Как измеряются световые года. Космические пространства и световой год
Галактические масштабы расстояний
Световой год (св. г. , ly ) - внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за один год.
Более точно, по определению Международного астрономического союза (МАС) световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год (равный по определению 365,25 стандартных суток по 86 400 секунд СИ, или 31 557 600 секунд). Именно это определение рекомендовано для использования в научно-популярной литературе. В профессиональной литературе для выражения больших расстояний вместо светового года обычно используются парсеки и кратные единицы (кило- и мегапарсеки).
Ранее (до 1984 года) световым годом называлось расстояние, проходимое светом за один тропический год, отнесённый к эпохе 1900,0. Новое определение отличается от старого примерно на 0,002 %. Так как данная единица расстояния не используется для высокоточных измерений, практического различия между старым и новым определениями нет.
Числовые значения
Световой год равен:
- 9 460 730 472 580 800 метрам (примерно 9,46 петаметрам)
- 63 241,077 астрономической единицы (а. е.)
- 0,306 601 парсека
Связанные единицы
Нижеприведённые единицы используются довольно редко, обычно лишь в популярных публикациях:
- 1 световая секунда = 299 792,458 км (точно)
- 1 световая минута ≈ 18 млн км
- 1 световой час ≈ 1079 млн км
- 1 световые сутки ≈ 26 млрд км
- 1 световая неделя ≈ 181 млрд км
- 1 световой месяц ≈ 790 млрд км
Расстояние в световых годах
Световой год удобен для качественного представления масштабов расстояния в астрономии.
| Масштаб | Значение (св. лет) | Описание |
|---|---|---|
| Секунды | 4·10 −8 | Среднее расстояние до приблизительно равно 380 000 км. Это значит, что лучу света, испущенному с поверхности , потребуется около 1,3 секунды, чтобы достичь поверхности Луны. |
| Минуты | 1,6·10 −5 | Одна астрономическая единица равна приблизительно 150 миллионам километров. Таким образом, свет доходит от до Земли примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд). |
| Часы | 0,0006 | Среднее расстояние от Солнца до приблизительно равно 5 световым часам. |
| 0,0016 | Аппараты серий «Пионер» и , летящие за пределы , примерно за 30 лет, прошедшие после запуска, удалились на расстояние около ста астрономических единиц от Солнца, и время их отклика на запросы с Земли приблизительно равно14 часам. | |
| Год | 1,6 | Внутренний край гипотетического расположен в 50 000 а. е. от Солнца, а внешний - в 100 000 а. е. Чтобы преодолеть расстояние от Солнца до внешнего края облака, свету потребуется около полутора лет. |
| 2,0 | Максимальный радиус области гравитационного влияния Солнца («Сферы Хилла») - примерно 125 000 а. е. | |
| 4,2 | Ближайшая к нам (не считая Солнца), Проксима Центавра, расположена на расстоянии 4,2 св. года. | |
| Тысячелетия | 26 000 | Центр нашей Галактики находится на расстоянии приблизительно 26 000 световых лет от Солнца. |
| 100 000 | Диаметр диска нашей - 100 000 световых лет. | |
| Миллионы лет | 2,5·10 6 | Ближайшая к нам M31, знаменитая , удалена от нас на 2,5 млн световых лет. |
| 3,14·10 6 | (M33) располагается в 3,14 млн световых лет от нас и является наиболее удалённым стационарным объектом, видимым невооружённым глазом. | |
| 5,8·10 7 | Ближайшее , скопление Девы, удалено от нас на 58 миллионов световых лет. | |
| Десятки миллионов световых лет | Характерный размер скоплений галактик по диаметру. | |
| 1,5·10 8 - 2,5·10 8 | Гравитационная аномалия «Великий аттрактор» располагается на расстоянии 150-250 миллионов световых лет от нас. | |
| Миллиарды лет | 1,2·10 9 | Великая стена Слоуна - одно из крупнейших образований во , размеры её около 350 Мпк. Чтобы свет преодолел её из конца в конец, потребуется около миллиарда лет. |
| 1,4·10 10 | Размер причинно-связанной области Вселенной. Вычисляется из возраста Вселенной и максимальной скорости передачи информации - скорости света. | |
| 4,57·10 10 | Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной в любом направлении; сопутствующий радиус наблюдаемой Вселенной (в рамках стандартной космологической модели Лямбда-CDM). |
Исследуя собственную планету, на протяжении сотен лет люди изобретали все новые и новые системы для измерения отрезков расстояния. В итоге было решено считать универсальной единицей длины один метр, а большой путь измерять в километрах.
