Valovuosi on välttämätön mittayksikkö kaikille, jotka yrittävät ymmärtää avaruutta. Jos saat ryhmän tähtitieteilijöitä keskustelemaan, kuulet heidän sanovan ”valovuodet” suunnilleen yhtä usein kuin jalkapallofanien kuulevan ”jaardit”.
Muut kuin luonnontieteilijöille valovuosi voi kuitenkin olla hämmentävä käsite. Se on etäisyyden yksikkö, vaikka se saattaa kuulostaa ajan yksiköltä. Hämmennystä lisää se, että scifi-elokuvissa ja tv-ohjelmissa käsite on rutiininomaisesti virheellinen.
Jopa alkuperäisessä Star Trek -sarjassa valovuodet olivat väärin. Eräässä vuoden 1968 jaksossa Troyiuksen muukalaisprinsessa Elaan kertoo kapteeni Kirkille, että hän mieluummin piiloutuisi huoneeseensa ”10 valovuoden päähän” kuin tulisi ulos ja puhuisi hänelle. Hups.
Kuinka pitkä on valovuosi?
Valovuosi on matka, jonka valonsäde kulkee tyhjiössä yhdessä vuodessa. On tärkeää määritellä tyhjiö, koska valo hidastuu kulkiessaan minkä tahansa aineen läpi. (Esimerkiksi vedessä se kulkee noin 25 prosenttia hitaammin.) Suurin osa maailmankaikkeudesta on lähes täydellistä tyhjiötä, joten tähtitieteilijät voivat yleensä olettaa, että valo liikkuu suurimmalla nopeudellaan.
Valo kulkee 299 792 458 metriä (186 282,397 mailia) sekunnissa. Kun tämä luku kerrotaan vuoden sekuntien määrällä (31 557 600), saadaan vastaus: Yksi valovuosi on 9 460 730 473 000 kilometriä eli 5 878 625 373 000 mailia.
Tässä on luultavasti enemmän numeroita kuin etsit. Pyöristä se 6 triljoonaan kilometriin, niin olet yhä tarpeeksi lähellä mitä tahansa asiantuntevaa nörttikeskustelua varten.
Miksi tähtitieteilijät mittaavat etäisyyttä valovuosina?
Tutut yksiköt, kuten kilometrit ja mailit, ovat järjettömän pieniä kuvaamaan kosmoksen laajuutta. Otetaan esimerkiksi Proxima Centauri, auringon lähin tähti. Voisit sanoa, että se on noin 24 900 000 000 000 kilometrin päässä – tai säästää paljon henkeä ja kutsua etäisyyttä siistiksi 4,24 valovuodeksi.
Useimmat tähdet, jotka näet yöllä, sijaitsevat muutaman sadan valovuoden päässä Maasta. Linnunrata, jossa me elämme, sattuu olemaan mukavan pyöreän 100 000 valovuoden levyinen. Andromedan galaksi on 2,54 miljoonan valovuoden päässä – iso luku, mutta silti paljon helpommin hallittavissa kuin ”14 kvintiljoonaa, 900 kvadriljoonaa mailia.”
Valovuodet ovat siis vain etäisyyden mitta, eivät ajan mitta?
Suoraan ottaen kyllä. Valovuosi on etäisyyden yksikkö, aivan kuten jalat ja tuumat. Jos haluat välttää sekaannuksia, voit lopettaa tähän.
Mutta valovuositarinassa on toinenkin kiehtova puoli. Koska valo liikkuu rajallisella nopeudella, kaikki näkemäsi on vanhentunutta: Näkemyksesi maailmasta on itse asiassa kuva siitä, miltä asiat näyttivät sillä hetkellä, kun niiden valo alkoi kulkea sinua kohti.
Jos tuijotat huoneen toiselle puolelle, viive on vain sekunnin miljardisosia – täysin huomaamaton. Katso kuuta, ja näet sen sellaisena kuin se oli noin puolitoista sekuntia sitten. Jos katsot auringonlaskua, näet auringon 8,3 minuuttia sitten.
Vaikutus on paljon selvempi tähtien kohdalla. Ne ovat valovuosien päässä, joten kun katsot niitä, katsot vuosien päähän menneisyyteen.
Sirius, taivaan kirkkain tähti, on 8,6 valovuoden päässä Maasta, mikä tarkoittaa, että näkemäsi valo lähti siitä 8,6 vuotta sitten. Toisin sanoen näemme Siriuksen aina sellaisena kuin se oli 8,6 vuotta sitten. Deneb, näkyvä kesätähti Cygnuksen tähdistössä, on noin 2 500 valovuoden päässä. Sen tuikkiva hehku oli matkalla luoksemme jo Aristoteleen eläessä.
Ja muista, että muut galaksit ovat vielä kauempana. Hubblen kaltaiset tehokkaat teleskoopit voivat havaita galakseja, joiden valo on kulkenut meidän suuntaamme miljardeja vuosia. Siten nuo eteeriset Hubble-kuvat näyttävät meille galaksit sellaisina kuin ne olivat miljardeja vuosia sitten – joissakin tapauksissa ajalta ennen kuin maapallo syntyi.
Lyhyesti sanottuna valovuosi kuvaa vain etäisyyttä – mutta valo itsessään tarjoaa eräänlaisen aikakoneen, jonka avulla voimme tarkkailla kosmosta sellaisena kuin se oli kauan sitten.
Miten tiedämme valon nopeuden?
