В нашей Солнечной системе Сатурн является самой удаленной планетой от Земли, которую можно увидеть невооруженным глазом. Даже если астероид разрушит Сатурн во время его наблюдения (с использованием телескопа или без него), его кольца будут оставаться видимыми для наблюдателя примерно в течение 80 минут после разрушения. Это связано с тем, что среднее расстояние между Сатурном и Землей составляет 0,00015 световых лет, и свету от Сатурна требуется около 80 минут, чтобы достичь Земли.
Этот феномен позволяет понять, что если вы наблюдаете звезду на расстоянии, скажем, 100 световых лет от Земли, то вы видите ее в том состоянии, в котором она была 100 лет назад. Поэтому телескоп иногда называют астрономической машиной времени. Измерение астрономических расстояний в милях или километрах неэффективно из-за огромных масштабов используемых цифр. Использование световых лет позволяет астрономам заглянуть в прошлое, так как свету требуется определенное количество времени, чтобы добраться до наших глаз, и все, что мы видим в космосе, уже произошло. Когда вы наблюдаете что-либо на расстоянии двух световых лет, вы видите его таким, каким оно было два года назад.
Что такое световой год?
Скорость света - это постоянная величина. В вакууме свет распространяется со скоростью 670 616 629 миль в час (1 079 252 849 километров в час). За один земной год, длительностью 364,25 дня (8 766 часов), свет преодолевает расстояние в 5 878 625 370 000 миль (9,5 трлн км), что называется световым годом. Эта единица используется для измерения больших расстояний в космосе, в основном между звездами и галактиками, и является удобным способом описания этих огромных пространств.
Поскольку расстояния между космическими телами в основном измеряются миллионами и миллиардами километров, потребовалась более удобная единица измерения, чтобы легче описывать такие большие расстояния. В результате в качестве единицы измерения астрономических расстояний был выбран световой год. Это единица измерения расстояния, а не времени, несмотря на своё название. Световой год часто используется для указания расстояния между Землей и небесными объектами за пределами нашей Солнечной системы.
Скорость света и изобретение единицы измерения светового года
Ученым для правильного определения светового года требовалось знать скорость света. Стародревние греческие философы имели разные точки зрения на природу скорости света. Философ Эмпедокл полагал, что свет движется, и следовательно, должен обладать скоростью. Аристотель, напротив, утверждал, что свет распространяется мгновенно.
В середине 1600-х годов Галилео Галилей провел серию экспериментов, пытаясь измерить скорость света. Одним из таких экспериментов было размещение людей на холмах на расстоянии около мили друг от друга с фонарями в руках. Однако расстояние было слишком маленьким для точного измерения скорости света, и вывод был сделан о том, что свет распространяется быстрее, чем звук.
В 1676 году датский астроном Оле Рёмер, стремясь создать надежные астрономические часы для моряков во время морских путешествий, случайно разработал новый метод оценки скорости света. Он использовал наблюдения за затмениями спутников Юпитера, таких как Ио, чтобы вычислить скорость света в 124 000 миль в секунду (или 200 000 километров в секунду)
Однако разница с известной нам сегодня скоростью света (299 792 км/с) не связана с несовершенством метода Рёмера. Эта аномалия произошла из-за того, что в то время не было точных данных о диаметре Земли (12 742 км). Позже голландский математик Христиан Гюйгенс, учитывая реальное значение диаметра Земли, рассчитал скорость света как 220 миллионов миль в секунду, что гораздо ближе к реальной. Это применение правильных данных позволило уточнить оценку скорости света.
В 1729 году английский астроном Джеймс Брэдли представил свою теорию об аберрации света (изменение направления распространения света) перед Королевским обществом. В своем исследовании он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (или 301 000 км/с), что составляет примерно 1% от известной нам сегодня величины.
В середине 1800-х годов две отдельные попытки, предпринятые французскими физиками Ипполитом Физо и Леоном Фуко, приблизились к оценке скорости света примерно на 1 000 миль в секунду (или 1 609 километров в секунду). В 1879 году физик Альберт А. Майкельсон с использованием зеркал и линз измерил скорость света, которая составила 186 355 миль в секунду (или 299 910 км/с). Через сорок лет он использовал трубы длиной в милю, находящиеся под давлением, в попытке создать условия, приближенные к вакууму, и получить более точное измерение, которое оказалось лишь немного меньше, чем текущее значение.
