Rozmiar wszechświata, którego jesteśmy częścią, nie może być zmierzony za pomocą jednostek, których zwykle używamy tutaj na Ziemi. Oczywiście, mówimy o przestrzeni kosmicznej par excellence, która jest domem dla nieopisanej liczby ciał niebieskich, które są praktycznie niemożliwe do określenia z naukową precyzją. Z tej potrzeby narodził się więc rok świetlny, miara odległości powszechnie używana w astronomii do wyrażania odległości do (i między) obiektami niebieskimi znajdującymi się poza Układem Słonecznym.
To oznacza, że jest on szczególnie przydatny dla odległości w skali międzygwiezdnej, niewyobrażalnych dla tych z nas, którzy mają percepcję przestrzeni i czasu ograniczoną do naszej planety. Dlatego teraz wspólnie odkryjemy dokładną definicję roku świetlnego, a zwłaszcza ile to odpowiada, gdybyśmy chcieli przeliczyć to na kilometry. Nie tylko, ale poznamy również inne jednostki miary powszechnie używane przez astronomów, tak aby mieć pełny obraz najbardziej aktualnych narzędzi w nieustannym badaniu Wszechświata i jego niezwykłych tajemnic.
Co to jest rok świetlny
Rok świetlny, w skrócie ly lub al, jest miarą odległości używaną w astronomii. Odpowiada ona odległości, jaką pokonuje światło w próżni w ciągu jednego roku ziemskiego. Alternatywnie możemy powiedzieć, że jest to równowartość odległości, jaką przebyłby obiekt, gdyby poruszał się z taką samą prędkością jak światło w próżni, czyli prawie 300 000 kilometrów na sekundę, przez jeden rok zwrotnikowy, czyli 365 dni, 5 godzin, 48 minut i 46 sekund.
Wyznaczenie prędkości światła, jak wielu z Was już wie, zawdzięczamy duńskiemu astronomowi Ole Rømerowi, który w XVII wieku wysunął hipotezę, że światło ma ogromną, ale nie nieskończoną prędkość, jak błędnie sądzono do tego czasu. To właśnie on precyzyjnie określił prędkość światła w 1676 roku, podczas pracy w Obserwatorium Królewskim w Paryżu kierowanym wówczas przez Giovanniego Domenico Cassiniego.
Wracając do roku świetlnego, istnieje precyzyjna definicja podana przez IAU, Międzynarodową Unię Astronomiczną, która mówi: "Rok świetlny to odległość, jaką pokonuje foton w pustej przestrzeni przy braku pola grawitacyjnego lub magnetycznego w ciągu roku juliańskiego". Dla pełnego obrazu należy wyjaśnić, że rok juliański trwa 365,25 dnia, średnio składa się z 86 400 sekund każdy, co daje w sumie 31 557 600 sekund.
Istnieją jednak inne jednostki miary długości związane z rokiem świetlnym, prawdziwe podwielokrotności takie jak miesiąc świetlny, tydzień świetlny, dzień świetlny, godzina świetlna, minuta świetlna i sekunda świetlna. Chociaż nie są one zbyt powszechne, uzyskuje się je poprzez rozważenie odległości przebytej przez światło w określonej jednostce czasu. Aby podać kilka przykładów, odległość Ziemi od Księżyca jest równa około 1,282 sekundy świetlnej, podczas gdy odległość naszej planety od Słońca jest równa 8 minutom świetlnym.
Ile wynosi rok świetlny
Rok świetlny, wbrew temu, co można by pomyśleć w tym momencie i w związku z jego nazwą, która może być myląca! nie jest jednak jednostką miary czasu, ani tym bardziej "ilości" światła, a jedynie odległości przebytej przez promieniowanie elektromagnetyczne, samo światło, w próżni w przedziale jednego roku. W każdym razie całkowicie poprawne jest twierdzenie, że bezpośrednia obserwacja ciała niebieskiego odległego o pewną liczbę lat świetlnych może pokazać nam to samo ciało niebieskie takim, jakim było ono tyle samo lat temu, a nie w momencie jego obserwacji.
Popychając w stronę technikaliów, jeden rok świetlny odpowiada dokładnie około 9 460 730 472 581 kilometrom. 9 460 mld km, gdyby ta bardzo długa liczba miała nas "przestraszyć", czyli około 63 241 razy więcej niż odległość Ziemi od Słońca, zwana jednostką astronomiczną. Zrozumiecie wtedy, że mamy do czynienia z ogromną odległością w skali ludzkiej, równą ponad 236 milionów razy obwodowi Ziemi i obliczoną na podstawie prędkości światła w próżni (c).
Uznając, że jest ona równa 299 792,458 kilometrów na sekundę, wartość roku świetlnego otrzymujemy z następującego wzoru: 299,792.458 km/s - 355.25 d - 86,400 s/d ≃ 9,461 - 10^12 km. Dla lepszego wyobrażenia odległość między Słońcem a Ziemią odpowiada około 8,3 minutom świetlnym, gdzie minuta świetlna to odległość, jaką pokonuje światło w próżni w ciągu jednej minuty.
