¿Sabes por qué los astrónomos no utilizan años luz para calcular distancias a objetos distantes en el espacio?
Un año luz es una unidad de medida de distancias no sistémica en el espacio exterior. Se utiliza ampliamente en libros populares y libros de texto sobre astronomía. Sin embargo, en la astrofísica profesional esta cifra se utiliza muy raramente y a menudo se utiliza para determinar distancias a objetos cercanos en el espacio. La razón es simple: si se determina la distancia en años luz a objetos distantes del Universo, el número resultará tan grande que resultará poco práctico e inconveniente utilizarlo para cálculos físicos y matemáticos. Por lo tanto, en lugar del año luz, en la astronomía profesional se utiliza una unidad de medida, que es mucho más conveniente de operar al realizar cálculos matemáticos complejos.
Definición del término
Podemos encontrar la definición del término “año luz” en cualquier libro de texto de astronomía. Un año luz es la distancia que recorre un rayo de luz en un año terrestre. Esta definición puede satisfacer a un aficionado, pero un cosmólogo la encontrará incompleta. Observará que un año luz no es sólo la distancia que recorre la luz en un año, sino la distancia que recorre un rayo de luz en el vacío en 365,25 días terrestres, sin ser influenciado por campos magnéticos.
Un año luz equivale a 9,46 billones de kilómetros. Esta es exactamente la distancia que recorre un rayo de luz en un año. Pero, ¿cómo consiguieron los astrónomos determinar con tanta precisión la trayectoria del rayo? Hablaremos de esto a continuación.
¿Cómo se determinó la velocidad de la luz?
En la antigüedad se creía que la luz viajaba instantáneamente por todo el Universo. Sin embargo, a partir del siglo XVII, los científicos empezaron a dudar de esto. Galileo fue el primero en dudar de la afirmación propuesta anteriormente. Fue él quien intentó determinar el tiempo que tarda un rayo de luz en recorrer una distancia de 8 km. Pero debido al hecho de que esa distancia era insignificante para una magnitud como la velocidad de la luz, el experimento terminó en un fracaso.
El primer gran cambio en este asunto fue la observación del famoso astrónomo danés Olaf Roemer. En 1676, notó una diferencia en el tiempo de los eclipses dependiendo de la aproximación y la distancia de la Tierra a ellos en el espacio exterior. Roemer relacionó con éxito esta observación con el hecho de que cuanto más se aleja la Tierra, más tarda la luz reflejada en recorrer la distancia hasta nuestro planeta.
Roemer captó con precisión la esencia de este hecho, pero no logró calcular el valor fiable de la velocidad de la luz. Sus cálculos fueron incorrectos porque en el siglo XVII no podía tener datos precisos sobre la distancia de la Tierra a los demás planetas del sistema solar. Estos datos se determinaron un poco más tarde.
Nuevos avances en la investigación y la definición del año luz
En 1728, el astrónomo inglés James Bradley, que descubrió el efecto de aberración en las estrellas, fue el primero en calcular la velocidad aproximada de la luz. Él determinó que su valor era 301 mil km/s. Pero este valor era inexacto. Se desarrollaron métodos más avanzados para calcular la velocidad de la luz independientemente de los cuerpos cósmicos: en la Tierra.
A. Fizeau y L. Foucault realizaron, respectivamente, observaciones de la velocidad de la luz en el vacío utilizando una rueda giratoria y un espejo. Con su ayuda, los físicos lograron acercarse al valor real de esta cantidad.
Velocidad exacta de la luz.
Los científicos no pudieron determinar la velocidad exacta de la luz hasta el siglo pasado. Basándose en la teoría del electromagnetismo de Maxwell, utilizando la moderna tecnología láser y cálculos corregidos según el índice de refracción del flujo de rayos en el aire, los científicos pudieron calcular la velocidad exacta de la luz en 299.792,458 km/s. Los astrónomos todavía utilizan esta cantidad. Determinar mejor las horas de luz, el mes y el año ya era una cuestión de tecnología. Mediante cálculos sencillos, los científicos llegaron a la cifra de 9,46 billones de kilómetros: eso es exactamente el tiempo que tardaría un rayo de luz en recorrer la longitud de la órbita de la Tierra.
