Ljusåret är en oumbärlig måttenhet för alla som försöker förstå rymden. Om du får en grupp astronomer att prata kommer du att höra dem säga ”ljusår” ungefär lika ofta som du hör fotbollsfans nämna ”yards”.
För icke-vetenskapsmän kan ljusåret dock vara ett förbryllande begrepp. Det är en enhet för avstånd även om det kan låta som en tidsenhet. För att öka förvirringen är det vanligt att sci-fi-filmer och TV-program klantar sig med begreppet.
Även den ursprungliga ”Star Trek”-serien hade fel på ljusåren. I ett avsnitt från 1968 säger den utomjordiska prinsessan Elaan av Troyius till kapten Kirk att hon hellre gömmer sig i sitt rum i ”10 ljusår” än att komma ut och tala med honom. Oops.
Hur långt är ett ljusår?
Ett ljusår är den sträcka som en ljusstråle färdas i ett vakuum på ett år. Det är viktigt att ange ett vakuum eftersom ljuset blir långsammare när det passerar genom all slags materia. (I vatten färdas det till exempel cirka 25 procent långsammare.) Större delen av universum är ett nästan perfekt vakuum, så astronomer kan i allmänhet anta att ljuset rör sig med sin högsta hastighet.
Ljuset färdas med en hastighet av 299 792 458 meter (186 282,397 miles) per sekund. Multiplicera den siffran med antalet sekunder på ett år (31 557 600) och du får ditt svar: Ett ljusår är 9 460 730 473 000 kilometer eller 5 878 625 373 000 miles.
Det är antagligen fler siffror än vad du var ute efter. Avrunda det till 6 biljoner mil och du är fortfarande tillräckligt nära för att kunna föra en konversation med en insatt nörd.
Varför mäter astronomer avståndet i ljusår?
Familjära enheter som kilometer och mil är absurt små för att beskriva kosmos vidsträckthet. Ta exemplet Proxima Centauri, den närmaste stjärnan bortom solen. Man kan säga att den är ungefär 24 900 000 000 000 000 mil bort – eller spara mycket andetag och kalla avståndet för 4,24 ljusår.
De flesta av de stjärnor som du ser på natten ligger inom några hundra ljusår från jorden. Vintergatan som vi lever i råkar vara en fin, rund 100 000 ljusår i diameter. Andromedagalaxen ligger 2,54 miljoner ljusår bort – en stor siffra, men ändå mycket mer hanterbar än ”14 quintiljoner, 900 kvadriljoner mil”.
Så ljusår är bara ett mått på avstånd, inte på tid?
Strängt taget, ja. Ett ljusår är en enhet för avstånd, precis som fot och tum. Om du vill undvika förvirring kan du sluta här.
Men det finns en annan fascinerande sida av ljusårshistorien. Eftersom ljuset rör sig med en ändlig hastighet är allt du ser föråldrat: Din bild av världen är i själva verket en bild av hur saker och ting såg ut i samma ögonblick som deras ljus började färdas mot dig.
Om du stirrar genom ett rum är fördröjningen bara miljarddelar av en sekund – helt omärklig. Om du tittar på månen ser du den som den var för ungefär en och en halv sekund sedan. Titta på en solnedgång, och du ser solen för 8,3 minuter sedan.
Effekten är mycket mer uttalad för stjärnorna. De är ljusår bort, så när du tittar på dem tittar du flera år tillbaka i tiden.
Sirius, den ljusaste stjärnan på himlen, ligger 8,6 ljusår från jorden, vilket innebär att ljuset du ser lämnade den för 8,6 år sedan. Med andra ord ser vi alltid Sirius som den var för 8,6 år sedan. Deneb, en framträdande sommarstjärna i stjärnbilden Cygnus, ligger ungefär 2 500 ljusår bort. Dess blinkande sken var redan på väg till oss när Aristoteles levde.
Och kom ihåg att andra galaxer är ännu mer avlägsna. Kraftfulla teleskop som Hubble kan upptäcka galaxer vars ljus har färdats i vår riktning i miljarder år. De eteriska Hubble-bilderna visar oss alltså galaxer som de såg ut för miljarder år sedan – i vissa fall från en tid innan jorden blev till.
Kort sagt, ett ljusår beskriver bara avståndet – men ljuset i sig självt är en slags tidsmaskin, som gör det möjligt för oss att observera kosmos så som det var för länge sedan.
Hur vet vi hur ljusets hastighet ser ut?
