À quoi équivaut une année-lumière en unités astronomiques ? Seconde lumière

Savez-vous pourquoi les astronomes n'utilisent pas les années-lumière pour calculer les distances des objets éloignés dans l'espace ?

Une année-lumière est une unité non systémique de mesure des distances dans l’espace. Il est largement utilisé dans les livres et manuels populaires d’astronomie. Cependant, en astrophysique professionnelle, ce chiffre est extrêmement rarement utilisé et est souvent utilisé pour déterminer les distances par rapport aux objets proches dans l'espace. La raison en est simple : si vous déterminez la distance en années-lumière jusqu'à des objets distants de l'Univers, le nombre s'avérera si énorme qu'il sera peu pratique et peu pratique de l'utiliser pour des calculs physiques et mathématiques. Par conséquent, au lieu de l'année-lumière en astronomie professionnelle, une unité de mesure est utilisée, ce qui est beaucoup plus pratique à utiliser lors de l'exécution de calculs mathématiques complexes.

Définition du terme

Nous pouvons trouver la définition du terme « année-lumière » dans n’importe quel manuel d’astronomie. Une année-lumière est la distance parcourue par un rayon de lumière en une année terrestre. Une telle définition peut satisfaire un amateur, mais un cosmologue la trouvera incomplète. Il notera qu'une année-lumière n'est pas seulement la distance que parcourt la lumière en une année, mais la distance qu'un rayon de lumière parcourt dans le vide en 365,25 jours terrestres, sans être influencé par les champs magnétiques.

Une année-lumière équivaut à 9,46 billions de kilomètres. C’est exactement la distance parcourue par un rayon de lumière en un an. Mais comment les astronomes ont-ils pu déterminer avec autant de précision le trajet des rayons ? Nous en parlerons ci-dessous.

Comment a-t-on déterminé la vitesse de la lumière ?

Dans les temps anciens, on croyait que la lumière voyageait instantanément à travers l’univers. Cependant, à partir du XVIIe siècle, les scientifiques ont commencé à en douter. Galilée fut le premier à douter de la déclaration proposée ci-dessus. C'est lui qui a tenté de déterminer le temps qu'il faut à un rayon de lumière pour parcourir une distance de 8 km. Mais comme cette distance était négligeable pour une quantité telle que la vitesse de la lumière, l'expérience s'est soldée par un échec.

Le premier changement majeur dans ce domaine a été l'observation du célèbre astronome danois Olaf Roemer. En 1676, il remarqua une différence dans le temps des éclipses en fonction de l'approche et de la distance de la Terre dans l'espace. Roemer a réussi à relier cette observation au fait que plus la Terre s'éloigne, plus il faut de temps à la lumière réfléchie par elle pour parcourir la distance jusqu'à notre planète.

Roemer a saisi l'essence de ce fait avec précision, mais il n'a pas réussi à calculer la valeur fiable de la vitesse de la lumière. Ses calculs étaient incorrects car au XVIIe siècle, il ne pouvait pas disposer de données précises sur la distance entre la Terre et les autres planètes du système solaire. Ces données ont été déterminées un peu plus tard.

De nouvelles avancées dans la recherche et la définition de l'année-lumière

En 1728, l'astronome anglais James Bradley, qui découvrit l'effet de l'aberration sur les étoiles, fut le premier à calculer la vitesse approximative de la lumière. Il a déterminé sa valeur à 301 000 km/s. Mais cette valeur était inexacte. Des méthodes plus avancées pour calculer la vitesse de la lumière ont été élaborées sans tenir compte des corps cosmiques – sur Terre.

Des observations de la vitesse de la lumière dans le vide à l'aide d'une roue tournante et d'un miroir ont été réalisées respectivement par A. Fizeau et L. Foucault. Avec leur aide, les physiciens ont réussi à se rapprocher de la valeur réelle de cette quantité.

Vitesse exacte de la lumière

Les scientifiques n’ont pu déterminer la vitesse exacte de la lumière qu’au siècle dernier. Sur la base de la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, en utilisant la technologie laser moderne et des calculs corrigés de l'indice de réfraction du flux de rayons dans l'air, les scientifiques ont pu calculer la vitesse exacte de la lumière à 299 792,458 km/s. Les astronomes utilisent encore cette quantité. Déterminer davantage les heures de clarté, le mois et l'année était déjà une question de technologie. Grâce à des calculs simples, les scientifiques sont arrivés à un chiffre de 9,46 billions de kilomètres, soit exactement le temps qu’il faudrait à un faisceau de lumière pour parcourir toute l’orbite terrestre.

