Tahun cahaya dalam kilometer. Tahun cahaya dalam kilometer
Seperti yang Anda ketahui, untuk mengukur jarak Matahari ke planet-planet, serta jarak antar planet, para ilmuwan menemukan satuan astronomi. Apa itu tahun cahaya?
Pertama-tama, perlu dicatat bahwa tahun cahaya juga merupakan satuan pengukuran yang diadopsi dalam astronomi, tetapi bukan waktu (seperti yang terlihat, dilihat dari arti kata “tahun”), tetapi jarak.
Satu tahun cahaya sama dengan apa?
Ketika para ilmuwan berhasil menghitung jarak ke bintang-bintang terdekat, menjadi jelas bahwa unit astronomi tersebut tidak nyaman untuk digunakan di dunia bintang. Katakanlah sebagai permulaan jarak Matahari ke bintang terdekat adalah sekitar 4,5 tahun cahaya. Artinya, cahaya dari Matahari kita ke bintang terdekat (disebut Proxima Centauri) membutuhkan waktu 4,5 tahun untuk menempuh perjalanan! Seberapa jauh jarak ini? Jangan membuat siapa pun bosan dengan matematika, perhatikan saja bahwa dalam sedetik, partikel cahaya terbang sejauh 300.000 kilometer. Artinya, jika Anda mengirimkan sinyal dengan senter ke arah Bulan, cahaya tersebut akan terlihat di sana dalam waktu kurang dari satu setengah detik. Cahaya merambat dari Matahari ke Bumi dalam waktu 8,5 menit. Lalu berapa lama sinar cahaya merambat dalam setahun?
Katakanlah segera: satu tahun cahaya adalah sekitar 10 triliun kilometer(satu triliun adalah satu diikuti dua belas angka nol). Lebih tepatnya 9.460.730.472.581 kilometer. Jika dihitung ulang dalam satuan astronomi, jumlahnya kira-kira 67.000. Dan ini hanya untuk bintang terdekat!
Jelas bahwa di dunia bintang dan galaksi, satuan astronomi tidak cocok untuk pengukuran. Lebih mudah untuk mengoperasikan perhitungan dengan tahun cahaya.
Penerapan di dunia bintang
Misalnya jarak Bumi ke bintang paling terang di langit, Sirius, adalah 8 tahun cahaya. Dan jarak Matahari ke Bintang Utara sekitar 600 tahun cahaya. Artinya, cahaya dari kita sampai di sana dalam 600 tahun. Ini berarti sekitar 40 juta unit astronomi. Sebagai perbandingan, kami menunjukkan bahwa ukuran (diameter) Galaksi kita - Bima Sakti - adalah sekitar 100.000 tahun cahaya. Tetangga terdekat kita, galaksi spiral yang disebut Nebula Andromeda, berjarak 2,52 juta tahun cahaya dari Bumi. Sangat merepotkan untuk menunjukkan hal ini dalam satuan astronomi. Namun ada objek di Alam Semesta yang umumnya berjarak 15 miliar tahun cahaya dari kita. Jadi, radius Alam Semesta teramati adalah 13,77 miliar tahun cahaya. Dan alam semesta yang lengkap, seperti diketahui, melampaui bagian yang dapat diamati.
Omong-omong, diameter Alam Semesta yang dapat diamati sama sekali tidak 2 kali lebih besar dari jari-jarinya, seperti yang Anda bayangkan. Masalahnya adalah seiring waktu, ruang meluas. Benda-benda jauh yang memancarkan cahaya 13,77 miliar tahun lalu telah terbang semakin jauh dari kita. Saat ini jaraknya lebih dari 46,5 miliar tahun cahaya. Menggandakannya memberi kita 93 miliar tahun cahaya. Inilah diameter sebenarnya Alam Semesta teramati. Jadi ukuran bagian ruang yang diamati (yang disebut juga Metagalaxy) semakin bertambah setiap saat.
Mengukur jarak seperti itu dalam kilometer atau satuan astronomi tidak masuk akal. Sejujurnya, tahun cahaya juga kurang cocok di sini. Tapi tidak ada apa-apa orang yang lebih baik belum menemukan jawabannya. Jumlahnya sangat besar sehingga hanya komputer yang bisa menanganinya.
