Kas teate, miks astronoomid ei kasuta valgusaastaid, et arvutada kaugusi kosmoses asuvate kaugete objektide vahel?
Valgusaasta on mittesüsteemne kauguste mõõtühik kosmoses. Seda kasutatakse laialdaselt populaarsetes astronoomia raamatutes ja õpikutes. Professionaalses astrofüüsikas kasutatakse seda näitajat aga äärmiselt harva ja seda kasutatakse sageli ruumis asuvate lähedalasuvate objektide kauguste määramiseks. Põhjus on lihtne: kui määrate kauguse valgusaastates universumi kaugemate objektideni, osutub see arv nii tohutuks, et seda on ebapraktiline ja ebamugav kasutada füüsikalistes ja matemaatilistes arvutustes. Seetõttu kasutatakse professionaalses astronoomias valgusaasta asemel mõõtühikut, mida on keerukate matemaatiliste arvutuste tegemisel palju mugavam kasutada.
Mõiste definitsioon
Mõiste “valgusaasta” definitsiooni leiame igast astronoomiaõpikust. Valgusaasta on vahemaa, mille valguskiir läbib ühe Maa aasta jooksul. Selline määratlus võib amatööri rahuldada, kuid kosmoloogi arvates on see puudulik. Ta märgib, et valgusaasta ei ole ainult vahemaa, mille valgus läbib aastas, vaid vahemaa, mille valguskiir läbib vaakumis 365,25 Maa päevaga, ilma et magnetväljad seda mõjutaksid.
Valgusaasta võrdub 9,46 triljoni kilomeetriga. See on täpselt see vahemaa, mille valguskiir läbib aastas. Kuidas aga saavutasid astronoomid kiirtetee nii täpse määramise? Sellest räägime allpool.
Kuidas määrati valguse kiirus?
Iidsetel aegadel usuti, et valgus liigub kogu universumis silmapilkselt. Kuid alates seitsmeteistkümnendast sajandist hakkasid teadlased selles kahtlema. Galileo oli esimene, kes kahtles ülaltoodud väites. Just tema püüdis määrata aega, mis kulub valguskiire läbimiseks 8 km kaugusele. Kuid kuna selline vahemaa oli sellise koguse nagu valguse kiirus jaoks tühiselt väike, lõppes katse ebaõnnestumisega.
Esimene suurem nihe selles küsimuses oli kuulsa Taani astronoomi Olaf Roemeri vaatlus. 1676. aastal märkas ta varjutuste aja erinevust sõltuvalt Maa lähenemisest ja kaugusest neile avakosmoses. Roemer seostas selle tähelepaneku edukalt tõsiasjaga, et mida kaugemale Maa eemaldub, seda kauem kulub neilt peegelduval valgusel meie planeedile kauguse läbimiseks.
Roemer mõistis selle fakti olemust täpselt, kuid ta ei suutnud arvutada valguse kiiruse usaldusväärset väärtust. Tema arvutused olid valed, sest seitsmeteistkümnendal sajandil ei saanud tal täpseid andmeid kauguse kohta Maast teiste päikesesüsteemi planeetideni. Need andmed tehti kindlaks veidi hiljem.
Edasised edusammud uurimistöös ja valgusaasta määratlus
1728. aastal arvutas umbkaudse valguse kiiruse esimesena inglise astronoom James Bradley, kes avastas tähtede aberratsiooni mõju. Ta määras selle väärtuseks 301 tuhat km/s. Kuid see väärtus oli ebatäpne. Täiustatud meetodid valguse kiiruse arvutamiseks loodi kosmilisi kehasid arvestamata - Maal.
Vaatlused valguse kiiruse kohta vaakumis pöörleva ratta ja peegli abil tegid vastavalt A. Fizeau ja L. Foucault. Nende abiga õnnestus füüsikutel selle suuruse tegelikule väärtusele lähemale jõuda.
