Kosmisia etäisyyksiä on vaikea mitata tavallisilla metreillä ja kilometreillä, joten tähtitieteilijät käyttävät työssään muita fyysisiä yksiköitä. Yhtä niistä kutsutaan valovuodeksi.

Monet fantasiafanit tuntevat tämän käsitteen hyvin, koska se esiintyy usein elokuvissa ja kirjoissa. Mutta kaikki eivät tiedä, mikä valovuosi on, ja jotkut jopa ajattelevat, että se on samanlainen kuin tavallinen vuotuinen ajan laskenta.

Mikä on valovuosi?

Todellisuudessa valovuosi ei ole ajan yksikkö, kuten voisi olettaa, vaan tähtitiedessä käytetty pituusyksikkö. Se tarkoittaa valon yhden vuoden aikana kulkemaa matkaa.

Sitä käytetään yleensä tähtitieteen oppikirjoissa tai populaarissa tieteiskirjallisuudessa määrittämään pituudet aurinkokunnan sisällä. Tarkempia matemaattisia laskelmia tai etäisyyksien mittaamista varten universumissa otetaan toinen yksikkö - .

Valovuoden ilmestyminen tähtitieteessä yhdistettiin tähtitieteen kehitykseen ja tarpeeseen käyttää avaruuden mittakaavaan verrattavia parametreja. Konsepti otettiin käyttöön useita vuosia sen jälkeen, kun vuonna 1838 mitattiin ensimmäinen onnistunut Auringon ja tähti 61 Cygni välinen etäisyys.

Alun perin valovuosi oli matka, jonka valo kulki yhden trooppisen vuoden aikana, eli ajanjaksossa, joka vastaa vuodenaikojen täyttä kiertokulkua. Vuodesta 1984 lähtien kuitenkin alettiin käyttää Juliaanista vuotta (365,25 päivää), minkä seurauksena mittaukset tarkentuivat.

Miten valon nopeus määritetään?

Valovuoden laskemiseksi tutkijoiden oli ensin määritettävä valon nopeus. Tähtitieteilijät uskoivat kerran, että säteiden leviäminen avaruudessa oli hetkellistä, mutta 1600-luvulla tätä päätelmää alettiin kyseenalaistaa.

Ensimmäiset laskuyritykset teki Galileo Gallilei, joka päätti laskea ajan, joka kuluu valolle 8 kilometrin matkaan. Hänen tutkimuksensa epäonnistui. James Bradley onnistui laskemaan likimääräisen arvon vuonna 1728, joka määritti nopeudeksi 301 tuhatta km/s.

Mikä on valon nopeus?

Huolimatta siitä, että Bradley teki melko tarkkoja laskelmia, he pystyivät määrittämään tarkan nopeuden vasta 1900-luvulla käyttämällä nykyaikaisia lasertekniikoita. Edistyneet laitteet mahdollistivat säteiden taitekertoimeen korjattujen laskelmien tekemisen, jolloin arvoksi saatiin 299 792,458 kilometriä sekunnissa.

Tähtitieteilijät käyttävät näitä lukuja tähän päivään asti. Myöhemmin yksinkertaiset laskelmat auttoivat määrittämään tarkasti ajan, jonka säteet tarvitsivat lentääkseen maapallon kiertoradalla ilman gravitaatiokenttien vaikutusta niihin.

Vaikka valon nopeus ei ole verrattavissa maanpäällisiin etäisyyksiin, sen käyttö laskelmissa selittyy sillä, että ihmiset ovat tottuneet ajattelemaan "maallisissa" luokissa.

Mitä valovuosi on yhtä suuri?

Jos otetaan huomioon, että valosekunti on 299 792 458 metriä, on helppo laskea, että valo kulkee 17 987 547 480 metriä minuutissa. Yleensä astrofyysikot käyttävät näitä tietoja etäisyyksien mittaamiseen planeettajärjestelmien sisällä.

