Так или иначе, в своей повседневной жизни мы измеряем расстояния: до ближайшего супермаркета, до дома родственников в другом городе, до и так далее. Однако когда речь заходит о бескрайних космических пространствах, выясняется, что использование знакомых нам значений вроде километров крайне нерационально. И дело здесь уже не только в сложности восприятия получившихся гигантских значений, а в количестве цифр в них. Проблемой станет даже само написание такого количества нулей. Например, от Марса до Земли наиболее короткое расстояние - 55,7 млн. километров. Шесть нулей! А ведь красная планета - одна из ближайших наших соседок на небе. Как же использовать громоздкие цифры, которые получатся при вычислении расстояния даже до ближайших звезд? И именно теперь нам необходима такая величина, как световой год. Сколько равен он? Сейчас разберемся.
Понятие о световом годе также тесно связано с релятивистской физикой, в которой тесная связь и взаимная зависимость пространства и времени была установлена еще в начале XX века, когда рушились постулаты ньютоновской механики. До этого значения расстояния, более масштабные единицы измерения в системе
образовывались достаточно просто: каждая последующая представляла собой совокупность единиц более мелкого порядка (сантиметры, метры, километры и так далее). В случае же светового года расстояние было привязано к времени. Современной науке известно, что скорость распространения света в вакууме постоянна. Более того, она является максимальной скоростью в природе, допустимой в современной релятивистской физике. Именно эти представления были заложены в основе нового значения. Световой год равен расстоянию, которое луч света проходит за один земной календарный год. В километрах это примерно 9,46*10 15 километров. Интересно, что до ближайшего Луны, фотон преодолевает расстояние за 1,3 секунды. До Солнца - около восьми минут. А вот до следующих ближайших звезд, Альфы и уже около четырех световых лет.
Просто фантастическое расстояние. Существует в астрофизике и еще более крупная мера пространства. Световой год равен примерно одной трети парсека, еще более значительной единицы измерения межзвездных расстояний.
Скорость распространения света в разных условиях
Кстати, есть еще и такая особенность, что фотоны могут с разной скоростью распространяться в разной среде. Мы уже знаем, как быстро они летят в вакууме. И когда говорят о том, что световой год равен расстоянию, преодоленному светом за год, имеют в виду именно пустое космическое пространство. Однако интересно отметить, что в других условиях скорость света может быть и меньшей. Например, в воздушной среде фотоны разбегаются с несколько меньшей скоростью, чем в вакууме. С какой именно - зависит от конкретного состояния атмосферы. Таким образом, в наполненной газом среде световой год равен был бы несколько меньшему значению. Впрочем, оно бы несущественно отличалось от принятого.
Астрономы обнаружили первую потенциально обитаемую планету за пределами Солнечной системы.
Повод для такого вывода дает работа американских «охотников за экзопланетами» (экзопланеты - это те, что вращаются вокруг других звезд, а не вокруг Солнца).
Ее публикует Astrophysical Journal. С публикацией можно ознакомиться на сайте arXiv.org.
Красный карлик Gliese-581, который, если смотреть с Земли, расположен в созвездии Весов на расстоянии 20,5 световых лет (один световой год = расстоянию, которое преодолевает свет за год со скоростью 300 тыс. км/сек.), давно привлекает к себе внимание «охотников за экзопланетами».
Известно, что среди обнаруженных на настоящий момент экзопланет большинство являются очень массивными и похожи на Юпитер - их легче найти.
В апреле прошлого года в системе Gliese-581 нашли планету, которая стала на тот момент самой легкой из известных солнечных планет вне Солнечной системы, обращающихся вокруг звезд, схожих по параметрам с Солнцем.
Планета Gliese-581e (четвертая в той системе) оказалась всего в 1,9 раза более массивной, чем Земля.
Эта планета обращается вокруг своей звезды всего за 3 (земных) дня и 4 часа.
Теперь ученые сообщают об открытии еще двух планет в этой звездной системе. Наибольший интерес представляет открытая шестой по счету планета - Gliese-581g.