Den avgörande insikten kom från Ole Rømer, en dansk astronom från 1600-talet. Under 1660-talet studerade han en av Jupiters månar, Io, när han lade märke till något märkligt: När Jupiter och jorden var på sitt största avstånd från varandra gled Io in i Jupiters skugga några minuter senare än vad astronomerna förutspådde. När de två planeterna var närmast varandra verkade händelsen inträffa några minuter tidigare.
Rømer insåg att fördröjningen inte hade något med Io att göra. Snarare var det en illusion som orsakades av den tid det tar för ljuset att överbrygga det extra avståndet när jorden och Jupiter befinner sig på motsatta sidor av solen. Hans beräkningar visade att ljuset färdas 131 000 mil per sekund – en anmärkningsvärt bra uppskattning med tanke på att han utförde detta arbete bara 60 år efter teleskopets uppfinning.
Vem kom på begreppet ljusår?
”Begreppet ljusets hastighet som ett mått på avstånd fanns redan i slutet av 1600-talet, efter Römers upptäckt av ljusets ändlighet”, säger Frédéric Arenou, astronom och vetenskapshistoriker vid Parisobservatoriet.
Människor tog till sig idén så snabbt att det är omöjligt att med säkerhet skriva upp någon enskild person. Arenou pekar dock på en bra kandidat: den engelske forskaren Francis Roberts, som 1694 funderade på att ”ljuset tar mer tid i anspråk för att färdas från stjärnorna till oss än vad vi tar i anspråk för att göra en resa till Västindien”.
I början var dessa idéer nödvändigtvis vaga, eftersom vetenskapsmännen bara hade en grov uppfattning om hur långt bort stjärnorna är. Det avgörande ögonblicket kom 1838 när den tyske astronomen Friedrich Bessel mätte det exakta avståndet till stjärnan 61 Cygni. När Bessel beskrev den enorma siffra han fick fram skrev han att ”ljuset behöver 10,3 år för att korsa detta avstånd”. Det är det närmaste man kan komma ett specifikt ögonblick då det specifika begreppet ljusår föddes.
Inom ett par decennier var ljusåret vanligt förekommande i populärvetenskapliga skrifter. Men Arenou säger att professionella astronomer länge motsatte sig att använda begreppet – och det av en överraskande anledning. De ansåg att ljusåret inte var tillräckligt vetenskapligt, eftersom det inte kan mätas direkt.
Hur mäter astronomer avstånd i ljusår?
Bessel räknade avståndet till 61 Cygni genom att observera dess parallax, den skenbara fram- och återgående rörelsen på himlen som orsakas av jordens rörelse runt solen.
Parallax är fortfarande ett av astronomernas mest kraftfulla verktyg för att mäta avstånd. Europeiska rymdorganisationen spenderade 650 miljoner euro (750 miljoner dollar) på rymdteleskopet Gaia, som för närvarande använder parallax för att mäta avstånden till mer än en miljard stjärnor i vår galax.
Bortom Vintergatan, där parallaxerna är för små till och med för att Gaia ska kunna upptäcka dem, beräknar astronomer avstånden genom att observera vissa typer av variabla stjärnor eller lysande supernovaexplosioner. Dessa metoder är dock fortfarande beroende av parallaxmätningar som referenspunkt.
Då deras arbete är så djupt förankrat i parallax använder astronomer vanligen en andra avståndsenhet, parsec (”parallax arc-second”, en liten vinkel). En parsec motsvarar 3,26 ljusår. Ibland är parsec mer vetenskapligt relevant, men forskare byter ofta mellan de två termerna utan någon uppenbar anledning förutom stilen.
Olyckligtvis låter ”sec” i parsec som en tidsenhet, vilket leder till mer förvirring. I filmen ”Star Wars: A New Hope” från 1977 skryter Han Solo med att han ”klarade Kessel Run på mindre än 12 parsec”. Star Wars-fans har gjort knutar på sig själva för att försöka förklara detta uppenbara misstag. Det är bättre att hålla sig till ljusåret. Det är all astronomi du behöver – och du kan också pröva på tidsresor.
Vill du ha fler berättelser om astronomi?
- Vad är en dvärgplanet?
- ”Spökmånar” upptäckta i omloppsbana runt jorden
- Enormt stor ”planet” har ett magnetfält som forskarna inte kan förklara
Följ NBC NEWS MACH PÅ TWITTER, FACEBOOK OCH INSTAGRAM.