Taivaankappaleiden tutkimiseksi universumin mittakaavassa on paljon kätevämpää ottaa perustaksi valovuosi, joka vastaa 9,460 biljoonaa kilometriä tai 0,306 parsekkia. Kosmisen ruumiin tarkkaileminen on ainoa tapaus, jossa ihminen voi nähdä menneisyyden omin silmin.

Kaukaisen tähden lähettämän valon saavuttaminen Maahan kestää useita vuosia. Tästä syystä kosmisia esineitä tarkasteltaessa et näe niitä sellaisina kuin ne ovat tällä hetkellä, vaan sellaisina kuin ne olivat valon säteilyn hetkellä.

Esimerkkejä etäisyyksistä valovuosina

Säteiden liikenopeuden laskemiskyvyn ansiosta tähtitieteilijät pystyivät laskemaan etäisyyden valovuosina moniin taivaankappaleisiin. Siten etäisyys planeetaltamme Kuuhun on 1,3 valosekuntia, Proxima Centauriin - 4,2 valovuotta, Andromedan sumuun - 2,5 miljoonaa valovuotta.

Auringon ja galaksimme keskustan välinen etäisyys vie säteet noin 26 tuhatta valovuotta ja Auringon ja Pluton välinen etäisyys - 5 valotuntia.

NASA ilmoitti 22. helmikuuta 2017, että yhden tähden TRAPPIST-1:n ympäriltä löydettiin 7 eksoplaneettaa. Kolme niistä on sellaisilla etäisyyksillä tähdestä, jolla planeetalla voi olla nestemäistä vettä, ja vesi on elämän avainedellytys. On myös raportoitu, että tämä tähtijärjestelmä sijaitsee 40 valovuoden etäisyydellä Maasta.

Tämä viesti aiheutti paljon melua tiedotusvälineissä, jotkut jopa ajattelivat, että ihmiskunta oli askeleen päässä uusien siirtokuntien rakentamisesta uuden tähden lähelle, mutta näin ei ole. Mutta 40 valovuotta on paljon, se on PALJON, se on liian monta kilometriä, eli se on hirvittävän kolossaali etäisyys!

Fysiikan kurssista tunnetaan kolmas pakonopeus - tämä on nopeus, joka kappaleella on oltava maan pinnalla päästäkseen aurinkokunnan ulkopuolelle. Tämän nopeuden arvo on 16,65 km/s. Perinteiset kiertorata-avaruusalukset nousevat 7,9 km/s nopeudella ja kiertävät maata. Periaatteessa nopeus 16-20 km/s on täysin saavutettavissa nykyaikaisille maallisille teknologioille, mutta ei sen enempää!

Ihmiskunta ei ole vielä oppinut kiihdyttämään avaruusaluksia nopeammin kuin 20 km/s.

Lasketaan kuinka monta vuotta 20 km/s nopeudella lentävällä tähtialuksella kestää 40 valovuoden matkaa ja saavuttaa tähti TRAPPIST-1.
Yksi valovuosi on etäisyys, jonka valonsäde kulkee tyhjiössä ja valon nopeus on noin 300 tuhatta km/s.

Ihmisen valmistama avaruusalus lentää 20 km/s nopeudella eli 15 000 kertaa valon nopeutta hitaammin. Tällainen alus kattaa 40 valovuotta ajassa, joka on 40*15000=600000 vuotta!

Maan alus (nykyisellä tekniikan tasolla) saavuttaa TRAPPIST-1-tähden noin 600 tuhannessa vuodessa! Homo sapiens on ollut maan päällä (tutkijoiden mukaan) vain 35-40 tuhatta vuotta, mutta täällä se on jopa 600 tuhatta vuotta!

Lähitulevaisuudessa teknologia ei salli ihmisten saavuttaa tähti TRAPPIST-1. Jopa lupaavien moottoreiden (ioni, fotoni, kosmiset purjeet jne.), joita ei ole olemassa maallisessa todellisuudessa, arvioidaan pystyvän kiihdyttämään laivan nopeuteen 10 000 km/s, mikä tarkoittaa, että lentoaika TRAPPISTiin -1 järjestelmä lyhennetään 120 vuoteen. Tämä on jo enemmän tai vähemmän hyväksyttävä aika lennon keskeytettyä animaatiota käyttäen tai useille maahanmuuttajien sukupolville, mutta nykyään kaikki nämä moottorit ovat fantastisia.

