Bármilyen életmódot folytatunk, bármit csinálunk, így vagy úgy, minden nap használunk néhány mértékegységet. Kérünk egy pohár vizet, saját reggelinket melegítjük fel egy bizonyos hőmérsékletre, vizuálisan becsüljük meg, mennyit kell gyalogolni a legközelebbi postahivatalig, megbeszélünk egy találkozót egy bizonyos időpontban stb. Mindezek a műveletek megkövetelik

Nem csak számítások, hanem különböző numerikus kategóriák bizonyos mérése is: távolság, mennyiség, súly, idő és mások. Rendszeresen használunk számokat mindennapi életünkben. És mi már rég megszokhattuk ezeket a számokat, mintha valamiféle hangszerekhez lennének. De mi történik, ha kilépünk mindennapi komfortzónánkból, és számunkra szokatlan számértékekkel találkozunk? Ebben a cikkben az Univerzum fantasztikus figuráiról fogunk beszélni.

Univerzális terek

A helyzet a kozmikus távolságokkal még meglepőbb. Tisztában vagyunk a kilométerekkel a szomszéd városig, sőt Moszkvától New Yorkig. De nehéz elképzelni a távolságokat, ha a csillaghalmazok skálájáról van szó. Most lesz szükségünk az úgynevezett fényévre. Hiszen a szomszédos csillagok közötti távolságok is rendkívül nagyok, kilométerekben vagy mérföldekben mérni pedig egyszerűen irracionális. És itt nem csak a hatalmas eredő számok észlelésének nehézségében van a baj, hanem a nulláik számában. Problémát jelent a szám beírása. Például a Föld és a Mars távolsága a legközelebbi megközelítés időszakában 55,7 millió kilométer. Hat nullát tartalmazó érték. De a Mars az egyik legközelebbi kozmikus szomszédunk! A Napon kívüli legközelebbi csillag távolsága milliószor nagyobb lesz. És akkor, ha kilométerben vagy mérföldben mérnénk, a csillagászoknak órákat kellene tölteniük idejükből ezeknek a gigantikus mennyiségeknek a rögzítésével. Egy fényév megoldotta ezt a problémát. A megoldás egészen ötletes volt.

Mivel egyenlő a fényév?

Ahelyett, hogy kitaláltak volna egy új mértékegységet, amely egy kisebb nagyságrendű mértékegységek összege (ahogy ez a milliméter, centiméter, méter, kilométer esetében történik), a távolságot időhöz kötik. Valójában az a tény, hogy az idő is fizikai mező, amely befolyásolja az eseményeket

Sőt, a térrel összekapcsolt és átalakítható, Albert Einstein fedezte fel, és relativitáselméletével bizonyította. A fénysebesség állandóvá vált. És egy bizonyos távolság időegységenkénti fénysugár általi áthaladása új fizikai térbeli mennyiségeket adott: fénymásodperc, fényperc, fénynap, fényhónap, fényév. Például másodpercenként egy fénysugár (űrviszonyok között - vákuum) körülbelül 300 ezer kilométert tesz meg. Könnyű kiszámítani, hogy egy fényév körülbelül 9,46 * 10 15. Így a Föld és a legközelebbi kozmikus test, a Hold távolsága valamivel több, mint egy fénymásodperc, a Naptól pedig körülbelül nyolc fényperc. A modern elképzelések szerint a Naprendszer külső testei egy fényévnyi távolságra keringenek a pályán. A hozzánk legközelebb eső csillag, vagy inkább kettős csillagrendszer, az Alpha és a Proxima Centauri olyan messze van, hogy még a belőlük érkező fény is csak négy évvel a kilövése után éri el távcsöveinket. És még mindig ezek a hozzánk legközelebb eső égitestek. A Tejút túlsó végéről érkező fény több mint százezer évbe telik, mire eljut hozzánk.

Így vagy úgy, mindennapi életünkben távolságokat mérünk: a legközelebbi szupermarketig, egy másik városban lévő rokon házáig, stb. Ha azonban a világűr hatalmasságáról van szó, kiderül, hogy az ismert értékek, például a kilométerek használata rendkívül irracionális. És itt nem csak az így kapott gigantikus értékek észlelésének nehézségében van a lényeg, hanem a bennük lévő számok számában. Még ennyi nulla írása is gondot okoz. Például a Mars és a Föld közötti legrövidebb távolság 55,7 millió kilométer. Hat nulla! De a vörös bolygó az egyik legközelebbi szomszédunk az égen. Hogyan használjuk fel a nehézkes számokat, amelyek a legközelebbi csillagok távolságának kiszámításakor keletkeznek? És most van szükségünk olyan értékre, mint egy fényév. Mennyivel egyenlő? Most találjuk ki.