Seguramente, haber escuchado en alguna película de acción y ciencia ficción una expresión al estilo “veinte a Tatooine años luz", muchos hicieron preguntas legítimas. Mencionaré algunos de ellos:
¿No es un año una vez?
Entonces que es eso año luz?
¿Cuántos kilómetros son?
¿Cuánto tiempo llevará superarlo? año luz nave espacial con Tierra?
Decidí dedicar el artículo de hoy a explicar el significado de esta unidad de medida, comparándola con nuestros kilómetros habituales y demostrando la escala en la que opera. Universo.
Corredor virtual.
Imaginemos a una persona, violando todas las reglas, corriendo por una carretera a una velocidad de 250 km/h. En dos horas recorrerá 500 kilómetros, y en cuatro, hasta 1.000. A menos, por supuesto, que se estrelle en el proceso...
¡Parecería que esto es velocidad! Pero para dar la vuelta al mundo entero (≈ 40.000 km), nuestro corredor necesitará 40 veces más tiempo. Y esto ya es 4 x 40 = 160 horas. ¡O casi una semana entera de conducción continua!
Al final, sin embargo, no diremos que recorrió 40.000.000 de metros. Porque la pereza siempre nos ha obligado a inventar y utilizar unidades de medida alternativas más cortas.
Límite.
De un curso de física escolar, todos deberían saber que el ciclista más rápido del mundo Universo- luz. En un segundo, su rayo cubre una distancia de aproximadamente 300.000 km, por lo que dará la vuelta al mundo en 0,134 segundos. ¡Eso es 4.298.507 veces más rápido que nuestro corredor virtual!
De Tierra antes Luna la luz alcanza una duración media de 1,25 s, hasta Sol su haz llegará en poco más de 8 minutos.
Colosal, ¿no? Pero aún no se ha demostrado la existencia de velocidades superiores a la de la luz. Por lo tanto, el mundo científico decidió que sería lógico medir las escalas cósmicas en unidades en las que viaja una onda de radio (que es la luz, en particular) durante ciertos intervalos de tiempo.
Distancias.
De este modo, año luz- nada más que la distancia que recorre un rayo de luz en un año. En escalas interestelares, usar unidades de distancia más pequeñas que ésta no tiene mucho sentido. Y sin embargo están ahí. Aquí están sus valores aproximados:
1 segundo luz ≈ 300.000 km;
1 minuto luz ≈ 18.000.000 km;
1 hora luz ≈ 1.080.000.000 km;
1 día luz ≈ 26.000.000.000 km;
1 semana luz ≈ 181.000.000.000 km;
1 mes luz ≈ 790.000.000.000 km.
Ahora, para que entiendas de dónde vienen los números, calculemos a qué es igual uno año luz.
Un año tiene 365 días, un día 24 horas, una hora 60 minutos y un minuto 60 segundos. Así, un año consta de 365 x 24 x 60 x 60 = 31.536.000 segundos. En un segundo, la luz recorre 300.000 km. Por tanto, en un año su haz recorrerá una distancia de 31.536.000 x 300.000 = 9.460.800.000.000 km.
Este número se lee así: NUEVE TRILLONES CUATROCIENTOS SESENTA MIL MIL OCHOCIENTOS MILLONES kilómetros.
Por supuesto, el significado exacto. años luz ligeramente diferente de lo que calculamos. Pero al describir distancias a las estrellas en artículos de divulgación científica, en principio no se necesita la máxima precisión, y cien o dos millones de kilómetros no jugarán un papel especial aquí.
Ahora continuemos con nuestros experimentos mentales...
Escala.
Supongamos que moderno astronave hojas sistema solar con la tercera velocidad de escape (≈ 16,7 km/s). Primero año luz¡lo superará en 18.000 años!