В 1838 году немецкий физик Фридрих Вильгельм Бессель использовал значение скорости света для измерения расстояния между Землей и бинарной звездной системой 61 Лебедя AB. Хотя он не упоминал термин "световой год", он объяснил, что свету потребуется 10,3 года, чтобы добраться от 61 Лебедя AB до Земли. Это был первый случай использования светового года в качестве меры расстояния, поэтому Бесселя также считают одним из открывателей этого понятия.
Термин "световой год" впервые был упомянут в 1851 году в немецком издании под названием "Lichtjare". К тому времени, когда Эйнштейн разработал теорию специальной относительности (E=mc²), утверждающую, что свет всегда движется с конечной скоростью, световой год уже стал широко используемой единицей измерения астрономических расстояний среди ученых.
Световой год, астрономическая единица, расстояние до Луны и парсек - измерения космических расстояний.
В космических измерениях, помимо светового года, применяются астрономическая единица (AU), лунное расстояние (LD) и парсек (pc). Лунное расстояние отражает среднее расстояние между Землей и Луной, составляющее примерно 400 000 км или 1,28 световых секунд. Астрономическая единица определяется как среднее расстояние от центра Земли до центра Солнца. Лунное расстояние и астрономические единицы применяются для измерения внутренних расстояний в Солнечной системе, в то время как световой год и парсек используются для измерения расстояний за ее пределами, например, межгалактических расстояний.
Парсек - это расстояние, на котором радиус земной орбиты образует угол в одну секунду дуги, когда два его луча проходят через конечные точки этой дуги. Таким образом, парсек определяется как расстояние, на котором параллакс звезды составляет одну дуговую секунду (угловая разница в направлении небесного тела, измеренная из двух точек на орбите Земли). Один световой год составляет 63 241 астрономическую единицу (AU), а один парсек равен приблизительно 3,26 световых лет или около 206 265 астрономических единиц.
Некоторые удивительные факты о световых годах:
1. Космический аппарат "Вояджер-1", запущенный NASA в 1977 году, передал сигнал в ноябре 2021 года с расстояния 21,31 светового часа (14,45 миллиарда миль), что является самым дальним расстоянием, преодоленным искусственным объектом в космосе.
2. Ближайшая к Млечному пути карликовая галактика Большой Пёс находится на расстоянии 25 000 световых лет от Солнца, а карликовая эллиптическая галактика Стрелец находится на расстоянии 70 000 световых лет от Солнца.
3. Самая удаленная известная галактика от Земли, GN-z11, была обнаружена телескопом Хаббл в 2016 году в созвездии Большой Медведицы. На момент обнаружения считалось, что она находится на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет от Земли, что составляет 134 нониллиона километров.
Радарная система, использующая радиоволны для обнаружения летящего самолета, измеряет время в наносекундах для определения расстояния до цели, так как радиоволны распространяются со скоростью света. Наносекунда представляет собой одну миллиардную часть секунды, а свет проходит расстояние в 1 фут (30 см) за одну наносекунду.
Недавно NASA объявила, что ее зонд Parker Solar "совершил касание Солнца". Этот зонд также считается самым быстрым из всех искусственных объектов в космосе и ожидается, что его скорость достигнет 430 000 миль в час (690 000 километров в час). Этого достаточно, чтобы преодолеть расстояние от Филадельфии до Вашингтона, округ Колумбия, менее чем за секунду.
Великий американский астроном Эдвин Хаббл однажды сказал: "Поиск будет продолжаться, это стремление старше истории, оно не утолено и не будет подавлено". Освоение космоса также можно рассматривать как поиск того, что находится за пределами Земли и звезд. Будучи единицей измерения расстояния, световой год также напоминает нам о том, насколько огромна Вселенная и как многое еще предстоит узнать человечеству и науке.