Что измеряется световыми годами расстояние до
Что измеряется световыми годами?
ЧТО ИЗМЕРЯЕТСЯ СВЕТОВЫМИ ГОДАМИ?
Узнайте, что измеряется световыми годами. Световой год – незаменимая единица измерения для всех, кто пытается понять космос.
Для неученых, однако, световой год может являться загадочной концепцией. Это единица расстояния, хотя это может также звучать как единица времени. Добавляют в путаницу научно-фантастические фильмы и телешоу, которые регулярно запутываются в определениях.
Что измеряется световыми годами: насколько это далеко?
Световой год – это расстояние, которое луч света проходит в вакууме за один год. Важно здесь подчеркнуть слово “вакуум”, поскольку свет замедляется при прохождении через какое-либо вещество. (Например, в воде он путешествует примерно на 25 процентов медленнее.) Большинство Вселенной это почти идеальный вакуум, поэтому астрономы обычно могут считать, что свет движется с максимальной скоростью.
Почему астрономы измеряют расстояние в световых годах?
Знакомые нам единицы, такие как километры и мили, абсурдно малы для описания пространств космоса. Возьмем пример Проксиму Центавру, ближайшую звезду к Солнцу. Можно сказать, что она примерно на расстоянии 24 900 000 000 000 миль – или, сэкономив много букв, можно назвать расстояние в 4,24 световых лет.
Большинство звезд, которые вы видите ночью, находятся на расстоянии нескольких сотен световых лет от Земли. Галактика Млечный Путь, в котором мы живем, имеет круглый диаметр 100 000 световых лет. Галактика Андромеда находится на расстоянии 2,54 миллиона световых лет – это большое количество, но все же гораздо более удобоваримое, чем “14 квинтиллионов, 900 квадриллионов миль”.
Итак, световые годы – это лишь мера расстояния, а не времени?
Строго говоря, да. Световой год – это единица измерения расстояния. Если вы хотите избежать неразберихи, вы можете остановиться на этом.
Но есть еще одна увлекательная сторона истории о световом годе. Поскольку свет движется с конечной скоростью, все, что вы видите уже устарело: ваш взгляд на мир действительно является изображением того, как выглядели вещи в тот момент, когда их свет начал двигаться к вам.
Если вы смотрите через комнату, отставание составляет всего миллиардные доли секунды – это совершенно незаметно. Посмотрите на луну, и вы увидите ее такой, какой она была примерно секунду-полторы назад. Посмотрите на закат, и вы увидите солнце 8,3 минут назад.
Эффект гораздо более выражен на примере звезд. Они находятся на расстоянии многих световых лет, поэтому, глядя на них, ты смотришь сквозь прошедшие годы.
Что измеряется световыми годами? (photo: earthinthesollar.weebly.com)
Сириус, самая яркая звезда на небе, находится на растоянии в 8,6 световых лет от Земли, что означает, что свет, который вы видите, покинул ее 8,6 лет назад. Иными словами, мы всегда видим Сириус таким, каким она была 8,6 лет назад. Денеб, известная летняя звезда в созвездии Лебедя, находится на расстоянии примерно 2500 световых лет. Ее мерцающее сияние отправилось к нам в то время, когда был жив Аристотель.
Короче говоря, ответ на вопрос – что измеряєтся световыми годами – это расстояние, но сам свет обеспечивает своеобразную машину времени, позволяющую нам наблюдать за космосом таким, каким он был намного раньше.
Как мы знаем про скорость света?
Основное понимание этого пришло от Оле Ремера, датского астронома XVII столетия. В течение 1660-х годов он изучал один из спутников Юпитера Ио, когда заметил что-то странное: когда Юпитер и Земля находились на самом большом расстоянии друг от друга, Ио проскользнул в тень Юпитера на несколько минут позже, чем предполагали астрономы. Когда две планеты были ближе всего, событие, казалось, произошло на несколько минут раньше.
