La distance parcourue par la lumière en 1 an. Année lumière

Quel que soit le style de vie que nous menons, quoi que nous fassions, d’une manière ou d’une autre, nous utilisons chaque jour certaines unités de mesure. Nous demandons un verre d'eau, chauffons notre petit-déjeuner à une certaine température, estimons visuellement la distance à parcourir à pied jusqu'au bureau de poste le plus proche, organisons un rendez-vous à une certaine heure, etc. Toutes ces actions nécessitent

Pas seulement des calculs, mais aussi une certaine mesure de diverses catégories numériques : distance, quantité, poids, temps et autres. Dans notre la vie quotidienne nous utilisons régulièrement des chiffres. Et nous sommes habitués depuis longtemps à ces chiffres, comme à une sorte d'instrument. Mais que se passe-t-il lorsque nous sortons de notre zone de confort quotidienne et rencontrons des valeurs numériques qui nous sont inhabituelles ? Dans cet article, nous parlerons des figures fantastiques de l'Univers.

Espaces universels

Encore plus étonnamment la situation avec les distances cosmiques. Nous connaissons parfaitement les kilomètres jusqu'à la ville voisine et même de Moscou à New York. Mais il est difficile de visualiser les distances lorsqu’on considère l’échelle des amas d’étoiles. C'est maintenant que nous aurons besoin de ce qu'on appelle l'année-lumière. Après tout, même entre les étoiles voisines, les distances sont extrêmement grandes et les mesurer en kilomètres ou en miles est tout simplement irrationnel. Et ici, il ne s'agit pas seulement de la difficulté de percevoir les énormes nombres qui en résultent, mais du nombre de leurs zéros. Cela devient un problème d'écrire le numéro. Par exemple, la distance entre la Terre et Mars pendant la période d'approche la plus proche est de 55,7 millions de kilomètres. Une valeur avec six zéros. Mais Mars est l’un de nos plus proches voisins cosmiques ! La distance jusqu’à l’étoile la plus proche autre que le Soleil sera des millions de fois plus grande. Et puis, que nous le mesurions en kilomètres ou en miles, les astronomes devraient passer des heures de leur temps à enregistrer ces quantités gigantesques. Une année-lumière a résolu ce problème. La solution était assez ingénieuse.

À quoi équivaut une année-lumière ?

Au lieu d'inventer une nouvelle unité de mesure, qui est la somme d'unités d'un ordre plus petit (comme cela arrive avec les millimètres, les centimètres, les mètres, les kilomètres), il a été décidé de lier la distance au temps. En fait, le fait que le temps soit aussi un champ physique influençant les événements est plus

De plus, interconnectée et convertible avec l'espace, elle a été découverte par Albert Einstein et prouvée à travers sa théorie de la relativité. La vitesse de la lumière est devenue constante. Et le passage d'une certaine distance par un faisceau lumineux par unité de temps a donné de nouvelles grandeurs spatiales physiques : seconde-lumière, minute-lumière, jour-lumière, mois-lumière, année-lumière. Par exemple, par seconde, un faisceau de lumière (dans l'espace - vide) parcourt une distance d'environ 300 000 kilomètres. Il est facile de calculer qu’une année-lumière équivaut à environ 9,46 * 10 15. Donc, la distance de la Terre au plus proche corps cosmique, La Lune dure un peu plus d'une seconde-lumière et le Soleil dure environ huit minutes-lumière. Les corps les plus extérieurs du système solaire idées modernes orbite à une distance d’une année-lumière. La prochaine étoile la plus proche de nous, ou plutôt un système de étoile double, Alpha et Proxima Centauri, si loin que même leur lumière atteint nos télescopes seulement quatre ans après leur lancement. Et ce sont toujours les corps célestes les plus proches de nous. La lumière provenant de l’autre extrémité de la Voie lactée met plus de cent mille ans pour nous parvenir.

En explorant leur propre planète, au fil des centaines d'années, les gens ont inventé de plus en plus de nouveaux systèmes pour mesurer les segments de distance. En conséquence, il a été décidé de considérer le mètre comme unité universelle de longueur et de mesurer la longue distance en kilomètres.

Mais l’avènement du XXe siècle a posé à l’humanité un nouveau problème. Les gens ont commencé à étudier attentivement l'espace - et il s'est avéré que l'immensité de l'Univers est si vaste que les kilomètres ne conviennent tout simplement pas ici. En unités conventionnelles, vous pouvez toujours exprimer la distance de la Terre à la Lune ou de la Terre à Mars. Mais si vous essayez de déterminer à combien de kilomètres se trouve l'étoile la plus proche de notre planète, le nombre « envahit » d'un nombre inimaginable de décimales.

À quoi équivaut 1 année-lumière ?

