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.
Огромные космические пространства очень трудно исчислять в километрах или милях. Ученые задумались о поиске других единиц измерения больших расстояний. Поклонники фантастических фильмов и книг часто слышат о световом годе. Но не каждый может объяснить, что значат данные слова. Некоторые не видят его отличие от обычного земного.
Эта величина – популярная единица измерения космического расстояния. При ее определении используют:
- скорость света,
- число секунд, равных 365 суткам.
Важное условие такого исчисления – отсутствие влияния на свет любых гравитационных полей. Этому требованию соответствует вакуум. Именно в нем остается постоянной скорость распространение любых электромагнитных лучей.
Еще в XVII веке ученые пытались определить скорость света . Ранее астрономы предполагали, что лучи разносятся в пространстве мгновенно. В этом усомнился Галилео Галилей. Он поставил целью вычислить время прохождения лучом света определенного расстояния, равного восьми километрам. Но его опыты были неудачны. Исследования датского ученого О. Рёмера тоже не увенчались успехом. Он заметил временную разницу в затмениях спутников других планет в зависимости от положения Земли. Когда она находится дальше от другого космического объекта, то лучам света необходимо больше времени для достижения земной поверхности. Вычислить их скорость у него не получилось.
Впервые примерно подсчитать скорость света удалось англичанину Джеймсу Брэдли в XVIII веке. Этот астроном установил ее значение в 301 000 км/с. В прошлом столетии, используя теорию электромагнетизма Максвелла, ученые смогли точно вычислить значение скорости луча. Исследования проводились при использовании новейших лазерных технологий, учитывая коэффициенты их преломления. Рассчитанная скорость света оказалась равной 299 792 километров 458 метров в секунду. Это помогло определить удобную единицу измерения космического пространства.
Чему равен 1 световой год в километрах
Для расчета взяли за основу 365 суток . Если вычислить суточную величину в секундах, то получится 86 400 секунд. А во всех указанных сутках их число составит 31 557 600.
Мы посчитали, какое расстояние проходит луч света за секунду. Умножив эту величину на 31 557 600, получим чуть более 9,4 триллиона. Это световой год, измеренный в километрах. Именно это расстояние пройдет световой луч за 365 суток в вакууме. Такой путь он проделает, облетая земную орбиту без воздействия полей гравитации.
Примеры некоторых расстояний, рассчитанных подобным образом
- Расстояние от Земли до Луны луч света преодолевает за 1 минуту 3 секунды;
- В 100 000 таких лет можно определить диаметр нашего галактического диска;
- Расстояние в световых часах от Солнца до Плутона равно 5,25 часа;
- Галактику Андромеду луч с земли достигнет через 2 500 000 световых лет, а звезду Проксима Центавра всего за 4;
- Солнечный свет доходит до нашей планеты за 8,20 минуты;
- На расстоянии 26 тыс. световых лет расположен от Солнца Центр нашей Галактики;
- Скопление Девы расположено на расстоянии 58 000 тысяч подобных лет от нашей планеты;
- Десятками миллионов таких лет измеряются скопления галактик по диаметру;
- Максимальное измеренное расстояние от Земли до края видимой Вселенной составило 45 млрд световых лет.
Чем он так важен
Рассчитанная скорость света дала возможность астрономам определить расстояние между планетами, звездами, галактиками . Стало очевидно, что свет, испускаемый звездой, не достигает Земли молниеносно. Наблюдая на небе космические объекты, мы видим прошлое. Взрыв далекой планеты, случившийся сотни лет назад, ученые зафиксируют лишь сегодня.
В пределах нашей Вселенной применение расчетов в этой единице измерения удобно. Реже используются часы, недели или месяцы. При определении расстояния к дальним космическим объектам, полученная величина будет огромна. Пользоваться подобными значениями при математических подсчетах становятся затруднительно и непрактично. Ученые это учли, и для астрономических вычислений больших расстояний используют другую единицу измерения – парсек. Для сложных математических расчетов он более приемлем. Световой год равняется одной трети парсека.
Соотношение световых и земных лет
В своей жизни мы часто измеряем расстояние: до работы, ближайшего магазина, другого города. Мы сравниваем разные величины друг с другом. Это помогает оценить разницу. Понятия световых и земных лет многим кажутся похожими, если не одинаковыми. Возникает желание их сопоставить. Тут необходимо сначала выбрать, что подразумевать под земным годом. Можно определить его как расстояние, пройденное нашей планетой за 365 суток. При этих параметрах один световой подобный период станет равен 63 тысячам земных лет.
Если же земной исчислять в сутках, то он будет считаться единицей измерения времени. А световым обозначают расстояние. И сравнение подобных величин бессмысленно. В этом случае нет ответа на вопрос.
Видео
Это видео поможет вам разобраться, что же такое световой год.
Не получили ответ на свой вопрос? Предложите авторам тему.
Для того чтобы осознать смысл понятия «световой год», сначала необходимо вспомнить школьный курс физики, особенно тот его раздел, который касается скорости света. Итак, скорость света в вакууме, где на него не воздействуют различные факторы, такие как гравитационные и магнитные поля, взвешенные частицы, преломление прозрачной среды и прочее, составляет 299 792,5 километра в секунду. Нужно понимать, что в данном случае под светом подразумеваются , воспринимаемые человеческим зрением.