Ремер понял, что задержка не имеет ничего общего с Ио. Скорее, это была иллюзия, вызванная во время, когда свет проходит дополнительное расстояние, когда Земля и Юпитер находятся на противоположных сторонах Солнца. Его расчеты показали, что свет проходит 131 000 миль в секунду – очень точная оценка, учитывая, что он выполнял эту работу только через 60 лет после изобретения телескопа.
Кто придумал термин световой год?
“Концепция скорости света как измерение расстояния уже сложилась в конце XVII века после того, как Ромер открыл конечную скорость света”, – говорит Фредерик Арен, астроном и историк науки из Парижской обсерватории.
Кто придумал термин световой год? (photo: theuijunkie.com/)
Люди увлеклись этой идеей так быстро, что невозможно придать пальму первенства любому отдельному человеку.
Переломный момент наступил в 1838 году, когда немецкий астроном Фридрих Бессель измерил точное расстояние до звезды 61 Cygni. Описывая огромное расстояние, которое он получил, Бессель написал, что «свету нужно 10,3 года, чтобы преодолеть это расстояние». Это ближайший момент, от которого мы можем отсчитывать родившуюся конкретную концепцию светового года.
В течение нескольких десятилетий световой год стал обычным явлением в научно популярной литературе. Но Арену говорит, что профессиональные астрономы долго сопротивлялись использованию этого термина – и по странной причине. Они считали световой год недостаточно научным, поскольку его невозможно измерить напрямую.
Как астрономы измеряют расстояния в световых годах?
Бессель рассчитал расстояние до 61 Cygni, наблюдая ее параллакс, очевидное движение вперед-назад в небе, вызванное движением Земли вокруг Солнца.
За пределами Млечного Пути, где параллаксы слишком малы даже для того, чтобы Гая мог их обнаружить, астрономы вычисляют расстояния, наблюдая определенные типы переменных звезд или взрывы сверхновых. Однако эти подходы все еще опираются на измерение параллакса как ориентир.
Поскольку их работа столь глубоко укоренена в параллаксе, астрономы обычно используют вторую единицу расстояния-парсек (на основе угла). Один парсек равен 3,26 световым годам. Иногда парсек является более научно значимым, но исследователи часто переключаются между этими двумя терминами без видимых причин.
Что такое световой год?
Астрономия, как и любая наука, имеет свою терминологию, которая кажется странной и непонятной для человека мало с ней знакомого. Что такое элонгация? А перигей? Пульсары и квазары — это одно и то же или нет? Один из вопросов, который очень часто задают заинтересовавшиеся астрономией люди, звучит так: что такое световой год?
В этом термине вроде оба слова понятны, а вместе создают путаницу. «Световой год» — это мера чего? Времени? Тогда неплохо бы узнать, сколько длится световой год? Другими словами, световой год это сколько наших обычных земных лет? С другой стороны, многие замечали, что термин этот применяется, когда речь идет о расстояниях до космических объектов. Например, «до центра Галактики — 30000 световых лет», или «до Сириуса — 8,6 световых лет». Встает вопрос, как можно расстояние измерять временем?
Попробуем ответить максимально просто.
Световой год — это мера расстояния
Первое, что нужно четко уяснить, — световой год это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, такая же как метр или километр, миля или аршин в обычной жизни. Чтобы понять это, вспомните, как можно измерить расстояние, если нельзя это сделать напрямую, с помощью линейки или землемерного циркуля?
Как известно, расстояние, пройденное телом, равно скорости движения тела, умноженное на время движения (или s = v × t).
Теперь представьте, что вы пошли в магазин, до которого ровно три километра. И вы пошли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: за какое время вы дойдете до магазина? Очевидно, ровно за час! Поэтому можно сказать, что расстояние до магазина равно 3 км, а можно сказать, что оно равно 1 «человеческий час».
Но в «человеческих часах» расстояние никто не измеряет, потому что все мы ходим с разной скоростью. И даже один человек ходит по-разному: опаздывая на троллейбус, он почти бежит, а в парке неторопливо прогуливается. Значит, и время t, чтобы преодолеть расстояние до магазина, всегда будет разным.