Il est devenu évident qu'une nouvelle unité de mesure était nécessaire pour explorer les espaces de l'espace - et l'année-lumière l'est devenue. En une seconde, la lumière parcourt 300 000 kilomètres. Année lumière - c'est la distance que la lumière parcourra en exactement un an - et traduite dans un système numérique plus familier, cette distance est égale à 9 460 730 472 580,8 kilomètres. Il est clair qu'il est beaucoup plus pratique d'utiliser le laconique «une année-lumière» que d'utiliser à chaque fois ce chiffre énorme dans les calculs.

De toutes les étoiles, Proxima Centauri est la plus proche de nous : elle se trouve à « seulement » 4,22 années-lumière. Bien entendu, en termes de kilomètres, le chiffre sera incroyablement énorme. Cependant, tout s'apprend par comparaison : si l'on considère que la galaxie la plus proche appelée Andromède se trouve à 2,5 millions d'années-lumière de la Voie lactée, l'étoile mentionnée ci-dessus commence vraiment à ressembler à une voisine très proche.

À propos, l'utilisation des années-lumière aide les scientifiques à comprendre dans quels coins de l'Univers il est logique de rechercher une vie intelligente et où l'envoi de signaux radio est totalement inutile. Après tout, la vitesse d'un signal radio est similaire à la vitesse de la lumière. Par conséquent, un message d'accueil envoyé vers une galaxie lointaine n'atteindra sa destination qu'après des millions d'années. Il est plus raisonnable d’attendre une réponse de la part de « voisins » plus proches – des objets dont les signaux de réponse hypothétiques parviendront aux appareils terrestres au moins au cours de la vie d’une personne.

1 année-lumière représente combien d’années terrestres ?

Répandu avis erroné que l'année lumière est une unité de temps. En fait, ce n'est pas vrai. Le terme n'a rien à voir avec les années terrestres, n'a aucune corrélation avec elles et fait uniquement référence à la distance parcourue par la lumière au cours d'une année terrestre.

D’une manière ou d’une autre, dans notre vie quotidienne, nous mesurons les distances : jusqu’au supermarché le plus proche, jusqu’à la maison d’un proche dans une autre ville, etc. Cependant, lorsqu’il s’agit de l’immensité de l’espace, il s’avère qu’utiliser des valeurs familières comme les kilomètres est extrêmement irrationnel. Et le problème ici n'est pas seulement la difficulté de percevoir les valeurs gigantesques qui en résultent, mais le nombre de nombres qu'elles contiennent. Même écrire autant de zéros deviendra un problème. Par exemple, la distance la plus courte entre Mars et la Terre est de 55,7 millions de kilomètres. Six zéros ! Mais la planète rouge est l’une de nos plus proches voisines dans le ciel. Comment utiliser les nombres fastidieux qui résultent du calcul de la distance, même jusqu'aux étoiles les plus proches ? Et maintenant, nous avons besoin d’une valeur telle qu’une année-lumière. A combien est-ce égal ? Voyons cela maintenant.

Le concept d'année-lumière est également étroitement lié à la physique relativiste, dans laquelle la connexion étroite et la dépendance mutuelle de l'espace et du temps ont été établies au début du XXe siècle, lorsque les postulats de la mécanique newtonienne se sont effondrés. Avant cette valeur de distance, les unités à plus grande échelle dans le système

se sont formés tout simplement : chacun des suivants était un ensemble d'unités d'un ordre plus petit (centimètres, mètres, kilomètres, etc.). Dans le cas d’une année-lumière, la distance était liée au temps. Science moderne On sait que la vitesse de propagation de la lumière dans le vide est constante. De plus, c'est la vitesse maximale dans la nature qui est autorisée dans la physique relativiste moderne. Ce sont ces idées qui ont constitué la base du nouveau sens. Une année-lumière est égale à la distance parcourue par un rayon de lumière au cours d’une année civile terrestre. En kilomètres, cela fait environ 9,46 * 10 15 kilomètres. Fait intéressant, un photon parcourt la distance jusqu’à la Lune la plus proche en 1,3 seconde. Nous sommes à environ huit minutes du soleil. Mais l’étoile la plus proche, Alpha, se trouve déjà à environ quatre années-lumière.

Juste une distance fantastique. Il existe une mesure d’espace encore plus grande en astrophysique. Une année-lumière équivaut à environ un tiers de parsec, une unité de mesure encore plus grande des distances interstellaires.

