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 s’il s’agissait d’instruments quelconques. 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 l'espace - 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 celle du Soleil est d'environ huit minutes-lumière. Selon les concepts 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.
Comme vous le savez, pour mesurer les distances du Soleil aux planètes, ainsi qu'entre les planètes, les scientifiques ont mis au point une unité astronomique. Qu'est-ce que c'est année lumière?
Tout d'abord, il convient de noter que l'année-lumière est aussi une unité de mesure adoptée en astronomie, mais pas de temps (comme cela peut paraître, à en juger par le sens du mot « année »), mais de distance.
A quoi équivaut une année-lumière ?
Lorsque les scientifiques ont réussi à calculer les distances jusqu'aux étoiles les plus proches, il est devenu évident que l'unité astronomique n'était pas pratique à utiliser dans le monde stellaire. Disons pour commencer que la distance entre le Soleil et l'étoile la plus proche est d'environ 4,5 années-lumière. Cela signifie que la lumière de notre Soleil jusqu'à l'étoile la plus proche (d'ailleurs, elle s'appelle Proxima Centauri) met 4,5 ans pour voyager ! Quelle est cette distance ? N’ennuyons personne avec les mathématiques, notons simplement qu’en une seconde, les particules de lumière parcourent 300 000 kilomètres. Autrement dit, si vous envoyez un signal avec une lampe de poche vers la Lune, cette lumière y sera vue en moins d'une seconde et demie. La lumière se déplace du Soleil à la Terre en 8,5 minutes. Combien de temps parcourent les rayons lumineux par an ?
Disons tout de suite : une année-lumière équivaut à environ 10 000 milliards de kilomètres(un billion est un suivi de douze zéros). Plus précisément, 9 460 730 472 581 kilomètres. Si on le recalcule en unités astronomiques, ce sera environ 67 000 et cela ne concerne que l'étoile la plus proche !
Il est clair que dans le monde des étoiles et des galaxies, l’unité astronomique n’est pas adaptée aux mesures. Il est plus facile d'opérer dans des calculs avec des années-lumière.
Applicabilité dans le monde stellaire
Par exemple, la distance entre la Terre et l’étoile la plus brillante du ciel, Sirius, est de 8 années-lumière. Et la distance entre le Soleil et l'étoile polaire est d'environ 600 années-lumière. C'est-à-dire que la lumière provenant de nous arrive dans 600 ans. Cela représenterait environ 40 millions d'unités astronomiques. A titre de comparaison, rappelons que la taille (diamètre) de notre Galaxie – la Voie Lactée – est d'environ 100 000 années-lumière. Notre voisine la plus proche, une galaxie spirale appelée nébuleuse d’Andromède, se trouve à 2,52 millions d’années-lumière de la Terre. Il est très gênant de l'indiquer en unités astronomiques. Mais il existe des objets dans l’Univers qui se trouvent généralement à 15 milliards d’années-lumière de nous. Ainsi, le rayon de l'Univers observable est de 13,77 milliards d'années-lumière. Et l’Univers complet, comme on le sait, s’étend au-delà de la partie observable.
D'ailleurs, le diamètre de l'Univers observable n'est pas du tout 2 fois plus grand que le rayon, comme on pourrait le penser. Le fait est qu'avec le temps, l'espace s'agrandit. Ces objets lointains qui émettaient de la lumière il y a 13,77 milliards d’années se sont éloignés encore plus de nous. Aujourd’hui, ils se trouvent à plus de 46,5 milliards d’années-lumière. Doubler cela nous donne 93 milliards d’années-lumière. C'est le véritable diamètre de l'Univers observable. Ainsi, la taille de la partie de l’espace observée (et qui est également appelée métagalaxie) augmente constamment.
Mesurer de telles distances en kilomètres ou en unités astronomiques n’a aucun sens. Pour être honnête, les années-lumière ne conviennent pas non plus ici. Mais les gens n’ont pas encore trouvé mieux. Les chiffres sont si énormes que seul un ordinateur peut les gérer.
Définition et essence de l'année-lumière
Ainsi, l'année-lumière (année-lumière) est une unité de longueur, et non de temps, qui représente la distance parcourue par un rayon solaire en une année, c'est-à-dire en 365 jours. Cette unité de mesure est très pratique pour sa clarté. Il vous permet de répondre à la question, après combien de temps vous pouvez vous attendre à une réponse si vous envoyez un message électromagnétique à une certaine étoile. Et si cette période est trop longue (par exemple mille ans), de telles actions ne servent à rien.
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 nous déterminons la distance en années-lumière jusqu'aux 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 lumineux 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.
Les vastes espaces sont très difficiles à calculer en kilomètres ou en miles. Les scientifiques réfléchissent à trouver d’autres unités pour mesurer de grandes distances. Les fans de films et de livres de science-fiction entendent souvent parler de l'année-lumière. Mais tout le monde ne peut pas expliquer ce que signifient ces mots. Certains ne voient pas sa différence avec le terrestre ordinaire.
Cette valeur est unité populaire de mesure de la distance cosmique. Pour le déterminer, utilisez :
- vitesse de la lumière,
- nombre de secondes égal à 365 jours.
Une condition importante pour un tel calcul est l’absence d’influence de tout champ gravitationnel sur la lumière. Un aspirateur répond à cette exigence. C'est en lui que la vitesse de propagation des éventuels rayons électromagnétiques reste constante.
