2017 m. vasario 22 d. NASA pranešė, kad aplink vieną žvaigždę TRAPPIST-1 buvo rastos 7 egzoplanetos. Trys iš jų yra atstumų nuo žvaigždės diapazone, kurį planeta gali turėti skystas vanduo, o vanduo yra pagrindinė gyvenimo sąlyga. Taip pat pranešama, kad ši žvaigždžių sistema yra 40 šviesmečių atstumu nuo Žemės.
Ši žinia sukėlė daug triukšmo žiniasklaidoje, kai kurie netgi manė, kad žmonija yra per žingsnį nuo naujų gyvenviečių kūrimo nova, bet tai netiesa. Bet 40 šviesmečių yra daug, tai DAUG, tai per daug kilometrų, tai yra, tai nepaprastai didžiulis atstumas!
Iš fizikos kurso žinomas trečiasis pabėgimo greitis – tai greitis, kurį turi turėti kūnas Žemės paviršiuje, kad galėtų išeiti už Saulės sistemos ribų. Šio greičio vertė – 16,65 km/sek. Įprasti orbitiniai erdvėlaiviai kyla 7,9 km/s greičiu ir skrieja aplink Žemę. Iš principo 16-20 km/sek greitis yra gana prieinamas šiuolaikinėms žemiškoms technologijoms, bet ne daugiau!
Žmonija dar neišmoko pagreitinti erdvėlaivių greičiau nei 20 km/sek.
Paskaičiuokime, kiek metų prireiks 20 km/sek greičiu skriejančiam žvaigždėlaivui, kad jis nukeliautų 40 šviesmečių ir pasiektų žvaigždę TRAPPIST-1.
Vieni šviesmečiai – tai atstumas, kurį šviesos spindulys nukeliauja vakuume, o šviesos greitis yra maždaug 300 tūkstančių km/sek.
Žmogaus sukurtas erdvėlaivis skrenda 20 km/s greičiu, tai yra 15 000 kartų lėčiau nei šviesos greitis. Toks laivas įveiks 40 šviesmečių per laiką, lygų 40*15000=600000 metų!
Žemės laivas (at modernaus lygio technologija) pasieks žvaigždę TRAPPIST-1 maždaug po 600 tūkstančių metų! Homo sapiens Žemėje egzistavo (mokslininkų teigimu) tik 35-40 tūkstančių metų, o čia net 600 tūkstančių metų!
Artimiausiu metu technologijos neleis žmonėms pasiekti žvaigždės TRAPPIST-1. Netgi perspektyvūs varikliai (joniniai, fotoniniai, kosminės burės ir t.t.), kurių žemiškoje realybėje nėra, skaičiuojama, kad jie gali pagreitinti laivą iki 10 000 km/sek., o tai reiškia, kad skrydžio laikas į TRAPPIST-1 sistemą sutrumpės iki 120 metų. Tai daugiau ar mažiau priimtinas laikas skrydžiui naudojant sustabdytą animaciją arba kelioms imigrantų kartoms, tačiau šiandien visi šie varikliai yra fantastiški.
Net ir artimiausios žvaigždės vis dar per toli nuo žmonių, per toli, jau nekalbant apie mūsų Galaktikos ar kitų galaktikų žvaigždes.
Mūsų galaktikos skersmuo Paukščių Takas yra maždaug 100 tūkstančių šviesmečių, tai yra kelias nuo galo iki galo šiuolaikiniam žemės laivas bus 1,5 milijardo metų! Mokslas teigia, kad mūsų Žemė yra 4,5 milijardo metų ir daugialąstelinis gyvenimas maždaug 2 milijardus metų. Atstumas iki mums artimiausios galaktikos – Andromedos ūko – 2,5 milijono šviesmečių nuo Žemės – kokie siaubingi atstumai!
Kaip matote, iš visų gyvų žmonių niekas niekada neįkels kojos į planetos žemę šalia kitos žvaigždės.
Galaktikos atstumo svarstyklės
šviesmetis ( Šv. G., ly) yra papildomos sistemos ilgio vienetas, lygus atstumui, kurį šviesa nukeliauja per vienerius metus.
