ინფორმაცია ჩვენი უახლოესი კოსმოსური გარემოს შესახებ საჯარო ხდება: ჩვეულებრივ მომხმარებლებს შეუძლიათ სახლიდან გაუსვლელად გამოთვალონ მანძილი მეზობელ პლანეტებამდე და მათთან მგზავრობის დრო. დაინტერესებული ხართ მარსის მზიდან დაშორების საკითხთან დაკავშირებით, ღირს გაეცნოთ კოსმოსური მანძილების გაზომვის საფუძვლებს.
როგორ იზომება მანძილი ვარსკვლავებამდე და რა არის სინათლის წელი
სივრცეში მანძილების ერთეულები განსაკუთრებულია, რომლებიც მიღებულია საერთაშორისო საზომი სისტემიდან ცალკე სვეტში.
A.E. - ეს არის ასტრონომიაში მანძილის საზომი, რომელიც აჩვენებს მესამე პლანეტის - დედამიწის - მზიდან საშუალო მდებარეობის მანძილს.
A.E.- ასტრონომიაში მანძილების საზომი ერთეული, ტოლია 149,597,870 კმ.
ამ ერთეულს ასევე შეგიძლიათ უწოდოთ ჩვენი პლანეტის ორბიტის რადიუსი.
AE არის მანძილი დედამიწის ცენტრებსა და მის ორბიტას შორის ასტრონომიულ ერთეულებში შესაძლებელია ობიექტებს შორის მანძილის გაზომვა იმავე ვარსკვლავურ სისტემაში, მზის მსგავსი. სამყაროს მასშტაბისთვის a.u. არის ძალიან პატარა ერთეული. ამრიგად, ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს შორის მანძილი გამოიხატება სინათლის წლებით.
ფიზიკაში დიდი ხნის განმავლობაში სინათლე იყო მსოფლიოში ყველაზე სწრაფი ფენომენის სტანდარტი, მაგრამ კოსმიური, არამომცველი მასშტაბით, სინათლეც კი არ მოძრაობს მყისიერად. სამყაროს ერთი კუთხიდან მეორეში მიმავალ გზაზე სინათლე ნელდება, იფანტება, იცვლის სპექტრს, ხვდება მატერიალურ დაბრკოლებებს.
სინათლის წელიწადი- ეს არის ვარსკვლავური მანძილი, რომლის გადალახვასაც სინათლე ახერხებს ერთ დედამიწაზე 9 460 730 472 580 800 კმ
ერთი სინათლის წლის მანძილი უდრის სინათლის სიჩქარისა და ერთი დედამიწის წლის ნამრავლს. იულიუსის წელი უნდა გარდაიქმნას წამებში გამრავლებამდე, ვინაიდან სინათლის სიჩქარე ასევე გამოიხატება წამებში.
იულიუსის წელი(ა) - დროის ერთეული ასტრონომიაში უდრის 365,25 იულიანულ დღეს
ეყრდნობოდა ასტრონომიულიერთეულებს შეუძლიათ უფრო რთული გამოთვლების შესრულება.
Სინათლის სიჩქარე
ხილული სინათლის სხივებში იგულისხმება ფოტონების არაატომური ნაწილაკების ნაკადი, რომლის სახელწოდება მომდინარეობს ბერძნული ტერმინიდან „ფოტო“ - „სინათლე“.
მიწიერი ადამიანისთვის ერთი სინათლის წელი დაუძლევლად დიდი მანძილია. საშუალო ადამიანს დამოუკიდებლად დედამიწის მიზიდულობის პირობებში შეუძლია განავითაროს დაახლოებით 20 კმ/სთ სიჩქარე. ფოტონები 60 მილიონჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობენ და ყოველ წამში 300 ათას კილომეტრს დაფრინავენ. ეს არის მაქსიმალური სიჩქარე, რომელსაც ხილული სინათლე შეუძლია ვაკუუმში მიაღწიოს.
