22 февраля 2017 года NASA сообщило, что у одиночной звезды TRAPPIST-1 найдены 7 экзопланет. Три из них находятся в том диапазоне расстояний от звезды, в котором планета может иметь жидкую воду, а вода - это ключевой условие для жизни. Сообщается также, что данная звездная система находится на расстоянии в 40 световых лет от Земли.
Это сообщение наделало много шума в СМИ, кое-кому даже показалось, что человечество находится в шаге от строительства новых поселений у новой звезды, но это не так. Но 40 световых лет - это много, это МНОГО, это слишком много километров, то есть это чудовищно колоссальное расстояние!
Из курса физики известна третья космическая скорость - это такая скорость, которую должно иметь тело у поверхности Земли, чтобы выйти за пределы Солнечной системы. Значение этой скорости равно 16,65 км/сек. Обычные орбитальные космические корабли стартуют со скоростью 7,9 км/сек, и вращаются вокруг Земли. В принципе, скорость в 16-20 км/сек, является вполне доступной современным земным технологиям, но не более!
Человечество еще не научилось разгонять космические корабли быстрее, чем 20 км/сек.
Рассчитаем, сколько лет понадобиться звездолету, летящему со скоростью в 20 км/сек, чтобы преодолеть 40 световых лет и достичь звезды TRAPPIST-1.
Один световой год - это расстояние, которое проходит луч света в вакууме, а скорость света равна примерно 300 тыс. км/сек.
Космический корабль, сделанный руками людей, летит со скоростью в 20 км/сек, то есть в 15000 раз медленнее скорости света. 40 световых лет такой корабль преодолеет за время равное 40*15000=600000 лет!
Земной корабль (при современном уровне технологии) долетит до звезды TRAPPIST-1 примерно за 600 тыс. лет! Человек разумный существует на Земле (по мнению ученых) всего 35-40 тыс. лет, а тут целых 600 тыс. лет!
В ближайшее время технологии не позволят человеку достичь звезды TRAPPIST-1. Даже перспективные двигатели (ионные, фотонные, космические паруса и т.д.), которых нет в земной реальности, оценочно, могут разогнать корабль до скорости в 10000 км/сек, а значит, время полета до системы TRAPPIST-1 сократится до 120 лет. Это уже более-менее приемлемое время для полета с помощью анабиоза или для нескольких поколений переселенцев, но на сегодняшний день все эти двигатели - фантастика.
Даже ближайшие звезды пока еще слишком далеки от людей, слишком далеки, не говоря уже о звездах нашей Галактики или других галактиках.
Поперечник нашей галактики Млечный Путь составляет примерно 100 тыс. световых лет, то есть путь из конца в конец для современного земного корабля составит 1,5 млрд. лет! Наука предполагает, что нашей Земле 4,5 млрд. лет, а многоклеточной жизни примерно 2 млрд. лет. Расстояние до ближайшей к нам галактики - Туманности Андромеды - 2,5 млн. световых лет от Земли - какие чудовищные расстояния!
Как видно, из всех ныне живущих людей никто и никогда не ступит ногой на землю планеты у другой звезды.
Для своих расчётов астрономы используют особые единицы измерения, которые не всегда ясны обычным людям. Оно и понятно, ведь если бы космические расстояния измерялись километрами, то от количества нулей рябило бы в глазах. Поэтому для измерения космических расстояний принято использовать гораздо большие величины: астрономическую единицу, световой год и парсек.
Довольно часто применяется для указания расстояний внутри нашей родной Солнечной системы. Если еще можно выразить в километрах (384 000 км), то до Плутона самый близкий путь составляет примерно 4 250 миллионов км, а это уже для понимания будет сложновато. Для таких расстояний уже пора использовать астрономическую единицу (а.е.), равную среднему расстоянию от земной поверхности до Солнца. Другими словами, 1 а.е. соответствует длине большой полуоси орбиты нашей Земли (150 млн. км.). Теперь, если написать, что кратчайшее расстояние до Плутона равно 28 а.е., а самый долгий путь может составить 50 а.е., это намного легче себе представить.
Следующий по величине - световой год. Хотя там присутствует слово «год», не нужно думать, что речь идет о времени. Один световой год составляет 63 240 а.е. Это путь, который проделывает луч света в течение 1 года. Астрономы подсчитали, что из самих далеких уголков Вселенной луч света добирается до нас более чем за 10 млрд. лет. Чтобы вообразить себе это гигантское расстояние, запишем его в километрах: 95000000000000000000000. Девяносто пять миллиардов триллионов привычных километров.