Tiksliau, pagal Internacionalo apibrėžimą astronomijos sąjunga(IAS) šviesmetis lygus atstumui, kuri šviesa praeina vakuume, neveikiama gravitacinių laukų, viename Julijaus metai(pagal apibrėžimą lygi 365,25 standartinėms dienoms po 86 400 SI sekundžių arba 31 557 600 sekundžių). Būtent šį apibrėžimą rekomenduojama naudoti mokslo populiarinimo literatūroje. IN profesinę literatūrą išreikšti dideli atstumai vietoj šviesmečiai Dažniausiai naudojami parsekai ir vienetų kartotiniai (kilo ir megaparsekai).
Anksčiau (iki 1984 m.) šviesmečiai buvo atstumas, kurį šviesa nukeliauja per vienerius atogrąžų metus, priskirtas 1900,0 epochai. Naujasis apibrėžimas nuo senojo skiriasi maždaug 0,002 %. Kadangi šis atstumo vienetas nėra naudojamas didelio tikslumo matavimams, nėra praktinio skirtumo tarp senojo ir naujojo apibrėžimų.
Skaitinės reikšmės
Šviesmetis yra lygus:
- 9 460 730 472 580 800 metrų (maždaug 9,46 petametro)
- 63 241 077 astronominiai vienetai (AU)
- 0,306601 parsekai
Susiję vienetai
Šie vienetai naudojami gana retai, dažniausiai tik populiariuose leidiniuose:
- 1 šviesos sekundė = 299 792,458 km (tiksliai)
- 1 šviesos minutė≈ 18 milijonų km
- 1 šviesos valanda ≈ 1079 milijonai km
- 1 šviesos diena ≈ 26 milijardai km
- 1 šviesos savaitė ≈ 181 milijardas km
- 1 šviesos mėnuo ≈ 790 milijardų km
Atstumas šviesmečiais
Šviesmetis yra patogus kokybiškai atvaizduoti atstumo skales astronomijoje.
| Skalė | Vertė (šv. m.) | Aprašymas |
|---|---|---|
| sekundės | 4 10 −8 | Vidutinis atstumas iki maždaug 380 000 km. Tai reiškia, kad nuo paviršiaus skleidžiamas šviesos pluoštas Mėnulio paviršių pasieks maždaug per 1,3 sekundės. |
| minučių | 1,6·10−5 | Vienas astronominis vienetas yra lygus maždaug 150 milijonų kilometrų. Taigi šviesa Žemę pasiekia per maždaug 500 sekundžių (8 minutes 20 sekundžių). |
| Žiūrėti | 0,0006 | Vidutinis atstumas nuo Saulės yra maždaug 5 šviesos valandos. |
| 0,0016 | „Pioneer“ ir serijos prietaisai, skraidantys toliau, per maždaug 30 metų nuo paleidimo, nutolo maždaug šimto atstumu. astronominiai vienetai nuo Saulės, o jų reakcijos į užklausas iš Žemės laikas yra maždaug 14 valandų. | |
| Metai | 1,6 | Hipotetinio vidinis kraštas yra 50 000 a. e. nuo Saulės, o išorinė - 100 000 a. e. Prireiks maždaug pusantrų metų, kol šviesa nukeliautų atstumą nuo Saulės iki išorinio debesies krašto. |
| 2,0 | Didžiausias ploto spindulys gravitacinis poveikis Saulė („Hill Spheres“) - maždaug 125 000 AU. e. | |
| 4,2 | Arčiausiai mūsų esantis (neskaičiuojant Saulės), Proxima Centauri, yra 4,2 šviesmečio atstumu. metų. | |
| Tūkstantmetis | 26 000 | Mūsų galaktikos centras yra maždaug 26 000 šviesmečių atstumu nuo Saulės. |
| 100 000 | Mūsų disko skersmuo yra 100 000 šviesmečių. | |
| Milijonai metų | 2,5 10 6 | Arčiausiai mūsų esantis M31, garsusis, yra nutolęs nuo mūsų 2,5 milijono šviesmečių. |
| 3,14 10 6 | (M33) yra už 3,14 milijono šviesmečių ir yra labiausiai nutolęs nejudantis objektas, matomas plika akimi. | |
| 5,8 10 7 | Artimiausias, Mergelės spiečius, yra nutolęs nuo mūsų 58 milijonus šviesmečių. | |
| Dešimtys milijonų šviesmečių | Būdingas galaktikų spiečių dydis pagal skersmenį. | |
| 1,5 10 8 - 2,5 10 8 | Gravitacijos anomalija" Puikus atraktorius"yra 150-250 milijonų šviesmečių atstumu nuo mūsų. | |
| Milijardai metų | 1,2 10 9 | Didžioji Sloano siena yra vienas didžiausių darinių pasaulyje, jos matmenys apie 350 Mpc. Prireiks maždaug milijardo metų, kol šviesa nukeliaus nuo galo iki galo. |
| 1,4 10 10 | Priežastiniu ryšiu susietos Visatos srities dydis. Skaičiuojamas nuo Visatos amžiaus ir maksimalus greitis informacijos perdavimas – šviesos greitis. | |
| 4,57 10 10 | Lydimasis atstumas nuo Žemės iki stebimos Visatos krašto bet kuria kryptimi; lydimasis stebimos Visatos spindulys (standarto ribose kosmologinis modelis Lambda-CDM). |
Žinoma, kai kuriose girdėję mokslinės fantastikos veiksmo filmas posakis a la „dvidešimt iki Tatuino“ šviesmečiai“, – daugelis uždavė pagrįstų klausimų. Paminėsiu kai kuriuos iš jų:
Argi ne metai laiko?