Именно ее астрономы называют первой пригодной для жизни.
Используя свои и архивные данные телескопа Кека, что базируется на Гавайских островах, исследователи замерили параметры этой планеты и пришли к выводу, что там может быть атмосфера и существовать вода в жидком виде.
Так, ученые установили, что эта планета имеет радиус от 1,2 до 1,5 радиуса Земли, массу от 3,1 до 4,3 массы Земли и период обращения вокруг своей звезды в 36,6 земных суток. Большая полуось эллиптической орбиты этой планеты составляет около 0,146 астрономических единиц (1 астрономическая единица - это среднее расстояние между Землей и Солнцем, которое приблизительно равно 146,9 млн км).
Ускорение свободного падения на поверхности этой планеты превышает схожий параметр для Земли в 1,1-1,7 раз.
Что касается температурного режима на поверхности Gliese-581g, то он, по оценкам ученых, колеблется от -31 до -12 градусов Цельсия.
И хотя для простого обывателя этот диапазон нельзя назвать иначе, чем морозным, на Земле жизнь существует в гораздо более широком диапазоне от -70 в Антарктиде до 113 градусов Цельсия в геотермальных источниках, где обитают микроорганизмы.
Так как планета находится достаточно близко к своей звезде, есть большая вероятность того, что Gliese-581g вследствие приливных сил все время повернута к своему светилу одной стороной, подобно тому, как Луна все время «смотрит» на Землю только одним своим полушарием.
Тот факт, что меньше чем за 20 лет астрономы прошли путь от открытия первой планеты у других звезд до потенциально обитаемых планет, свидетельствует, по мнению авторов сенсационной работы, о том, что таких планет существует гораздо больше, чем считалось ранее.
И даже наша галактика Млечный Путь, может быть, изобилует потенциально обитаемыми планетами.
Чтобы обнаружить эту планету, потребовалось более 200 измерений с точностью, например, скорости 1,6 м/сек.
Поскольку в нашей галактике приютились сотни миллиардов звезд, то ученые делают вывод о том, что у десятков миллиардов из них есть потенциально обитаемые планеты.
И сколько потенциально взрывоопасных звезд расположено на небезопасном расстоянии?
Сверхновая — невероятный по масштабу взрыв звезды — и почти за пределами человеческого воображения. Если бы наше Солнце взорвалось как сверхновая, то получившаяся ударная волна, вероятно, не уничтожила бы всю Землю, но сторона Земли, обращенная к Солнцу, исчезла бы. Ученые считают, что температура планеты в целом увеличилась бы примерно в 15 раз. Более того, Земля не останется на орбите.
Внезапное уменьшение массы Солнца может освободить планету и отправить блуждать в космос. Ясно, что расстояние до Солнца — 8 световых минут — не безопасно. К счастью, наше Солнце не является звездой, которой суждено взорваться как сверхновая. Но другие звезды, вне нашей солнечной системы, могут. Какое ближайшее безопасное расстояние? Научная литература показывает от 50 до 100 световых лет как самое близкое безопасное расстояние между Землей и сверхновой.
Изображение остатка сверхновой 1987А, видимое на оптических длинах волн, снимок Космического телескопа «Хаббл»
Что произойдет, если сверхновая взорвется вблизи Земли? Давайте рассмотрим взрыв звезды, кроме нашего Солнца, но все еще на небезопасном расстоянии. Скажем, сверхновая звезда находится на расстоянии 30 световых лет. Доктор Марк Рид, старший астроном из Гарвард — Смитсоновского центра астрофизики, говорит:
«… если бы была сверхновая, которая находилась примерно в 30 световых годах от нас, это привело бы к сильным воздействиям на Землю, возможно, массовым вымираниям. Рентгеновские лучи и более энергичные гамма-лучи от сверхновой могут разрушить озоновый слой, который защищает нас от солнечных ультрафиолетовых лучей. Он также мог ионизировать азот и кислород в атмосфере, приводя к образованию больших количеств смога подобной закиси азота в атмосфере».
