Расстояния между звездами настолько велики, что измерять их километрами или милями - занятие с бесконечными нолями. Привычную систему измерений применяют для обозначения расстояний в одной системе. К примеру называют, что минимальное расстояние от Земли до Марса - 55,76 миллионов километров. Со звездами всё сложнее, и здесь обычно используют понятия светового года и парсека.
Астрономическая единица - принятая в астрономии единица измерения объектов Солнечной системы и ближайших к ней объектов Вселенной. Астрономическая единица равна 149 598 100 км (+- ~750 км), что приблизительно равняется среднему расстоянию Земли от Солнца. Современные наблюдения зафиксировали постепенно увеличение значения на 15 см ежегодно, что объясняется, возможной потерей Солнцем массы, последствия солнечного ветра.
Световой год - расстояние, которое свет проходит за один год, в метрах это 9 460 730 472 580 800. На самом деле свет звезд, который мы видим в безоблачную ночь, шёл до нашей планеты многие столетия, а некоторые из них вообще больше не существуют.
Парсек , он же «параллакс угловой секунды» - это расстояние, с которого средний радиус орбиты Земли (перпендикулярный лучу зрения), виден под углом в одну секунду угловую. Если совсем просто, то парсек = 3,26 световым годам.
Интересно то, что в научно-популярной и фантастической литературе принято использовать понятие светового года, а парсеками обычно пользуются только в профессиональных трудах и исследованиях.
(Галактика UDFj-39546284 - самая далекая от Земли галактика (13,3 миллиардов световых лет от Земли), на снимке, сделанным телескопом Хаббл выглядит, как красная точка )
Ближайшая к нам звезда - это Альфа Центавра, которая находится от Земли на расстоянии в 4,37 световых лет. А вот до самой удалённой галактики (по состоянию на декабрь 2012 года) от Земли целых 13,3 миллиардов световых лет!. Получается, когда солнце этой самой галактики (известной под индексом UDFj-39546284) потухнет, человечество об этом узнает еще не скоро.
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). |
Космические расстояния слабо поддаются измерению в обычных метрах и километрах, поэтому астрономы используют в своей работе другие физические единицы. Одна из них носит название световой год.
Многие любители фантастики хорошо знакомы с этим понятием, поскольку оно часто встречается в фильмах и книгах. Но не каждый знает, чему равен световой год, а некоторые и вовсе думают, что он аналогичен обычному годовому исчислению времени.
Что такое световой год?
В действительности световой год – это не временная единица, как можно было бы предположить, а единица длины, применяемая в астрономии. Под ней понимают расстояние, преодолеваемое светом за один год.
Обычно ее применяют в астрономических учебниках или научно-популярной фантастике для определения длин в пределах Солнечной системы. Для более точных математических расчетов или измерения расстояний во Вселенной за основу берут другую единицу – .
Появление светового года в астрономии было связано с развитием звездных наук и необходимостью использовать параметры, сопоставимые с масштабами космоса. Понятие ввели спустя несколько лет после первого успешного измерения расстояния от Солнца до звезды 61 Лебедя в 1838 году.
Изначально световым годом называли расстояние, проходимое светом за один тропический год, то есть за отрезок времени, равный полному циклу смены сезонов. Однако с 1984-го за основу стали брать юлианский год (365,25 дня), в результате чего измерения стали более точными.
Как определяется скорость света?
Чтобы рассчитать световой год, исследователям пришлось сначала определить скорость света. Когда-то астрономы полагали, что распространение лучей в космосе происходит мгновенно, но в XVII веке подобное заключение начало вызывать сомнения.
Первые попытки сделать расчеты предпринял Галилео Галлилей, решивший вычислить время, за которое свет преодолевает 8 км. Его исследования не увенчались успехом. Рассчитать примерную величину удалось Джеймсу Бредли в 1728 году, определившему значение скорости в 301 тысячу км/с.
Какова скорость света?
Несмотря на то что Бредли произвел достаточно верные расчеты, определить точную скорость смогли лишь в XX столетии, используя современные лазерные технологии. Совершенное оборудование позволило сделать расчеты с поправкой на коэффициент преломления лучей, в результате чего эта величина составила 299 792,458 километров в секунду.
Данными цифрами астрономы оперируют по сей день. В дальнейшем нехитрые вычисления помогли с точностью установить время, которое лучам необходимо на облет орбиты земного шара без воздействия на них гравитационных полей.
Хотя скорость света не сопоставима с земными расстояниями, ее использование при вычислениях объясняется тем, что люди привыкли мыслить «земными» категориями.
Чему равен световой год?
Если принять во внимание, что световая секунда равняется 299 792 458 метров, легко подсчитать, что за минуту свет преодолевает 17 987 547 480 метров. Как правило, эти данные астрофизики применяют для измерения расстояний внутри планетарных систем.
Для изучения небесных тел в масштабах Вселенной гораздо удобнее брать за основу световой год, который равняется 9,460 триллионов километров или 0,306 парсек. Наблюдение за космическими телами является единственным случаем, когда человек может воочию видеть прошлое.
Чтобы свет, испускаемый какой-нибудь далекой звездой, достиг Земли, требуются многие годы. По этой причине, наблюдая за космическими объектами, вы видим их не такими, какими они являются в данный момент, а какими они были в момент излучения света.
Примеры расстояний в световых годах
Благодаря возможности исчислять скорость движения лучей, астрономы сумели вычислить расстояние в световых годах до многих небесных тел. Так, расстояние от нашей планеты до Луны составляет 1,3 световых секунды, до Проксима Центавра – 4,2 световых года, до туманности Андромеды – 2,5 миллиона световых лет.
Расстояние между Солнцем и центром нашей галактики лучи проходят примерно за 26 тысяч световых лет, а между Солнцем и планетой Плутон – за 5 световых часов.
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.
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.
А до ближайшей к нам большой галактики , космический корабль домчится лишь спустя 36 миллиардов лет…
Вот такие пироги. А ведь в теории даже Вселенная возникла всего 16 млрд. лет назад…
И напоследок…
Космическим масштабам можно начать удивляться даже не выходя за пределы Солнечной системы , ведь она сама по себе очень велика. Весьма хорошо и наглядно это показали, например, создатели проекта If the Moon were only 1 pixel (Если бы Луна была всего одним пикселем ): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html .
На этом я, пожалуй, завершу сегодняшнюю статью. Все ваши вопросы, замечания и пожелания рад приветствовать в комментариях под ней.