Но что, если скорость движущегося тела будет всегда постоянна? Вне зависимости, куда, в каком направлении оно идет и при каких обстоятельствах проводятся измерения? Тогда, конечно, расстояние можно было бы измерять при помощи времени его перемещения, ведь в таком случае v в формуле постоянно и s зависит только от t.
Подождите, скажете вы, а разве есть такой объект, который движется всегда — всегда! — с постоянной скоростью?
Скорость света
Такой объект есть, и это свет! Как известно, скорость света в вакууме постоянна и равна 299 тысяч 792 километра и 458 метров в секунду или, округляя, 300000 км/с.
То есть за 1 секунду луч света проходит 300000 километров! Неплохо, правда? Если научиться каким-то образом измерять точное время, за которое свет преодолевает расстояние до объекта, то мы узнаем и расстояние до него!
Как это сделать? Ну, например, мы можем взять мощный лазер и посветить им в сторону Луны. Лазерный луч долетит до Луны, часть света отразится от ее поверхности и полетит в обратном направлении. В момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим на Луне световой зайчик. Если мы точно измерим промежуток времени между включением лазера и появлением на поверхности Луны зайчика, и умножим это время на скорость света, то мы узнаем расстояние, которое прошел лазер до Луны и обратно. Разделим это расстояние пополам и узнаем расстояние до Луны!
Лазерный луч, создающий в небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере она несколько меньше, чем в вакууме. Фото: ESO
Примерно так астрономы в XX веке измерили многие расстояния в Солнечной системе. Например, они провели радиолокацию Венеры — послали в сторону планеты радиосигнал и дождались его возвращения назад. Радиоволны движутся со скоростью света, время возвращения ученые измерили очень тщательно и затем по формуле s = v × t посчитали расстояние между Землей и планетой Венера. Теперь мы знаем его с точностью в несколько метров.
Еще раз: почему вообще расстояние можно измерять при помощи света? Потому что скорость света в вакууме постоянна! (Тут надо бы добавить, в инерциальных системах отсчета, но не будем пока усложнять.) В отличие от скорости людей, автомобилей и ракет.
Чему равен 1 световой год?
Теперь вернемся к тому, с чего начали. Дадим определение: световой год — это расстояние, которое свет (двигаясь всегда — всегда! — с постоянной скоростью 300000 км/с) проходит ровно за один год!
Получается какое-то очень большое число, не правда ли? Если за секунду свет преодолевает 300 тысяч километров, то за минуту в 60 раз больше — 18 миллионов километров. Значит, за час он пройдет 1 миллиард 80 миллионов километров! (Вот мы и узнали, чему равен «световой час»! А заодно подсчитали скорость света в км/ч!)
1 световой год в километрах
Теперь, чтобы подсчитать, сколько километров в световом году, нам надо узнать, сколько в году часов. В сутках 24 часа, а в году 365,25 суток (каждый четвертый год — високосный). Следовательно, в году 24 × 365,25 = 8766 часов. (На самом деле чуть меньше, 8760 часов. Просто мы взяли грубое число суток в году.)
Итак, чтобы найти, чему равен 1 световой год в километрах, нам надо скорость света в км/ч умножить на количество часов в году. Получается 9461 миллиард километров. Итак, 1 световой год равен 9,46 триллионов километров!
Какое-то сумасшедшее число!
Если бы магазин находился на таком расстоянии от вашего дома, то, двигаясь с привычной скоростью 3 км/ч, вы шли бы до него 360 миллионов лет… Долго получается, не правда ли?
Лучше поехать на машине. Двигаясь со скоростью 100 км/ч, автомобиль преодолеет расстояние в световой год за 10 миллионов 800 тысяч лет. Тоже не вариант. Значит, нужен самолет! Обычный пассажирский самолет пролетит световой год «всего лишь» за 1 миллион лет.
Может быть, поможет ракета? Космонавты летают вокруг Земли со скоростью около 8 км/с или 28800 км/ч. Даже с такой скоростью им потребуется 37500 лет, чтобы добраться до магазина.
Сколько световых лет от Солнца до Земли?
