гравитационната аномалия "Великият атрактор" се намира на разстояние 150-250 милиона светлинни години от нас. | |
| Милиарди години | 1,2 10 9 | Великата стена на Слоун е едно от най-големите образувания във Вселената, нейните размери са около 350 Mpc. Ще отнеме около милиард години, докато светлината премине от край до край. |
| 1,4 10 10 | Размерът на причинно-следствената област на Вселената. Изчислява се от възрастта на Вселената и максималната скорост на предаване на информацията – скоростта на светлината. | |
| 4,57 10 10 | Съпътстващото разстояние от Земята до края на наблюдаваната Вселена във всяка посока; съпътстващ радиус на наблюдаваната Вселена (в рамките на стандартния космологичен модел Lambda-CDM). |
Скали за галактически разстояния
- Една астрономическа единица с добра точност е равна на 500 светлинни секунди, тоест светлината достига Земята от Слънцето за около 500 секунди.
Вижте също
Връзки
- Международна Организация по Стандартизация. 9.2 Мерни единици
Бележки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какво е „Светлинна година“ в други речници:
Извънсистемна единица за дължина, използвана в астрономията; 1 S.g. е равен на изминатото разстояние от светлината за 1 година. 1 S. g. = 0,3068 парсек = 9,4605 1015 м. Физически енциклопедичен речник. М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров... ... Физическа енциклопедия
СВЕТЛИННА ГОДИНА, единица за астрономическо разстояние, равна на разстоянието, което светлината изминава в космоса или във ВАКУУМ за една тропическа година. Една светлинна година е равна на 9,46071012 км... Научно-технически енциклопедичен речник
СВЕТЛИННА ГОДИНА, единица за дължина, използвана в астрономията: пътят, изминат от светлината за 1 година, т.е. 9.466?1012 км. Разстоянието до най-близката звезда (Проксима Кентавър) е приблизително 4,3 светлинни години. Най-далечните звезди в Галактиката се намират на... ... Съвременна енциклопедия
Единица за междузвездни разстояния; пътят, който светлината изминава за една година, т.е. 9,46 1012 км... Голям енциклопедичен речник
Светлинна година- СВЕТЛИННА ГОДИНА, единица за дължина, използвана в астрономията: пътят, изминат от светлината за 1 година, т.е. 9.466´1012 км. Разстоянието до най-близката звезда (Проксима Кентавър) е приблизително 4,3 светлинни години. Най-далечните звезди в Галактиката се намират на... ... Илюстрован енциклопедичен речник
Извънсистемна единица за дължина, използвана в астрономията. 1 светлинна година е разстоянието, което светлината изминава за 1 година. 1 светлинна година е равна на 9.4605E+12 km = 0.307 pc... Астрономически речник
Единица за междузвездни разстояния; пътят, който светлината изминава за една година, тоест 9,46·1012 км. * * * СВЕТЛИННА ГОДИНА СВЕТЛИННА ГОДИНА, единица за междузвездни разстояния; пътят, който светлината изминава за една година, т.е. 9,46×1012 км... енциклопедичен речник
Светлинна година- единица за разстояние, равна на пътя, изминат от светлината за една година. Една светлинна година е равна на 0,3 парсека... Концепции на съвременното естествознание. Речник на основните термини
Материалът е подготвен от Александър Занин
Светлинната секунда е единица за дължина, използвана в астрономията, телекомуникациите и релативистката физика. Определя се като разстоянието, което светлината изминава в свободното пространство за една секунда и е точно 299 792 458 метра. Това е малко над 186 282 мили и почти 9,84 x 10 8 фута.
Също така, скоростта на светлината служи като основа за други единици за време и единици за дължина, вариращи от наносекунда светлина (малко под един американски или британски фут) до светлинна минута, светлинен час и светлинен ден, които понякога се използват в научнопопулярни издания. По-често използваната светлинна година понастоящем се дефинира като точно 31 557 600 светлинни секунди, тъй като определението за година се основава на Юлианската дефиниция за продължителността на годината (а не на григорианската) от 365,25 дни, всеки от точно 86 400 SI секунди.
Дефиниция на метър
Един метър е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за времеви интервал от 1/299792458 от секундата.