Jopa lähimmät tähdet ovat liian kaukana ihmisistä, liian kaukana, galaksimme tai muiden galaksiemme tähdistä puhumattakaan.

Linnunrata-galaksimme halkaisija on noin 100 tuhatta valovuotta, eli nykyaikaisen maa-aluksen matka päästä päähän on 1,5 miljardia vuotta! Tieteen mukaan maapallomme on 4,5 miljardia vuotta vanha ja monisoluinen elämä noin 2 miljardia vuotta vanha. Etäisyys meitä lähimpään galaksiin - Andromeda-sumuon - 2,5 miljoonan valovuoden päässä Maasta - mitä hirveitä etäisyyksiä!

Kuten näette, kaikista elävistä ihmisistä kukaan ei koskaan astu jalkansa planeetan maahan lähellä toista tähteä.

Varmasti, kun olen kuullut jostain tieteis-toimintaelokuvasta ilmaisun a la "kaksikymmentä Tatooinelle valovuodet", monet kysyivät oikeutettuja kysymyksiä. Mainitsen joitain niistä:

Eikö vuosi ole aikaa?

Mikä se sitten on valovuosi?

Kuinka monta kilometriä se on?

Kuinka kauan kestää voittaa valovuosi avaruusalus kanssa Maapallo?

Päätin omistaa tämän päivän artikkelin tämän mittayksikön merkityksen selittämiseen, sen vertailuun tavallisiin kilometreihin ja sen toiminta-asteikon osoittamiseen. Universumi.

Virtuaalinen kilpailija.

Kuvitellaan, että ihminen, joka rikkoo kaikkia sääntöjä, ryntää moottoritiellä nopeudella 250 km/h. Kahdessa tunnissa se ajaa 500 km ja neljässä jopa 1000. Ellei se tietenkään kaadu kesken...

Vaikuttaa siltä, että tämä on nopeutta! Mutta voidakseen kiertää koko maapallon (≈ 40 000 km), kilpailijamme tarvitsee 40 kertaa enemmän aikaa. Ja tämä on jo 4 x 40 = 160 tuntia. Tai melkein koko viikon jatkuvaa ajoa!

Lopulta emme kuitenkaan sano, että hän kulki 40 000 000 metriä. Koska laiskuus on aina pakottanut meidät keksimään ja käyttämään lyhyempiä vaihtoehtoisia mittayksiköitä.

Raja.

Koulun fysiikan kurssilla kaikkien pitäisi tietää, että nopein ratsastaja Universumi- valo. Sen säde kattaa sekunnissa noin 300 000 km:n matkan, joten se kiertää maapallon 0,134 sekunnissa. Se on 4 298 507 kertaa nopeampi kuin virtuaalikilpailijamme!

From Maapallo ennen Kuu valo saavuttaa keskimäärin 1,25 s, jopa Aurinko sen säde ulottuu hieman yli 8 minuutissa.

Kolossaalia, eikö? Mutta valonnopeutta suurempien nopeuksien olemassaoloa ei ole vielä todistettu. Siksi tieteellinen maailma päätti, että olisi loogista mitata kosmiset mittakaavat yksiköissä, joita radioaalto (jota erityisesti valo on) kulkee tietyin aikavälein.

Etäisyydet.

Täten, valovuosi- ei muuta kuin matka, jonka valonsäde kulkee vuodessa. Tähtienvälisessä mittakaavassa tätä pienempien etäisyysyksiköiden käyttäminen ei ole kovin järkevää. Ja silti he ovat siellä. Tässä on niiden likimääräiset arvot:

1 valosekunti ≈ 300 000 km;

1 valominuutti ≈ 18 000 000 km;

1 valotunti ≈ 1 080 000 000 km;

1 valopäivä ≈ 26 000 000 000 km;

1 kevyt viikko ≈ 181 000 000 000 km;

1 valokuukausi ≈ 790 000 000 000 km.