Definisi dan esensi tahun cahaya
Dengan demikian, tahun cahaya (tahun cahaya) adalah satuan panjang, bukan waktu, yang mewakili jarak yang ditempuh sinar matahari per tahun, yaitu 365 hari. Satuan pengukuran ini sangat nyaman karena kejelasannya. Ini memungkinkan Anda menjawab pertanyaan, setelah jangka waktu berapa Anda dapat mengharapkan respons jika Anda mengirim pesan elektromagnetik ke bintang tertentu. Dan jika jangka waktu ini terlalu lama (misalnya seribu tahun), maka tidak ada gunanya tindakan seperti itu.
Apapun gaya hidup yang kita jalani, apapun yang kita lakukan, dengan satu atau lain cara, kita menggunakan beberapa unit pengukuran setiap hari. Kita meminta segelas air, memanaskan sarapan kita sendiri hingga suhu tertentu, memperkirakan secara visual seberapa jauh kita harus berjalan kaki ke kantor pos terdekat, mengatur pertemuan pada waktu tertentu, dan sebagainya. Semua tindakan ini memerlukan
Bukan sekedar perhitungan, tetapi juga pengukuran tertentu dari berbagai kategori numerik: jarak, besaran, berat, waktu dan lain-lain. Di kami Kehidupan sehari-hari kami menggunakan angka secara teratur. Dan kita sudah lama terbiasa dengan angka-angka ini, seolah-olah dengan semacam instrumen. Namun apa jadinya jika kita keluar dari zona nyaman sehari-hari dan menghadapi nilai numerik yang tidak biasa bagi kita? Pada artikel kali ini kita akan membahas tentang sosok-sosok fantastis Alam Semesta.
Ruang universal
Situasi dengan jarak kosmik bahkan lebih mengejutkan lagi. Kami sepenuhnya mengetahui kilometer ke kota tetangga dan bahkan dari Moskow ke New York. Namun sulit untuk memvisualisasikan jarak jika menyangkut skala gugus bintang. Saat ini kita membutuhkan apa yang disebut tahun cahaya. Lagi pula, jarak antara bintang-bintang tetangga sangatlah jauh, dan mengukurnya dalam kilometer atau mil sangatlah tidak masuk akal. Dan di sini masalahnya bukan hanya pada kesulitan memahami angka-angka besar yang dihasilkan, tetapi juga pada jumlah angka nolnya. Menjadi masalah untuk menulis nomornya. Misalnya, jarak Bumi ke Mars pada periode pendekatan terdekat adalah 55,7 juta kilometer. Nilai dengan enam angka nol. Tapi Mars adalah salah satu tetangga kosmik terdekat kita! Jarak ke bintang terdekat selain Matahari akan jutaan kali lebih besar. Dan kemudian, apakah kita mengukurnya dalam kilometer atau mil, para astronom harus menghabiskan waktu berjam-jam hanya untuk mencatat jumlah yang sangat besar ini. Satu tahun cahaya memecahkan masalah ini. Solusinya cukup cerdik.
Satu tahun cahaya sama dengan apa?
Alih-alih menciptakan satuan pengukuran baru, yang merupakan jumlah dari satuan-satuan dengan orde yang lebih kecil (seperti yang terjadi pada milimeter, sentimeter, meter, kilometer), diputuskan untuk menghubungkan jarak dengan waktu. Faktanya, waktu juga merupakan medan fisik yang lebih mempengaruhi peristiwa
Selain itu, saling berhubungan dan dapat diubah dengan ruang angkasa, ditemukan oleh Albert Einstein dan dibuktikan melalui teori relativitasnya. Kecepatan cahaya menjadi konstan. Dan perjalanan sinar cahaya dalam jarak tertentu per satuan waktu menghasilkan besaran spasial fisik baru: detik cahaya, menit cahaya, hari cahaya, bulan cahaya, tahun cahaya. Misalnya, per detik seberkas cahaya (dalam kondisi luar angkasa - vakum) menempuh jarak kurang lebih 300 ribu kilometer. Mudah untuk menghitung bahwa satu tahun cahaya sama dengan sekitar 9,46 * 10 15. Jadi, jarak dari Bumi ke benda kosmik terdekat, Bulan, sedikit lebih dari satu detik cahaya, dan ke Matahari sekitar delapan menit cahaya. Benda terluar tata surya ide-ide modern mengorbit pada jarak satu tahun cahaya. Bintang terdekat berikutnya dengan kita, atau lebih tepatnya, sistem bintang ganda, Alpha dan Proxima Centauri, sangat jauh sehingga cahaya dari keduanya hanya dapat dijangkau teleskop kita empat tahun setelah peluncurannya. Dan ini masih merupakan benda langit yang paling dekat dengan kita. Cahaya dari ujung lain Bima Sakti memerlukan waktu lebih dari seratus ribu tahun untuk mencapai kita.