Но наступивший двадцатый век поставил перед человечеством новую проблему. Люди начали внимательно изучать космос - и оказалось, что просторы Вселенной необъятны настолько, что километры здесь просто не годятся. В привычных единицах еще можно выразить расстояние от Земли до Луны или от Земли до Марса. Но вот если пытаться определить, на сколько километров отстоит от нашей планеты ближайшая звезда, цифра «обрастает» невообразимым количеством знаков после запятой.
Чему равен 1 световой год?
Стало очевидно, что для исследования пространств космоса необходима новая единица измерения - и ею стал световой год. За одну секунду свет проходит 300 000 километров. Световой год - это расстояние, которое свет пройдет ровно за год - и в переводе на более привычную систему счисления это расстояние равняется 9 460 730 472 580, 8 километра. Понятно, что использовать лаконичное «один световой год» намного удобнее, нежели каждый раз применять в расчетах эту огромную цифру.
Из всех звезд ближе всего к нам находится Проксима Центавра - она удалена «всего лишь» на 4,22 световых года. Конечно, в пересчете на километры цифра получится невообразимо огромной. Однако все познается в сравнении - если учитывать, что ближайшая галактика под названием Андромеда отстоит от Млечного Пути на целых 2,5 миллиона световых лет, вышеупомянутая звезда и правда начинает казаться очень близкой соседкой.
Кстати, использование световых лет помогает ученым понять, в каких уголках Вселенной имеет смысл искать разумную жизнь, а куда посылать радиосигналы совершенно бесполезно. Ведь скорость радиосигнала аналогична скорости света - соответственно, приветствие, отправленное в сторону далекой галактики, достигнет цели лишь через миллионы лет. Ответа разумнее ждать от более близких «соседей» - объектов, гипотетические ответные сигналы которых доберутся до земных аппаратов хотя бы в течение жизни человека.
1 световой год это сколько земных лет?
Широко распространено ошибочное мнение, что световой год является единицей измерения времени. На самом деле, это не так. Термин не имеет никакого отношения к земным годам, никак с ними не соотносится и обозначает исключительно расстояние, которое свет проходит за один земной год.
Наверняка, услышав в каком-нибудь фантастическом боевике выражение а-ля «до Татуина двадцать световых лет », многие задавались закономерными вопросами. Озвучу некоторые из них:
Разве год – это не время?
Тогда что же такое световой год ?
Сколько в нем километров?
За сколько преодолеет световой год космический корабль с Земли ?
Сегодняшнюю статью я решил посвятить объяснению значения этой единицы измерения, сравнению ее с нашими привычными километрами и демонстрации масштабов, которыми оперирует Вселенная .
Виртуальный гонщик.
Представим себе человека, в нарушение всех правил несущегося по шоссе со скоростью 250 км/ч. За два часа он преодолеет 500 км, а за четыре – целых 1000. Если, конечно, не разобьется в процессе…
Казалось бы, вот это скорость! Но для того, чтобы обогнуть весь земной шар (≈ 40 000 км), нашему гонщику понадобится в 40 раз больше времени. А это уже 4 х 40 = 160 часов. Или почти целая неделя непрерывной езды!
В итоге, однако, мы не скажем, что он преодолел 40 000 000 метров. Так как лень всегда заставляла нас придумывать и употреблять более короткие альтернативные единицы измерения.
Предел.
Из школьного курса физики каждому должно быть известно, что самый быстрый ездок во Вселенной – свет. За одну секунду его луч преодолевает расстояние примерно 300 000 км, а земной шар, таким образом, он обогнет за 0,134 секунды. Это в 4 298 507 раз быстрее, чем наш виртуальный гонщик!
От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.
Колоссально, не так ли? А ведь пока не доказано существование скоростей, больших скорости света. Поэтому ученый мир решил, что логично будет измерять космические масштабы в единицах, которые за определенные интервалы времени проходит радиоволна (коей свет, в частности, и является).
Расстояния.
Таким образом, световой год — ни что иное, как расстояние, которое луч света преодолевает за один год. В межзвездных масштабах использовать единицы расстояния, меньшие этой, не имеет особого смысла. И все же они есть. Вот их приближенные значения:
1 световая секунда ≈ 300 000 км;
1 световая минута ≈ 18 000 000 км;
1 световой час ≈ 1 080 000 000 км;
1 световые сутки ≈ 26 000 000 000 км;
1 световая неделя ≈ 181 000 000 000 км;
1 световой месяц ≈ 790 000 000 000 км.