Სინათლის სიჩქარევაკუუმში არის 299 792 458 მ/წმ
ჰაერის ან წყლის გარემოს წინააღმდეგობის დროს, მაგალითად, დედამიწის ატმოსფეროში ან ოკეანეებში, შესაბამისად, სინათლე კარგავს სიჩქარეს არაუმეტეს 25% და გადალახავს 225 ათას კმ წამში.
ამ მონაცემებიდან გამომდინარეობს ყველა სხვა გამოთვლა, რაც შესაძლებელს ხდის მზის სისტემაში და ვარსკვლავებს შორის ფრენების შესაძლებლობის შეფასებას. ერთ წუთში სინათლე კოსმოსის 18 მილიონ კილომეტრს გადის.
რაც უფრო უახლოვდება ადამიანი ტექნოლოგიურ პროგრესს, მიაღწევს სინათლის სიჩქარეს, მით ნაკლები დრო დასჭირდება კოსმოსურ მოგზაურობას.
რამდენი სინათლის წელია მარსამდე
ჩვენ დიდი ხანია ვიცით, როგორ გადავლახოთ უზარმაზარი მანძილი პრაქტიკული მაგალითებით.
რამდენ ხანს ვიფრინოთ წითელ პლანეტაზე ასტრონავტ-დედამიწისთვის, ეს არის განტოლება ცვლადი მნიშვნელობით, რადგან ჩვენი პლანეტა და მარსი მუდმივად მოძრაობენ. ყოველი პლანეტა მიმართულია თავის ორბიტაზე მზის გარშემო. პლანეტებს შეუძლიათ მიუახლოვდნენ ერთმანეთს ან იყვნენ ვარსკვლავის მოპირდაპირე მხარეს უკიდურეს მანძილზე.
რა თქმა უნდა, მიწიერებისთვის ყველაზე ეკონომიური გამოსავალი იქნება მარსზე ფრენა, როცა პლანეტები მინიმალურ მანძილზე არიან.
მანძილი, რომელსაც სინათლე გადის ერთ წელიწადში არის 9460,73 მილიარდი კილომეტრი. მინიმალური შესაძლო მანძილი დედამიწასა და მარსს შორის არის 54,55 მილიონი კმ.
დედამიწიდან მარსამდე 0.0000057 სინათლის წელიწადი ასეთი მონაცემებით შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ორ პლანეტას შორის მინიმალური მანძილი უდრის 181 სინათლის წამს, ანუ 3 სინათლის წუთს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მარსსა და დედამიწას შორის 0.00000570776255707763 სინათლის წელი.
რამდენი სინათლე მიფრინავს მარსზე
მიუხედავად ფიზიკური მიუწვდომლობისა, შესაძლებელია ზუსტად გამოთვალოთ რამდენი ხანი სჭირდება ვარსკვლავების შუქს მზიდან მარსამდე.
მზის სისტემის ცენტრალური ვარსკვლავიდან მარსზე ფრენა შეიძლება განხორციელდეს ფოტონით - სინათლის ნაწილაკით - დაბრკოლებების და ჩარევის გათვალისწინების გარეშე 12,01 წუთში. გამოთვლები მიღებულია სინათლის მუდმივი სიჩქარით ვაკუუმში - 300 ათასი კილომეტრი წამში - და წითელი პლანეტის საშუალო მანძილი ვარსკვლავიდან, ტოლია 228 მილიონი კმ.
228,000 ათასი კმ / 300 ათასი კმ / წმ = 760 წმ = 12 წუთი 1 წამი - დრო, რომელიც საჭიროა მზიდან მარსზე ან პირიქით ფრენისთვის სინათლის სიჩქარით. მანძილი, როდესაც მარსი აფელიონშია, სინათლით დაფარავს 13,01 წუთში, პერიჰელიონში 11 წუთში.
რამდენი დრო უნდა გავფრინდეთ მარსზე სინათლის სიჩქარით
მარსზე ჰიპოთეტური ფრენის დრო მარტივად შეიძლება გამოითვალოს ზემოთ მოყვანილი ცოდნის საფუძველზე. არის ზუსტად გათვლილი ფრენის გზა, შესაძლებლობები და მინიმალური მანძილი დედამიწიდან მარსამდე. ის 54 მილიონ კმ-ზე მეტია, რაც 3 წუთია მანათობელი ნაკადისთვის. მხოლოდ სინათლის სიჩქარით გადაადგილების შემთხვევაში მოგიწევთ მარსზე ფრენა არა რამდენიმე უთვალავი თვე, არამედ თითქმის ერთი წამით. მარსსა და დედამიწას შორის სამი წუთი სინათლის სიჩქარით ძნელია შედარება ნებისმიერ ხმელეთის ტრანსპორტთან.
