Astronomik birimlerde ışık yılı neye eşittir? Işık saniyesi

Gökbilimcilerin uzaydaki uzak nesnelerin mesafelerini hesaplamak için neden ışık yıllarını kullanmadıklarını biliyor musunuz?

Işık yılı, uzaydaki mesafelerin sistemik olmayan bir ölçüm birimidir. Popüler kitaplarda ve astronomi ders kitaplarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak profesyonel astrofizikte bu rakam son derece nadir kullanılır ve sıklıkla uzaydaki yakındaki nesnelere olan mesafeleri belirlemek için kullanılır. Bunun nedeni basit: Evrendeki uzak nesnelere olan mesafeyi ışık yılı cinsinden belirlersek, sayı o kadar büyük olacak ki, bunu fiziksel ve matematiksel hesaplamalar için kullanmak pratik olmayacak ve sakıncalı olacaktır. Bu nedenle, profesyonel astronomide ışık yılı yerine, karmaşık matematiksel hesaplamalar yapılırken kullanımı çok daha uygun olan bir ölçü birimi kullanılır.

Terimin tanımı

“Işık yılı” teriminin tanımını herhangi bir astronomi ders kitabında bulabiliriz. Işık yılı, bir ışık ışınının bir Dünya yılında kat ettiği mesafedir. Böyle bir tanım bir amatörü tatmin edebilir ama bir kozmolog bunu eksik bulacaktır. Işık yılının yalnızca ışığın bir yılda kat ettiği mesafe değil, aynı zamanda bir ışık ışınının manyetik alanlardan etkilenmeden boşlukta 365,25 Dünya günü boyunca kat ettiği mesafe olduğunu belirtecektir.

Bir ışık yılı 9,46 trilyon kilometreye eşittir. Bu tam olarak bir ışık ışınının bir yılda kat ettiği mesafedir. Peki gökbilimciler ışın yolunun bu kadar kesin bir şekilde belirlenmesini nasıl başardılar? Aşağıda bunun hakkında konuşacağız.

Işığın hızı nasıl belirlendi?

Eski zamanlarda ışığın evrende anında hareket ettiğine inanılıyordu. Ancak on yedinci yüzyıldan itibaren bilim adamları bundan şüphe etmeye başladı. Galileo yukarıda önerilen ifadeden şüphe eden ilk kişiydi. Bir ışık ışınının 8 km'lik bir mesafeyi kat etmesi için geçen süreyi belirlemeye çalışan oydu. Ancak ışık hızı gibi bir miktar için böyle bir mesafenin ihmal edilebilecek kadar küçük olması nedeniyle deney başarısızlıkla sonuçlandı.

Bu konudaki ilk büyük değişim ünlü Danimarkalı gökbilimci Olaf Roemer'in gözlemleriydi. 1676 yılında, Dünya'nın uzayda onlara yaklaşımına ve uzaklığına bağlı olarak tutulmaların zamanlarında bir farklılık olduğunu fark etti. Roemer bu gözlemi, Dünya'dan uzaklaştıkça onlardan yansıyan ışığın gezegenimize olan mesafeyi kat etmesinin daha uzun sürdüğü gerçeğiyle başarılı bir şekilde ilişkilendirdi.

Roemer bu gerçeğin özünü doğru bir şekilde kavramıştı ancak ışık hızının güvenilir değerini hesaplayamadı. Hesaplamaları yanlıştı çünkü on yedinci yüzyılda Dünya'dan güneş sistemindeki diğer gezegenlere olan mesafe hakkında doğru verilere sahip olamıyordu. Bu veriler biraz sonra belirlendi.

Araştırmalarda ve ışık yılının tanımında daha fazla ilerleme

1728 yılında yıldızlardaki sapmaların etkisini keşfeden İngiliz gökbilimci James Bradley, ışığın yaklaşık hızını hesaplayan ilk kişi oldu. Değerini ise 301 bin km/s olarak belirledi. Ancak bu değer hatalıydı. Işığın hızını hesaplamak için daha gelişmiş yöntemler, Dünya'daki kozmik cisimlere bakılmaksızın üretildi.