Това определение фиксира скоростта на светлината във вакуум като 299792458 m/s и следователно една светлинна секунда съответства на 299792458 m.
Използване в телекомуникациите
Комуникационните сигнали до Земята рядко се движат точно със скоростта на светлината в свободното пространство, но разстоянията от части от светлинни секунди все още са полезни за планиране на телекомуникационни мрежи, тъй като те показват възможно най-ниското забавяне между изпращача и получателя.
Една наносекунда светлина е почти 300 милиметра (299,8 mm, 5 mm по-малко от един фут), което ограничава скоростта, с която данните могат да се прехвърлят между различни части на голям компютър.
Една микросекунда светлина съответства на разстояние от около 300 метра.
Средното разстояние, ако сигналът пътува по периметъра на Земята, между противоположните страни на Земята е 66,8 светлинни милисекунди.
Комуникационните сателити обикновено се намират на височина между 1,337 светлинни милисекунди (ниски околоземни орбити) и 119,4 светлинни милисекунди (геостационарни орбити) от повърхността на Земята. Следователно винаги ще има забавяне от най-малко една четвърт от секундата в комуникациите чрез геостационарни спътникови системи (119,4 ms *2 пъти); това забавяне е едва забележимо при презокеански телефонни разговори, насочени през сателит.
Използване в астрономията
Светлинната секунда е удобна единица за измерване на разстояния във вътрешната Слънчева система, тъй като съвпада много близо с радиометричните данни, използвани за определянето им (съвпадението не е точно за земен наблюдател поради много малка корекция за ефектите на относителността). Стойността на астрономическа единица (като разстоянието от Земята до Слънцето) в светлинни секунди е едно от основните измервания за изчисляване на съвременните ефемериди (таблици с планетарни координати): това обикновено се нарича „светлинна единица време на единица разстояние“ в таблици на астрономически константи, а в момента стойността му (разстояние от Земята до Слънцето) е 499,004786385 (20) s.
- Средният диаметър на Земята е около 0,0425 светлинни секунди.
- Средното разстояние от Земята до Луната е около 1,282 светлинни секунди.
- Диаметърът на Слънцето е около 4,643 светлинни секунди.
- Средното разстояние от Земята до Слънцето е 499,0 светлинни секунди.
- Кратното на светлинната секунда може да бъде определено, въпреки че в допълнение към светлинната година се използва по-често в научно-популярни публикации, отколкото в научни изследвания. Например една светлинна минута е равна на 60 светлинни секунди, а средното разстояние от Земята до Слънцето е 8,317 светлинни минути.
- Светлинна секунда: 2,997924580 × 10^8 м 2,998*10^5 км 1,863 × 10^5 мили. Средното разстояние от Земята до Луната е около 1,282 светлинни секунди.
- Светлинна минута = 60 светлинни секунди - 1,798754748 × 10^10 m = 1,799 × 10^7 km = 1,118 × 107 мили. Средното разстояние от Земята до Слънцето е 8,317 светлинни минути.
- светлинен час = 60 светлинни минути
- = 3600 светлинни секунди 1.079252849 × 10^12 m = 1.079 × 10^9 km = 6.706 × 108 мили. Голямата полуос на орбитата на Плутон е около 5473 светлинни часа.
- дневни часове =24 дневни часа=
- = 86400 светлинни секунди - 2,590206837 × 10^13m = 2,590 *10^10 km = 1,609 × 10^10 мили. Най-отдалечената от Слънцето планета, Седна, в момента е на 0,52 светлинни дни от Слънцето в орбита, която варира от 0,44 светлинни дни в перигея до 5,41 светлинни дни в апогея.
- Светла седмица = 7 светлинни дни
- = 604800 светлинни секунди -1.813144786 × 10^14 m = 1.813 × 10^11 km = 1.127 × 10^11 мили. Смята се, че мъглявината Оорт заема площ между 41 и 82 светлинни седмици от Слънцето.
- Светлинна година =365,25 светлинни дни=
- = 31557600 светлинни секунди 9.460730473 × 1015 m = 9.461 × 1012 km = 5.879 × 1012 мили. Проксима Кентавър е най-близката звезда до Слънцето, разположена на разстояние около 4,24 светлинни години от Земята.