О том, что свет распространяется не мгновенно, а с какой-то определенной скоростью, ученые начали догадываться начиная с 1676 года. Именно в это время датский астроном по имени Оле Ремер обратил внимание, что затмения одного спутника Юпитера начинают запаздывать, причем это происходило именно тогда, когда Земля направлялась по своей орбите к противоположной стороне Солнца, обратной той, где был Юпитер. Прошло какое-то время, Земля начала возвращаться назад, и затмения вновь начали приближаться к прежнему расписанию.
Таким образом, была отмечено около 17 минут разницы во времени. Из этого наблюдения был сделан вывод: свету на прохождение расстояния длиной в диаметр орбиты Земли понадобилось 17 минут. Поскольку было доказано, что диаметр орбиты составляет приблизительно 186 миллионов миль (сейчас эта константа равна 939 120 000 км), то получалось, что луч света движется со скоростью около 186 тысяч миль за 1 секунду.
Уже в наше время благодаря профессору Альберту Майкельсону, который задался целью максимально точно определить, чему равен световой год, с помощью иного метода был получен окончательный итог: 186 284 миль за 1 секунду (примерно 300 км/с). Теперь, если подсчитать количество секунд в году и умножить на это число, то получим, что световой год имеет длину 5 880 000 000 000 миль, что соответствует 9 460 730 472 580,8 км.
Для практических целей астрономы часто используют такую единицу расстояния как парсек. Он равен смещению звезды на фоне прочих небесных тел на 1"" при смещении наблюдателя на 1 радиус
Какой бы образ жизни мы ни вели, чем бы ни занимались, так или иначе, мы изо дня в день используем какие-либо единицы измерения. Мы просим налить стакан воды, разогреваем собственный завтрак до определенной температуры, визуально оцениваем, сколько нам необходимо пройти до ближайшего почтового отделения, договариваемся о встрече в определенное время и так далее. Все эти действия требуют
Не просто вычислений, но и определенного измерения различных числительных категорий: расстояния, количества, веса, времени и прочего. В нашей повседневной жизни мы регулярно используем числа. И к этим числам давно привыкли, словно к инструментам своего рода. Но что происходит, когда мы выбираемся из повседневной зоны комфорта и сталкиваемся с необычными для нас числовыми значениями? В настоящей статье речь пойдет о фантастических цифрах Вселенной.
Вселенские просторы
Еще более удивительным образом обстоят дела с космическими расстояниями. Мы вполне осознаем километры до соседнего города и даже от Москвы до Нью-Йорка. Но сложно себе вообразить расстояния наглядно, когда речь заходит о масштабах звездных скоплений. Именно теперь нам будет необходим так называемый световой год. Ведь расстояния даже между соседними звездами чрезвычайно велики, и измерять их в километрах или милях - просто нерационально. И здесь уже дело не только в сложности восприятия огромных получившихся цифр, а в количестве их нулей. Проблемой становится уже написать число. К примеру, расстояние от Земли до Марса в период наибольшего сближения - 55,7 миллионов километров. Значение с шестью нулями. А ведь Марс - это один из наших ближайших космических соседей! Расстояние до ближайшей, кроме Солнца, звезды будет еще в миллионы раз больше. И тогда бы, измеряй мы его в километрах или милях, астрономам пришлось бы тратить часы своего времени только на записывание этих исполинских величин. Световой год решил эту проблему. Выход был придуман достаточно остроумный.
Чему равен световой год?