Теперь давайте решим обратную задачу — посчитаем расстояние от Солнца до Земли в световых годах. Для этого расстояние от Солнца до Земли в километрах разделим на длину светового года. Среднее расстояние до Солнца (она же астрономическая единица) равно 150 миллиона км, световой год равен 9,46 триллиона км. Делим первой на второе, получаем 0,000016.
Итак, расстояние от Солнца до Земли равно 0,000016 световых лет. Или… 8 световых минут.
Сколько световых лет от Земли до Луны?
Луна находится гораздо ближе Солнца, среднее расстояние до нашего спутника 384000 км или чуть больше световой секунды. Сколько это в световых годах? Делим 384 тысячи км на длину светового года в км (все те же 9,46 триллиона км) и получаем число 0,000000041 световых лет. (Я мог ошибиться, пересчитайте, если не верите.)
Ясно, что расстояние до Луны измерять в световых годах глупо. Но тогда встает вопрос:
Зачем нужны световые годы?
Ответ прост: чтобы измерять расстояния за пределами Солнечной системы!
Попробуйте-ка пересчитать эти расстояния на километры! Не хочется? Вот и астрономы не хотят считать.
PS. Что и говорить, на машине такие пространства не объедешь…
В чем измеряются космические расстояния?
Что такое лунное расстояние? Для чего используются астрономические единицы? Чему равен один световой год? В сегодняшней статье мы дадим простые ответы на эти вопросы.
Обязательно посмотрите нашу инфографику – в ней мы постарались наглядно объяснить использование единиц измерения космических расстояний.
Что такое лунное расстояние?
В астрономии лунным расстоянием (сокращенно LD) называется среднее расстояние от центра Земли до центра Луны, которое составляет 384 400 километров. Это примерно 30 диаметров Земли.
Почему используется среднее расстояние? Дело в том, что орбита Луны не является идеально круглой, из-за чего расстояние от Земли до Луны периодически меняется. В перигее (ближайшая к Земле точка лунной орбиты) Луна в среднем находится на расстоянии 363 228 километров от нас, а в апогее (наиболее удаленная от Земли точка орбиты) – на расстоянии 405 400 километров.
Лунное расстояние в основном используется для измерения расстояний до околоземных объектов – астероидов и комет. Например, астероид 2001 FO32, пролетевший рядом с Землей в марте 2021 года, находился в пяти лунных расстояниях от нашей планеты.
Что такое астрономическая единица?
Одна астрономическая единица (сокращенно а.е. или AU) равна среднему расстоянию от Земли до Солнца, которое составляет 150 миллионов километров. Так как Земля движется по эллиптической орбите, расстояние от нашей планеты до Солнца изменяется в течение года примерно на 3%. По этой причине астрономы берут за основу среднее расстояние.
Астрономические единицы используются для измерения расстояний между объектами внутри Солнечной системы, а также внутри экзопланетных систем. Например, находясь в ближайших к Земле точках своих орбит, Марс и Юпитер располагаются на расстояниях 0,37 а.е. и 3,9 а.е. от Земли, соответственно.
Чему равен один световой год?
Несмотря на свое название, световой год (сокращенно св. год или ly) – это единица измерения расстояния, а не времени. Один световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме за 365 дней – оно составляет 9,46 триллионов километров.
Световые годы используются для измерения расстояний до объектов за пределами Солнечной системы, таких как другие звезды и галактики. Например, ближайшая к нашему Солнцу звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии 4,24 световых года от нас. Расстояние до ближайшей к нам большой галактики, Галактики Андромеды, составляет 2,5 миллиона световых лет.
В профессиональной астрономии вместо световых лет чаще используются парсеки (сокращенно пк или pc). Один парсек равен 3,26 светового года.
Мы надеемся, что теперь вы стали лучше разбираться в единицах измерения расстояний до космических объектов. Желаем вам ясного неба и успешных наблюдений!
Что такое световой год
Расстояния до звёзд огромны, и их нужно в чём-то измерять. Привычные нам километры – слишком малая величина, ведь даже от Земли до Солнца расстояние составляет в среднем 150 миллионов километров, а до многих планет во много раз больше. Поэтому используется такая мера, как световой год, а для совсем больших расстояний – парсек.