Sûrement, après avoir entendu dans un film d'action de science-fiction une expression à la "vingt pour Tatooine Années lumière", beaucoup se posaient des questions légitimes. Je vais en mentionner quelques-uns :

N'est-ce pas qu'un an est une fois ?

Alors qu'est-ce que c'est année-lumière?

Cela fait combien de kilomètres ?

Combien de temps faudra-t-il pour surmonter année-lumière vaisseau spatial avec Terre?

J'ai décidé de consacrer l'article d'aujourd'hui à expliquer la signification de cette unité de mesure, en la comparant avec nos kilomètres habituels et en démontrant l'échelle à laquelle elle fonctionne. Univers.

Coureur virtuel.

Imaginons une personne, en violation de toutes les règles, se précipitant sur une autoroute à une vitesse de 250 km/h. En deux heures, il parcourra 500 km, et en quatre, jusqu'à 1000. À moins, bien sûr, qu'il ne tombe en panne au passage...

Il semblerait que ce soit la vitesse ! Mais pour faire le tour du monde (≈ 40 000 km), notre coureur aura besoin de 40 fois plus de temps. Et cela fait déjà 4 x 40 = 160 heures. Soit presque une semaine entière de conduite continue !

Au final, on ne dira cependant pas qu’il a parcouru 40 000 000 de mètres. Parce que la paresse nous a toujours obligé à inventer et à utiliser des unités de mesure alternatives plus courtes.

Limite.

D'après un cours de physique à l'école, tout le monde devrait savoir que le coureur le plus rapide de Univers- lumière. En une seconde, son faisceau couvre une distance d'environ 300 000 km et fera ainsi le tour du globe en 0,134 seconde. C'est 4 298 507 fois plus rapide que notre pilote virtuel !

Depuis Terre avant Lune la lumière atteint en moyenne 1,25 s, jusqu'à Soleil son faisceau atteindra dans un peu plus de 8 minutes.

Colossal, n'est-ce pas ? Mais l’existence de vitesses supérieures à la vitesse de la lumière n’est pas encore prouvée. Par conséquent, le monde scientifique a décidé qu'il serait logique de mesurer les échelles cosmiques dans les unités qu'une onde radio (la lumière en particulier) parcourt sur certains intervalles de temps.

Distances.

Ainsi, année-lumière- rien de plus que la distance parcourue par un rayon de lumière en un an. À l'échelle interstellaire, utiliser des unités de distance plus petites que cela n'a pas beaucoup de sens. Et pourtant ils sont là. Voici leurs valeurs approximatives :

1 seconde lumière ≈ 300 000 km ;

1 minute-lumière ≈ 18 000 000 km ;

1 heure-lumière ≈ 1 080 000 000 km ;

1 jour-lumière ≈ 26 000 000 000 km ;

1 semaine-lumière ≈ 181 000 000 000 km ;

1 mois-lumière ≈ 790 000 000 000 km.

Maintenant, pour que vous compreniez d’où viennent les nombres, calculons à quoi un est égal. année-lumière.

Il y a 365 jours dans une année, 24 heures dans une journée, 60 minutes dans une heure et 60 secondes dans une minute. Ainsi, une année comprend 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 secondes. En une seconde, la lumière parcourt 300 000 km. Ainsi, en un an, son faisceau couvrira une distance de 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.

Ce numéro se lit ainsi : NEUF MILLIARDS QUATRE CENT SOIXANTE MILLIARDS HUIT CENT MILLIONS kilomètres.

Bien sûr, la signification exacte Années lumière légèrement différent de ce que nous avons calculé. Mais lors de la description des distances aux étoiles dans des articles scientifiques populaires, la plus grande précision n'est, en principe, pas nécessaire, et cent ou deux millions de kilomètres ne joueront pas ici un rôle particulier.

Continuons maintenant nos expériences de pensée...

Échelle.