A fényév fogalma szorosan összefügg a relativisztikus fizikával is, amelyben a 20. század elején, a newtoni mechanika posztulátumai összeomlásakor jött létre a tér és az idő szoros kapcsolata és kölcsönös függése. E távolságérték előtt nagyobb léptékű egységek a rendszerben

egész egyszerűen alakultak: minden következő egy kisebb rendű (centiméter, méter, kilométer és így tovább) egységek gyűjteménye. Fényév esetén a távolság az időhöz volt kötve. A modern tudomány tudja, hogy a fény terjedési sebessége vákuumban állandó. Ráadásul a modern relativisztikus fizikában a természetben megengedett legnagyobb sebesség. Ezek a gondolatok képezték az új jelentés alapját. Egy fényév egyenlő azzal a távolsággal, amelyet egy fénysugár egy földi naptári évben megtesz. Kilométerben ez körülbelül 9,46 * 10 15 kilométer. Érdekes módon egy foton 1,3 másodperc alatt teszi meg a távolságot a legközelebbi Holdig. Körülbelül nyolc perc van a napig. De a legközelebbi csillagok, az Alfa már körülbelül négy fényévnyire vannak.

Egyszerűen fantasztikus távolság. Az asztrofizikában a térnek még nagyobb mértéke van. A fényév egyenlő a parszek körülbelül egyharmadával, ami a csillagközi távolságok még nagyobb mértékegysége.

A fény terjedési sebessége különböző körülmények között

Egyébként van olyan tulajdonsága is, hogy a fotonok eltérő sebességgel terjedhetnek különböző környezetben. Azt már tudjuk, milyen gyorsan repülnek légüres térben. És amikor azt mondják, hogy egy fényév egyenlő a fény által egy év alatt megtett távolsággal, akkor az üres világűrt jelenti. Érdekes azonban megjegyezni, hogy más körülmények között a fénysebesség kisebb is lehet. Például a levegőben a fotonok valamivel kisebb sebességgel szóródnak, mint a vákuumban. Hogy melyik, az a légkör adott állapotától függ. Így egy gázzal teli környezetben a fényév valamivel kisebb lenne. Ez azonban nem térne el lényegesen az elfogadotttól.

2017. február 22-én a NASA arról számolt be, hogy 7 exobolygót találtak a TRAPPIST-1 egyetlen csillag körül. Közülük három olyan távolságban van a csillagtól, ahol a bolygónak folyékony víz lehet, és a víz az élet kulcsfeltétele. Azt is közölték, hogy ez a csillagrendszer 40 fényévnyi távolságra található a Földtől.

Ez az üzenet nagy zajt keltett a médiában, egyesek még azt is gondolták, hogy az emberiség egy lépés választja el attól, hogy új településeket építsen egy új csillag közelében, de ez nem így van. De 40 fényév sok, SOK, túl sok kilométer, vagyis szörnyen kolosszális távolság!

Egy fizikatanfolyamból ismert a harmadik szökési sebesség – ez az a sebesség, amellyel egy testnek rendelkeznie kell a Föld felszínén, hogy túljusson a Naprendszeren. Ennek a sebességnek az értéke 16,65 km/sec. A hagyományos orbitális űrhajók 7,9 km/s sebességgel szállnak fel és keringenek a Föld körül. A 16-20 km/sec sebesség elvileg eléggé elérhető a modern földi technológiák számára, de nem több!

Az emberiség még nem tanulta meg az űrhajók 20 km/s-nál gyorsabb gyorsítását.

Számítsuk ki, hány év kell ahhoz, hogy egy 20 km/s sebességgel repülő csillaghajó 40 fényévet utazzon és elérje a TRAPPIST-1 csillagot.
Egy fényév az a távolság, amelyet egy fénysugár vákuumban megtesz, és a fény sebessége körülbelül 300 ezer km/s.

Egy ember alkotta űrhajó 20 km/s sebességgel repül, vagyis 15 000-szer lassabban, mint a fénysebesség. Egy ilyen hajó 40 fényévet fog megtenni 40*15000=600000 év alatt!

Egy földi hajó (a technológia jelenlegi szintjén) körülbelül 600 ezer év múlva éri el a TRAPPIST-1 csillagot! A Homo sapiens (a tudósok szerint) csak 35-40 ezer éve létezik a Földön, de itt már 600 ezer éve!