Световой год – это сколько?
Многие путают земной год и световой год. Первым измеряется время – за год, или за 365 дней, Земля делает ровно один оборот по орбите вокруг Солнца. Так что это понятие не имеет никакого отношения к измерению расстояний.
Световой год – единица измерения расстояний, равная 9 460 730 472 580 800 метров. Это расстояние, которое преодолевает луч света за один земной год.
Так как скорость света в вакууме постоянна и точно известна, то она прекрасно подходит для измерения больших расстояний. Есть еще другие меры:
Эти меры равны расстоянию, которое преодолевает свет со скоростью около 300 000 км/с за указанный срок – секунду, минуту и т.д.
Так, Луна удалена от Земли на 1.3 световых секунды – столько надо лучу света, чтобы достигнуть её от Земли. От Земли до Солнца расстояние составляет 8 минут и 20 световых секунд. Аппараты «Вояджер», покинувшие Солнечную систему, удалились на 14 световых часов.
Зачем использовать световые годы?
Если бы астрономы измеряли расстояния до других звёзд, туманностей и галактик в километрах, это были бы просто невероятные величины с огромным количеством нулей. Для планет Солнечной системы, где расстояния измеряются «всего» миллионами и миллиардами километров, это еще бы подошло, но для межзвёздных расстояний километры слишком малая величина. Это как если бы мы для расстояний между городами использовали миллиметры.
Световой год – гораздо большая величина, просто огромная. Но и так, например, до ближайшей к нам звезды расстояние составляет более 4 световых лет, до некоторых – сотни и тысячи. Например, до Туманности Ориона 1300 световых лет, а до центра Галактики – 26 000 световых лет. Поперечник нашей Галактики равен 100 000 световых лет. В километрах расстояние до Туманности Ориона выглядело бы так – 12 651 000 000 000 000 км. Световые годы — вполне удобная система измерений.
Но, опять же, это хорошо для внутригалактических расстояний, которые хоть и колоссальны, но всё-таки невелики по сравнению с межгалактическими. Так, до близкой к нам галактики Андромеды расстояние составляет 2.5 миллиона световых лет, а дальше – еще больше, счёт идёт на миллиарды.
С другой стороны, понятие «световой год» позволяет нам заглянуть в прошлое. Так, наблюдая галактику Андромеды, отстоящую от нас на 2.5 миллиона световых лет, мы видим её такой, какой она была 2.5 миллиона лет назад, а не в данный момент. Ведь нас только что достиг свет этой галактики, который она испустила 2.5 миллиона лет назад. Звезда, отстоящая от нас на 1000 световых лет, может взорваться прямо сейчас, но свет от взрыва достигнет Земли только через 1000 лет. Целое тысячелетие мы будем видеть звезду, как будто она еще существует.
Но мы не можем заглянуть дальше, чем на 13.8 миллиардов световых лет. Это возраст Вселенной, и объект, который находится на таком расстоянии, будет очень старым.
Альтернатива световому году
Хотя световой год и более удобен для измерения космических расстояний, но всё-таки мелковат. Поэтому в астрономии используется еще одна величина – парсек.
1 парсек равен 3.26 световых лет, или 30.8568 триллионов километров.
Название «парсек» происходит от слов «параллакс» и «секунда». На практике это расстояние, с которого радиус орбиты Земли в 150 миллионов километров выглядит, как отрезок в 1 угловую секунду. Путём несложных вычислений и получили протяжённость парсека.
Однако сам по себе парсек – не слишком большая величина. Расстояние до ближайшей звезды, Проксимы Центавра, составляет 4.3 световых года, или всего 1.3 парсека. Для больших расстояний используются килопарсеки – тысячи парсек, и мегапарсеки – миллионы парсек. Они обозначаются как кпк и Мпк. Так, расстояние до галактики Андромеды равно 2.5 световых лет или 0.77 Мпк. Расстояние до горизонта наблюдаемой Вселенной – 4 Гпк (гигапарсек, или миллиардов парсек).
Сколько километров в световом году, и равен ли он земному
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:
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.
Как давно определили скорость света
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
Чем он так важен
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.