Более того, если бы сверхновая взорвалась в 30 световых годах от нас, особенно пострадали бы фитопланктон и рифовые сообщества. Такое событие сильно истощает базу пищевой цепи океана.
Предположим, что взрыв был немного более далеким. Взрыв близлежащей звезды может оставить Землю, ее поверхность и океанскую жизнь относительно нетронутыми. Но любой относительно близкий взрыв все равно «облил» бы нас гамма-лучами и другими частицами высокой энергии. Это излучение может вызвать мутации в земной жизни. Кроме того, излучение ближайшей сверхновой могло изменить наш климат.
Известно, что сверхновая не вспыхивала на таком близком расстоянии в известной истории человечества. Самая последняя сверхновая, видимая глазу, была сверхновая 1987A, в 1987 году. Она находилась примерно в 168 000 световых годах от нас. До этого последняя вспышка, видимая глазу, была зарегистрирована Иоганном Кеплером в 1604 году. Приблизительно в 20 000 световых годах она светила более ярко, чем любая звезда в ночном небе. Этот взрыв было видно даже при дневном свете! Насколько нам известно, это не вызвало заметных последствий.
Сколько потенциальных сверхновых расположено ближе к нам, чем расстояние от 50 до 100 световых лет? Ответ зависит от вида сверхновой. Сверхновая типа II — стареющая массивная звезда, которая разрушается. Не существует звезд, достаточно массивных, чтобы сделать это в пределах 50 световых лет от Земли.
Но есть и сверхновые I типа — вызванные схлопыванием небольшой бледной звезды белого карлика. Эти звезды тусклы и их трудно обнаружить, поэтому мы не можем быть уверены, сколько их вокруг. Вероятно, несколько сотен из этих звезд находятся в пределах 50 световых лет.
Относительные размеры IK Pegasi A (слева), B (низ, центр) и Солнца (справа). Звезда IK Pegasi B является ближайшим кандидатом на роль прообраза сверхновой. Это часть бинарной звездной системы, расположенная примерно в 150 световых годах от нашего Солнца и солнечной системы.
Главная звезда в системе — IK Pegasi A — является обычной звездой главной последовательности, мало чем отличающейся от нашего Солнца. Потенциальная сверхновая I типа — другая звезда — IK Pegasi B — массивный белый карлик, который чрезвычайно мал и плотен. Когда звезда А начнет эволюционировать в красного гиганта, ожидается, что она вырастет до радиуса, где столкнется с белым карликом или он начнет тянуть вещество из расширенной газовой оболочки А. Когда звезда В станет достаточно массивной, она может взорваться, как сверхновая.
Что относительно Бетельгейзе? Другой звездой, часто упоминаемой в истории сверхновых звезд, является Бетельгейзе, одна из самых ярких звезд в нашем небе, часть знаменитого созвездия Ориона. Бетельгейзе — звезда сверхгигант. Она по своей сути очень яркая.
Однако такой блеск имеет свою цену. Бетельгейзе — одна из самых известных звезд на небе, потому что она когда-нибудь взорвется. Огромная энергия Бетельгейзе требует, чтобы топливо было израсходовано быстро (условно говоря), и на самом деле Бетельгейзе уже подходит к концу своей жизни. Когда-нибудь скоро (с астрономической точки зрения) у нее закончится топливо, а затем произойдет впечатляющий взрыв сверхновой звезды типа II. Когда это произойдет, Бетельгейзе станет ярче на несколько недель или месяцев, возможно, такой же яркой, как полная Луна и будет видима средь бела дня.
Когда это произойдет? Наверное, не в нашей жизни, но никто не знает это точно. Это может быть завтра или через миллион лет в будущем. Когда это произойдет, все на Земле будут свидетелями впечатляющего события в ночном небе, но земная жизнь не пострадает. Это потому, что Бетельгейзе находится в 430 световых годах от нас.