Tada kas yra šviesmetis?
Kiek tai kilometrų?
Kiek laiko reikės įveikti šviesmetis erdvėlaivis Su Žemė?
Šiandienos straipsnį nusprendžiau skirti šio matavimo vieneto reikšmės paaiškinimui, palyginimui su įprastais kilometrais ir jo veikimo skalės demonstravimui. Visata.
Virtualus lenktynininkas.
Įsivaizduokime žmogų, pažeisdamas visas taisykles, greitkeliu lekiantį 250 km/h greičiu. Per dvi valandas jis įveiks 500 km, o per keturias – net 1000. Nebent, žinoma, proceso metu sudužtų...
Atrodytų, tai greitis! Tačiau norint apeiti visumą gaublys(≈ 40 000 km), mūsų lenktynininkui prireiks 40 kartų daugiau laiko. Ir tai jau yra 4 x 40 = 160 valandų. Arba beveik visą savaitę nepertraukiamo vairavimo!
Tačiau galiausiai nepasakysime, kad jis įveikė 40 000 000 metrų. Nes tinginystė mus visada versdavo sugalvoti ir naudoti trumpesnius alternatyvius matavimo vienetus.
Riba.
Nuo mokyklos kursas Fizikai, visi turėtų žinoti, kad greičiausias motociklininkas Visata- šviesa. Per vieną sekundę jo spindulys įveikia maždaug 300 000 km atstumą, todėl Žemės rutulį jis apskris per 0,134 sekundės. Tai 4 298 507 kartus greičiau nei mūsų virtualus lenktynininkas!
Nuo Žemėį Mėnulisšviesa vidutiniškai siekia 1,25 s, iki Saulė jo spindulys pasieks kiek daugiau nei per 8 minutes.
Kolosalu, ar ne? Tačiau didesnių už šviesos greitį greičių egzistavimas dar neįrodytas. Štai kodėl mokslo pasaulis Nusprendžiau, kad būtų logiška išmatuoti kosminis mastelis vienetais, kad radijo banga praeina per tam tikrus laiko intervalus (būtent tai yra šviesa).
Atstumai.
Taigi, šviesmetis- ne daugiau kaip atstumas, kurį šviesos spindulys nukeliauja per vienerius metus. Tarpžvaigždinėse skalėse naudoti mažesnius atstumo vienetus nėra prasmės. Ir vis dėlto jie ten yra. Štai apytikslės jų vertės:
1 šviesos sekundė ≈ 300 000 km;
1 šviesos minutė ≈ 18 000 000 km;
1 šviesos valanda ≈ 1 080 000 000 km;
1 šviesi diena ≈ 26 000 000 000 km;
1 šviesos savaitė ≈ 181 000 000 000 km;
1 šviesos mėnuo ≈ 790 000 000 000 km.
Dabar, kad suprastumėte, iš kur kilę skaičiai, paskaičiuokime, kam vienas yra lygus šviesmetis.
Metuose yra 365 dienos, paroje – 24 valandos, valandoje – 60 minučių, o minutę – 60 sekundžių. Taigi metai susideda iš 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekundžių. Per vieną sekundę šviesa nukeliauja 300 000 km. Todėl per metus jo spindulys įveiks 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km atstumą.