Täpne valguse kiirus
Teadlased suutsid valguse täpse kiiruse määrata alles eelmisel sajandil. Tuginedes Maxwelli elektromagnetismi teooriale, kasutades kaasaegset lasertehnoloogiat ja arvutusi, mida on korrigeeritud õhu kiirtevoo murdumisnäitaja järgi, suutsid teadlased arvutada valguse täpseks kiiruseks 299 792,458 km/s. Astronoomid kasutavad seda kogust siiani. Valgustundide, kuu ja aasta edasine määramine oli juba tehnoloogia küsimus. Lihtsate arvutuste abil jõudsid teadlased 9,46 triljoni kilomeetrini – täpselt nii kaua kuluks valguskiirel Maa orbiidil läbimiseks.
Galaktilised kauguse kaalud
valgusaasta ( St. G., ly) on süsteemiväline pikkuse mõõtühik, mis võrdub valguse poolt ühe aasta jooksul läbitud vahemaaga.
Täpsemalt, Rahvusvahelise Astronoomialiidu (IAU) määratluse kohaselt on valgusaasta võrdne vahemaaga, mille valgus läbib vaakumis, mida ei mõjuta gravitatsiooniväljad, ühe Juliuse aasta jooksul (määratluse järgi 365,25 standardpäeva pikkusega 86 400 SI sekundit). või 31 557 600 sekundit). Just seda määratlust soovitatakse kasutada populaarteaduslikus kirjanduses. Erialakirjanduses kasutatakse suurte vahemaade väljendamiseks valgusaastate asemel tavaliselt parseke ja ühikute kordajaid (kilo- ja megaparsekid).
Varem (enne 1984. aastat) oli valgusaasta vahemaa, mille valgus läbib ühel troopilisel aastal, mis määrati epohhile 1900.0. Uus määratlus erineb vanast ligikaudu 0,002%. Kuna seda kauguse ühikut ei kasutata ülitäpse mõõtmise jaoks, pole vana ja uue definitsiooni vahel praktilist erinevust.
Numbrilised väärtused
Valgusaasta on võrdne:
- 9 460 730 472 580 800 meetrit (ligikaudu 9,46 petameetrit)
- 63 241 077 astronoomilist ühikut (AU)
- 0,306601 parseki
Seotud üksused
Järgmisi ühikuid kasutatakse üsna harva, tavaliselt ainult populaarsetes väljaannetes:
- 1 valgussekund = 299 792,458 km (täpne)
- 1 valgusminut ≈ 18 miljonit km
- 1 valgustund ≈ 1079 miljonit km
- 1 valguspäev ≈ 26 miljardit km
- 1 valgusnädal ≈ 181 miljardit km
- 1 valguskuu ≈ 790 miljardit km
Kaugus valgusaastates
Valgusaasta on mugav kaugusskaalade kvalitatiivseks esitamiseks astronoomias.
| Kaal | Väärtus (püha aastad) | Kirjeldus |
|---|---|---|
| Sekundid | 4 10 −8 | Keskmine vahemaa on umbes 380 000 km. See tähendab, et pinnalt eralduval valgusvihul kulub Kuu pinnale jõudmiseks umbes 1,3 sekundit. |
| minutit | 1,6·10−5 | Üks astronoomiline ühik võrdub ligikaudu 150 miljoni kilomeetriga. Seega jõuab valgus Maale ligikaudu 500 sekundiga (8 minutit 20 sekundit). |
| Vaata | 0,0006 | Keskmine kaugus Päikesest on umbes 5 valgustundi. |
| 0,0016 | Pioneeri ja seeria seadmed, mis lendavad kaugemale, on umbes 30 aasta jooksul pärast starti liikunud Päikesest umbes saja astronoomilise ühiku kaugusele ja nende reageerimisaeg Maalt tulevatele päringutele on ligikaudu 14 tundi. | |
| aasta | 1,6 | Hüpoteesi sisemine serv asub 50 000 a. e Päikesest ja välimine - 100 000 a. e. Valguse läbimiseks Päikesest pilve välisservani kulub umbes poolteist aastat. |
| 2,0 | Päikese gravitatsioonilise mõjupiirkonna (“Künkasfäärid”) maksimaalne raadius on ligikaudu 125 000 AU. e. | |