4,36 años luz al sistema estelar más cercano a nosotros ( Alfa Centauri, ver imagen al principio) ¡se superará en unos 78 mil años!
Nuestro Via Láctea, con un diámetro de aproximadamente 100.000 años luz, lo cruzará en 1.000 millones 780 millones de años.
Sea cual sea el estilo de vida que llevemos, hagamos lo que hagamos, de una forma u otra, utilizamos algunas unidades de medida todos los días. Pedimos un vaso de agua, calentamos nuestro propio desayuno a una temperatura determinada, estimamos visualmente cuánto debemos caminar hasta la oficina de correos más cercana, concertamos una reunión a una hora determinada, etc. Todas estas acciones requieren
No solo cálculos, sino también una determinada medición de varias categorías numéricas: distancia, cantidad, peso, tiempo y otras. Usamos números regularmente en nuestra vida diaria. Y hace tiempo que estamos acostumbrados a estos números, como a algún tipo de instrumento. Pero, ¿qué sucede cuando salimos de nuestra zona de confort cotidiana y nos encontramos con valores numéricos que nos resultan inusuales? En este artículo hablaremos de las figuras fantásticas del Universo.
Espacios universales
La situación de las distancias cósmicas es aún más sorprendente. Conocemos perfectamente los kilómetros hasta la ciudad vecina e incluso desde Moscú hasta Nueva York. Pero es difícil visualizar distancias cuando se trata de la escala de los cúmulos estelares. Ahora es cuando necesitaremos el llamado año luz. Después de todo, las distancias, incluso entre estrellas vecinas, son extremadamente grandes, y medirlas en kilómetros o millas es simplemente irracional. Y aquí no se trata sólo de la dificultad de percibir los enormes números resultantes, sino también del número de sus ceros. Se convierte en un problema escribir el número. Por ejemplo, la distancia de la Tierra a Marte durante el período de máxima aproximación es de 55,7 millones de kilómetros. Un valor con seis ceros. ¡Pero Marte es uno de nuestros vecinos cósmicos más cercanos! La distancia a la estrella más cercana distinta al Sol será millones de veces mayor. Y luego, ya sea que lo midiéramos en kilómetros o en millas, los astrónomos tendrían que pasar horas de su tiempo simplemente registrando estas cantidades gigantescas. Un año luz resolvió este problema. La solución fue bastante ingeniosa.
¿A qué equivale un año luz?
En lugar de inventar una nueva unidad de medida, que es la suma de unidades de orden menor (como ocurre con los milímetros, centímetros, metros, kilómetros), se decidió vincular la distancia al tiempo. En realidad, el hecho de que el tiempo sea también un campo físico que influye en los acontecimientos es más
Además, interconectado y convertible con el espacio, fue descubierto por Albert Einstein y demostrado a través de su teoría de la relatividad. La velocidad de la luz se volvió constante. Y el paso de una cierta distancia por un rayo de luz por unidad de tiempo dio nuevas cantidades físicas espaciales: segundo luz, minuto luz, día luz, mes luz, año luz. Por ejemplo, un rayo de luz (en condiciones espaciales, vacío) recorre una distancia de aproximadamente 300 mil kilómetros por segundo. Es fácil calcular que un año luz equivale aproximadamente a 9,46 * 10 15. Por tanto, la distancia entre la Tierra y el cuerpo cósmico más cercano, la Luna, es de poco más de un segundo luz, y la del Sol, de unos ocho minutos luz. Según las ideas modernas, los cuerpos exteriores del Sistema Solar giran en órbita a una distancia de un año luz. La estrella más cercana a nosotros, o mejor dicho, un sistema de estrellas dobles, Alfa y Próxima Centauri, está tan lejos que incluso su luz llega a nuestros telescopios sólo cuatro años después de su lanzamiento. Y estos siguen siendo los cuerpos celestes más cercanos a nosotros. La luz del otro extremo de la Vía Láctea tarda más de cien mil años en llegar hasta nosotros.