Supposons que moderne vaisseau spatial feuilles système solaire avec la troisième vitesse de fuite (≈ 16,7 km/s). D'abord année-lumière il la surmontera dans 18 000 ans !

4,36 Années lumière au système stellaire le plus proche de nous ( Alpha Centauri, voir l'image au début) il vaincra dans environ 78 mille ans !

Notre Voie lactée, ayant un diamètre d'environ 100 000 Années lumière, il la traversera dans 1 milliard 780 millions d'années.

Quel que soit le style de vie que nous menons, quoi que nous fassions, d’une manière ou d’une autre, nous utilisons chaque jour certaines unités de mesure. Nous demandons un verre d'eau, chauffons notre petit-déjeuner à une certaine température, estimons visuellement la distance à parcourir à pied jusqu'au bureau de poste le plus proche, organisons un rendez-vous à une certaine heure, etc. Toutes ces actions nécessitent

Pas seulement des calculs, mais aussi une certaine mesure de diverses catégories numériques : distance, quantité, poids, temps et autres. Nous utilisons régulièrement les chiffres dans notre vie quotidienne. Et nous sommes habitués depuis longtemps à ces chiffres, comme à une sorte d'instrument. Mais que se passe-t-il lorsque nous sortons de notre zone de confort quotidienne et rencontrons des valeurs numériques qui nous sont inhabituelles ? Dans cet article, nous parlerons des figures fantastiques de l'Univers.

Espaces universels

La situation des distances cosmiques est encore plus surprenante. Nous connaissons parfaitement les kilomètres jusqu'à la ville voisine et même de Moscou à New York. Mais il est difficile de visualiser les distances lorsqu’on considère l’échelle des amas d’étoiles. C'est maintenant que nous aurons besoin de ce qu'on appelle l'année-lumière. Après tout, même entre les étoiles voisines, les distances sont extrêmement grandes et les mesurer en kilomètres ou en miles est tout simplement irrationnel. Et ici, il ne s'agit pas seulement de la difficulté de percevoir les énormes nombres qui en résultent, mais du nombre de leurs zéros. Cela devient un problème d'écrire le numéro. Par exemple, la distance entre la Terre et Mars pendant la période d'approche la plus proche est de 55,7 millions de kilomètres. Une valeur avec six zéros. Mais Mars est l’un de nos plus proches voisins cosmiques ! La distance jusqu’à l’étoile la plus proche autre que le Soleil sera des millions de fois plus grande. Et puis, que nous le mesurions en kilomètres ou en miles, les astronomes devraient passer des heures de leur temps à enregistrer ces quantités gigantesques. Une année-lumière a résolu ce problème. La solution était assez ingénieuse.

A quoi équivaut une année-lumière ?

Au lieu d'inventer une nouvelle unité de mesure, qui est la somme d'unités d'un ordre plus petit (comme cela arrive avec les millimètres, les centimètres, les mètres, les kilomètres), il a été décidé de lier la distance au temps. En fait, le fait que le temps soit aussi un champ physique influençant les événements est plus

De plus, interconnectée et convertible avec l'espace, elle a été découverte par Albert Einstein et prouvée à travers sa théorie de la relativité. La vitesse de la lumière est devenue constante. Et le passage d'une certaine distance par un faisceau lumineux par unité de temps a donné de nouvelles grandeurs spatiales physiques : seconde-lumière, minute-lumière, jour-lumière, mois-lumière, année-lumière. Par exemple, par seconde, un faisceau de lumière (dans des conditions spatiales - vide) parcourt une distance d'environ 300 000 kilomètres. Il est facile de calculer qu’une année-lumière équivaut à environ 9,46 * 10 15. Ainsi, la distance entre la Terre et le corps cosmique le plus proche, la Lune, est d'un peu plus d'une seconde-lumière, et jusqu'au Soleil, elle est d'environ huit minutes-lumière. Selon les idées modernes, les corps extérieurs du système solaire tournent en orbite à une distance d'une année-lumière. L'étoile la plus proche de nous, ou plutôt un système d'étoiles doubles, Alpha et Proxima Centauri, est si éloignée que même leur lumière atteint nos télescopes seulement quatre ans après son lancement. Et ce sont toujours les corps célestes les plus proches de nous. La lumière provenant de l’autre extrémité de la Voie lactée met plus de cent mille ans pour nous parvenir.