Огромните открити пространства са много трудни за изчисляване в километри или мили. Учените обмислят намирането на други единици за измерване на големи разстояния. Феновете на научнофантастичните филми и книги често чуват за светлинната година. Но не всеки може да обясни какво означават тези думи. Някои не виждат разликата му от обикновения земен.
Тази стойност епопулярна единица за измерване на космическо разстояние. Когато го определяте, използвайте:
- скоростта на светлината,
- брой секунди, равен на 365 дни.
Важно условие за такова изчисление е липсата на влияние на каквито и да е гравитационни полета върху светлината. Вакуумът отговаря на това изискване. Именно в него скоростта на разпространение на всякакви електромагнитни лъчи остава постоянна.
Още през 17 век учените се опитват да определят скоростта на светлината. Преди това астрономите приемаха, че лъчите преминават през космоса моментално. Галилео Галилей се съмняваше в това. Целта му беше да изчисли времето, необходимо на светлинен лъч, за да измине определено разстояние, равно на осем километра. Но опитите му бяха неуспешни. Неуспешни са и изследванията на датския учен О. Рьомер. Той забеляза временна разлика в затъмненията на спътниците на други планети в зависимост от положението на Земята. Когато е по-далеч от друг космически обект, светлинните лъчи отнемат повече време, за да достигнат земната повърхност. Не успя да изчисли скоростта им.
Англичанинът Джеймс Брадли е първият, който приблизително изчислява скоростта на светлината през 18 век. Този астроном определи стойността й на 301 000 km/s. През миналия век, използвайки теорията на Максуел за електромагнетизма, учените успяха да изчислят точно скоростта на лъча. Изследванията са проведени с помощта на най-новите лазерни технологии, като се вземат предвид техните показатели на пречупване. Изчислената скорост на светлината се оказа 299 792 километра 458 метра в секунда. Това помогна да се определи удобна мерна единица за космическото пространство.
Какво е 1 светлинна година в километри?
За изчислението взехме 365 дни като база.. Ако изчислите дневната стойност в секунди, получавате 86 400 секунди. И във всичките посочени дни техният брой ще бъде 31 557 600.
Изчислихме колко далеч изминава лъч светлина за секунда. Умножавайки тази стойност по 31 557 600, получаваме малко над 9,4 трилиона. Това е светлинна година, измерена в километри. Това е разстоянието, което един светлинен лъч ще измине за 365 дни във вакуум. Той ще пътува по този път, летейки около земната орбита без влиянието на гравитационните полета.
Примери за някои разстояния, изчислени по този начин
- Лъч светлина изминава разстоянието от Земята до Луната за 1 минута 3 секунди;
- За 100 000 такива години може да се определи диаметърът на нашия галактически диск;
- Разстоянието в светлинни часове от Слънцето до Плутон е 5,25 часа;
- Лъч от земята ще достигне галактиката Андромеда за 2 500 000 светлинни години, а звездата Проксима Кентавър само за 4;
- Слънчевата светлина достига нашата планета за 8,20 минути;
- Центърът на нашата Галактика се намира на разстояние 26 хиляди светлинни години от Слънцето;
- Купът Дева се намира на разстояние 58 000 хиляди подобни години от нашата планета;
- Десетки милиони такива години измерват галактическите купове по диаметър;
- Максималното измерено разстояние от Земята до края на видимата Вселена е 45 милиарда светлинни години.
Защо той е толкова важен?
Изчислената скорост на светлината позволи на астрономите да определят разстояние между планети, звезди, галактики. Стана очевидно, че светлината, излъчвана от звездата, не достига до Земята със светкавична скорост. Наблюдавайки космически обекти в небето, ние виждаме миналото. Експлозията на далечна планета, случила се преди стотици години, ще бъде записана от учените едва днес.
В нашата Вселена използването на изчисления в тази мерна единица е удобно. По-рядко използвани са часове, седмици или месеци. При определяне на разстоянието до далечни космически обекти, получената стойност ще бъде огромна. Използването на такива стойности в математическите изчисления става трудно и непрактично. Учените са взели предвид това и за астрономически изчисления на големи разстояния използват друга мерна единица - парсек. За сложни математически изчисления е по-приемливо. Една светлинна година е равна на една трета от парсек.