Šis skaičius skamba taip: DEVENI TRILIJONAI, KETURI Šimtai ŠEŠIASdešimt milijardų IR AŠTUoni šimtai MILIJONŲ kilometrų.
tikrai, tikslią vertę šviesmečiaišiek tiek skiriasi nuo to, ką apskaičiavome. Tačiau mokslo populiarinimo straipsniuose aprašant atstumus iki žvaigždžių didžiausio tikslumo iš principo nereikia, o šimtas ar du milijonai kilometrų čia neturės ypatingo vaidmens.
Dabar tęskime savo minčių eksperimentus...
Skalė.
Tarkime, kad šiuolaikiška erdvėlaivis lapai saulės sistema nuo trečio pabėgimo greitis(≈ 16,7 km/s). Pirma šviesmetis jis tai įveiks per 18 000 metų!
4,36 šviesmečiai artimiausiam mūsų žvaigždžių sistema (Alfa Kentauras, žiūrėkite paveikslėlį pradžioje) jis įveiks maždaug per 78 tūkstančius metų!
Mūsų Paukščių Tako galaktika, kurio skersmuo yra maždaug 100 000 šviesmečiai, jis kirs po 1 milijardo 780 milijonų metų.
Ar žinote, kodėl astronomai nenaudoja šviesmečių, kad apskaičiuotų atstumus iki tolimų objektų erdvėje?
Šviesmetis yra nesisteminis atstumų matavimo vienetas kosminė erdvė. Jis plačiai naudojamas populiariose astronomijos knygose ir vadovėliuose. Tačiau profesionalioje astrofizikoje ši figūra naudojamas itin retai ir dažnai atstumams iki netoliese esančių objektų erdvėje nustatyti. To priežastis paprasta: jei nustatysite atstumą šviesmečiais iki tolimų Visatoje esančių objektų, skaičius pasirodys toks didžiulis, kad jį naudoti fiziniams ir matematiniams skaičiavimams bus nepraktiška ir nepatogu. Todėl vietoj šviesmečių profesionalioje astronomijoje naudojamas matavimo vienetas, kurį daug patogiau valdyti atliekant sudėtingus matematinius skaičiavimus.
Sąvokos apibrėžimas
Sąvokos „šviesmetis“ apibrėžimą galime rasti bet kuriame astronomijos vadovėlyje. Šviesmetis – tai atstumas, kurį šviesos spindulys nukeliauja per vienerius Žemės metus. Toks apibrėžimas gali patenkinti mėgėją, tačiau kosmologui jis bus neišsamus. Jis pastebės, kad šviesmečiai yra ne tik atstumas, kurį šviesa nukeliauja per metus, bet ir atstumas, kurį šviesos spindulys nukeliauja vakuume per 365,25 Žemės paros, neveikiant magnetinių laukų.
Šviesmetis yra lygus 9,46 trilijono kilometrų. Būtent tokį atstumą šviesos spindulys nukeliauja per metus. Bet kaip astronomai tai pasiekė? tikslus apibrėžimas radialinis kelias? Apie tai kalbėsime žemiau.
Kaip buvo nustatytas šviesos greitis?
Senovėje buvo tikima, kad šviesa per visą Visatą sklinda akimirksniu. Tačiau nuo XVII amžiaus mokslininkai pradėjo tuo abejoti. Galilėjus pirmasis suabejojo aukščiau pasiūlytu teiginiu. Būtent jis bandė nustatyti laiką, per kurį šviesos spindulys nukeliauja 8 km atstumą. Tačiau dėl to, kad toks atstumas buvo nežymiai mažas tokiam kiekiui kaip šviesos greitis, eksperimentas baigėsi nesėkme.
Pirmasis didelis poslinkis šiuo klausimu buvo garsaus danų astronomo Olafo Roemerio stebėjimas. 1676 metais jis pastebėjo užtemimų laiko skirtumą, priklausantį nuo Žemės artėjimo ir atstumo iki jų kosminėje erdvėje. Šis pastebėjimas Roemeris sėkmingai paaiškino faktą, kad kuo toliau Žemė tolsta nuo , tuo ilgiau nuo jų atsispindėjusi šviesa nukeliauja iki mūsų planetos.
