Co to jest rok świetlny?

Lat świetlny jest nieodzowną jednostką miary dla każdego, kto próbuje zrozumieć kosmos. Zbierz grupę astronomów, a usłyszysz od nich słowa „lata świetlne” tak często, jak od fanów piłki nożnej słowa „jardy”.

Dla nie-naukowców rok świetlny może być zagadkowym pojęciem. Jest to jednostka odległości, mimo że może brzmieć jak jednostka czasu. Dodając do zamieszania, filmy sci-fi i programy telewizyjne rutynowo bunglele koncepcji.

Nawet oryginalna seria „Star Trek” dostał lata świetlne źle. W odcinku z 1968 roku obca księżniczka Elaan z Troyius mówi kapitanowi Kirkowi, że wolałaby ukryć się w swoim pokoju przez „10 lat świetlnych”, niż wyjść i porozmawiać z nim. Oops.

Jak daleko jest rok świetlny?

Lat świetlny to odległość, jaką promień światła pokonuje w próżni w ciągu jednego roku. Ważne jest, aby określić próżnię, ponieważ światło zwalnia, gdy przechodzi przez jakikolwiek rodzaj materii. (W wodzie, na przykład, porusza się około 25 procent wolniej.) Większość wszechświata to prawie idealna próżnia, więc astronomowie mogą ogólnie założyć, że światło porusza się ze swoją maksymalną prędkością.

Światło porusza się z prędkością 299 792 458 metrów (186 282 397 mil) na sekundę. Pomnóż tę liczbę przez liczbę sekund w roku (31 557 600), a otrzymasz swoją odpowiedź: Jeden rok świetlny to 9 460 730 473 000 kilometrów, czyli 5 878 625 373 000 mil.

To prawdopodobnie więcej cyfr, niż szukałeś. Zaokrąglij to do 6 trylionów mil, a nadal będziesz wystarczająco blisko, by prowadzić rozmowy z każdym wtajemniczonym nerdem.

Dlaczego astronomowie mierzą odległość w latach świetlnych?

Znane jednostki takie jak kilometry i mile są absurdalnie małe do opisania ogromu kosmosu. Weźmy na przykład Proximę Centauri, najbliższą gwiazdę poza Słońcem. Możesz powiedzieć, że znajduje się ona w odległości około 24 900 000 000 000 000 mil – lub zaoszczędzić sporo oddechu i nazwać tę odległość schludnymi 4,24 lat świetlnych.

Większość gwiazd, które widzisz w nocy, leży w odległości kilkuset lat świetlnych od Ziemi. Galaktyka Drogi Mlecznej, w której żyjemy, ma ładne, okrągłe 100 000 lat świetlnych średnicy. Galaktyka Andromedy jest oddalona o 2,54 miliona lat świetlnych – to duża liczba, ale wciąż o wiele łatwiejsza do pokonania niż „14 kwintylionów 900 kwadrylionów mil.”

Więc lata świetlne są tylko miarą odległości, a nie czasu?

Ściśle mówiąc, tak. Rok świetlny jest jednostką odległości, tak jak stopy i cale. Jeśli chcesz uniknąć zamieszania, możesz zatrzymać się właśnie tutaj.

Ale jest jeszcze jedna fascynująca strona historii o latach świetlnych. Ponieważ światło porusza się ze skończoną prędkością, wszystko co widzisz jest przestarzałe: Twój obraz świata jest w rzeczywistości obrazem tego, jak rzeczy wyglądały w chwili, gdy ich światło zaczęło podróżować w twoim kierunku.

Jeśli patrzysz na drugi koniec pokoju, opóźnienie wynosi zaledwie miliardowe części sekundy – zupełnie niezauważalne. Spójrz na księżyc, a zobaczysz go takim, jakim był około półtorej sekundy temu. Obserwuj zachód słońca, a widzisz słońce 8,3 minuty temu.

Efekt jest o wiele bardziej wyraźny dla gwiazd. Są one oddalone o lata świetlne, więc kiedy na nie patrzysz, patrzysz lata w przeszłość.

Sirius, najjaśniejsza gwiazda na niebie, leży 8,6 lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że światło, które widzisz, opuściło ją 8,6 lat temu. Innymi słowy, zawsze widzimy Syriusza takim, jakim był 8,6 roku temu. Deneb, wybitna gwiazda letnia w gwiazdozbiorze Cygnus, znajduje się około 2500 lat świetlnych od nas. Jej migotliwy blask był już w drodze do nas, gdy żył Arystoteles.

Pamiętaj też, że inne galaktyki są jeszcze bardziej odległe. Potężne teleskopy, takie jak Hubble, mogą wykryć galaktyki, których światło podróżuje w naszą stronę od miliardów lat. Dlatego te eteryczne obrazy Hubble’a pokazują nam galaktyki takimi, jakimi były miliardy lat temu – w niektórych przypadkach z czasów, zanim powstała Ziemia.

W skrócie, rok świetlny opisuje tylko odległość – ale samo światło stanowi swego rodzaju wehikuł czasu, pozwalając nam obserwować kosmos takim, jakim był dawno temu.