Dönen bir tekerlek ve bir ayna kullanarak ışığın boşluktaki hızının gözlemleri sırasıyla A. Fizeau ve L. Foucault tarafından yapılmıştır. Onların yardımıyla fizikçiler bu miktarın gerçek değerine yaklaşmayı başardılar.

Tam ışık hızı

Bilim adamları ışığın kesin hızını ancak geçen yüzyılda belirleyebildiler. Maxwell'in elektromanyetizma teorisine dayanarak, modern lazer teknolojisini ve havadaki ışın akışının kırılma indisine göre düzeltilmiş hesaplamaları kullanan bilim adamları, ışığın kesin hızını 299.792,458 km/s olarak hesaplayabildiler. Gökbilimciler hala bu miktarı kullanıyor. Gündüz saatlerinin, ayın ve yılın daha da belirlenmesi zaten bir teknoloji meselesiydi. Basit hesaplamalar sonucunda bilim insanları 9,46 trilyon kilometrelik bir rakama ulaştı; bu, bir ışık ışınının Dünya'nın yörüngesi boyunca kat edilmesinin tam olarak ne kadar süreceği anlamına geliyordu.

Elbette bazı bilim kurgu aksiyon filmlerinde "Tatooine'e yirmi" şeklinde bir ifade duymuştum. ışık yılı", birçoğu meşru sorular sordu. Bunlardan bazılarına değineceğim:

Bir yıl bir zaman değil mi?

O halde nedir bu ışık yılı?

Kaç kilometre?

Üstesinden gelmek ne kadar sürer ışık yılı ile uzay gemisi Toprak?

Bugünkü makalemi bu ölçü biriminin anlamını açıklamaya, onu her zamanki kilometrelerimizle karşılaştırmaya ve çalıştığı ölçeği göstermeye ayırmaya karar verdim. Evren.

Sanal yarışçı.

Bir kişinin tüm kuralları ihlal ederek otoyolda 250 km/saat hızla koştuğunu hayal edelim. İki saatte 500 km, dört saatte ise 1000 km kat edecek. Tabii bu sırada kaza yapmadığı sürece...

Görünüşe göre bu hız! Ancak tüm dünyanın çevresini (yaklaşık 40.000 km) dolaşmak için yarışçımızın 40 kat daha fazla zamana ihtiyacı olacak. Ve bu zaten 4 x 40 = 160 saattir. Veya neredeyse bir hafta boyunca sürekli sürüş!

Ancak sonuçta 40.000.000 metre yol kat ettiğini söyleyemeyiz. Çünkü tembellik bizi her zaman daha kısa alternatif ölçü birimleri icat etmeye ve kullanmaya zorlamıştır.

Sınırla.

Bir okuldaki fizik dersinden herkes bilmeli ki, en hızlı bisikletçi Evren- ışık. Bir saniyede yaklaşık 300.000 km'lik bir mesafe kat eden ışın, böylece 0,134 saniyede dünyanın çevresini dolaşacaktır. Bu, sanal yarış oyunumuzdan 4.298.507 kat daha hızlı!

İtibaren Toprak ile Ayışık ortalama 1,25 saniyeye kadar ulaşır Güneşışını 8 dakikadan biraz fazla sürede ulaşacak.

Devasa, değil mi? Ancak ışık hızından daha yüksek hızların varlığı henüz kanıtlanamamıştır. Bu nedenle bilim dünyası, kozmik ölçekleri, bir radyo dalgasının (özellikle ışığın) belirli zaman aralıklarında kat ettiği birimlerle ölçmenin mantıklı olacağına karar verdi.

Mesafeler.

Böylece, ışık yılı- bir ışık ışınının bir yılda kat ettiği mesafeden daha fazla bir şey değil. Yıldızlararası ölçeklerde bundan daha küçük uzaklık birimlerinin kullanılması pek mantıklı değildir. Ve yine de oradalar. İşte bunların yaklaşık değerleri:

1 ışık saniyesi ≈ 300.000 km;

1 ışık dakikası ≈ 18.000.000 km;

1 ışık saati ≈ 1.080.000.000 km;

1 ışık günü ≈ 26.000.000.000 km;

1 ışık haftası ≈ 181.000.000.000 km;

1 ışık ayı ≈ 790.000.000.000 km.

