Quelle est la durée d’une année-lumière ? Année-lumière et échelle cosmique

Afin de comprendre le sens de la notion d’« année-lumière », il faut d’abord rappeler le cours de physique scolaire, notamment la section qui concerne la vitesse de la lumière. Ainsi, la vitesse de la lumière dans le vide, où elle n'est pas influencée divers facteurs, comme la gravitation et champs magnétiques, particules en suspension, réfraction d'un milieu transparent, etc., est de 299 792,5 kilomètres par seconde. Vous devez comprendre que dans ce cas, par lumière, nous entendons la perception vision humaine.

Les unités de distance les moins connues sont le mois-lumière, la semaine, le jour, l'heure, la minute et la seconde.

Pendant longtemps, la lumière a été considérée comme une quantité infinie et le premier à avoir calculé la vitesse approximative des rayons lumineux dans le vide fut l'astronome Olaf Roemer au milieu du XVIIe siècle. Bien sûr, ses données étaient très approximatives, mais le fait même de déterminer valeur finale vitesse. En 1970, la vitesse de la lumière était déterminée à un mètre par seconde près. Des résultats plus précis n'ont pas encore été obtenus, car des problèmes sont survenus avec l'erreur de l'étalon du compteur.

Année-lumière et autres distances

Les distances étant énormes, les mesurer dans des unités conventionnelles serait irrationnel et peu pratique. Sur la base de ces considérations, une année spéciale a été introduite - l'année-lumière, c'est-à-dire la distance parcourue par la lumière au cours de l'année dite julienne (égale à 365,25 jours). En considérant que chaque jour contient 86 400 secondes, on peut calculer qu'en une année un rayon de lumière parcourt une distance d'un peu plus de 9,4 kilomètres. Cette valeur semble énorme, cependant, par exemple, la distance à l'étoile la plus proche de la Terre, Proxima Centauri, est de 4,2 ans, et le diamètre de la galaxie voie Lactée dépasse 100 000 années-lumière, c'est-à-dire que les observations visuelles qui peuvent être faites aujourd'hui reflètent une image qui existait il y a environ cent mille ans.

Un rayon de lumière parcourt la distance entre la Terre et la Lune en une seconde environ, mais lumière du soleil Il faut plus de huit minutes pour atteindre notre planète.

En astrophysique professionnelle, le concept Années lumière rarement utilisé. Les scientifiques utilisent principalement des unités telles que le parsec et l'unité astronomique. Un parsec est la distance jusqu'au point imaginaire à partir duquel le rayon de l'orbite terrestre est vu sous un angle d'une seconde d'arc (1/3600 de degré). Le rayon moyen de l'orbite, c'est-à-dire la distance entre la Terre et le Soleil, est appelé unité astronomique. Un parsec équivaut à environ trois années-lumière ou 30,8 billions de kilomètres. Une unité astronomique équivaut approximativement à 149,6 millions de kilomètres.

D'une manière ou d'une autre, dans mon Vie courante 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 différentes vitesses 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.

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 se réfère exclusivement à la distance parcourue par la lumière au cours d'une année terrestre.

Échelles de distance galactique

Année-lumière ( St. G., ly) est une unité de longueur extra-système égale à la distance parcourue par la lumière en un an.

Plus précisément, selon la définition de l'Internationale union astronomique(IAU) l'année-lumière est égale à la distance parcourue par la lumière dans le vide, non affectée par les champs gravitationnels, en une année julienne (égale par définition à 365,25 jours standards de 86 400 secondes SI, ou 31 557 600 secondes). C’est cette définition qui est recommandée dans la littérature scientifique populaire. Dans la littérature professionnelle, les parsecs et les multiples d'unités (kilo et mégaparsecs) sont généralement utilisés à la place des années-lumière pour exprimer de grandes distances.