A közeljövőben a technológia nem teszi lehetővé, hogy az emberek elérjék a TRAPPIST-1 csillagot. A becslések szerint még a földi valóságban nem létező ígéretes hajtóművek (ion, foton, kozmikus vitorlák stb.) is képesek 10 000 km/sec sebességre felgyorsítani a hajót, ami azt jelenti, hogy a TRAPPIST repülési ideje -1 rendszer 120 évre csökken. Ez már többé-kevésbé elfogadható időszak a felfüggesztett animációval való repüléshez vagy a bevándorlók több generációja számára, de ma már ezek a motorok fantasztikusak.

Még a legközelebbi csillagok is túl messze vannak az emberektől, túl távol, nem is beszélve Galaxisunk vagy más galaxisok csillagairól.

Tejútrendszerünk átmérője hozzávetőlegesen 100 ezer fényév, vagyis egy modern földi hajó végétől a végéig 1,5 milliárd év lesz! A tudomány szerint Földünk 4,5 milliárd éves, a többsejtű élet körülbelül 2 milliárd éves. A hozzánk legközelebbi galaxis - az Androméda-köd - távolsága - 2,5 millió fényévnyire a Földtől -, milyen szörnyű távolságok vannak!

Amint láthatja, az összes élő ember közül soha senki nem teszi be a lábát egy másik csillag közelében lévő bolygó földjére.

Számításaikhoz a csillagászok olyan speciális mértékegységeket használnak, amelyek nem mindig egyértelműek a hétköznapi emberek számára. Ez érthető is, hiszen ha a kozmikus távolságokat kilométerben mérnék, akkor a nullák száma kápráztatná a szemet. Ezért a kozmikus távolságok mérésére sokkal nagyobb mennyiségeket szokás használni: csillagászati ​​egység, fényév és parszek.

Elég gyakran használják a natív Naprendszerünkön belüli távolságok jelzésére. Ha kilométerben is ki tudjuk fejezni (384 000 km), akkor a legközelebbi út a Plútóhoz megközelítőleg 4 250 millió km, és ezt nehéz lesz megérteni. Ilyen távolságok esetén ideje egy csillagászati ​​egységet (AU) használni, amely megegyezik a Föld felszíne és a Nap közötti átlagos távolsággal. Más szóval, 1 a.u. megfelel Földünk keringési pályája félnagytengelyének hosszának (150 millió km). Ha most azt írod, hogy a Plútó legrövidebb távolsága 28 AU, a leghosszabb út pedig 50 AU lehet, akkor sokkal könnyebb elképzelni.

A következő legnagyobb egy fényév. Bár ott van az „év” szó, nem szabad azt gondolni, hogy időről beszélünk. Egy fényév 63 240 AU. Ez az az út, amelyet egy fénysugár 1 év alatt bejár. A csillagászok számításai szerint több mint 10 milliárd évre van szükség ahhoz, hogy az Univerzum legtávolabbi zugaiból egy fénysugár elérjen hozzánk. Hogy elképzeljük ezt a gigantikus távolságot, írjuk fel kilométerben: 9500000000000000000000. Kilencvenöt milliárd billió szokásos kilométer.

A tudósok 1676-tól kezdték találgatni, hogy a fény nem azonnal terjed, hanem egy bizonyos sebességgel. Egy Ole Roemer nevű dán csillagász ekkoriban vette észre, hogy a Jupiter egyik műholdjának fogyatkozása kezd késni, és ez pontosan akkor történt, amikor a Föld a Nap ellentétes oldala felé tartott pályáján. hol volt Jupiter. Eltelt egy kis idő, a Föld elkezdett visszamozdulni, és a fogyatkozások ismét közeledtek a korábbi ütemtervükhöz.

Így körülbelül 17 percnyi időkülönbség volt. Ebből a megfigyelésből arra a következtetésre jutottak, hogy a fénynek 17 perc kellett ahhoz, hogy a Föld pályájának hosszát megtegye. Mivel a pálya átmérője körülbelül 186 millió mérföldnek bizonyult (most ez az állandó 939 120 000 km), kiderült, hogy a fénysugár körülbelül 186 ezer mérföld/s sebességgel mozog.

Már korunkban, köszönhetően Albert Michelson professzornak, aki arra vállalkozott, hogy a lehető legpontosabban meghatározza, mi az a fényév, más módszerrel a végeredmény: 186 284 mérföld 1 másodperc alatt (kb. 300 km/s). Most, ha megszámoljuk egy év másodperceinek számát, és megszorozzuk ezzel a számmal, azt találjuk, hogy egy fényév 5 880 000 000 000 mérföld hosszú, ami 9 460 730 472 580,8 km-nek felel meg.