Nyt, jotta ymmärrät, mistä numerot tulevat, lasketaan mikä yksi on yhtä suuri valovuosi.

Vuodessa on 365 päivää, vuorokaudessa 24 tuntia, tunnissa 60 minuuttia ja minuutissa 60 sekuntia. Näin ollen vuosi koostuu 365 x 24 x 60 x 60 = 31 536 000 sekunnista. Sekunnissa valo kulkee 300 000 km. Siksi sen säde kattaa vuodessa 31 536 000 x 300 000 = 9 460 800 000 000 km matkan.

Tämä numero kuuluu näin: yhdeksän biljoonaa, NELJASAATA KUUSIkymmentä MILJARDIA JA KAHDENSAADA MILJOONAA kilometriä.

Tietenkin tarkka merkitys valovuodet hieman erilainen kuin laskemme. Mutta kun kuvataan etäisyyksiä tähtiin populaaritieteellisissä artikkeleissa, suurinta tarkkuutta ei periaatteessa tarvita, eikä sadalla tai kahdella miljoonalla kilometrillä ole tässä erityistä roolia.

Jatketaan nyt ajatuskokeilujamme...

Mittakaava.

Oletetaan, että moderni avaruusalus lähtee aurinkokunta kolmannella pakonopeudella (≈ 16,7 km/s). Ensimmäinen valovuosi hän voittaa sen 18 000 vuodessa!

4,36 valovuodet meitä lähimpään tähtijärjestelmään ( Alfa Centauri, katso kuva alussa) se voittaa noin 78 tuhannessa vuodessa!

Meidän Linnunrata, jonka halkaisija on noin 100 000 valovuodet, se ylittää 1 miljardin 780 miljoonan vuoden kuluttua.

Ja isolle, joka on lähinnä meitä galaksit, avaruusalus saapuu vasta 36 miljardin vuoden kuluttua...

Nämä ovat piirakat. Mutta teoriassa jopa Universumi syntyi vasta 16 miljardia vuotta sitten...

Ja lopuksi...

Voidaan alkaa ihmetellä kosmista mittakaavaa jopa menemättä pidemmälle aurinkokunta, koska se itsessään on erittäin suuri. Tämän osoittivat erittäin hyvin ja selkeästi esimerkiksi projektin tekijät Jos Kuu olisivain 1 pikseli (Jos Kuu olisi vain yksi pikseli): http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html.

Luulen, että lopetan tämän päivän artikkelin tähän. Olen iloinen voidessani toivottaa kaikki kysymyksesi, kommenttisi ja toiveesi alla oleviin kommentteihin.

Jaa artikkelimme!

Valovuosi

Ihmiset tarvitsivat planeettaansa tutkiessaan erilaisia mittareita etäisyyksien ja segmenttien mittaamiseen. Aluksi pituusmitat olivat epätarkkoja, koska eri kansoilla oli omat mittausmenetelmänsä. Vasta vuonna 1791 ranskalaiset tiedemiehet ottivat käyttöön mittalaitteen, jota käytetään edelleenkin - mittarin (kreikan kielestä - "mitta").
Mutta 1900-luvun alussa ihmiset alkoivat kiinnittää huomionsa avaruustutkimukseen. Ja se tosiasia, että maailmankaikkeudella on uskomattomia etäisyyksiä, jo olemassa oleva metrijärjestelmä osoittautui sopimattomaksi niin suurten etäisyyksien mittaamiseen. On mahdollista mitata kilometreillä etäisyys planeetaltamme Kuuhun tai Marsiin, mutta jos mittaat etäisyydet muihin planeetoihin tai jopa tähtiin, luku sisältää uskomattoman määrän nollia.
Ja sitten tutkijat päättivät ottaa käyttöön termin "valovuodet".

Kuinka monta valovuotta se on?