Auparavant (avant 1984), une année-lumière était le nom donné à la distance praticable à la lumière pour une année tropicale affectée à l'époque 1900.0. La nouvelle définition diffère de l'ancienne d'environ 0,002 %. Étant donné que cette unité de distance n'est pas utilisée pour les mesures de haute précision, il n'y a aucune différence pratique entre l'ancienne et la nouvelle définition.

Valeurs numériques

Une année-lumière équivaut à :

• 9 460 730 472 580 800 mètres (environ 9,46 pétamètres)
• 63 241,077 unités astronomiques (UA)
• 0,306601 parsec

Unités associées

Les unités suivantes sont utilisées assez rarement, généralement uniquement dans les publications populaires :

• 1 seconde lumière = 299 792,458 km (exact)
• 1 minute-lumière ≈ 18 millions de km
• 1 heure-lumière ≈ 1079 millions de km
• 1 jour-lumière ≈ 26 milliards de km
• 1 semaine-lumière ≈ 181 milliards de km
• 1 mois-lumière ≈ 790 milliards de km

Distance en années-lumière

L’année lumière est pratique pour représenter qualitativement les échelles de distance en astronomie.

Échelle	Valeur (St. années)	Description
Secondes	4 10 −8	La distance moyenne à parcourir est d'environ 380 000 km. Cela signifie qu’un faisceau de lumière émis depuis la surface mettra environ 1,3 seconde pour atteindre la surface de la Lune.
minutes	1,6·10−5	Une unité astronomique équivaut à environ 150 millions de kilomètres. Ainsi, la lumière atteint la Terre en 500 secondes environ (8 minutes 20 secondes).
Montre	0,0006	La distance moyenne du Soleil est d'environ 5 heures-lumière.
	0,0016	Les appareils Pioneer et les séries volant au-delà, environ 30 ans après leur lancement, se sont éloignés d'une distance d'environ une centaine d'unités astronomiques du Soleil, et leur temps de réponse aux demandes de la Terre est d'environ 14 heures.
Année	1,6	Le bord intérieur de l'hypothèse se situe à 50 000 a. e. du Soleil, et celui extérieur - 100 000 a. e. Il faudra environ un an et demi à la lumière pour parcourir la distance entre le Soleil et le bord extérieur du nuage.
	2,0	Le rayon maximum de la région d’influence gravitationnelle du Soleil (« Hill Spheres ») est d’environ 125 000 UA. e.
	4,2	La plus proche de nous (sans compter le Soleil), Proxima Centauri, est située à une distance de 4,2 années-lumière. de l'année.
Millénaire	26 000	Le centre de notre Galaxie est situé à environ 26 000 années-lumière du Soleil.
	100 000	Le diamètre de notre disque est de 100 000 années-lumière.
Des millions d'années	2,5 10 6	Le M31 le plus proche de nous, le fameux, se trouve à 2,5 millions d'années-lumière de nous.
	3.14 10 6	(M33) est situé à 3,14 millions d’années-lumière et est l’objet stationnaire le plus éloigné visible à l’œil nu.
	5,8 10 7	Le plus proche, l’amas de la Vierge, se trouve à 58 millions d’années-lumière de nous.
	Des dizaines de millions d'années-lumière	La taille caractéristique des amas de galaxies par diamètre.
	1,5 10 8 - 2,5 10 8	L’anomalie gravitationnelle du « Grand Attracteur » est située à une distance de 150 à 250 millions d’années-lumière de nous.
Des milliards d'années	1.2 10 9	La Grande Muraille de Sloan est l'une des plus grandes formations du monde, ses dimensions sont d'environ 350 Mpc. Il faudra environ un milliard d’années pour que la lumière voyage d’un bout à l’autre.
	1,4 10 10	La taille de la région causalement connectée de l’Univers. Elle est calculée à partir de l'âge de l'Univers et de la vitesse maximale de transmission de l'information - la vitesse de la lumière.
	4,57 10 10	La distance qui l'accompagne entre la Terre et le bord de l'Univers observable dans n'importe quelle direction ; rayon d'accompagnement de l'Univers observable (dans le cadre du modèle cosmologique standard Lambda-CDM).