Vitesse de propagation de la lumière dans différentes conditions

À propos, il existe également une fonctionnalité selon laquelle les photons peuvent à des vitesses différentes se propagent dans différents environnements. Nous savons déjà à quelle vitesse ils volent dans le vide. Et quand ils disent qu’une année-lumière est égale à la distance parcourue par la lumière en une année, ils parlent d’un espace vide. Cependant, il est intéressant de noter que dans d’autres conditions, la vitesse de la lumière peut être inférieure. Par exemple, dans l’air, les photons se diffusent à une vitesse légèrement inférieure à celle du vide. Lequel dépend de l’état spécifique de l’atmosphère. Ainsi, dans un environnement rempli de gaz, l’année-lumière serait un peu plus petite. Cependant, cela ne différerait pas sensiblement de celui accepté.

Sûrement, après avoir entendu dans un film d'action de science-fiction une expression à la "vingt pour Tatooine années-lumière", beaucoup se posaient des questions légitimes. Je vais en mentionner quelques-uns :

N'est-ce pas qu'un an est une fois ?

Alors qu'est-ce que c'est année lumière?

Cela fait combien de kilomètres ?

Combien de temps faudra-t-il pour surmonter année lumière vaisseau spatial Avec Terre?

J'ai décidé de consacrer l'article d'aujourd'hui à expliquer la signification de cette unité de mesure, en la comparant avec nos kilomètres habituels et en démontrant l'échelle à laquelle elle fonctionne. Univers.

Coureur virtuel.

Imaginons une personne, en violation de toutes les règles, se précipitant sur une autoroute à une vitesse de 250 km/h. En deux heures, il parcourra 500 km, et en quatre, jusqu'à 1000. À moins, bien sûr, qu'il ne tombe en panne au passage...

Il semblerait que ce soit la vitesse ! Mais pour faire le tour de l'ensemble globe(≈ 40 000 km), notre coureur aura besoin de 40 fois plus de temps. Et cela fait déjà 4 x 40 = 160 heures. Soit presque une semaine entière de conduite continue !

Au final, on ne dira cependant pas qu’il a parcouru 40 000 000 de mètres. Parce que la paresse nous a toujours obligé à inventer et à utiliser des unités de mesure alternatives plus courtes.

Limite.

D'après un cours de physique à l'école, tout le monde devrait savoir que le coureur le plus rapide de Univers- lumière. En une seconde, son faisceau couvre une distance d'environ 300 000 km et fera ainsi le tour du globe en 0,134 seconde. C'est 4 298 507 fois plus rapide que notre pilote virtuel !

Depuis Terreà Lune la lumière atteint en moyenne 1,25 s, jusqu'à Soleil son faisceau atteindra dans un peu plus de 8 minutes.

Colossal, n'est-ce pas ? Mais l’existence de vitesses supérieures à la vitesse de la lumière n’est pas encore prouvée. C'est pourquoi monde scientifique J'ai décidé qu'il serait logique de mesurer échelle cosmique en unités qu'une onde radio passe sur certains intervalles de temps (ce qu'est la lumière, en particulier).

Distances.

Ainsi, année lumière- rien de plus que la distance parcourue par un rayon de lumière en un an. À l'échelle interstellaire, utiliser des unités de distance plus petites que cela n'a pas beaucoup de sens. Et pourtant ils sont là. Voici leurs valeurs approximatives :

1 seconde lumière ≈ 300 000 km ;

1 minute-lumière ≈ 18 000 000 km ;

1 heure-lumière ≈ 1 080 000 000 km ;

1 jour-lumière ≈ 26 000 000 000 km ;

1 semaine-lumière ≈ 181 000 000 000 km ;

1 mois-lumière ≈ 790 000 000 000 km.

Maintenant, pour que vous compreniez d’où viennent les nombres, calculons à quoi un est égal. année lumière.

Il y a 365 jours dans une année, 24 heures dans une journée, 60 minutes dans une heure et 60 secondes dans une minute. Ainsi, une année comprend 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 secondes. En une seconde, la lumière parcourt 300 000 km. Ainsi, en un an, son faisceau couvrira une distance de 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km.

Ce numéro se lit ainsi : NEUF MILLIARDS QUATRE CENT SOIXANTE MILLIARDS HUIT CENT MILLIONS kilomètres.

Bien sûr, la signification exacte années-lumière légèrement différent de ce que nous avons calculé. Mais lors de la description des distances aux étoiles dans des articles scientifiques populaires, la plus grande précision n'est, en principe, pas nécessaire, et cent ou deux millions de kilomètres ne joueront pas ici un rôle particulier.

Continuons maintenant nos expériences de pensée...

Échelle.

Supposons que moderne vaisseau spatial feuilles système solaire avec la troisième vitesse de fuite (≈ 16,7 km/s). D'abord année lumière il la surmontera dans 18 000 ans !

4,36 années-lumièreà celui le plus proche de nous système stellaire (Alpha Centaure, voir l'image au début) il vaincra dans environ 78 mille ans !

Notre galaxie Voie lactée , ayant un diamètre d'environ 100 000 années-lumière, il la traversera dans 1 milliard 780 millions d'années.