Material preparado por Alexander Zanin.
El segundo luz es una unidad de longitud utilizada en astronomía, telecomunicaciones y física relativista. Se define como la distancia que recorre la luz en el espacio libre en un segundo, y es exactamente de 299.792.458 metros. Esto es poco más de 186,282 millas y casi 9,84 x 10 8 pies.
Además, la velocidad de la luz sirve como base para otras unidades de tiempo y longitud, que van desde el nanosegundo de luz (poco menos de un pie estadounidense o británico) hasta el minuto luz, la hora luz y el día luz, que a veces se utilizan. en publicaciones de divulgación científica. El año luz más comúnmente utilizado se define actualmente como exactamente 31.557.600 segundos luz, ya que la definición de año se basa en la definición juliana de la duración del año (no la gregoriana) de 365,25 días, cada uno de exactamente 86.400 segundos SI.
Definición de metro
Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de tiempo de 1/299792458 de segundo.
Esta definición fija la velocidad de la luz en el vacío en 299792458 m/s, por lo que un segundo luz corresponde a 299792458 m.
Uso en telecomunicaciones
Las señales de comunicaciones a la Tierra rara vez viajan exactamente a la velocidad de la luz en el espacio libre, pero distancias de fracciones de segundos luz siguen siendo útiles para planificar redes de telecomunicaciones porque indican el menor retraso posible entre el emisor y el receptor.
Un nanosegundo de luz equivale a casi 300 milímetros (299,8 mm, 5 mm menos que un pie), lo que limita la velocidad a la que se pueden transferir datos entre diferentes partes de una computadora grande.
Un microsegundo de luz corresponde a una distancia de unos 300 metros.
La distancia promedio, si la señal viaja a lo largo del perímetro de la Tierra, entre lados opuestos de la Tierra es de 66,8 milisegundos luz.
Los satélites de comunicaciones suelen estar ubicados a altitudes entre 1,337 milisegundos luz (órbitas terrestres bajas) y 119,4 milisegundos luz (órbitas geoestacionarias) de la superficie de la Tierra. Por lo tanto siempre habrá un retraso de al menos un cuarto de segundo en las comunicaciones vía sistemas de satélites geoestacionarios (119,4 ms *2 veces); este retraso apenas se nota en las conversaciones telefónicas transoceánicas transmitidas por satélite.
Uso en astronomía
El segundo luz es una unidad conveniente para medir distancias en el Sistema Solar interior porque coincide muy estrechamente con los datos radiométricos utilizados para determinarlas (la coincidencia no es exacta para un observador terrestre debido a muy poca corrección de los efectos de la relatividad). El valor de una unidad astronómica (como la distancia de la Tierra al Sol) en segundos luz es una de las medidas básicas para calcular las efemérides (tablas de coordenadas planetarias) modernas: esto se suele denominar "unidad de tiempo de luz por unidad de distancia". en tablas de constantes astronómicas, y en Actualmente, su valor (distancia de la Tierra al Sol) es 499,004786385 (20) s.
- El diámetro medio de la Tierra es de unos 0,0425 segundos luz.
- La distancia media de la Tierra a la Luna es de unos 1,282 segundos luz.
- El diámetro del Sol es de unos 4,643 segundos luz.
- La distancia media de la Tierra al Sol es de 499,0 segundos luz.
- El múltiplo del segundo luz se puede definir, aunque, además del año luz, se utiliza con más frecuencia en publicaciones de divulgación científica que en trabajos de investigación científica. Por ejemplo, un minuto luz equivale a 60 segundos luz y la distancia media de la Tierra al Sol es de 8,317 minutos luz.
- Segundo luz: 2,997924580 × 10^8 m 2,998*10^5 km 1,863 × 10^5 millas. La distancia media de la Tierra a la Luna es de unos 1,282 segundos luz.
- Minuto luz = 60 segundos luz - 1,798754748 × 10^10 m = 1,799 × 10^7 km = 1,118 × 107 millas. La distancia media de la Tierra al Sol es de 8,317 minutos luz.
