ما هي السنة الضوئية؟ وكيف تحسب؟
السنة الضوئية هي وحدة قياس لا غنى عنها لأي شخص يحاول فهم الفضاء الخارجي. اجعل مجموعة من علماء الفلك يتحدثون ، وستسمعهم يقولون "سنوات ضوئية" كلما سمعت مشجعي كرة القدم وهم يذكرون كلمة "يارد".
بالنسبة لغير العلماء ، يمكن أن تكون السنة الضوئية مفهومًا محيرًا. إنها وحدة مسافة على الرغم من أنها قد تبدو وكأنها وحدة زمنية. ومما يزيد الارتباك أن أفلام الخيال العلمي والبرامج التلفزيونية تفسد المفهوم بشكل روتيني.
كم تبعد السنة الضوئية؟
السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها شعاع من الضوء في فراغ في سنة واحدة. من المهم تحديد الفراغ لأن الضوء يتباطأ أثناء مروره عبر أي نوع من المادة. (في الماء على سبيل المثال ، يسافر بشكل أبطأ بنحو 25 في المائة). معظم الكون عبارة عن فراغ شبه كامل ، لذلك يمكن لعلماء الفلك أن يفترضوا عمومًا أن الضوء يتحرك بأقصى سرعته.
يسافر الضوء بسرعة 299,792,458 مترًا (186,282,397 ميلاً) في الثانية. اضرب هذا الرقم في عدد الثواني في السنة (31,557,600) ، وستحصل على إجابتك: السنة الضوئية هي 9,460,730,473,000 كيلومتر أو 5,878,625,373,000 ميل.
لماذا يقيس الفلكيون المسافة بالسنوات الضوئية؟
الوحدات المألوفة مثل الكيلومترات والأميال صغيرة بشكل سخيف لوصف اتساع الكون. خذ على سبيل المثال Proxima Centauri ، أقرب نجم وراء الشمس. يمكنك القول أنه يبعد حوالي 2490000000000 ميل - أو وفر طاقتك في قراءة هذا الرقم السهل بمسافة 4.24 سنة ضوئية مرتبة.
تقع معظم النجوم التي تراها في الليل على بعد بضع مئات من السنين الضوئية من الأرض. تصادف أن مجرة درب التبانة التي نعيش فيها عبارة عن مجرة جميلة تمتد على مدار 100000 سنة ضوئية. تقع مجرة أندروميدا على بعد 2.54 مليون سنة ضوئية - وهو رقم كبير ولكنه لا يزال أكثر قابلية للإدارة بكثير من "14 كوينتيليون ، 900 كوادريليون ميل."
إذن السنوات الضوئية هي مجرد مقياس للمسافة وليس الزمن؟
بالمعنى الدقيق للكلمة ، السنة الضوئية هي وحدة قياس المسافة تمامًا مثل القدم والبوصة. إذا كنت تريد تجنب أي ارتباك ، يمكنك التوقف هنا.
ولكن هناك جانب رائع آخر لقصة السنة الضوئية. نظرًا لأن الضوء يتحرك بسرعة محدودة ، فإن كل ما تراه أصبح قديمًا: نظرتك للعالم هي في الواقع صورة لما بدت عليه الأشياء في اللحظة التي بدأ ضوءها يتحرك نحوك.
إذا كنت تحدق في غرفة ، فإن التأخير هو مجرد جزء من المليار من الثانية - غير محسوس تمامًا. انظر إلى القمر ، وستراه كما كان منذ حوالي ثانية ونصف. شاهد غروب الشمس وسترى الشمس منذ 8.3 دقيقة.
التأثير الأكثر وضوحًا للنجوم. إنها على بعد سنوات ضوئية ، لذلك عندما تنظر إليها فإنك تنظر إلى سنوات في الماضي.
يقع نجم Sirius ألمع نجم في السماء ، على بعد 8.6 سنة ضوئية من الأرض ، مما يعني أن الضوء الذي تراه قد تركه منذ 8.6 سنة. بعبارة أخرى ، نرى دائمًا سيريوس Sirius كما كانت قبل 8.6 عام. ذنب ، نجم صيفي بارز في كوكبة الدجاجة ، يبعد حوالي 2500 سنة ضوئية. كان وهجها المتلألئ في طريقه إلينا بالفعل في حين ذلك كان أرسطو على قيد الحياة.
وتذكر أن المجرات الأخرى تكون أكثر بعدًا. يمكن للتلسكوبات القوية مثل هابل اكتشاف المجرات التي ظل ضوءها يسافر في طريقنا لمليارات السنين. وهكذا تظهر لنا صور هابل الأثيرية هذه المجرات كما كانت قبل مليارات السنين - في بعض الحالات ، من وقت قبل ظهور الأرض.