Vain yhdessä sekunnissa valon fotonit kulkevat 300 tuhatta kilometriä. Valovuosi on kilometrien lukumäärä, jonka valo kulkee 12 kuukaudessa. Kilometreissä se on - 9 460 730 472 580,8 kilometriä ≈ 9,46 1015.
Tietenkin termin "valovuodet" käyttö on kätevämpää kuin valtavien kilometrien käyttäminen. Mutta tietysti on olemassa likimääräisiä arvoja:
1 valosekunti ≈ 300 tuhatta kilometriä.
1 valominuutti ≈ 18 miljoonaa kilometriä.
1 valotunti ≈ 1 080 000 000 kilometriä.
1 valopäivä ≈ 26 000 000 000 kilometriä.
1 kevyt viikko ≈ 181 000 000 000 kilometriä.
1 valokuukausi ≈ 790 000 000 000 kilometriä.

Kuinka paljon?

Oletetaan, että avaruusalus lentää kolmannella pakonopeudella (noin 16,8 kilometriä sekunnissa), sitten 18 tuhannen vuoden kuluttua alus lentää yhden valovuoden. Ja alus lentää Linnunrata-galaksimme läpi, jonka halkaisija on noin satatuhatta valovuotta, lähes 2 miljardissa vuodessa!
Aurinkoa lähinnä oleva tähti on Proxima Centauri. Se sijaitsee noin neljän valovuoden etäisyydellä. Jos lasket sen kilometreissä, luku osoittautuu erittäin suureksi.
Mutta jos vertaamme etäisyyttä Proxima Centaurista lähimpään galaksiin, Andromeda-sumuun, tähti osoittautuu hyvin lähellä, koska Andromeda sijaitsee kahden ja puolen miljoonan valovuoden päässä Linnunradalta. Avaruusalus pääsee sinne 35 miljardin vuoden kuluttua.

Mihin muuhun valovuodet ovat hyödyllisiä?

Valovuosien käyttäminen auttaa ymmärtämään, mistä maailmankaikkeudesta voimme yrittää löytää älykkäitä sivilisaatioita. Näin tiedemiehet päättävät, missä on järkevää lähettää radiosignaaleja ja minne ei.
Kuinka se toimii: valon nopeus on yhtä suuri kuin radiosignaalin nopeus, ja käy ilmi, että viestien lähettäminen sinne, missä ne saavuttavat tuhansien tai jopa miljardien vuosien kuluttua, on täysin hyödytöntä. On järkevää etsiä "naapureita" lähetetyn signaalin kautta, joka kestää vähintään yhden ihmiselämän.

Kuinka monta Maan vuotta on valovuosina?

On pohjimmiltaan virheellinen uskomus, että tämä termi mittaa aikaa. Valovuosi ei liity millään tavalla maalliseen aikaan eikä ole millään tavalla yhteydessä siihen. Se tarkoittaa vain mittaa etäisyyksistä, jotka valo kulkee yhden vuoden aikana maan päällä.

Galaktiset etäisyysasteikot

Valovuosi ( St. G., ly) on ylimääräinen järjestelmän pituusyksikkö, joka on yhtä suuri kuin valon yhdessä vuodessa kulkema matka.

Tarkemmin sanottuna Kansainvälisen tähtitieteellisen liiton (IAU) määritelmän mukaan valovuosi on yhtä suuri kuin etäisyys, jonka valo kulkee tyhjiössä, johon ei vaikuta gravitaatiokentät, yhdessä Juliaanisessa vuodessa (määritelmän mukaan 365,25 standardipäivää 86 400 SI sekuntia). tai 31 557 600 sekuntia). Juuri tätä määritelmää suositellaan käytettäväksi populaaritieteellisessä kirjallisuudessa. Ammatillisessa kirjallisuudessa suurten etäisyyksien ilmaisemiseen käytetään yleensä valovuosien sijaan parsekkeja ja yksiköiden kerrannaisia (kilo- ja megaparsekkeja).

Aikaisemmin (ennen vuotta 1984) valovuosi oli valon yhden trooppisen vuoden aikana kulkema etäisyys, joka määritettiin aikakaudelle 1900.0. Uusi määritelmä eroaa vanhasta noin 0,002 %. Koska tätä etäisyysyksikköä ei käytetä erittäin tarkkoihin mittauksiin, vanhan ja uuden määritelmän välillä ei ole käytännön eroa.