წითელი პლანეტა მიუწვდომელია, თუ კაცობრიობა პროგრესს მიაღწევს სინათლის სიჩქარით ფრენისთვის. მეცნიერების განვითარების ამჟამინდელი ტემპით, ტრანსპორტის ახალი ფუტურისტული გზების აღმოჩენა მხოლოდ დროის საკითხია.
ცეცხლის ეს სფერო ზედმეტად კაშკაშაა შეუიარაღებელი თვალისთვის. მაგრამ თუ მას უფრო ღრმად ჩახედავთ, შეგიძლიათ დაინახოთ მზის ნამდვილი ბუნება. ცხელი აირის ეს გიგანტური ბურთი მზის სისტემის უდიდესი ობიექტია. მზე გამოიმუშავებს სითბოს და სინათლეს. ეს არის ენერგიის წყარო დედამიწაზე სიცოცხლისთვის. მზის წიაღში მუდმივად ხდება ბირთვული რეაქცია... ჩვენი ვარსკვლავი საშიშია, მაგრამ მის გარეშე ცხოვრება არ შეგვიძლია. სიცოცხლის არც ერთი ასპექტი არ გაგრძელდებოდა მზის გარეშე.
სინათლე ჩვენი სამყაროს ერთ-ერთი ფუნდამენტური კომპონენტია, ყველაფრის ფუნდამენტური ნაწილი. ეს ფენომენი არა მხოლოდ ყველაზე მნიშვნელოვანი, არამედ ყველაზე სწრაფია სივრცეში. სინათლის სიჩქარე 300000 კმ/წმ-ს აღწევს... ვინაიდან მზემდე მანძილი დაახლოებით 150 მილიონი კილომეტრია, მაშინ სინათლე დედამიწას დაახლოებით 8 წუთში აღწევს... მაგრამ ეს 8 წუთი მხოლოდ ბოლო გასროლაა მის მოგზაურობაში. დაახლოებით მილიონი წელი დასჭირდება, სანამ შუქი დატოვებს მზის შიდა მკაცრ გარემოს. ეს ნიშნავს, რომ სინათლე, რომელსაც ახლა ადამიანები ხედავენ დედამიწაზე, წარმოიშვა ადამიანის ცივილიზაციის გამოჩენამდე დიდი ხნით ადრე.
მზეს აქვს ასობით ათასი კილომეტრის სისქის მძიმე გაზის რამდენიმე ფენა. და მის ცენტრში არის ბირთვი, რომელიც შობს მზის შუქს. და ეს იწვევს სამყაროში ერთ-ერთ ყველაზე დამანგრეველ რეაქციას - ბირთვული შერწყმა (წყალბადის გადაქცევა ჰელიუმად)... თუ წყალბადის ორ ატომს დააკავშირებთ, რეაქცია ხდება და მიიღებთ ჰელიუმს. მარტივად ჟღერს, მაგრამ ეს ასე არ არის. ფაქტობრივად, ორი ატომის შეერთება ადვილი არ არის, რადგან ორ პროტონს ერთი და იგივე დადებითი მუხტი აქვს და ამიტომ იგერიებენ ერთმანეთს. პროტონებს არ უყვართ ერთმანეთთან დაახლოება. მათ შერწყმას დიდი ენერგია სჭირდება და ეს ძალიან იშვიათად ხდება. პროტონული კავშირი იყენებს უზარმაზარ რაოდენობას სითბოს და წნევას, რომელსაც წარმოქმნის გრავიტაცია.