Менее известными единицами измерения расстояния являются световой месяц, неделя, сутки, час, минута и секунда.Достаточно долгое света считалась бесконечной величиной, а первым человеком, вычислившим примерную скорость световых лучей в вакууме, стал астроном Олаф Ремер в середине XVII века. Конечно, его данные были весьма приблизительны, но важен сам факт определения конечного значения скорости. В 1970 году скорость света была определена с точностью до одного метра в секунду. Более точных результатов добиться не удалось до сих пор, так как возникли проблемы с погрешностью эталона метра.
Световой год и другие расстояния
Поскольку расстояния в огромны, измерение их в привычных единицах было бы нерациональным и неудобным. Исходя из этих соображений, была введена специальная – световой год, то есть расстояние, которое свет проходит за так называемый юлианский год (равный 365,25 суток). Учитывая, что каждые сутки содержат в себе 86 400 секунд, можно вычислить, что за год луч света преодолевает расстояние нескольким более 9,4 километров. Эта величина кажется огромной, однако, например, расстояние до ближайшей к Земле звезды Проксимы Центавра составляет 4,2 года, а диаметр галактики Млечный Путь превышает 100 000 световых лет, то есть те визуальные наблюдения, которые можно сделать сейчас, отображают картину, существовавшую около сотни тысяч лет назад.
Луч света преодолевает расстояние от Земли до Луны примерно за секунду, а вот солнечный свет добирается до нашей планеты больше восьми минут.
В профессиональной астрофизике понятие светового года используется редко. Ученые преимущественно оперируют такими единицами, как парсек и астрономическая единица. Парсек – это расстояние до воображаемой точки, с которой радиус орбиты Земли виден под углом в одну угловую секунду (1/3600 градуса). Средний радиус орбиты, то есть расстояние от Земли до Солнца, называется астрономической единицей. Парсек равен примерно трем световым годам или 30,8 триллиона километров. Астрономическая единица приблизительно равна 149,6 миллиона километров.
Наверняка, услышав в каком-нибудь фантастическом боевике выражение а-ля «до Татуина двадцать световых лет », многие задавались закономерными вопросами. Озвучу некоторые из них:
Разве год – это не время?
Тогда что же такое световой год ?
Сколько в нем километров?
За сколько преодолеет световой год космический корабль с Земли ?
Сегодняшнюю статью я решил посвятить объяснению значения этой единицы измерения, сравнению ее с нашими привычными километрами и демонстрации масштабов, которыми оперирует Вселенная .
Виртуальный гонщик.
Представим себе человека, в нарушение всех правил несущегося по шоссе со скоростью 250 км/ч. За два часа он преодолеет 500 км, а за четыре – целых 1000. Если, конечно, не разобьется в процессе…
Казалось бы, вот это скорость! Но для того, чтобы обогнуть весь земной шар (≈ 40 000 км), нашему гонщику понадобится в 40 раз больше времени. А это уже 4 х 40 = 160 часов. Или почти целая неделя непрерывной езды!
В итоге, однако, мы не скажем, что он преодолел 40 000 000 метров. Так как лень всегда заставляла нас придумывать и употреблять более короткие альтернативные единицы измерения.
Предел.
Из школьного курса физики каждому должно быть известно, что самый быстрый ездок во Вселенной – свет. За одну секунду его луч преодолевает расстояние примерно 300 000 км, а земной шар, таким образом, он обогнет за 0,134 секунды. Это в 4 298 507 раз быстрее, чем наш виртуальный гонщик!
От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.
Колоссально, не так ли? А ведь пока не доказано существование скоростей, больших скорости света. Поэтому ученый мир решил, что логично будет измерять космические масштабы в единицах, которые за определенные интервалы времени проходит радиоволна (коей свет, в частности, и является).
Расстояния.
Таким образом, световой год — ни что иное, как расстояние, которое луч света преодолевает за один год. В межзвездных масштабах использовать единицы расстояния, меньшие этой, не имеет особого смысла. И все же они есть. Вот их приближенные значения:
1 световая секунда ≈ 300 000 км;
1 световая минута ≈ 18 000 000 км;
1 световой час ≈ 1 080 000 000 км;
1 световые сутки ≈ 26 000 000 000 км;
1 световая неделя ≈ 181 000 000 000 км;
1 световой месяц ≈ 790 000 000 000 км.
А теперь, чтобы вы понимали, откуда берутся цифры, вычислим, чему равен один световой год .
В году 365 суток, в сутках 24 часа, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Таким образом, год состоит из 365 х 24 х 60 х 60 = 31 536 000 секунд. За одну секунду свет проходит 300 000 км. Следовательно, за год его луч преодолеет расстояние 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Это число читается так: ДЕВЯТЬ ТРИЛЛИОНОВ, ЧЕТЫРЕСТА ШЕСТЬДЕСЯТ МИЛЛИАРДОВ И ВОСЕМЬСОТ МИЛЛИОНОВ километров.
Конечно, точное значение светового года слегка отличается от вычисленного нами. Но при описании расстояний до звезд в научно-популярных статьях высочайшая точность в принципе не нужна, и сотня-другая миллионов километров здесь особой роли не сыграют.
А теперь продолжим наши мысленные эксперименты…
Масштабы.
Предположим, что современный космический корабль покидает Солнечную систему с третьей космической скоростью (≈ 16,7 км/с). Первый световой год он преодолеет за 18000 лет!
4,36 световых года до ближайшей к нам звездной системы (Альфы Центавра , см. изображение в начале) он преодолеет примерно за 78 тысяч лет!
Нашу галактику Млечный Путь , имеющую в поперечнике примерно 100 000 световых лет , он пересечет за 1 млрд. 780 млн. лет.