А теперь, чтобы вы понимали, откуда берутся цифры, вычислим, чему равен один световой год .
В году 365 суток, в сутках 24 часа, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Таким образом, год состоит из 365 х 24 х 60 х 60 = 31 536 000 секунд. За одну секунду свет проходит 300 000 км. Следовательно, за год его луч преодолеет расстояние 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Это число читается так: ДЕВЯТЬ ТРИЛЛИОНОВ, ЧЕТЫРЕСТА ШЕСТЬДЕСЯТ МИЛЛИАРДОВ И ВОСЕМЬСОТ МИЛЛИОНОВ километров.
Конечно, точное значение светового года слегка отличается от вычисленного нами. Но при описании расстояний до звезд в научно-популярных статьях высочайшая точность в принципе не нужна, и сотня-другая миллионов километров здесь особой роли не сыграют.
А теперь продолжим наши мысленные эксперименты…
Масштабы.
Предположим, что современный космический корабль покидает Солнечную систему с третьей космической скоростью (≈ 16,7 км/с). Первый световой год он преодолеет за 18000 лет!
4,36 световых года до ближайшей к нам звездной системы (Альфы Центавра , см. изображение в начале) он преодолеет примерно за 78 тысяч лет!
Нашу галактику Млечный Путь , имеющую в поперечнике примерно 100 000 световых лет , он пересечет за 1 млрд. 780 млн. лет.
Как вы знаете, для измерения расстояний от Солнца до планет, а также между планетами ученые придумали астрономическую единицу. А что такое световой год ?
Прежде всего, необходимо отметить, что световой год - тоже единица измерения, принятая в астрономии, однако не времени (как может показаться, если судить по значению слова «год»), а расстояния.
Чему равен световой год
Когда ученым удалось рассчитать расстояния к ближайшим звездам, стало очевидно, что в звёздном мире астрономическая единица неудобна для применения. Скажем для начала, что расстояние от Солнца до ближайшей звезды составляет примерно 4,5 световых года. Это означает, что свет от нашего Солнца к ближайшей звезде (называется она, кстати, Проксима Центавра) летит 4,5 года! Насколько велико это расстояние? Не будем никого утомлять математикой, отметим лишь, что за секунду частицы света пролетают 300 000 километров. То есть, если послать фонариком сигнал в сторону Луны, этот свет увидят там менее чем через полторы секунды. От Солнца до Земли свет доходит за 8,5 минут. А сколько же тогда лучи света пролетают за год?
Сразу скажем: световой год равен примерно 10 триллионам километров (триллион - это единица с двенадцатью нулями). Точнее, 9 460 730 472 581 километр. Если пересчитать в астрономических единицах, то это будет примерно 67 000. И это только к ближайшей звезде!
Ясно, что в мире звезд и галактик астрономическая единица не пригодна для измерений. Проще оперировать в вычислениях световыми годами.
Применимость в звёздном мире
Например, расстояние от Земли до самой яркой на небе звезды Сириуса составляет 8 световых лет. А расстояние от Солнца до Полярной звезды составляет около 600 световых лет. То есть, свет от нас добирается туда за 600 лет. Это будет примерно 40 миллионов астрономических единиц. Для сопоставления укажем, что размер (диаметр) нашей Галактики - Млечного пути - около 100 000 световых лет. Ближайшая наша соседка - спиральная галактика, которая называется Туманность Андромеды, отдалена от Земли на расстояние 2,52 миллиона световых лет. Очень неудобно указывать это в астрономических единицах. А ведь есть во Вселенной объекты, отдаленные от нас вообще на 15 миллиардов световых лет. Так, радиус наблюдаемой Вселенной составляет 13,77 миллиарда световых лет. А полная Вселенная, как известно, простирается дальше наблюдаемой части.
Кстати, диаметр наблюдаемой Вселенной вовсе не в 2 раза больше радиуса, как можно подумать. Всё дело в том, что с течением времени космос расширяется. Те далёкие объекты, которые испустили свет 13,77 миллиарда лет назад, улетели ещё дальше от нас. Сегодня они более чем в 46,5 миллиардах световых лет от нас. Удвоив это, получаем 93 миллиарда световых лет. Это и есть истинный диаметр наблюдаемой Вселенной. Так что размеры части космоса, за которой наблюдают (и которую называют еще Метагалактикой), всё время увеличиваются.