Как часто вспыхивают сверхновые в нашей галактике? Никто не знает. Ученые предположили, что высокоэнергетическое излучение сверхновых уже вызвало мутации у земных видов, может быть, даже у людей.
Согласно одной из оценок, в окрестностях Земли каждые 15 миллионов лет может быть одно опасное событие сверхновой. Другие ученые говорят, что в среднем взрыв сверхновой происходит в течение 10 парсеков (33 световых года) от Земли каждые 240 миллионов лет. Итак, вы видите, что мы действительно не знаем. Но вы можете сравнить эти цифры с несколькими миллионами лет — то время, когда люди считаются существующими на планете, — и четыре с половиной миллиарда лет для самого возраста Земли.
И, если вы это сделаете, вы увидите, что сверхновая обязательно взорвется около Земли — но, вероятно, не в обозримом будущем человечества.
нравится(3 ) не нравится(0 )
Наверняка, услышав в каком-нибудь фантастическом боевике выражение а-ля «до Татуина двадцать световых лет », многие задавались закономерными вопросами. Озвучу некоторые из них:
Разве год – это не время?
Тогда что же такое световой год ?
Сколько в нем километров?
За сколько преодолеет световой год космический корабль с Земли ?
Сегодняшнюю статью я решил посвятить объяснению значения этой единицы измерения, сравнению ее с нашими привычными километрами и демонстрации масштабов, которыми оперирует Вселенная .
Виртуальный гонщик.
Представим себе человека, в нарушение всех правил несущегося по шоссе со скоростью 250 км/ч. За два часа он преодолеет 500 км, а за четыре – целых 1000. Если, конечно, не разобьется в процессе…
Казалось бы, вот это скорость! Но для того, чтобы обогнуть весь земной шар (≈ 40 000 км), нашему гонщику понадобится в 40 раз больше времени. А это уже 4 х 40 = 160 часов. Или почти целая неделя непрерывной езды!
В итоге, однако, мы не скажем, что он преодолел 40 000 000 метров. Так как лень всегда заставляла нас придумывать и употреблять более короткие альтернативные единицы измерения.
Предел.
Из школьного курса физики каждому должно быть известно, что самый быстрый ездок во Вселенной – свет. За одну секунду его луч преодолевает расстояние примерно 300 000 км, а земной шар, таким образом, он обогнет за 0,134 секунды. Это в 4 298 507 раз быстрее, чем наш виртуальный гонщик!
От Земли до Луны свет доходит в среднем за 1,25 с, до Солнца же его луч домчится чуть более, чем за 8 минут.
Колоссально, не так ли? А ведь пока не доказано существование скоростей, больших скорости света. Поэтому ученый мир решил, что логично будет измерять космические масштабы в единицах, которые за определенные интервалы времени проходит радиоволна (коей свет, в частности, и является).
Расстояния.
Таким образом, световой год — ни что иное, как расстояние, которое луч света преодолевает за один год. В межзвездных масштабах использовать единицы расстояния, меньшие этой, не имеет особого смысла. И все же они есть. Вот их приближенные значения:
1 световая секунда ≈ 300 000 км;
1 световая минута ≈ 18 000 000 км;
1 световой час ≈ 1 080 000 000 км;
1 световые сутки ≈ 26 000 000 000 км;
1 световая неделя ≈ 181 000 000 000 км;
1 световой месяц ≈ 790 000 000 000 км.
А теперь, чтобы вы понимали, откуда берутся цифры, вычислим, чему равен один световой год .
В году 365 суток, в сутках 24 часа, в часе 60 минут, а в минуте 60 секунд. Таким образом, год состоит из 365 х 24 х 60 х 60 = 31 536 000 секунд. За одну секунду свет проходит 300 000 км. Следовательно, за год его луч преодолеет расстояние 31 536 000 х 300 000 = 9 460 800 000 000 км.
Это число читается так: ДЕВЯТЬ ТРИЛЛИОНОВ, ЧЕТЫРЕСТА ШЕСТЬДЕСЯТ МИЛЛИАРДОВ И ВОСЕМЬСОТ МИЛЛИОНОВ километров.