Вместо того чтобы выдумывать новую единицу измерения, представляющую собой сумму единиц более мелкого порядка (как это происходит с миллиметрами, сантиметрами, метрами, километрами), было решено привязать расстояние ко времени. Собственно, тот факт, что время также является физическим полем, влияющим на события, более
того, взаимосвязанным и конвертируемым с пространством, был открыт еще Альбертом Эйнштейном и доказан посредством его теории относительности. Постоянной скоростью стала скорость света. А прохождение световым лучом определенного расстояния за единицу времени дало новые физические пространственные величины: световая секунда, световая минута, световые сутки, световой месяц, световой год. Например, в секунду луч света (в условиях космоса - вакууме) проходит расстояние примерно в 300 тысяч километров. Несложно подсчитать, что один световой год равен примерно 9,46*10 15 . Так, расстояние от Земли до ближайшего космического тела, Луны - чуть больше одной световой секунды, до Солнца - около восьми световых минут. Окраинные тела Солнечной системы по современным представлениям вращаются по орбите на расстоянии в один световой год. Следующая же ближайшая к нам звезда, вернее, система из двойной звезды, Альфы и Проксимы Центавра, так далеко, что даже свет от них доходит до наших телескопов лишь спустя четыре года после своего старта. И ведь это все еще ближайшие к нам небесные тела. Свет из другого конца Млечного пути тратит более сотни тысяч лет, чтобы добраться до нас.
Галактические масштабы расстояний
Световой год (св. г. , ly ) - внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за один год.
Более точно, по определению Международного астрономического союза (МАС) световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год (равный по определению 365,25 стандартных суток по 86 400 секунд СИ, или 31 557 600 секунд). Именно это определение рекомендовано для использования в научно-популярной литературе. В профессиональной литературе для выражения больших расстояний вместо светового года обычно используются парсеки и кратные единицы (кило- и мегапарсеки).
Ранее (до 1984 года) световым годом называлось расстояние, проходимое светом за один тропический год, отнесённый к эпохе 1900,0. Новое определение отличается от старого примерно на 0,002 %. Так как данная единица расстояния не используется для высокоточных измерений, практического различия между старым и новым определениями нет.
Числовые значения
Световой год равен:
- 9 460 730 472 580 800 метрам (примерно 9,46 петаметрам)
- 63 241,077 астрономической единицы (а. е.)
- 0,306 601 парсека
Связанные единицы
Нижеприведённые единицы используются довольно редко, обычно лишь в популярных публикациях:
- 1 световая секунда = 299 792,458 км (точно)
- 1 световая минута ≈ 18 млн км
- 1 световой час ≈ 1079 млн км
- 1 световые сутки ≈ 26 млрд км
- 1 световая неделя ≈ 181 млрд км
- 1 световой месяц ≈ 790 млрд км
Расстояние в световых годах
Световой год удобен для качественного представления масштабов расстояния в астрономии.
| Масштаб | Значение (св. лет) | Описание |
|---|---|---|
| Секунды | 4·10 −8 | Среднее расстояние до приблизительно равно 380 000 км. Это значит, что лучу света, испущенному с поверхности , потребуется около 1,3 секунды, чтобы достичь поверхности Луны. |
| Минуты | 1,6·10 −5 | Одна астрономическая единица равна приблизительно 150 миллионам километров. Таким образом, свет доходит от до Земли примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд). |
| Часы | 0,0006 | Среднее расстояние от Солнца до приблизительно равно 5 световым часам. |
| 0,0016 | Аппараты серий «Пионер» и , летящие за пределы , примерно за 30 лет, прошедшие после запуска, удалились на расстояние около ста астрономических единиц от Солнца, и время их отклика на запросы с Земли приблизительно равно14 часам. | |
| Год | 1,6 | Внутренний край гипотетического расположен в 50 000 а. е. от Солнца, а внешний - в 100 000 а. е. Чтобы преодолеть расстояние от Солнца до внешнего края облака, свету потребуется около полутора лет. |
| 2,0 | Максимальный радиус области гравитационного влияния Солнца («Сферы Хилла») - примерно 125 000 а. е. | |
| 4,2 | Ближайшая к нам (не считая Солнца), Проксима Центавра, расположена на расстоянии 4,2 св. года. | |
| Тысячелетия | 26 000 | Центр нашей Галактики находится на расстоянии приблизительно 26 000 световых лет от Солнца. |
| 100 000 | Диаметр диска нашей - 100 000 световых лет. | |
| Миллионы лет | 2,5·10 6 | Ближайшая к нам M31, знаменитая , удалена от нас на 2,5 млн световых лет. |
| 3,14·10 6 | (M33) располагается в 3,14 млн световых лет от нас и является наиболее удалённым стационарным объектом, видимым невооружённым глазом. | |
| 5,8·10 7 | Ближайшее , скопление Девы, удалено от нас на 58 миллионов световых лет. | |
| Десятки миллионов световых лет | Характерный размер скоплений галактик по диаметру. | |
| 1,5·10 8 - 2,5·10 8 | Гравитационная аномалия «Великий аттрактор» располагается на расстоянии 150-250 миллионов световых лет от нас. | |
| Миллиарды лет | 1,2·10 9 | Великая стена Слоуна - одно из крупнейших образований во , размеры её около 350 Мпк. Чтобы свет преодолел её из конца в конец, потребуется около миллиарда лет. |
| 1,4·10 10 | Размер причинно-связанной области Вселенной. Вычисляется из возраста Вселенной и максимальной скорости передачи информации - скорости света. | |
| 4,57·10 10 | Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной в любом направлении; сопутствующий радиус наблюдаемой Вселенной (в рамках стандартной космологической модели Лямбда-CDM). |
А вы знаете, почему астрономы не применяют световой год для вычисления расстояний к отдаленным объектам в космосе?