Powinniśmy więc zadać sobie pytanie, jak szybko możemy dziś pokonać dystans 9 460 mld km. Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy wiedzieć, że prędkość ucieczki z Ziemi wynosi około 40 000 km/h. Wykorzystując efekt procy podczas przelotów naszych sond wokół różnych planet, jesteśmy w stanie wystrzelić statek kosmiczny z prędkością do 60 000 km/h, a nawet przekroczyć 80 000 km/h, jak w słynnym przypadku New Horizons. Dokonując szybkich obliczeń, przebycie jednego roku świetlnego z prędkością 80 000 kilometrów na godzinę zajęłoby nam około 13 500 lat ziemskich.
Przykłady lat świetlnych
Teraz, gdy podaliśmy definicję roku świetlnego i wyjaśniliśmy, ile rok świetlny odpowiada kilometrom, 9 460 miliardów kilometrów, należy podać kilka konkretnych przykładów, aby jeszcze bardziej określić tę jedyną i użyteczną jednostkę miary. Po pierwsze, rok świetlny potrzebuje około 1,28 sekundy, aby pokonać odległość między Ziemią a Księżycem. Co więcej, w skali, w której Ziemia ma 1 cm średnicy, jeden rok świetlny odpowiadałby odległości 7 423,80 km.
Nie tylko to, wiemy, że światło potrzebuje około 8,33 minuty, czyli 8 minut i 20 sekund, aby przebyć drogę od Słońca do naszej planety. Co więcej, jedna godzina świetlna odpowiada około 1,08 miliarda kilometrów, czyli mniej więcej odległości między Słońcem a Saturnem, podczas gdy najbliższą Ziemi gwiazdą inną niż Słońce jest Proxima Centauri, która znajduje się w odległości 4,23 lat świetlnych.
Dysk naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, ma średnicę około 100 000 lat świetlnych. Najbliższą nam dużą galaktyką jest galaktyka Andromedy, która znajduje się w odległości 2,5 miliona lat świetlnych. Ponadto, naukowcy zaobserwowali, że Grupa Lokalna ma średnicę około 10 milionów lat świetlnych, a najbliższy Ziemi kwazar, znany jako 3C 273, znajduje się w odległości około 3 miliardów lat świetlnych.
Ponieważ powszechnie przyjmuje się, że Wielki Wybuch miał miejsce około 14 miliardów lat temu, obserwowalny wszechświat, zakładając, że ma kształt kulisty i jeśli się nie rozszerza, miałby promień około 13 820 000 000 000 lat świetlnych. Wreszcie, najodleglejsze obserwowalne obiekty we Wszechświecie znajdują się w odległości 13,2 miliarda lat świetlnych.
Wszystkie te liczby przekładają się na oszałamiające rozważania dla istot ludzkich. Nie jest przypadkiem, że gdy obserwujemy gwiazdę oddaloną o 20 lat świetlnych od Ziemi, widzimy światło emitowane przez tę gwiazdę dokładnie 20 lat wcześniej. Gdyby zgasło dokładnie w tym momencie, zobaczylibyśmy, że zniknie za 20 lat.
W ten sam sposób, ponieważ Słońce jest oddalone od Ziemi o 8 milionów lat świetlnych, światło słoneczne, które widzimy i postrzegamy, jest światłem, które zostało wyemitowane przez Słońce dokładnie 8 minut wcześniej. Kolejnym przykładem jest galaktyka Andromedy, która jawi się nam tak, jak wyglądała 2,5 miliona lat temu, ponieważ jej odległość od nas wynosi około 2,5 miliona lat świetlnych.
Alternatywne jednostki miary
Oprócz bardziej powszechnego roku świetlnego, astronomowie używają dwóch innych jednostek miary, mianowicie jednostek astronomicznych (AU) i parseków. Jednostki astronomiczne, w szczególności, są głównie używane do mierzenia odległości w Układzie Słonecznym. Jedna jednostka astronomiczna, zgodnie z literaturą naukową, to średnia odległość między naszą Ziemią a najbliższą jej gwiazdą, Słońcem. Mówimy o prawie 150 milionach kilometrów, lub 149 597 870, jeśli chcesz być techniczny. Wracając do parseków, są one używane przez uczonych do wyrażania odległości między gwiazdami.
Parsek, którego nazwa jest skrótem od "sekundy paralaksy", jest równoważny 3,26 lat świetlnych. Oznacza to, że odpowiada ona odległości, z jakiej hipotetyczny obserwator widziałby średni promień orbity Ziemi, czyli jedną jednostkę astronomiczną pod kątem jednej sekundy łukowej. Pojęcia, które z pewnością nie są zbyt proste, ale które definiują obserwację gwiazd, planet i ciał niebieskich w ogóle.
Podsumowując, możemy więc powiedzieć, że jedna jednostka astronomiczna odpowiada około 150 milionom kilometrów, co na poziomie rzeczowym przekłada się na mierzalną odległość między Ziemią a Słońcem. Jeden rok świetlny odpowiada, co jest logiczną konsekwencją, 63,067 AU, czyli 9,460,000,000 kilometrów. Z kolei jeden parsek odpowiada 3,26 latom świetlnym.
W UA jest to 205 597 UA, co z kolei odpowiada 30 840 miliardom kilometrów. W związku z tym al pozostaje najczęściej stosowaną i prawdopodobnie najłatwiejszą do wyjaśnienia i zrozumienia jednostką miary. I pasuje do większości obiektów kosmicznych, które "zaludniają" niebo.