Şimdi sayıların nereden geldiğini anlamanız için birin neye eşit olduğunu hesaplayalım. ışık yılı.

Bir yılda 365 gün, bir günde 24 saat, bir saatte 60 dakika ve bir dakikada 60 saniye vardır. Yani bir yıl 365 x 24 x 60 x 60 = 31.536.000 saniyeden oluşur. Işık bir saniyede 300.000 km yol kat eder. Dolayısıyla bir yılda onun ışını 31.536.000 x 300.000 = 9.460.800.000.000 km yol kat edecektir.

Bu sayı şu şekilde okunur: DOKUZ TRİLYON, DÖRTYÜZALTMIŞ MİLYAR VE SEKİZYÜZ MİLYON kilometre.

Elbette tam anlamı ışık yılı hesapladığımızdan biraz farklı. Ancak popüler bilim makalelerinde yıldızlara olan mesafeleri tanımlarken, prensip olarak en yüksek doğruluk gerekli değildir ve yüz veya iki milyon kilometre burada özel bir rol oynamayacaktır.

Şimdi düşünce deneylerimize devam edelim...

Ölçek.

Diyelim ki modern uzay aracı yapraklar güneş sistemiüçüncü kaçış hızıyla (≈ 16,7 km/s). Birinci ışık yılı 18.000 yıl içinde bunun üstesinden gelecektir!

4,36 ışık yılı bize en yakın yıldız sistemine ( Alfa Centauri, baştaki görsele bakın) yaklaşık 78 bin yılda aşılacak!

Bizim Samanyolu galaksisiçapı yaklaşık 100.000 ışık yılı 1 milyar 780 milyon yıl sonra geçecek.

Hangi yaşam tarzını sürdürürsek sürdürelim, ne yaparsak yapalım, öyle ya da böyle her gün bazı ölçü birimlerini kullanırız. Bir bardak su istiyoruz, kendi kahvaltımızı belirli bir sıcaklığa ısıtıyoruz, en yakın postaneye ne kadar yürümemiz gerektiğini görsel olarak tahmin ediyoruz, belirli bir saatte bir toplantı ayarlıyoruz vb. Tüm bu eylemler gerektirir

Sadece hesaplamalar değil, aynı zamanda çeşitli sayısal kategorilerin belirli bir ölçümü: mesafe, miktar, ağırlık, zaman ve diğerleri. Günlük yaşamımızda sayıları düzenli olarak kullanırız. Ve biz uzun zamandır bu sayılara, sanki bir tür enstrümana alışmışız gibi alıştık. Peki gündelik konfor alanımızın dışına çıkıp bize alışılmadık sayısal değerlerle karşılaştığımızda ne olur? Bu yazımızda Evrenin fantastik figürlerinden bahsedeceğiz.

Evrensel alanlar

Kozmik mesafelerdeki durum ise daha da şaşırtıcı. Komşu şehre ve hatta Moskova'dan New York'a kadar olan kilometrelerin tamamen farkındayız. Ancak yıldız kümelerinin ölçeği söz konusu olduğunda mesafeleri görselleştirmek zordur. Artık sözde ışık yılına ihtiyacımız olacak. Sonuçta, komşu yıldızlar arasındaki mesafeler bile son derece büyüktür ve bunları kilometre veya mil cinsinden ölçmek kesinlikle mantıksızdır. Ve burada mesele sadece ortaya çıkan devasa sayıları algılamanın zorluğu değil, aynı zamanda sıfırların sayısıdır. Numarayı yazmak sorun oluyor. Örneğin en yakın yaklaşma döneminde Dünya'dan Mars'a olan mesafe 55,7 milyon kilometredir. Altı sıfırlı bir değer. Ancak Mars en yakın kozmik komşularımızdan biri! Güneş dışındaki en yakın yıldıza olan mesafe milyonlarca kat daha fazla olacaktır. Ve sonra, ister kilometre ister mil cinsinden ölçsek, gökbilimciler zamanlarının saatlerini sadece bu devasa büyüklükleri kaydetmek için harcamak zorunda kalacaklardı. Bir ışık yılı bu sorunu çözdü. Çözüm oldukça ustacaydı.