Skąd znamy prędkość światła?

Najważniejsze spostrzeżenie pochodzi od Olego Rømera, XVII-wiecznego duńskiego astronoma. W latach 60. XVI wieku badał on jeden z księżyców Jowisza, Io, gdy zauważył coś dziwnego: gdy Jowisz i Ziemia znajdowały się w największej odległości od siebie, Io wsuwała się w cień Jowisza kilka minut później, niż przewidywali astronomowie. Kiedy obie planety były najbliżej siebie, wydarzenie to wydawało się następować kilka minut wcześniej.

Rømer zdał sobie sprawę, że opóźnienie nie miało nic wspólnego z Io. Raczej, to było złudzenie spowodowane przez czas, który zajmuje dla światła do span dodatkową odległość, gdy Ziemia i Jowisz są po przeciwnych stronach słońca. Jego obliczenia pokazały, że światło podróżuje 131 000 mil na sekundę – to niezwykle dobre oszacowanie, biorąc pod uwagę, że wykonywał tę pracę zaledwie 60 lat po wynalezieniu teleskopu.

Kto wymyślił termin rok świetlny?

„Koncepcja prędkości światła jako miary odległości pojawiła się już pod koniec XVII wieku, po odkryciu przez Rømera skończoności prędkości światła” – mówi Frédéric Arenou, astronom i historyk nauki z Obserwatorium Paryskiego.

Ludzie podchwycili ten pomysł tak szybko, że nie można z całą pewnością przypisać go żadnej osobie. Arenou wskazuje jednak na jednego dobrego kandydata: angielskiego uczonego Francisa Robertsa, który w 1694 roku stwierdził, że „Światło zajmuje więcej czasu w podróży od gwiazd do nas, niż my w podróży na zachód Indii.”

Na początku pomysły te były z konieczności niejasne, ponieważ naukowcy mieli tylko przybliżone pojęcie o tym, jak daleko znajdują się gwiazdy. Przełomowy moment nastąpił w 1838 roku, kiedy niemiecki astronom Friedrich Bessel zmierzył dokładną odległość do gwiazdy 61 Cygni. Opisując ogromną liczbę, którą otrzymał, Bessel napisał, że „światło potrzebuje 10,3 roku, aby przebyć tę odległość”. To jest najbliższa rzecz do konkretnego momentu, w którym narodziło się konkretne pojęcie roku świetlnego.

W ciągu kilku dekad rok świetlny był powszechny w popularnonaukowym piśmiennictwie. Arenou twierdzi jednak, że zawodowi astronomowie długo opierali się używaniu tego terminu – i to z zaskakującego powodu. Uważali oni, że rok świetlny jest niewystarczająco naukowy, ponieważ nie można go bezpośrednio zmierzyć.

Jak astronomowie mierzą odległości w latach świetlnych?

Bessel obliczył odległość do 61 Cygni obserwując jej paralaksę, czyli pozorny ruch wsteczny na niebie spowodowany ruchem Ziemi wokół Słońca.

Paralaksa jest wciąż jednym z najpotężniejszych narzędzi astronomów do mierzenia odległości. Europejska Agencja Kosmiczna wydała 650 milionów euro (750 milionów dolarów) na teleskop kosmiczny Gaia, który obecnie używa paralaksy do pomiaru odległości do ponad miliarda gwiazd w całej naszej galaktyce.

Poza Drogą Mleczną, gdzie paralaksy są zbyt małe nawet dla Gaia, aby je wykryć, astronomowie obliczają odległości obserwując pewne typy gwiazd zmiennych lub genialne wybuchy supernowych. Te podejścia wciąż opierają się na pomiarach paralaksy jako punktu odniesienia, jednakże.

Ponieważ ich praca jest tak głęboko zakorzeniona w paralaksie, astronomowie powszechnie używają drugiej jednostki odległości, parsek („parallax arc-second,” mały kąt). Jeden parsek równa się 3,26 roku świetlnego. Czasami parsek jest bardziej istotny z naukowego punktu widzenia, ale badacze często przełączają się między tymi dwoma terminami bez wyraźnego powodu, z wyjątkiem stylu.

Niestety, „sec” w parsek brzmi jak jednostka czasu, co prowadzi do większego zamieszania. W filmie „Gwiezdne wojny: Nowa nadzieja” z 1977 roku, Han Solo przechwala się, że „zrobił Kessel Run w mniej niż 12 parseków”. Fani Gwiezdnych Wojen zawiązali sobie supełki próbując wytłumaczyć ten oczywisty błąd. Lepiej pozostać przy roku świetlnym. To wszystko, czego potrzebujesz w astronomii – i pozwala ci również na podróże w czasie.

Chcesz więcej historii o astronomii?

• Co to jest planeta karłowata?
• „Księżyce duchy” odkryte na orbicie wokół Ziemi
• Ogromna „planeta” ma pole magnetyczne, którego naukowcy nie potrafią wyjaśnić

Śledź NBC NEWS MACH NA TWITTERZE, FACEBOOKU I INSTAGRAMIE.