Matériel préparé par Alexander Zanin

La seconde lumière est une unité de longueur utilisée en astronomie, en télécommunications et en physique relativiste. Elle est définie comme la distance parcourue par la lumière dans l’espace libre en une seconde et est exactement de 299 792 458 mètres. Cela représente un peu plus de 186 282 milles et près de 9,84 x 10 8 pieds.

En outre, la vitesse de la lumière sert de base à d'autres unités de temps et de longueur, allant de la nanoseconde de lumière (un peu moins d'un pied américain ou britannique) à la minute-lumière, l'heure-lumière et le jour-lumière, qui sont parfois utilisées. dans les publications scientifiques populaires. L'année-lumière la plus couramment utilisée est actuellement définie comme étant exactement 31 557 600 secondes-lumière, puisque la définition d'une année est basée sur la définition julienne de la durée de l'année (et non la durée grégorienne) de 365,25 jours, chacun d'exactement 86 400 secondes SI.

Définition du compteur

Un mètre est la distance parcourue par la lumière dans le vide dans un intervalle de temps de 1/299792458 de seconde.
Cette définition fixe la vitesse de la lumière dans le vide à 299792458 m/s, et donc une seconde-lumière correspond à 299792458 m.

Utilisation en télécommunications

Les signaux de communication vers la Terre voyagent rarement exactement à la vitesse de la lumière dans l'espace libre, mais les distances en fractions de seconde-lumière sont toujours utiles pour planifier les réseaux de télécommunications car elles indiquent le délai le plus faible possible entre l'émetteur et le récepteur.
Une nanoseconde de lumière équivaut à près de 300 millimètres (299,8 mm, 5 mm de moins d'un pied), ce qui limite la vitesse à laquelle les données peuvent être transférées entre les différentes parties d'un grand ordinateur.
Une microseconde de lumière correspond à une distance d'environ 300 mètres.
La distance moyenne, si le signal parcourt le périmètre de la Terre, entre les côtés opposés de la Terre est de 66,8 millisecondes-lumière.
Les satellites de communication sont généralement situés à des altitudes comprises entre 1,337 millisecondes-lumière (orbites terrestres basses) et 119,4 millisecondes-lumière (orbites géostationnaires) de la surface de la Terre. Il y aura donc toujours un retard d'au moins un quart de seconde dans les communications via les systèmes à satellites géostationnaires (119,4 ms *2 fois) ; ce retard est à peine perceptible dans les conversations téléphoniques transocéaniques acheminées par satellite.

Utilisation en astronomie

La seconde lumière est une unité pratique pour mesurer les distances dans le système solaire interne car elle correspond de très près aux données radiométriques utilisées pour les déterminer (la correspondance n'est pas exacte pour un observateur terrestre en raison de très peu de correction des effets de relativité). La valeur d'une unité astronomique (comme la distance de la Terre au Soleil) en secondes-lumière est l'une des mesures de base pour le calcul des éphémérides modernes (tableaux de coordonnées planétaires) : on l'appelle généralement « unité de lumière temps par unité de distance ». dans les tableaux de constantes astronomiques, et dans Actuellement, sa valeur (distance de la Terre au Soleil) est de 499,004786385 (20) s.