Bir ışık yılı neye eşittir?

Daha küçük birimlerin toplamı olan (milimetre, santimetre, metre, kilometre gibi) yeni bir ölçü birimi icat etmek yerine, mesafeyi zamana bağlamaya karar verildi. Aslında zamanın aynı zamanda olayları etkileyen fiziksel bir alan olduğu gerçeği,

Üstelik uzayla bağlantılı ve dönüştürülebilir olması Albert Einstein tarafından keşfedilmiş ve onun görelilik teorisiyle kanıtlanmıştır. Işığın hızı sabit hale geldi. Ve birim zaman başına bir ışık huzmesinin belirli bir mesafeyi geçmesi, yeni fiziksel mekansal nicelikler verdi: ışık saniyesi, ışık dakikası, ışık günü, ışık ayı, ışık yılı. Örneğin, bir ışık demeti (uzay koşullarında - vakumda) saniyede yaklaşık 300 bin kilometrelik bir mesafe kat eder. Bir ışık yılının yaklaşık olarak 9,46 * 10 15'e eşit olduğunu hesaplamak kolaydır. Böylece, Dünya'dan en yakın kozmik cisim olan Ay'a olan mesafe bir ışık saniyesinden biraz daha fazladır ve Güneş'e olan mesafe yaklaşık sekiz ışık dakikasıdır. Modern kavramlara göre, Güneş Sisteminin dış gövdeleri bir ışık yılı uzaklıktaki yörüngede dönmektedir. Bize en yakın yıldız, daha doğrusu çift yıldızlardan oluşan bir sistem olan Alpha ve Proxima Centauri o kadar uzakta ki, onlardan gelen ışık bile fırlatılmasından yalnızca dört yıl sonra teleskoplarımıza ulaşıyor. Ve bunlar hâlâ bize en yakın gök cisimleridir. Samanyolu'nun diğer ucundan gelen ışığın bize ulaşması yüz bin yıldan fazla zaman alıyor.

Alexander Zanin tarafından hazırlanan materyal

Işık saniyesi astronomide, telekomünikasyonda ve göreceli fizikte kullanılan bir uzunluk birimidir. Işığın boş uzayda bir saniyede kat ettiği mesafe olarak tanımlanır ve tam olarak 299.792.458 metredir. Bu, 186.282 milin biraz üzerinde ve neredeyse 9,84 x 10 8 fittir.

Ayrıca ışık hızı, ışığın nanosaniyesinden (bir ABD veya İngiliz ayağının hemen altında) bazen ışık dakikası, ışık saati ve ışık gününe kadar değişen diğer zaman birimleri ve uzunluk birimleri için temel oluşturur. popüler bilim yayınlarında. Daha yaygın olarak kullanılan ışık yılı şu anda tam olarak 31.557.600 ışık saniyesi olarak tanımlanmaktadır, çünkü bir yılın tanımı, her biri tam olarak 86.400 SI saniye olan 365,25 günlük (Gregoryen değil) yılın uzunluğunun Jülyen tanımına dayanmaktadır.

meter'un tanımı

Bir metre, ışığın boşlukta saniyenin 1/299792458 zaman aralığında kat ettiği mesafedir.
Bu tanım, ışığın boşluktaki hızını 299792458 m/s olarak sabitler ve dolayısıyla bir ışık saniyesi 299792458 m'ye karşılık gelir.