- hora luz = 60 minutos luz
- = 3600 segundos luz 1,079252849 × 10^12 m = 1,079 × 10^9 km = 6,706 × 108 millas. El semieje mayor de la órbita de Plutón tiene aproximadamente 5.473 horas luz.
- horas de luz = 24 horas de luz =
- = 86400 segundos luz - 2,590206837 × 10^13m = 2,590 *10^10 km = 1,609 × 10^10 millas. El planeta más distante del Sol, Sedna, se encuentra actualmente a 0,52 días luz del Sol en una órbita que oscila entre 0,44 días luz en el perigeo y 5,41 días luz en el apogeo.
- Semana luz= 7 días luz
- = 604800 segundos luz -1,813144786 × 10^14 m = 1,813 × 10^11 km = 1,127 × 10^11 millas. Se cree que la Nebulosa de Oort ocupa un área entre 41 y 82 semanas luz del Sol.
- Año luz =365,25 días luz=
- = 31557600 segundos luz 9,460730473 × 1015 m = 9,461 × 1012 km = 5,879 × 1012 millas. Próxima Centauri es la estrella más cercana al Sol, ubicada a una distancia de unos 4,24 años luz de la Tierra.
Al explorar su propio planeta, durante cientos de años, la gente inventó cada vez más sistemas nuevos para medir segmentos de distancia. Como resultado, se decidió considerar el metro como unidad universal de longitud y medir la distancia en kilómetros.
Pero la llegada del siglo XX planteó a la humanidad un nuevo problema. La gente comenzó a estudiar cuidadosamente el espacio, y resultó que la inmensidad del Universo es tan vasta que los kilómetros aquí simplemente no son adecuados. En unidades convencionales todavía se puede expresar la distancia de la Tierra a la Luna o de la Tierra a Marte. Pero si intentas determinar a cuántos kilómetros se encuentra la estrella más cercana de nuestro planeta, el número "crece demasiado" con un número inimaginable de decimales.
¿A qué equivale 1 año luz?
Se hizo evidente que se necesitaba una nueva unidad de medida para explorar las dimensiones del espacio, y el año luz se convirtió en esa. En un segundo, la luz recorre 300.000 kilómetros. Año luz - esta es la distancia que recorrerá la luz en exactamente un año y, traducida a un sistema numérico más familiar, esta distancia equivale a 9.460.730.472.580,8 kilómetros. Está claro que utilizar el lacónico "un año luz" es mucho más conveniente que utilizar esta enorme cifra en los cálculos cada vez.
De todas las estrellas, Próxima Centauri es la más cercana a nosotros: está a “sólo” 4,22 años luz de distancia. Por supuesto, en términos de kilómetros la cifra será inimaginablemente enorme. Sin embargo, todo se aprende en comparación: si se tiene en cuenta que la galaxia más cercana, llamada Andrómeda, se encuentra a 2,5 millones de años luz de la Vía Láctea, la estrella antes mencionada realmente comienza a parecer una vecina muy cercana.
Por cierto, el uso de años luz ayuda a los científicos a comprender en qué rincones del Universo tiene sentido buscar vida inteligente y dónde enviar señales de radio es completamente inútil. Después de todo, la velocidad de una señal de radio es similar a la velocidad de la luz; en consecuencia, un saludo enviado hacia una galaxia distante llegará a su destino solo después de millones de años. Es más razonable esperar una respuesta de "vecinos" más cercanos: objetos cuyas hipotéticas señales de respuesta llegarán a los dispositivos terrestres al menos durante la vida de una persona.
1 año luz son ¿cuántos años terrestres?
Existe la idea errónea de que el año luz es una unidad de tiempo. De hecho, esto no es cierto. El término no tiene nada que ver con los años terrestres, no se correlaciona de ninguna manera con ellos y se refiere únicamente a la distancia que recorre la luz en un año terrestre.