Измерять такие расстояния в километрах или астрономических единицах не имеет никакого смысла. Честно говоря, не совсем подходят тут и световые годы. Но ничего лучшего люди пока еще не придумали. Числа выходят настолько огромными, что с ними может справиться лишь компьютер.
Определение и сущность светового года
Таким образом, световой год (св. г.) - это единица длины, а не времени, которая представляет собой расстояние, проходимое солнечным лучом за год, то есть за 365 дней . Данная единица измерения очень удобна своей наглядностью. Она позволяет ответить на вопрос, через какой период времени можно ожидать ответ, если к определённой звезде отправить электромагнитное сообщение. И если это срок слишком велик (например, составляет тысячу лет), то смысла в таких действиях нет.
А вы знаете, почему астрономы не применяют световой год для вычисления расстояний к отдаленным объектам в космосе?
Световой год – это внесистемная единица измерения расстояний в космическом пространстве. Она повсеместно используется в популярных книгах и учебниках по астрономии. Тем не менее, в профессиональной астрофизике данная цифра используется крайне редко и зачастую для определения расстояний к недалеким объектам в космосе. Причина этого проста: если определять расстояние в световых годах к дальним объектам во Вселенной, число окажется настолько огромным, что использовать его для физико-математических вычислений будет непрактично и неудобно. Поэтому вместо светового года в профессиональной астрономии используются такая единица измерения как , которой намного удобнее оперировать при произведении сложных математических расчетов.
Определение термина
Определение термина «световой год» мы можем найти в любом учебнике астрономии. Световой год – это расстояние, которое луч света проходит за один земной год. Такое определение может удовлетворить любителя, но специалист по космологии сочтет его неполным. Он заметит, что световой год – это не просто расстояние, которое свет проходит за год, а расстояние, которое луч света за 365,25 земных дня проходит в вакууме, не испытывая на себе влияние магнитных полей.
Световой год равен 9,46 триллионам километров. Именно такое расстояние луч света проходит за год. Но как астрономы добились такого точного определения лучевого пути? Об этом мы поговорим ниже.
Как определили скорость света
В древние времена считалось, что свет распространяется во Вселенной мгновенно. Однако начиная с семнадцатого века, ученые начали сомневаться в этом. Первым в выше предложенном утверждении усомнился Галилей. Именно он пробовал определить время, за которое луч света проходит расстояние в 8 км. Но из-за того, что такое расстояние было ничтожно малым для такой величины, как скорость света, эксперимент закончился неудачей.
Первым серьезным сдвигом в этом вопросе было наблюдение известного датского астронома Олафа Рёмер. В 1676 году он заметил разницу во времени затмения в зависимости от приближения и удаления к ним Земли в космическом пространстве. Данное наблюдение Рёмер успешно связал с тем фактом, что чем дальше Земля удаляется от , тем больше времени требуется свету, отражаемому от них, чтобы пройти расстояние к нашей планете.
Суть данного факта Рёмер уловил точно, но вот вычислить достоверную величину скорости света ему так и не удалось. Его подсчеты были неверны, поскольку в семнадцатом веке он не мог располагать точными данными о расстоянии от Земли к другим планетам Солнечной системы. Эти данные были определены несколько позже.
Дальнейшие сдвиги в исследованиях и определение светового года
В 1728 году английскому астроному Джеймсу Брэдли, обнаружившему эффект аберрации звезд, удалось первому вычислить примерную скорость света. Он определили ее значение в 301 тыс. км/с. Но это значение было неточным. Более совершенные методы вычисления скорости света были произведены безотносительно к космическим телам – на Земле.
Наблюдения за скоростью света в вакууме при помощи вращающегося колеса и зеркала, были произведены А.Физо и Л. Фуко соответственно. С их помощью физикам удалось приблизиться к реальному значению этой величины.
Точная скорость света
Точную скорость света ученым удалось определить только в прошлом веке. Основываясь на теории электромагнетизма Максвелла, при помощи современной лазерной техники и вычислений с поправкой на коэффициент преломления лучевого потока в воздухе, ученым удалось вычислить точную величину скорости света 299 792,458 км/с. Этой величиной астрономы пользуются до сих пор. Дальше определить световой день, месяц и год было уже делом техники. Путем нехитрых вычислений ученые получили цифру 9,46 триллионов километров – именно столько времени потребовалось бы лучу света для того, чтобы облететь длину земной орбиты.