Telekomünikasyonda kullanın

Dünya'ya giden iletişim sinyalleri, boş uzayda nadiren tam olarak ışık hızında hareket eder, ancak ışık saniyesinin kesirleri kadar olan mesafeler, gönderici ve alıcı arasında mümkün olan en düşük gecikmeyi gösterdikleri için telekomünikasyon ağlarının planlanması için hala faydalıdır.
Bir nanosaniyelik ışık neredeyse 300 milimetredir (299,8 mm, 1 feet'ten 5 mm daha az), bu da büyük bir bilgisayarın farklı bölümleri arasında veri aktarımının hızını sınırlar.
Bir mikrosaniyelik ışık yaklaşık 300 metrelik bir mesafeye karşılık gelir.
Sinyal Dünya'nın çevresi boyunca seyahat ederse, Dünyanın karşıt tarafları arasındaki ortalama mesafe 66,8 ışık milisaniyedir.
İletişim uyduları tipik olarak Dünya yüzeyinden 1,337 ışık milisaniyesi (düşük Dünya yörüngeleri) ile 119,4 ışık milisaniyesi (sabit yörüngeler) arasındaki yüksekliklerde bulunur. Bu nedenle sabit uydu sistemleri üzerinden yapılan iletişimlerde her zaman en az çeyrek saniyelik bir gecikme olacaktır (119,4 ms *2 kez); bu gecikme, uydu aracılığıyla yönlendirilen okyanus ötesi telefon görüşmelerinde neredeyse hiç fark edilmiyor.

Astronomide kullanın

Işık saniyesi, iç Güneş Sistemi'ndeki mesafeleri ölçmek için uygun bir birimdir çünkü bunları belirlemek için kullanılan radyometrik verilerle çok yakından eşleşir (görelilik etkilerine yönelik çok az düzeltme nedeniyle eşleşme, karasal bir gözlemci için kesin değildir). Bir astronomik birimin (Dünya'dan Güneş'e olan mesafe gibi) ışık saniyesi cinsinden değeri, modern efemerisin (gezegen koordinat tabloları) hesaplanmasına yönelik temel ölçümlerden biridir: buna genellikle "birim mesafe başına ışık birimi süresi" denir. astronomik sabitler tablolarında ve Şu anda değeri (Dünya'dan Güneş'e olan mesafe) 499.004786385 (20) s'dir.

• Dünyanın ortalama çapı yaklaşık 0,0425 ışık saniyesidir.
• Dünya'dan Ay'a olan ortalama mesafe yaklaşık 1.282 ışık saniyesidir.
• Güneş'in çapı yaklaşık 4.643 ışık saniyesidir.
• Dünya'dan Güneş'e ortalama mesafe 499,0 ışık saniyesidir.
• Işık saniyesinin katları belirlenebilir, ancak ışık yılına ek olarak popüler bilim yayınlarında bilimsel araştırma çalışmalarından daha sık kullanılır. Örneğin bir ışık dakikası 60 ışık saniyesine eşittir ve Dünya'dan Güneş'e olan ortalama mesafe 8.317 ışık dakikasıdır.
• Işık saniyesi: 2,997924580 × 10^8 m 2,998*10^5 km 1,863 × 10^5 mil. Dünya'dan Ay'a olan ortalama mesafe yaklaşık 1.282 ışık saniyesidir.
• Işık dakikası = 60 ışık saniyesi - 1,798754748 × 10^10 m = 1,799 × 10^7 km = 1,118 × 107 mil. Dünya'dan Güneş'e ortalama mesafe 8.317 ışık dakikasıdır.
• ışık saati = 60 ışık dakikası
• = 3600 ışık saniyesi 1,079252849 × 10^12 m = 1,079 × 10^9 km = 6,706 × 108 mil. Plüton'un yörüngesinin yarı ana ekseni yaklaşık 5.473 ışık saatidir.
• gün ışığı =24 gün ışığı saati=
• = 86400 ışık saniyesi - 2,590206837 × 10^13m = 2,590 *10^10 km = 1,609 × 10^10 mil. Güneş'ten en uzak gezegen olan Sedna, şu anda Güneş'ten 0,52 ışık günü uzaklıkta olup, yerberi noktasında 0,44 ışık günü ile yeröte noktasında 5,41 ışık günü arasında değişen bir yörüngeye sahiptir.
• Işık haftası = 7 ışık günü
• = 604800 ışık saniyesi -1,813144786 × 10^14 m = 1,813 × 10^11 km = 1,127 × 10^11 mil. Oort Bulutsusu'nun Güneş'ten 41 ila 82 ışık haftası uzaklıkta bir alanı kapladığı düşünülüyor.
• Işık yılı =365,25 ışık günü=
• = 31557600 ışık saniyesi 9,460730473 × 1015 m = 9,461 × 1012 km = 5,879 × 1012 mil. Proxima Centauri, Dünya'dan yaklaşık 4,24 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Güneş'e en yakın yıldızdır.