| 4,2 | Meile lähim (Päikest arvestamata), Proxima Centauri, asub 4,2 valgusaasta kaugusel. aasta. | |
| Millennium | 26 000 | Meie galaktika kese asub Päikesest umbes 26 000 valgusaasta kaugusel. |
| 100 000 | Meie ketta läbimõõt on 100 000 valgusaastat. | |
| Miljoneid aastaid | 2,5 10 6 | Meile lähim M31, kuulus, on meist 2,5 miljoni valgusaasta kaugusel. |
| 3,14 10 6 | (M33) asub 3,14 miljoni valgusaasta kaugusel ja on kõige kaugemal palja silmaga nähtav statsionaarne objekt. | |
| 5,8 10 7 | Lähim parv, Neitsi parv, asub meist 58 miljoni valgusaasta kaugusel. | |
| Kümned miljonid valgusaastad | Galaktikaparvede iseloomulik suurus läbimõõdu järgi. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Gravitatsioonianomaalia “Suur Attraktor” asub meist 150-250 miljoni valgusaasta kaugusel. | |
| Miljardeid aastaid | 1,2 10 9 | Sloani suur müür on üks maailma suurimaid moodustisi, selle mõõtmed on umbes 350 Mpc. Valguse otsast lõpuni liikumiseks kulub umbes miljard aastat. |
| 1,4 10 10 | Universumi põhjuslikult seotud piirkonna suurus. Seda arvutatakse Universumi vanusest ja maksimaalsest infoedastuskiirusest – valguse kiirusest. | |
| 4,57 10 10 | Kaasnev kaugus Maast vaadeldava universumi servani mis tahes suunas; kaasnev vaadeldava universumi raadius (kosmoloogilise standardmudeli Lambda-CDM raames). |
Kindlasti, olles kuulnud mõnes ulmefilmis väljendit a la “kakskümmend Tatooine’ile valgusaastad", küsisid paljud õigustatud küsimusi. Mainin mõnda neist:
Kas pole mitte aasta aega?
Mis see siis on valgusaasta?
Mitu kilomeetrit see on?
Kui kaua kulub ületamiseks valgusaasta kosmoselaev koos Maa?
Otsustasin tänase artikli pühendada selle mõõtühiku tähenduse selgitamisele, selle võrdlemisele meie tavaliste kilomeetritega ja selle tööskaala demonstreerimisele. Universum.
Virtuaalne võidusõitja.
Kujutagem ette inimest, kes kõiki reegleid rikkudes kihutab mööda kiirteed kiirusega 250 km/h. Kahe tunniga läbib see 500 km ja neljaga – lausa 1000. Kui see muidugi selle käigus kokku ei kuku...
Näib, et see on kiirus! Kuid kogu maakera (≈ 40 000 km) ümbersõitmiseks vajab meie võidusõitja 40 korda rohkem aega. Ja see on juba 4 x 40 = 160 tundi. Või peaaegu terve nädal pidevat sõitu!
Lõpuks me siiski ei ütle, et ta läbis 40 000 000 meetrit. Sest laiskus on meid alati sundinud leiutama ja kasutama lühemaid alternatiivseid mõõtühikuid.
Piirang.
Koolifüüsika kursuselt peaksid kõik teadma, et kiireim sõitja sisse Universum- valgus. Ühe sekundiga läbib selle kiir umbes 300 000 km ja seega teeb see maakera ümber 0,134 sekundiga. See on 4 298 507 korda kiirem kui meie virtuaalne võidusõitja!
Alates Maa enne Kuu valgus ulatub keskmiselt 1,25 s, kuni Päike selle kiir ulatub veidi rohkem kui 8 minutiga.
Kolossaalne, kas pole? Kuid valguse kiirusest suuremate kiiruste olemasolu pole veel tõestatud. Seetõttu otsustas teadusmaailm, et oleks loogiline mõõta kosmilisi skaalasid ühikutes, mida raadiolaine (mida valgus, eelkõige on) teatud ajavahemike jooksul levib.
Kaugused.