Съотношението на светлинните години към земните години
В нашия живот често измерваме разстоянието:до работа, най-близкия магазин, друг град. Ние сравняваме различни количества едно с друго. Това помага да се оцени разликата. Понятията светлинни години и земни години изглеждат сходни, ако не и еднакви, на мнозина. Има желание да ги сравним. Тук първо трябва да изберете какво се разбира под земна година. Може да се определи като разстоянието, изминато от нашата планета за 365 дни. С тези параметри един светлинен период ще бъде равен на 63 хиляди земни години.
Ако земното се изчислява в дни, тогава ще се счита за единица време. А светлината символизира разстоянието. И сравнението на такива стойности е безсмислено. В този случай няма отговор на въпроса.
Видео
Това видео ще ви помогне да разберете какво е светлинна година.
Не получихте отговор на въпроса си? Предложете тема на авторите.
Какъвто и начин на живот да водим, каквото и да правим, по един или друг начин, ние използваме някои мерни единици всеки ден. Искаме чаша вода, затопляме собствената си закуска до определена температура, преценяваме визуално колко ни трябва да вървим до най-близката поща, уговаряме среща в определен час и т.н. Всички тези действия изискват
Не само изчисления, но и определено измерване на различни цифрови категории: разстояние, количество, тегло, време и други. Използваме числа редовно в ежедневието си. И отдавна сме свикнали с тези цифри, като с някакви инструменти. Но какво се случва, когато излезем от ежедневната си зона на комфорт и срещнем числени стойности, които са необичайни за нас? В тази статия ще говорим за фантастичните фигури на Вселената.
Универсални пространства
Ситуацията с космическите разстояния е още по-изненадваща. Напълно сме наясно с километрите до съседния град и дори от Москва до Ню Йорк. Но е трудно да се визуализират разстоянията, когато става въпрос за мащаба на звездните купове. Точно сега ще ни трябва така наречената светлинна година. В крайна сметка разстоянията дори между съседни звезди са изключително големи и измерването им в километри или мили е просто ирационално. И тук въпросът не е само в трудността да се възприемат огромните получени числа, но и в броя на техните нули. Става проблем да напишеш номера. Например разстоянието от Земята до Марс през периода на най-близко приближаване е 55,7 милиона километра. Стойност с шест нули. Но Марс е един от най-близките ни космически съседи! Разстоянието до най-близката звезда, различна от Слънцето, ще бъде милиони пъти по-голямо. И тогава, независимо дали го измерваме в километри или мили, астрономите ще трябва да отделят часове от времето си само за записване на тези гигантски количества. Една светлинна година реши този проблем. Решението беше доста гениално.
На какво е равна една светлинна година?
Вместо да се измисли нова мерна единица, която е сбор от единици от по-малък порядък (както се случва с милиметри, сантиметри, метри, километри), беше решено да се свърже разстоянието с времето. Всъщност фактът, че времето също е физическо поле, което влияе на събитията, е повече
Освен това, взаимосвързан и конвертируем с космоса, той е открит от Алберт Айнщайн и доказан чрез неговата теория на относителността. Скоростта на светлината стана постоянна. И преминаването на определено разстояние от светлинен лъч за единица време даде нови физически пространствени величини: светлинна секунда, светлинна минута, светлинен ден, светлинен месец, светлинна година. Например за секунда светлинен лъч (в космически условия - вакуум) изминава разстояние от приблизително 300 хиляди километра. Лесно е да се изчисли, че една светлинна година е равна на приблизително 9,46 * 10 15. Така разстоянието от Земята до най-близкото космическо тяло, Луната, е малко повече от една светлинна секунда, а до Слънцето е около осем светлинни минути. Според съвременните представи външните тела на Слънчевата система се въртят в орбита на разстояние една светлинна година. Следващата най-близка до нас звезда, или по-скоро система от двойни звезди, Алфа и Проксима Кентавър, е толкова далеч, че дори светлината от тях достига до нашите телескопи само четири години след изстрелването. И това все още са най-близките до нас небесни тела. Светлината от другия край на Млечния път отнема повече от сто хиляди години, за да достигне до нас.