Yüzlerce yıldır kendi gezegenlerini keşfeden insanlar, mesafe bölümlerini ölçmek için giderek daha fazla yeni sistem icat etti. Sonuç olarak, evrensel uzunluk birimi olarak bir metrenin dikkate alınmasına ve uzun mesafenin kilometre cinsinden ölçülmesine karar verildi.

Ancak yirminci yüzyılın gelişi insanlığa yeni bir sorun sundu. İnsanlar uzayı dikkatlice incelemeye başladılar - ve Evrenin genişliğinin o kadar geniş olduğu ve kilometrelerin buraya uygun olmadığı ortaya çıktı. Geleneksel birimlerde hala Dünya'dan Ay'a veya Dünya'dan Mars'a olan mesafeyi ifade edebilirsiniz. Ancak gezegenimize en yakın yıldızın kaç kilometre uzakta olduğunu belirlemeye çalışırsanız, sayı hayal edilemeyecek sayıda ondalık basamakla "aşırı büyür".

1 ışık yılı neye eşittir?

Uzaydaki boşlukları keşfetmek için yeni bir ölçüm birimine ihtiyaç duyulduğu açık bir şekilde ortaya çıktı ve bu, ışık yılı haline geldi. Işık bir saniyede 300.000 kilometre yol kat eder. Işık yılı - ışığın tam olarak bir yılda kat edeceği mesafedir ve daha tanıdık bir sayı sistemiyle çevirirsek bu mesafe 9.460.730.472.580,8 kilometreye eşittir. Kısa ve öz "bir ışık yılı" kullanmanın, bu devasa rakamı her seferinde hesaplamalarda kullanmaktan çok daha uygun olduğu açıktır.

Tüm yıldızlar arasında Proxima Centauri bize en yakın olanıdır; “sadece” 4,22 ışık yılı uzaktadır. Elbette kilometre cinsinden rakam hayal edilemeyecek kadar büyük olacak. Ancak her şey karşılaştırılarak öğrenilir - Andromeda adı verilen en yakın galaksinin Samanyolu'ndan 2,5 milyon ışıkyılı uzaklıkta olduğunu düşünürsek, yukarıda bahsedilen yıldız gerçekten çok yakın bir komşu gibi görünmeye başlar.

Bu arada, ışık yıllarını kullanmak bilim adamlarının Evrenin hangi köşelerinde akıllı yaşam aramanın anlamlı olduğunu ve radyo sinyalleri göndermenin nerede tamamen işe yaramaz olduğunu anlamalarına yardımcı oluyor. Sonuçta radyo sinyalinin hızı ışık hızına benzer; buna göre uzak bir galaksiye gönderilen selam, hedefine ancak milyonlarca yıl sonra ulaşacaktır. Daha yakın "komşulardan" (varsayımsal yanıt sinyalleri en azından bir kişinin yaşamı boyunca dünyevi cihazlara ulaşacak olan nesnelerden) bir yanıt beklemek daha mantıklı olacaktır.

1 ışık yılı kaç Dünya yılıdır?

Işık yılının bir zaman birimi olduğuna dair yaygın bir yanılgı vardır. Aslında bu doğru değil. Terimin dünya yıllarıyla hiçbir ilgisi yoktur, onlarla hiçbir şekilde ilişkisi yoktur ve yalnızca ışığın bir dünya yılında kat ettiği mesafeyi ifade eder.