Kriittisen tärkeän oivalluksen teki Ole Rømer, tanskalainen tähtitieteilijä 1700-luvulta. Hän tutki 1660-luvulla yhtä Jupiterin kuista, Ioa, kun hän huomasi jotain outoa: Kun Jupiter ja Maa olivat suurimmalla etäisyydellä toisistaan, Io liukui Jupiterin varjoon muutamaa minuuttia myöhemmin kuin tähtitieteilijät ennustivat. Kun kaksi planeettaa olivat lähimpänä toisiaan, tapahtuma näytti tapahtuvan muutaman minuutin etuajassa.
Rømer tajusi, ettei viiveellä ollut mitään tekemistä Ion kanssa. Pikemminkin se oli illuusio, joka johtui ajasta, joka valolta kuluu ylimääräisen matkan kulkemiseen, kun Maa ja Jupiter ovat Auringon vastakkaisilla puolilla. Hänen laskelmansa osoittivat, että valo kulkee 131 000 mailia sekunnissa – huomattavan hyvä arvio, kun otetaan huomioon, että hän teki tämän työn vain 60 vuotta kaukoputken keksimisen jälkeen.
Kuka keksi termin valovuosi?
”Käsite valonnopeudesta etäisyyden mittaajana syntyi jo 1600-luvun lopulla, kun Rømer oli havainnut valonnopeuden äärellisyyden”, sanoo Pariisin observatorion tähtitieteilijä ja tieteenhistorioitsija Frédéric Arenou.
Ihmiset tarttuivat ajatukseen niin nopeasti, että ketään yksittäistä ihmistä on mahdoton uskoa varmuudella. Arenou viittaa kuitenkin yhteen hyvään ehdokkaaseen: englantilaiseen oppineeseen Francis Robertsiin, joka pohdiskeli vuonna 1694, että ”Valo kuluttaa enemmän aikaa matkustaessaan tähdistä meihin kuin me Länsi-Intian matkaan.”
Aluksi nämä ajatukset olivat väistämättä epämääräisiä, koska tiedemiehillä oli vain karkea käsitys siitä, kuinka kaukana tähdet ovat. Läpimurtohetki koitti vuonna 1838, kun saksalainen tähtitieteilijä Friedrich Bessel mittasi tarkan etäisyyden tähteen 61 Cygni. Kuvaillessaan saamaansa valtavaa lukua Bessel kirjoitti, että ”valolla kuluu 10,3 vuotta tämän etäisyyden kulkemiseen”. Tämä on lähimpänä tiettyä hetkeä, jolloin erityinen valovuoden käsite syntyi.
Parin vuosikymmenen kuluessa valovuosi oli arkipäivää populaaritieteellisessä kirjoittelussa. Mutta Arenou sanoo, että ammattitähtieteilijät vastustivat pitkään termin käyttöä – ja yllättävästä syystä. He pitivät valovuotta riittämättömänä tieteellisenä, koska sitä ei voi mitata suoraan.
Miten tähtitieteilijät mittaavat etäisyyksiä valovuosina?
Bessel laski 61 Cygnin etäisyyden havainnoimalla sen parallaksia, näennäistä edestakaista liikettä taivaalla, joka aiheutuu Maan liikkeestä Auringon ympäri.
Parallaksia on edelleen yksi tähtitieteilijöiden tehokkaimmista välineistä etäisyyksien mittaamisessa. Euroopan avaruusjärjestö käytti 650 miljoonaa euroa (750 miljoonaa dollaria) Gaia-avaruusteleskooppiin, joka tällä hetkellä käyttää parallaksia yli miljardin tähden etäisyyksien mittaamiseen eri puolilla galaksia.
Linnunradan ulkopuolella, jossa parallaksit ovat liian pieniä jopa Gaian havaittavaksi, tähtitieteilijät laskevat etäisyyksiä havainnoimalla tietyntyyppisiä muuttuvia tähtiä tai loistavia supernovaräjähdyksiä. Nämä lähestymistavat tukeutuvat kuitenkin edelleen parallaksimittauksiin vertailukohtana.
Koska heidän työnsä perustuu niin syvälle parallaksiin, tähtitieteilijät käyttävät yleisesti toista etäisyysyksikköä, parsekkiä (”parallaksin kaarisekunti”, pieni kulma). Yksi parsek vastaa 3,26 valovuotta. Joskus parsek on tieteellisesti merkityksellisempi, mutta tutkijat vaihtavat usein näiden kahden termin välillä ilman muuta selvää syytä kuin tyylin vuoksi.
Parsekissa oleva ”sek” kuulostaa valitettavasti ajan yksiköltä, mikä aiheuttaa lisää sekaannusta. Vuonna 1977 ilmestyneessä elokuvassa ”Tähtien sota: Uusi toivo” Han Solo kehuskelee, että hän ”teki Kessel Runin alle 12 parsekissa”. Star Wars -fanit ovat solmineet itsensä solmuun yrittäessään selittää tätä ilmeistä virhettä. Parempi pysyä valovuosissa. Se on kaikki tarvitsemasi tähtitiede – ja sen avulla voit harrastaa myös aikamatkailua.
HALUAT LISÄÄ TARINOITA ASTRONOMIASTA?
- Mikä on kääpiöplaneetta?
- ”Haamukuut” löydetty Maan kiertoradalta
- Jättimäisellä kelmi-”planeetalla” on magneettikenttä, jota tiedemiehet eivät osaa selittää
SEURAA NBC NEWS MACH:ia TWITTERISSÄ, FACEBOOKISSA JA INSTAGRAMISSA.