Menjelajahi planet mereka sendiri, selama ratusan tahun, manusia menemukan lebih banyak sistem baru untuk mengukur segmen jarak. Akibatnya, diputuskan untuk mempertimbangkan satu meter sebagai satuan panjang universal, dan mengukur jarak jauh dalam kilometer.
Namun kedatangan abad kedua puluh menghadapkan umat manusia dengan hal-hal tersebut masalah baru. Orang-orang mulai mempelajari ruang angkasa dengan cermat - dan ternyata luasnya Alam Semesta begitu luas sehingga kilometer tidak cocok di sini. Dalam satuan konvensional Anda masih bisa menyatakan jarak Bumi ke Bulan atau Bumi ke Mars. Namun jika Anda mencoba menentukan berapa kilometer jarak bintang terdekat dari planet kita, angka tersebut “bertambah” dengan jumlah desimal yang tak terbayangkan.
1 tahun cahaya sama dengan apa?
Menjadi jelas bahwa unit pengukuran baru diperlukan untuk menjelajahi ruang angkasa - dan tahun cahaya menjadi unit tersebut. Dalam satu detik, cahaya menempuh jarak 300.000 kilometer. Tahun cahaya - ini adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu tepat satu tahun - dan jika diterjemahkan ke dalam sistem bilangan yang lebih dikenal, jarak ini sama dengan 9.460.730.472.580,8 kilometer. Jelas bahwa menggunakan “satu tahun cahaya” yang singkat jauh lebih nyaman daripada menggunakan angka sebesar ini dalam perhitungan setiap saat.
Dari semua bintang, Proxima Centauri adalah yang paling dekat dengan kita - jaraknya “hanya” 4,22 tahun cahaya. Tentu saja, dalam hitungan kilometer, angkanya akan sangat besar. Namun, semuanya dipelajari sebagai perbandingan - jika kita menganggap bahwa galaksi terdekat bernama Andromeda berjarak 2,5 juta tahun cahaya dari Bima Sakti, bintang yang disebutkan di atas benar-benar mulai tampak seperti tetangga yang sangat dekat.
Omong-omong, penggunaan tahun cahaya membantu para ilmuwan memahami sudut mana di alam semesta yang masuk akal untuk mencari kehidupan cerdas, dan di mana pengiriman sinyal radio sama sekali tidak berguna. Bagaimanapun, kecepatan sinyal radio mirip dengan kecepatan cahaya - oleh karena itu, ucapan yang dikirim ke galaksi yang jauh akan mencapai tujuannya hanya setelah jutaan tahun. Lebih masuk akal untuk mengharapkan jawaban dari “tetangga” yang lebih dekat - objek yang sinyal respons hipotetisnya akan mencapai perangkat duniawi setidaknya selama masa hidup seseorang.
1 tahun cahaya sama dengan berapa tahun Bumi?
Ada kesalahpahaman yang tersebar luas bahwa tahun cahaya adalah satuan waktu. Faktanya, hal ini tidak benar. Istilah ini tidak ada hubungannya dengan tahun-tahun bumi, tidak berkorelasi dengan tahun-tahun bumi dan hanya mengacu pada jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun bumi.
Pada 22 Februari 2017, NASA melaporkan bahwa 7 exoplanet ditemukan di sekitar bintang tunggal TRAPPIST-1. Tiga di antaranya berada dalam kisaran jarak dari bintang di mana planet tersebut dapat memiliki air cair, dan air merupakan syarat utama bagi kehidupan. Dilaporkan pula bahwa sistem bintang ini terletak pada jarak 40 tahun cahaya dari Bumi.