Esmė šis faktas Roemeris tai tiksliai sugavo, bet niekada negalėjo apskaičiuoti patikimos šviesos greičio vertės. Jo skaičiavimai buvo neteisingi, nes XVII amžiuje jis negalėjo turėti tikslių duomenų apie atstumą nuo Žemės iki kitų Saulės sistemos planetų. Šie duomenys buvo nustatyti šiek tiek vėliau.
Tolesnė mokslinių tyrimų pažanga ir šviesmečio apibrėžimas
1728 metais anglų astronomas Jamesas Bradley, atradęs žvaigždžių aberacijos poveikį, pirmasis apskaičiavo apytikslį šviesos greitį. Jis nustatė jo vertę 301 tūkst. km/s. Tačiau ši vertė buvo netiksli. Neatsižvelgiant į tai, buvo sukurti pažangesni šviesos greičio skaičiavimo metodai kosminiai kūnai- Žemėje.
Šviesos greičio vakuume stebėjimus naudojant besisukantį ratą ir veidrodį atliko atitinkamai A. Fizeau ir L. Foucault. Jų pagalba fizikai sugebėjo priartėti prie tikrosios šio dydžio vertės.
Tikslus šviesos greitis
Tikslų šviesos greitį mokslininkams pavyko nustatyti tik praėjusiame amžiuje. Remdamiesi Maksvelo elektromagnetizmo teorija, pasitelkę šiuolaikines lazerių technologijas ir skaičiavimus, pataisytus pagal spindulių srauto ore lūžio rodiklį, mokslininkams pavyko apskaičiuoti tikslų šviesos greitį – 299 792,458 km/s. Astronomai vis dar naudoja šį kiekį. Tolesnis šviesos paros valandų, mėnesio ir metų nustatymas jau buvo technologijos reikalas. Atlikę paprastus skaičiavimus, mokslininkai pasiekė 9,46 trilijono kilometrų skaičių – būtent tiek laiko prireiktų šviesos pluoštui nukeliauti Žemės orbitos ilgį.
„Prasidėjo gyvybės paieškos“, – sako Guillemas Anglada-Escudé, Londono ir Mary universiteto astronomas, projekto „Pale Red Dot“ („Blyškiai raudonas taškas“) vadovas.
Pirmoji ekskursija į potencialų kaimyną tinkamas gyventi pasaulis galėtų atlikti, kurios rėmuose planuojama parengti laivyno koncepciją erdvėlaivis, naudojant lengvas bures judėti Galaktikoje. Kitas variantas – pirmiausia siųsti į Proxima b. Tačiau mes kol kas aplenkiame save, įkvėpti atradimo, kurį skubame į žvaigždes. Bet grįžkime prie atidarymo.
Šiandien žinoma, kad Proxima b aplink savo raudonąją nykštukę žvaigždę (ji mažesnė ir blankesnė už Saulę) apskrieja per 11 žemiškos dienos. Egzoplaneta priklauso uolų kategorijai (turi kietas paviršius) ir savo mase šiek tiek lenkia Žemę – mažiausiai 1,3 karto. Tai mums artimiausia ir galbūt artimiausia egzoplaneta saulės sistema dangaus kūnas, ant kurio gali egzistuoti gyvybė.
Atkreipkite dėmesį, kad šalta žvaigždė Kentauro žvaigždyne yra per blanki, kad ją būtų galima pamatyti plika akimi. Jis yra šalia daug ryškesnės dvigubos žvaigždės Alpha Centauri AB.
“, ir dar daug ką reikia atrasti, tačiau artimiausio įmanomo Žemės analogo paieška ir šių paieškų sėkmė tapo svarbiausia mūsų visų gyvenime gyvybės planetoje Proxima b“, – apibendrina Anglada-Escudé.
Tam tikru mastu tokios egzoplanetos atradimas gali būti laikomas naujo astronominių tyrimų etapo pradžia.
„Atradimas padeda mums pasiekti naujas tikslas— sukurti sekimo teleskopų kartą, kuri leis mums tyrinėti naujus pasaulius ir galbūt vieną dieną juos aplankyti. Būtent to mums ir reikėjo, kad egzoplanetų mokslas pakiltų į kitą lygį. naujas lygis“, – sako Davidas Kippingas iš Kolumbijos universiteto Niujorke.