Seega valgusaasta- ei midagi muud kui vahemaa, mille valguskiir läbib ühe aasta jooksul. Tähtedevahelisel skaalal pole sellest väiksemate kaugusühikute kasutamine kuigi mõttekas. Ja ometi on nad seal. Siin on nende ligikaudsed väärtused:
1 valgussekund ≈ 300 000 km;
1 valgusminut ≈ 18 000 000 km;
1 valgustund ≈ 1 080 000 000 km;
1 valguspäev ≈ 26 000 000 000 km;
1 kerge nädal ≈ 181 000 000 000 km;
1 valguskuu ≈ 790 000 000 000 km.
Nüüd, et saaksite aru, kust numbrid pärinevad, arvutame välja, millega üks võrdub valgusaasta.
Aastas on 365 päeva, ööpäevas 24 tundi, tunnis 60 minutit ja minutis 60 sekundit. Seega koosneb aasta 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekundist. Ühe sekundiga läbib valgus 300 000 km. Seetõttu läbib selle kiir aastaga 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.
See number kõlab järgmiselt: Üheksa TRILJONIT, NELISADA KUUSKÜMNEKMILJARDIT JA KAheksasada miljonit kilomeetrit.
Muidugi, täpne tähendus valgusaastad veidi erinev sellest, mida me arvutasime. Aga populaarteaduslikes artiklites tähtede kauguste kirjeldamisel pole põhimõtteliselt kõige suuremat täpsust vaja ja sada-kaks miljonit kilomeetrit siin erilist rolli ei mängi.
Nüüd jätkame oma mõttekatsetusi...
Kaal.
Oletame, et kaasaegne kosmoselaev lehed Päikesesüsteem kolmanda põgenemiskiirusega (≈ 16,7 km/s). Esiteks valgusaasta ta saab sellest üle 18 000 aasta pärast!
4,36 valgusaastad meile lähimasse tähesüsteemi ( Alfa Centauri, vaata pilti alguses) saab sellest üle umbes 78 tuhande aastaga!
Meie Linnutee galaktika, mille läbimõõt on ligikaudu 100 000 valgusaastad, ristub see 1 miljardi 780 miljoni aasta pärast.
"Elu otsimine on alanud," ütleb avastuse teinud Londoni ja Mary ülikooli astronoom Guillem Anglada-Escudé.
Võiks läbi viia esimese ekskursiooni naabruses asuvasse potentsiaalselt elamiskõlbulikku maailma, mille raames plaanitakse välja töötada galaktikas ringi liikumiseks kergeid purjesid kasutava kosmoseaparaadi kontseptsioon. Teine võimalus on saata esmalt Proxima b-le. Siiski oleme praegu endast ette jõudmas, inspireerituna avastusest, mida tähtede poole tormame. Aga tuleme tagasi avamise juurde.
Tänapäeval on teada, et Proxima b tiirleb ümber oma punase kääbustähe (see on väiksem ja tuhmim kui Päike) 11 Maa päevaga. Eksoplaneet on klassifitseeritud kiviseks (kõva pinnaga) ja on massilt veidi suurem kui Maa – vähemalt 1,3 korda. See on meile lähim eksoplaneet ja võib-olla ka Päikesesüsteemile lähim taevakeha, millel elu saab eksisteerida.
Pange tähele, et Kentauruse tähtkuju külm täht on palja silmaga nägemiseks liiga hämar. See asub palju heledama topelttähe Alpha Centauri AB kõrval.
“, ja palju muud on veel avastamata, kuid Maale lähima võimaliku analoogi otsimine ja nende otsingute edu on saanud meie kõigi jaoks peamiseks tööetapp – selle otsimine elu planeedil Proxima b,” võtab Anglada-Escudé kokku.
Mingil määral võib sellise eksoplaneedi avastamist pidada astronoomiliste uuringute uue etapi alguseks.
"See avastus aitab meil seada uue eesmärgi – luua jälgimisteleskoopide põlvkond, mis võimaldab meil uurida uusi maailmu ja võib-olla ühel päeval neid ka külastada. Just seda vajasimegi, et viia eksoplaneediteadus järgmisele tasemele," ütleb David. Kipping Columbia ülikoolist New Yorgis.