Pesan ini menimbulkan banyak kegaduhan di media, bahkan ada yang mengira bahwa umat manusia tinggal selangkah lagi untuk membangun pemukiman baru di dekatnya baru, tapi itu tidak benar. Tapi 40 tahun cahaya itu jauh, BANYAK, terlalu banyak kilometer, artinya jarak yang sangat jauh!
Dari mata kuliah fisika diketahui kecepatan lepas ketiga - yaitu kecepatan yang harus dimiliki suatu benda di permukaan bumi agar dapat melampaui tata surya. Nilai kecepatan tersebut adalah 16,65 km/detik. Pesawat ruang angkasa orbital konvensional lepas landas dengan kecepatan 7,9 km/detik dan mengorbit Bumi. Pada prinsipnya, kecepatan 16-20 km/detik cukup dapat diakses oleh teknologi bumi modern, tetapi tidak lebih!
Umat manusia belum belajar untuk mempercepat pesawat ruang angkasa lebih cepat dari 20 km/detik.
Mari kita hitung berapa tahun yang dibutuhkan sebuah kapal luar angkasa yang terbang dengan kecepatan 20 km/detik untuk menempuh jarak 40 tahun cahaya dan mencapai bintang TRAPPIST-1.
Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh seberkas cahaya dalam ruang hampa, dan kecepatan cahaya kira-kira 300 ribu km/detik.
Sebuah pesawat luar angkasa buatan manusia terbang dengan kecepatan 20 km/detik, yaitu 15.000 kali lebih lambat dari kecepatan cahaya. Kapal seperti itu akan menempuh jarak 40 tahun cahaya dalam waktu yang sama dengan 40*15000=600000 tahun!
Sebuah kapal Bumi (dengan tingkat teknologi saat ini) akan mencapai bintang TRAPPIST-1 dalam waktu sekitar 600 ribu tahun! Homo sapiens baru ada di Bumi (menurut para ilmuwan) selama 35-40 ribu tahun, tetapi di sini sudah ada selama 600 ribu tahun!
Dalam waktu dekat, teknologi tidak akan memungkinkan manusia mencapai bintang TRAPPIST-1. Bahkan mesin yang menjanjikan (ion, foton, layar kosmik, dll.), yang tidak ada di dunia nyata, diperkirakan mampu mempercepat kapal hingga kecepatan 10.000 km/detik, yang berarti waktu penerbangan ke TRAPPIST -1 sistem akan dikurangi menjadi 120 tahun. Ini sudah merupakan waktu yang kurang lebih dapat diterima untuk penerbangan menggunakan mati suri atau untuk beberapa generasi imigran, tetapi saat ini semua mesin ini luar biasa.
Bahkan bintang terdekat pun masih terlalu jauh dari manusia, terlalu jauh, apalagi bintang di Galaksi kita atau galaksi lain.
Diameter galaksi Bima Sakti kita kira-kira 100 ribu tahun cahaya, artinya perjalanan dari ujung ke ujung kapal Bumi modern akan memakan waktu 1,5 miliar tahun! Ilmu pengetahuan menunjukkan bahwa bumi kita berumur 4,5 miliar tahun, dan kehidupan multiseluler berumur sekitar 2 miliar tahun. Jarak ke galaksi terdekat dengan kita - Nebula Andromeda - 2,5 juta tahun cahaya dari Bumi - sungguh jarak yang sangat jauh!
Seperti yang Anda lihat, dari semua manusia yang hidup, tidak ada seorang pun yang akan menginjakkan kaki di bumi di planet dekat bintang lain.
Pastinya, pernah mendengar di beberapa film aksi fiksi ilmiah ungkapan ala “dua puluh untuk Tatooine tahun cahaya", banyak yang menanyakan pertanyaan yang wajar. Saya akan menyebutkan beberapa di antaranya:
Bukankah satu tahun adalah waktu?
Lalu apa itu tahun cahaya?
Berapa kilometer jaraknya?
Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengatasinya tahun cahaya pesawat ruang angkasa Dengan Bumi?
Saya memutuskan untuk mengabdikan artikel hari ini untuk menjelaskan arti dari satuan pengukuran ini, membandingkannya dengan kilometer yang biasa kita gunakan dan menunjukkan skala operasinya. Semesta.