باختصار ، تصف السنة الضوئية المسافة فقط - لكن الضوء نفسه يوفر نوعًا من آلة الزمن ، مما يسمح لنا برصد الكون كما كان منذ زمن بعيد.
كيف نعرف سرعة الضوء؟
جاءت هذه البصيرة الحاسمة من أولي رومر ، عالم الفلك الدنماركي من القرن السابع عشر. خلال الستينيات من القرن السادس عشر ، كان يدرس أحد أقمار المشتري ، عندما لاحظ شيئًا غريبًا: عندما كان المشتري والأرض على بعد أكبر مسافة بينهما ، كان القمر ينزلق إلى ظل المشتري بعد بضع دقائق مما توقعه علماء الفلك. عندما كان الكوكبان أقرب إلى بعضهما البعض ، بدا أن الحدث حدث قبل بضع دقائق.
أدرك رومر أن التأخير ليس له علاقة بالقمر. بدلاً من ذلك ، كان هذا وهمًا ناجمًا عن الوقت الذي يستغرقه الضوء في الامتداد لمسافة إضافية عندما تكون الأرض والمشتري على جانبي الشمس. أظهرت حساباته أن الضوء يسافر 131000 ميل في الثانية - تقدير جيد بشكل ملحوظ ، مع الأخذ في الاعتبار أنه كان يقوم بهذا العمل بعد 60 عامًا فقط من اختراع التلسكوب.
من جاء بمصطلح السنة الضوئية؟
يقول فريديريك أرينو Frédéric Arenou ، عالم الفلك ومؤرخ العلوم في مرصد باريس: "لقد حدث بالفعل مفهوم سرعة الضوء كمقياس للمسافة بحلول نهاية القرن السابع عشر ، عقب اكتشاف رومر محدودية سرعة الضوء".
تمسك الناس بالفكرة بسرعة كبيرة لدرجة أنه من المستحيل أن ينسب الفضل لأي فرد على وجه اليقين. يشير أرينو إلى مرشح جيد واحد: الباحث الإنجليزي فرانسيس روبرتس ، الذي فكر في عام 1694 أن "الضوء يستغرق وقتًا أطول في الانتقال من النجوم إلينا.
في البداية ، كانت هذه الأفكار غامضة بالضرورة لأن العلماء لم يكن لديهم سوى فكرة تقريبية عن بُعد النجوم. جاءت لحظة الاختراق عام 1838 ، عندما قاس عالم الفلك الألماني فريدريش بيسيل المسافة الدقيقة للنجم 61 Cygni. في وصفه للعدد الهائل الذي حصل عليه ، كتب بيسل أن "الضوء يوظف 10.3 سنوات لاجتياز هذه المسافة". هذا هو أقرب شيء إلى لحظة محددة عندما وُلد المفهوم المحدد للسنة الضوئية.
كيف يقيس علماء الفلك المسافات بالسنوات الضوئية؟
قدر بيسل المسافة إلى 61 Cygni من خلال ملاحظة المنظر ، وهي الحركة الظاهرة ذهابًا وإيابًا في السماء بسبب حركة الأرض حول الشمس.
لا يزال Parallax أحد أقوى أدوات علماء الفلك لقياس المسافة. أنفقت وكالة الفضاء الأوروبية 650 مليون يورو (750 مليون دولار) على تلسكوب غايا الفضائي ، والذي يستخدم حاليًا المنظر لقياس المسافات إلى أكثر من مليار نجم عبر مجرتنا.
خارج مجرة درب التبانة ، حيث تكون الاختلافات في المنظر صغيرة جدًا حتى لا يكتشفها غايا ، يحسب علماء الفلك المسافات من خلال ملاحظة أنواع معينة من النجوم المتغيرة أو انفجارات المستعر الأعظم اللامع. ومع ذلك ، لا تزال هذه الأساليب تعتمد على قياسات اختلاف المنظر كنقطة مرجعية.
نظرًا لأن عملهم متجذر بعمق في اختلاف المنظر ، يستخدم علماء الفلك عادةً وحدة مسافة ثانية ، الفرسخ ("المنظر القوس الثاني" ، زاوية صغيرة). فرسخ واحد يساوي 3.26 سنة ضوئية. في بعض الأحيان يكون الفرسخ أكثر صلة من الناحية العلمية ، لكن الباحثين غالبًا ما يبدلون بين المصطلحين دون سبب واضح باستثناء الأسلوب.
لسوء الحظ ، تبدو كلمة "sec" في الفرسخ وكأنها وحدة زمنية ، مما يؤدي إلى مزيد من الارتباك. من الأفضل التمسك بالسنة الضوئية. إنه كل ما تحتاجه من علم الفلك - ويتيح لك المشاركة في السفر عبر الزمن أيضًا.