Gyakorlati célokra a csillagászok gyakran a parszeknak nevezett távolságegységet használják. Ez egyenlő a csillag elmozdulásával a többi égitest hátteréhez képest 1""-rel, ha a megfigyelő 1 sugarú elmozdulással

Mint tudják, a Nap és a bolygók közötti, valamint a bolygók közötti távolság mérésére a tudósok egy csillagászati ​​egységet találtak ki. Mi az fényév?

Először is meg kell jegyezni, hogy a fényév is a csillagászatban elfogadott mértékegység, de nem az idő mértékegysége (ahogyan az „év” szó jelentéséből ítélve tűnhet), hanem a távolság mértékegysége.

Mivel egyenlő a fényév?

Amikor a tudósoknak sikerült kiszámítaniuk a legközelebbi csillagok távolságát, nyilvánvalóvá vált, hogy a csillagászati ​​egység kényelmetlen a csillagvilágban való használatra. Tegyük fel először, hogy a Nap és a legközelebbi csillag távolsága körülbelül 4,5 fényév. Ez azt jelenti, hogy a Napunktól a legközelebbi csillagig (egyébként Proxima Centaurinak hívják) 4,5 évig tart a fény eljutása! Milyen messze van ez a távolság? Ne fárasztsunk senkit matematikával, csak jegyezzük meg, hogy egy másodperc alatt 300 000 kilométert repülnek a fényrészecskék. Vagyis ha zseblámpával jelet küldesz a Hold felé, ott ez a fény kevesebb mint másfél másodpercen belül meglátszik. A fény a Napról a Földre 8,5 perc alatt jut el. Meddig terjednek akkor a fénysugarak egy év alatt?

Mondjuk rögtön: egy fényév körülbelül 10 billió kilométer(egy billió egy, amit tizenkét nulla követ). Pontosabban 9 460 730 472 581 kilométer. Ha csillagászati ​​egységekkel számoljuk, akkor körülbelül 67 000 lesz, és ez csak a legközelebbi csillagra vonatkozik.

Nyilvánvaló, hogy a csillagok és galaxisok világában a csillagászati ​​egység nem alkalmas mérésekre. Fényévekkel könnyebben lehet számításokat végezni.

Alkalmazhatóság a csillagvilágban

Például a Föld és az égbolt legfényesebb csillaga, a Szíriusz távolsága 8 fényév. A Nap és a Sarkcsillag távolsága pedig körülbelül 600 fényév. Vagyis 600 év múlva érkezik tőlünk a fény. Ez körülbelül 40 millió csillagászati ​​egység lenne. Összehasonlításképpen kiemeljük, hogy Galaxisunk - a Tejútrendszer - mérete (átmérője) körülbelül 100 000 fényév. Legközelebbi szomszédunk, az Androméda-köd nevű spirálgalaxis 2,52 millió fényévre van a Földtől. Nagyon kényelmetlen ezt csillagászati ​​egységekben feltüntetni. De vannak olyan objektumok az Univerzumban, amelyek általában 15 milliárd fényévnyire vannak tőlünk. Így a megfigyelhető Univerzum sugara 13,77 milliárd fényév. A teljes Univerzum pedig, mint ismeretes, túlmutat a megfigyelhető részen.

Egyébként a megfigyelhető Univerzum átmérője egyáltalán nem 2-szer nagyobb, mint a sugár, mint gondolnád. A helyzet az, hogy idővel a tér tágul. Azok a távoli objektumok, amelyek 13,77 milliárd évvel ezelőtt fényt bocsátottak ki, még messzebbre repültek tőlünk. Ma több mint 46,5 milliárd fényévnyire vannak egymástól. Ezt megduplázva 93 milliárd fényévet kapunk. Ez a megfigyelhető Univerzum valódi átmérője. Tehát a megfigyelt térrész mérete (amelyet metagalaxisnak is neveznek) folyamatosan növekszik.

Az ilyen távolságokat kilométerben vagy csillagászati ​​egységekben mérni semmi értelme. Hogy őszinte legyek, a fényévek nem egészen illenek ide. De az emberek még nem találtak ki jobbat. A számok olyan hatalmasak, hogy csak egy számítógép képes kezelni őket.

A fényév meghatározása és lényege

És így, A fényév (fényév) a hosszúság mértékegysége, nem pedig az idő, amely a napsugár által egy év alatt, azaz 365 nap alatt megtett távolságot jelenti.. Ez a mértékegység nagyon kényelmes az áttekinthetősége miatt. Lehetővé teszi, hogy válaszoljon arra a kérdésre, hogy mennyi idő után számíthat válaszra, ha elektromágneses üzenetet küld egy bizonyos csillagnak. És ha ez az időszak túl hosszú (például ezer év), akkor nincs értelme az ilyen cselekvéseknek.