Numeeriset arvot

Valovuosi on yhtä suuri kuin:

9 460 730 472 580 800 metriä (noin 9,46 petametriä)
63 241,077 tähtitieteellistä yksikköä (AU)
0,306601 parsek

Liittyvät yksiköt

Seuraavia yksiköitä käytetään melko harvoin, yleensä vain suosituissa julkaisuissa:

1 valosekunti = 299 792,458 km (tarkka)
1 valominuutti ≈ 18 miljoonaa km
1 valotunti ≈ 1079 miljoonaa km
1 valopäivä ≈ 26 miljardia km
1 valoviikko ≈ 181 miljardia km
1 valokuukausi ≈ 790 miljardia km

Etäisyys valovuosina

Valovuosi on kätevä kuvaamaan laadullisesti tähtitieteen etäisyysasteikkoja.

Mittakaava	Arvo (pyhän vuotta)	Kuvaus
Sekuntia	4 10 -8	Keskimääräinen etäisyys on noin 380 000 km. Tämä tarkoittaa, että pinnalta säteilevä valonsäde saavuttaa Kuun pinnan noin 1,3 sekunnissa.
pöytäkirja	1,6 10 -5	Yksi tähtitieteellinen yksikkö vastaa noin 150 miljoonaa kilometriä. Siten valo saavuttaa maan noin 500 sekunnissa (8 minuuttia 20 sekunnissa).
Katsella	0,0006	Keskimääräinen etäisyys Auringosta on noin 5 valotuntia.
Katsella	0,0016	Pioneerin ja sarjan yli lentävät laitteet ovat noin 30 vuoden aikana laukaisun jälkeen siirtyneet noin sadan tähtitieteellisen yksikön etäisyydelle Auringosta, ja niiden vasteaika Maan pyyntöihin on noin 14 tuntia.
vuosi	1,6	Hypoteesin sisäreuna sijaitsee kohdassa 50 000 a. e. Auringosta, ja ulompi on 100 000 a. e. Kestää noin puolitoista vuotta ennen kuin valo kulkee etäisyyden Auringosta pilven ulkoreunaan.
	2,0	Auringon painovoiman vaikutusalueen ("Hill Spheres") enimmäissäde on noin 125 000 AU. e.
	4,2	Meitä lähin (aurinkoa lukuun ottamatta), Proxima Centauri, sijaitsee 4,2 valovuoden etäisyydellä. vuoden.
Millenium	26 000	Galaksimme keskus on noin 26 000 valovuoden päässä Auringosta.
Millenium	100 000	Levymme halkaisija on 100 000 valovuotta.
Miljoonia vuosia	2,5 10 6	Meitä lähin M31, kuuluisa, on 2,5 miljoonan valovuoden päässä meistä.
	3,14 10 6	(M33) sijaitsee 3,14 miljoonan valovuoden päässä ja on kaukaisin paljaalla silmällä näkyvä paikallaan oleva objekti.
	5,8 10 7	Lähin, Neitsytjoukko, on 58 miljoonan valovuoden päässä meistä.
	Kymmeniä miljoonia valovuosia	Galaksijoukkojen tyypillinen koko halkaisijan mukaan.
	1,5 10 8 - 2,5 10 8	"Suuri vetovoima" -gravitaatiopoikkeama sijaitsee 150-250 miljoonan valovuoden etäisyydellä meistä.
Miljardeja vuosia	1,2 10 9	Sloanin muuri on yksi maailman suurimmista muodostelmista, sen mitat ovat noin 350 Mpc. Valon kulkeminen päästä päähän kestää noin miljardi vuotta.
	1.4 10 10	Universumin kausaalisesti yhdistetyn alueen koko. Se lasketaan maailmankaikkeuden iästä ja tiedonsiirron enimmäisnopeudesta - valon nopeudesta.
	4,57 10 10	Mukana oleva etäisyys Maasta havaittavan maailmankaikkeuden reunaan missä tahansa suunnassa; havainnoitavissa olevan universumin säde (kosmologisen standardimallin Lambda-CDM puitteissa).