Световой год – это внесистемная единица измерения расстояний в космическом пространстве. Она повсеместно используется в популярных книгах и учебниках по астрономии. Тем не менее, в профессиональной астрофизике данная цифра используется крайне редко и зачастую для определения расстояний к недалеким объектам в космосе. Причина этого проста: если определять расстояние в световых годах к дальним объектам во Вселенной, число окажется настолько огромным, что использовать его для физико-математических вычислений будет непрактично и неудобно. Поэтому вместо светового года в профессиональной астрономии используются такая единица измерения как , которой намного удобнее оперировать при произведении сложных математических расчетов.
Определение термина
Определение термина «световой год» мы можем найти в любом учебнике астрономии. Световой год – это расстояние, которое луч света проходит за один земной год. Такое определение может удовлетворить любителя, но специалист по космологии сочтет его неполным. Он заметит, что световой год – это не просто расстояние, которое свет проходит за год, а расстояние, которое луч света за 365,25 земных дня проходит в вакууме, не испытывая на себе влияние магнитных полей.
Световой год равен 9,46 триллионам километров. Именно такое расстояние луч света проходит за год. Но как астрономы добились такого точного определения лучевого пути? Об этом мы поговорим ниже.
Как определили скорость света
В древние времена считалось, что свет распространяется во Вселенной мгновенно. Однако начиная с семнадцатого века, ученые начали сомневаться в этом. Первым в выше предложенном утверждении усомнился Галилей. Именно он пробовал определить время, за которое луч света проходит расстояние в 8 км. Но из-за того, что такое расстояние было ничтожно малым для такой величины, как скорость света, эксперимент закончился неудачей.
Первым серьезным сдвигом в этом вопросе было наблюдение известного датского астронома Олафа Рёмер. В 1676 году он заметил разницу во времени затмения в зависимости от приближения и удаления к ним Земли в космическом пространстве. Данное наблюдение Рёмер успешно связал с тем фактом, что чем дальше Земля удаляется от , тем больше времени требуется свету, отражаемому от них, чтобы пройти расстояние к нашей планете.
Суть данного факта Рёмер уловил точно, но вот вычислить достоверную величину скорости света ему так и не удалось. Его подсчеты были неверны, поскольку в семнадцатом веке он не мог располагать точными данными о расстоянии от Земли к другим планетам Солнечной системы. Эти данные были определены несколько позже.
Дальнейшие сдвиги в исследованиях и определение светового года
В 1728 году английскому астроному Джеймсу Брэдли, обнаружившему эффект аберрации звезд, удалось первому вычислить примерную скорость света. Он определили ее значение в 301 тыс. км/с. Но это значение было неточным. Более совершенные методы вычисления скорости света были произведены безотносительно к космическим телам – на Земле.
Наблюдения за скоростью света в вакууме при помощи вращающегося колеса и зеркала, были произведены А.Физо и Л. Фуко соответственно. С их помощью физикам удалось приблизиться к реальному значению этой величины.
Точная скорость света
Точную скорость света ученым удалось определить только в прошлом веке. Основываясь на теории электромагнетизма Максвелла, при помощи современной лазерной техники и вычислений с поправкой на коэффициент преломления лучевого потока в воздухе, ученым удалось вычислить точную величину скорости света 299 792,458 км/с. Этой величиной астрономы пользуются до сих пор. Дальше определить световой день, месяц и год было уже делом техники. Путем нехитрых вычислений ученые получили цифру 9,46 триллионов километров – именно столько времени потребовалось бы лучу света для того, чтобы облететь длину земной орбиты.