Конечно, точное значение светового года слегка отличается от вычисленного нами. Но при описании расстояний до звезд в научно-популярных статьях высочайшая точность в принципе не нужна, и сотня-другая миллионов километров здесь особой роли не сыграют.
А теперь продолжим наши мысленные эксперименты…
Масштабы.
Предположим, что современный космический корабль покидает Солнечную систему с третьей космической скоростью (≈ 16,7 км/с). Первый световой год он преодолеет за 18000 лет!
4,36 световых года до ближайшей к нам звездной системы (Альфы Центавра , см. изображение в начале) он преодолеет примерно за 78 тысяч лет!
Нашу галактику Млечный Путь , имеющую в поперечнике примерно 100 000 световых лет , он пересечет за 1 млрд. 780 млн. лет.
22 февраля 2017 года NASA сообщило, что у одиночной звезды TRAPPIST-1 найдены 7 экзопланет. Три из них находятся в том диапазоне расстояний от звезды, в котором планета может иметь жидкую воду, а вода - это ключевой условие для жизни. Сообщается также, что данная звездная система находится на расстоянии в 40 световых лет от Земли.
Это сообщение наделало много шума в СМИ, кое-кому даже показалось, что человечество находится в шаге от строительства новых поселений у новой звезды, но это не так. Но 40 световых лет - это много, это МНОГО, это слишком много километров, то есть это чудовищно колоссальное расстояние!
Из курса физики известна третья космическая скорость - это такая скорость, которую должно иметь тело у поверхности Земли, чтобы выйти за пределы Солнечной системы. Значение этой скорости равно 16,65 км/сек. Обычные орбитальные космические корабли стартуют со скоростью 7,9 км/сек, и вращаются вокруг Земли. В принципе, скорость в 16-20 км/сек, является вполне доступной современным земным технологиям, но не более!
Человечество еще не научилось разгонять космические корабли быстрее, чем 20 км/сек.
Рассчитаем, сколько лет понадобиться звездолету, летящему со скоростью в 20 км/сек, чтобы преодолеть 40 световых лет и достичь звезды TRAPPIST-1.
Один световой год - это расстояние, которое проходит луч света в вакууме, а скорость света равна примерно 300 тыс. км/сек.
Космический корабль, сделанный руками людей, летит со скоростью в 20 км/сек, то есть в 15000 раз медленнее скорости света. 40 световых лет такой корабль преодолеет за время равное 40*15000=600000 лет!
Земной корабль (при современном уровне технологии) долетит до звезды TRAPPIST-1 примерно за 600 тыс. лет! Человек разумный существует на Земле (по мнению ученых) всего 35-40 тыс. лет, а тут целых 600 тыс. лет!
В ближайшее время технологии не позволят человеку достичь звезды TRAPPIST-1. Даже перспективные двигатели (ионные, фотонные, космические паруса и т.д.), которых нет в земной реальности, оценочно, могут разогнать корабль до скорости в 10000 км/сек, а значит, время полета до системы TRAPPIST-1 сократится до 120 лет. Это уже более-менее приемлемое время для полета с помощью анабиоза или для нескольких поколений переселенцев, но на сегодняшний день все эти двигатели - фантастика.
Даже ближайшие звезды пока еще слишком далеки от людей, слишком далеки, не говоря уже о звездах нашей Галактики или других галактиках.
Поперечник нашей галактики Млечный Путь составляет примерно 100 тыс. световых лет, то есть путь из конца в конец для современного земного корабля составит 1,5 млрд. лет! Наука предполагает, что нашей Земле 4,5 млрд. лет, а многоклеточной жизни примерно 2 млрд. лет. Расстояние до ближайшей к нам галактики - Туманности Андромеды - 2,5 млн. световых лет от Земли - какие чудовищные расстояния!
Как видно, из всех ныне живущих людей никто и никогда не ступит ногой на землю планеты у другой звезды.