• Le diamètre moyen de la Terre est d'environ 0,0425 seconde-lumière.
• La distance moyenne entre la Terre et la Lune est d’environ 1,282 seconde-lumière.
• Le diamètre du Soleil est d'environ 4,643 secondes-lumière.
• La distance moyenne de la Terre au Soleil est de 499,0 secondes-lumière.
• Le multiple de la seconde lumière peut être défini, même si, outre l'année lumière, il est plus souvent utilisé dans les publications scientifiques de vulgarisation que dans les travaux de recherche scientifique. Par exemple, une minute-lumière équivaut à 60 secondes-lumière et la distance moyenne de la Terre au Soleil est de 8,317 minutes-lumière.
• Seconde lumière : 2,997924580 × 10^8 m 2,998*10^5 km 1,863 × 10^5 miles. La distance moyenne entre la Terre et la Lune est d’environ 1,282 seconde-lumière.
• Minute-lumière = 60 secondes-lumière - 1,798754748 × 10^10 m = 1,799 × 10^7 km = 1,118 × 107 miles. La distance moyenne de la Terre au Soleil est de 8,317 minutes-lumière.
• heure-lumière = 60 minutes-lumière
• = 3600 secondes-lumière 1,079252849 × 10^12 m = 1,079 × 10^9 km = 6,706 × 108 miles. Le demi-grand axe de l'orbite de Pluton mesure environ 5 473 heures-lumière.
• heures de clarté = 24 heures de clarté =
• = 86400 secondes-lumière - 2,590206837 × 10^13 m = 2,590 *10^10 km = 1,609 × 10^10 miles. La planète la plus éloignée du Soleil, Sedna, se trouve actuellement à 0,52 jours-lumière du Soleil sur une orbite qui varie de 0,44 jours-lumière au périgée à 5,41 jours-lumière à l'apogée.
• Semaine lumière = 7 jours lumière
• = 604800 secondes-lumière -1,813144786 × 10^14 m = 1,813 × 10^11 km = 1,127 × 10^11 miles. On pense que la nébuleuse d’Oort occupe une zone située entre 41 et 82 semaines-lumière du Soleil.
• Année-lumière =365,25 jours-lumière=
• = 31557600 secondes-lumière 9,460730473 × 1015 m = 9,461 × 1012 km = 5,879 × 1012 miles. Proxima Centauri est l'étoile la plus proche du Soleil, située à environ 4,24 années-lumière de la Terre.

En explorant leur propre planète, au fil des centaines d'années, les gens ont inventé de plus en plus de nouveaux systèmes pour mesurer les segments de distance. En conséquence, il a été décidé de considérer le mètre comme unité universelle de longueur et de mesurer la longue distance en kilomètres.

Mais l’avènement du XXe siècle a posé à l’humanité un nouveau problème. Les gens ont commencé à étudier attentivement l'espace - et il s'est avéré que l'immensité de l'Univers est si vaste que les kilomètres ne conviennent tout simplement pas ici. En unités conventionnelles, vous pouvez toujours exprimer la distance de la Terre à la Lune ou de la Terre à Mars. Mais si vous essayez de déterminer à combien de kilomètres se trouve l'étoile la plus proche de notre planète, le nombre « envahit » d'un nombre inimaginable de décimales.

À quoi équivaut 1 année-lumière ?

Il est devenu évident qu'une nouvelle unité de mesure était nécessaire pour explorer les espaces de l'espace - et l'année-lumière l'est devenue. En une seconde, la lumière parcourt 300 000 kilomètres. Année-lumière - c'est la distance que la lumière parcourra en exactement un an - et traduite dans un système numérique plus familier, cette distance est égale à 9 460 730 472 580,8 kilomètres. Il est clair qu'il est beaucoup plus pratique d'utiliser le laconique «une année-lumière» que d'utiliser à chaque fois ce chiffre énorme dans les calculs.

De toutes les étoiles, Proxima Centauri est la plus proche de nous : elle se trouve à « seulement » 4,22 années-lumière. Bien entendu, en termes de kilomètres, le chiffre sera incroyablement énorme. Cependant, tout s'apprend par comparaison : si l'on considère que la galaxie la plus proche appelée Andromède se trouve à 2,5 millions d'années-lumière de la Voie lactée, l'étoile mentionnée ci-dessus commence vraiment à ressembler à une voisine très proche.

À propos, l'utilisation des années-lumière aide les scientifiques à comprendre dans quels coins de l'Univers il est logique de rechercher une vie intelligente et où l'envoi de signaux radio est totalement inutile. Après tout, la vitesse d'un signal radio est similaire à la vitesse de la lumière. Par conséquent, un message d'accueil envoyé vers une galaxie lointaine n'atteindra sa destination qu'après des millions d'années. Il est plus raisonnable d’attendre une réponse de la part de « voisins » plus proches – des objets dont les signaux de réponse hypothétiques parviendront aux appareils terrestres au moins au cours de la vie d’une personne.

1 année-lumière représente combien d’années terrestres ?

Il existe une idée fausse très répandue selon laquelle l’année-lumière est une unité de temps. En fait, ce n'est pas vrai. Le terme n'a rien à voir avec les années terrestres, n'a aucune corrélation avec elles et fait uniquement référence à la distance parcourue par la lumière au cours d'une année terrestre.