Le 22 février 2017, la NASA a signalé la découverte de 7 exoplanètes autour de l’étoile unique TRAPPIST-1. Trois d’entre eux se situent dans la plage de distances de l’étoile dans laquelle la planète peut avoir de l’eau liquide, et l’eau est une condition essentielle à la vie. Il est également rapporté que cela système stellaire est situé à 40 années-lumière de la Terre.

Ce message a fait beaucoup de bruit dans les médias ; certains pensaient même que l'humanité était sur le point de construire de nouvelles colonies à proximité. nova, mais ce n'est pas vrai. Mais 40 années-lumière, c'est beaucoup, c'est BEAUCOUP, c'est trop de kilomètres, c'est-à-dire c'est une distance monstrueusement colossale !

D'un cours de physique, la troisième vitesse de fuite est connue - c'est la vitesse qu'un corps doit avoir à la surface de la Terre pour dépasser les limites système solaire. La valeur de cette vitesse est de 16,65 km/sec. Orbitale conventionnelle vaisseaux spatiaux démarrez à une vitesse de 7,9 km/sec et tournez autour de la Terre. En principe, une vitesse de 16 à 20 km/sec est tout à fait accessible aux technologies terrestres modernes, mais pas plus !

L’humanité n’a pas encore appris à accélérer les vaisseaux spatiaux à une vitesse supérieure à 20 km/s.

Calculons combien d'années il faudra à un vaisseau volant à une vitesse de 20 km/sec pour parcourir 40 années-lumière et atteindre l'étoile TRAPPIST-1.
Une année-lumière correspond à la distance parcourue par un faisceau de lumière dans le vide, et la vitesse de la lumière est d'environ 300 000 km/s.

Un vaisseau spatial fabriqué par l'homme vole à une vitesse de 20 km/sec, soit 15 000 fois plus lente que la vitesse de la lumière. Un tel navire parcourra 40 années-lumière en un temps égal à 40*15 000=600 000 ans !

Un vaisseau terrestre (au niveau technologique actuel) atteindra l'étoile TRAPPIST-1 dans environ 600 000 ans ! L'Homo sapiens n'existe sur Terre (selon les scientifiques) que depuis 35 à 40 000 ans, mais ici, cela fait jusqu'à 600 000 ans !

Dans un futur proche, la technologie ne permettra pas aux humains d’atteindre l’étoile TRAPPIST-1. Même les moteurs prometteurs (ion, photon, voiles spatiales, etc.), qui n'existent pas dans la réalité terrestre, sont estimés capables d'accélérer le navire jusqu'à une vitesse de 10 000 km/sec, ce qui signifie que le temps de vol jusqu'au TRAPPIST -1 système sera réduit à 120 ans. C'est déjà une période plus ou moins acceptable pour le vol en animation suspendue ou pour plusieurs générations d'immigrés, mais aujourd'hui tous ces moteurs sont fantastiques.

Même les étoiles les plus proches sont encore trop loin des gens, trop loin, sans parler des étoiles de notre Galaxie ou d'autres galaxies.

Le diamètre de notre galaxie, la Voie lactée, est d'environ 100 000 années-lumière, c'est-à-dire que le voyage d'un bout à l'autre d'un vaisseau terrestre moderne sera de 1,5 milliard d'années ! La science suggère que notre Terre a 4,5 milliards d’années et que la vie multicellulaire a environ 2 milliards d’années. La distance jusqu'à la galaxie la plus proche de nous - la nébuleuse d'Andromède - à 2,5 millions d'années-lumière de la Terre - quelles distances monstrueuses !

Comme vous pouvez le constater, parmi tous les humains vivant aujourd’hui, personne ne mettra jamais les pieds sur la terre d’une planète proche d’une autre étoile.