Pembalap virtual.
Bayangkan seseorang, yang melanggar semua peraturan, bergegas di sepanjang jalan raya dengan kecepatan 250 km/jam. Dalam dua jam akan menempuh jarak 500 km, dan dalam empat jam – sebanyak 1000 km. Kecuali, tentu saja, jika terjadi kecelakaan dalam prosesnya...
Tampaknya ini adalah kecepatan! Tapi untuk bisa berkeliling secara keseluruhan Bumi(≈ 40.000 km), pembalap kita membutuhkan waktu 40 kali lebih lama. Dan ini sudah 4 x 40 = 160 jam. Atau hampir seminggu penuh mengemudi terus menerus!
Namun pada akhirnya, kami tidak akan mengatakan bahwa dia menempuh jarak 40.000.000 meter. Karena kemalasan selalu memaksa kita untuk menemukan dan menggunakan satuan pengukuran alternatif yang lebih pendek.
Membatasi.
Dari kursus sekolah fisikawan, semua orang harus tahu bahwa pengendara tercepat di dunia Semesta- lampu. Dalam satu detik, sinarnya menempuh jarak sekitar 300.000 km, sehingga ia akan mengelilingi dunia dalam 0,134 detik. Itu 4.298.507 kali lebih cepat dari pembalap virtual kami!
Dari Bumi sebelum Bulan cahaya mencapai rata-rata 1,25 detik, hingga Matahari sinarnya akan mencapai dalam waktu lebih dari 8 menit.
Kolosal, bukan? Namun keberadaan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya belum terbukti. Itu sebabnya dunia ilmiah memutuskan bahwa masuk akal untuk mengukur skala kosmik dalam satuan gelombang radio (khususnya cahaya) yang merambat dalam interval waktu tertentu.
Jarak.
Dengan demikian, tahun cahaya- tidak lebih dari jarak yang ditempuh seberkas cahaya dalam satu tahun. Pada skala antarbintang, penggunaan satuan jarak yang lebih kecil dari ini tidak masuk akal. Namun mereka ada di sana. Berikut nilai perkiraannya:
1 detik cahaya ≈ 300.000 km;
1 menit cahaya ≈ 18.000.000 km;
1 jam cahaya ≈ 1.080.000.000 km;
1 hari siang hari ≈ 26.000.000.000 km;
1 minggu cahaya ≈ 181.000.000.000 km;
1 bulan cahaya ≈ 790.000.000.000 km.
Nah, supaya kamu paham dari mana angka-angka itu berasal, mari kita hitung berapa persamaannya tahun cahaya.
Ada 365 hari dalam setahun, 24 jam dalam sehari, 60 menit dalam satu jam, dan 60 detik dalam satu menit. Jadi, satu tahun terdiri dari 365 x 24 x 60 x 60 = 31.536.000 detik. Dalam satu detik, cahaya menempuh jarak 300.000 km. Jadi, dalam setahun pancarannya akan menempuh jarak 31.536.000 x 300.000 = 9.460.800.000.000 km.
Nomor ini berbunyi seperti ini: SEMBILAN TRILIUN EMPAT RATUS ENAM PULUH MILYAR DELAPAN RATUS JUTA kilometer.
Tentu, nilai yang tepat tahun cahaya sedikit berbeda dari apa yang kami hitung. Namun ketika menjelaskan jarak ke bintang dalam artikel sains populer, akurasi tertinggi, pada prinsipnya, tidak diperlukan, dan seratus atau dua juta kilometer tidak akan memainkan peran khusus di sini.
Sekarang mari kita lanjutkan eksperimen pemikiran kita...
Skala.
Anggap saja modern pesawat ruang angkasa daun-daun tata surya dari yang ketiga kecepatan melarikan diri(≈ 16,7 km/detik). Pertama tahun cahaya dia akan mengatasinya dalam 18.000 tahun!
4,36 tahun cahaya kepada orang terdekat kita sistem bintang (Alfa Centauri, lihat gambar di awal) akan diatasi dalam waktu sekitar 78 ribu tahun!
Kita galaksi Bima Sakti, memiliki diameter sekitar 100.000 tahun cahaya, ia akan menyeberang dalam 1 miliar 780 juta tahun.