Au XVIIe siècle, les scientifiques ont tenté de déterminer vitesse de la lumière. Auparavant, les astronomes supposaient que les rayons voyageaient instantanément dans l’espace. Galilée en doutait. Son objectif était de calculer le temps qu'il fallait à un faisceau lumineux pour parcourir une certaine distance, égale à huit kilomètres. Mais ses expériences n’ont pas abouti. Les recherches du scientifique danois O. Roemer ont également échoué. Il a remarqué une différence temporaire dans les éclipses des satellites d'autres planètes en fonction de la position de la Terre. Lorsqu’il est plus éloigné d’un autre objet spatial, les rayons lumineux mettent plus de temps à atteindre la surface terrestre. Il était incapable de calculer leur vitesse.
L'Anglais James Bradley fut le premier à calculer approximativement la vitesse de la lumière au XVIIIe siècle. Cet astronome a fixé sa valeur à 301 000 km/s. Au siècle dernier, grâce à la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell, les scientifiques ont pu calculer avec précision la vitesse du faisceau. Les études ont été réalisées en utilisant les dernières technologies laser, en tenant compte de leurs indices de réfraction. La vitesse calculée de la lumière s'est avérée être de 299 792 kilomètres (458 mètres par seconde). Cela a permis de déterminer une unité de mesure pratique pour l’espace.
Qu'est-ce qu'une année-lumière en kilomètres ?
Pour le calcul, nous avons pris comme base 365 jours.. Si vous calculez la valeur quotidienne en secondes, vous obtenez 86 400 secondes. Et pour tous les jours indiqués, leur nombre sera de 31 557 600.
Nous avons calculé la distance parcourue par un faisceau de lumière en une seconde. En multipliant cette valeur par 31 557 600, nous obtenons un peu plus de 9 400 milliards. Il s'agit d'une année-lumière mesurée en kilomètres. C’est exactement la distance qu’un faisceau lumineux parcourra en 365 jours dans le vide. Il parcourra cette trajectoire et volera autour de l’orbite terrestre sans l’influence des champs gravitationnels.
Exemples de quelques distances calculées de cette façon
- Un rayon de lumière parcourt la distance entre la Terre et la Lune en 1 minute 3 secondes ;
- Dans 100 000 années, le diamètre de notre disque galactique pourra être déterminé ;
- La distance en heures-lumière du Soleil à Pluton est de 5,25 heures ;
- Un faisceau provenant de la Terre atteindra la galaxie d'Andromède en 2 500 000 années-lumière, et l'étoile Proxima Centauri en seulement 4 ;
- La lumière du soleil atteint notre planète en 8,20 minutes ;
- Le centre de notre Galaxie est situé à une distance de 26 000 années-lumière du Soleil ;
- L'amas de la Vierge est situé à une distance de 58 000 mille années similaires de notre planète ;
- Des dizaines de millions d'années de ce type mesurent les amas de galaxies en fonction de leur diamètre ;
- La distance maximale mesurée entre la Terre et le bord de l’Univers visible était de 45 milliards d’années-lumière.
Pourquoi est-il si important ?
La vitesse calculée de la lumière a permis aux astronomes de déterminer distance entre les planètes, les étoiles, les galaxies. Il est devenu évident que la lumière émise par l’étoile n’atteint pas la Terre à la vitesse de l’éclair. En observant les objets spatiaux dans le ciel, nous voyons le passé. L’explosion d’une planète lointaine survenue il y a des centaines d’années ne sera enregistrée par les scientifiques qu’aujourd’hui.
Au sein de notre Univers, l'utilisation de calculs dans cette unité de mesure est pratique. Les heures, les semaines ou les mois sont moins couramment utilisés. Lors de la détermination de la distance par rapport aux objets spatiaux lointains, la valeur résultante sera énorme. Utiliser de telles valeurs dans des calculs mathématiques devient difficile et peu pratique. Les scientifiques en ont tenu compte et pour les calculs astronomiques de grandes distances, ils utilisent une autre unité de mesure : le parsec. Pour les calculs mathématiques complexes, c'est plus acceptable. Une année-lumière équivaut à un tiers de parsec.
Le rapport des années-lumière aux années terrestres
Dans nos vies, nous mesurons souvent la distance : au travail, au magasin le plus proche, dans une autre ville. Nous comparons différentes quantités entre elles. Cela aide à apprécier la différence. Les concepts d’années-lumière et d’années terrestres semblent similaires, voire identiques, pour beaucoup. Il y a une volonté de les comparer. Ici, vous devez d’abord choisir ce que l’on entend par année terrestre. Elle peut être définie comme la distance parcourue par notre planète en 365 jours. Avec ces paramètres, une période de lumière sera égale à 63 000 années terrestres.
Si le terrestre est calculé en jours, alors il sera considéré comme une unité de temps. Et la lumière symbolise la distance. Et la comparaison de telles valeurs n'a aucun sens. Dans ce cas, il n'y a pas de réponse à la question.
Vidéo
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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 Terreà 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 Centaure, voir l'image au début) il vaincra dans environ 78 mille ans !
Notre Galaxie de la Voie Lactée, ayant un diamètre d'environ 100 000 années-lumière, il la traversera dans 1 milliard 780 millions d'années.