მზე შეიცავს მთელი მზის სისტემის მატერიის დაახლოებით 99,8%-სდა მთელი ეს მასა მძლავრი გრავიტაციული ძალის დახმარებით ატარებს მზის ფენებს. გრავიტაცია ეხმარება წყალბადის ატომებს დაკავშირებაში და ასე ხდება ბირთვული შერწყმა. ამ ბირთვულ რეაქტორში წყალბადის ატომები აერთიანებენ „უსასრულო“ რაოდენობას წამში. ზოგიერთი შეჯახება იმდენად მძაფრია, რომ ატომები ერწყმის ერთმანეთს და ათავისუფლებს ენერგიას. მაგრამ გასაკვირია, რომ ის წარმოუდგენლად სუსტია. შერწყმის დროს პროტონების 1%-ზე ნაკლები გარდაიქმნება ენერგიად, რაც საკმარისი არ არის მანქანის ძრავისთვისაც კი. და ეს ენერგია წარმოიქმნება მხოლოდ სინთეზით. შეჯახებული პროტონების უმეტესობა არ არის სინთეზირებული. ეს საშუალებას აძლევს მზეს იცოცხლოს კიდევ 10 მილიარდი წელი.
გზა სინათლის უმცირესი ნაწილაკი - ფოტონი, იწყება მზის ინკანდესენტური ბირთვიდან. გამა სხივის სახით წარმოქმნილი ფოტონი მზის ბირთვიდან სინათლის სიჩქარით გაფრინდება. მისთვის დაბრკოლებები რომ არ ყოფილიყო, ასეთი სიჩქარით მზის ზედაპირს 2 წამში გატეხავდა. მზე იმდენად მკვრივია, რომ მისი სხვადასხვა გაზების ფენების გარედან გარღვევისთვის, სხივს სჭირდება 100 ათასი, თუ არა მილიონი წელი. მზის ბირთვიდან გასვლის შემდეგ, ახალშობილი ფოტონი წყალბადის ატომების სქელ ფენაში გადის. ამ ფენის სისქე 600 ათას კილომეტრზე მეტია. მის დასაძლევად ფოტონს 100 წელი დასჭირდება. ამის შემდეგ, გარღვევა იწყება მზის პლაზმის მეშვეობით, რომელიც გადაჭიმულია 320 ათას კილომეტრზე. მას აქვს ელექტრული მუხტი, რომელიც ხელს უშლის ფოტონების მოძრაობას. მისი ნაწილაკები იკავებენ ფოტონს წამის მეასედში, შემდეგ ათავისუფლებენ მას და ეჯახება პლაზმის სხვა ნაწილაკებს. ყველა ეს პროცესი ათასობით და თუნდაც მილიონობით წელი გრძელდება, სანამ, საბოლოოდ, ფოტონი არ ამოიფრქვევა და განაგრძობს გზას დედამიწისკენ ან სამყაროს სხვა კუთხეებისკენ.
რამდენი დრო სჭირდება მზის შუქს დედამიწამდე მისვლას? ცხადია, მზის სინათლე სინათლის სიჩქარით მოძრაობს. მზის ზედაპირიდან გამოსხივებულ ფოტონებს გარკვეული დრო სჭირდება სივრცის ვაკუუმში გასავლელად და ჩვენს თვალამდე მისვლას. საშუალოდ მზის შუქი მზიდან დედამიწამდე მანძილს 8 წუთსა და 20 წამში გადის. თუ მზე მოულოდნელად გაქრა ჩვენი სამყაროდან, მაშინ დაგჭირდებათ 8 წუთზე მეტი დრო, სანამ შეამჩნევდით, რომ რაღაც არასწორია.
როგორ იღებთ ამ 8 წუთსა და 20 წამს? ჩვენ ვტრიალებთ მზის გარშემო დაახლოებით 150 მილიონი კილომეტრის მანძილზე. სინათლე წამში 300000 კილომეტრის სიჩქარით მოძრაობს. ერთმანეთის გაყოფით მივიღებთ 500 წამს, ანუ 8 წუთსა და 20 წამს. შედეგად მიღებული დრო საშუალოა, როდესაც დედამიწა მოძრაობს მზის გარშემო ელიფსურ ორბიტაზე. უმოკლესი მანძილი 147 მილიონი კილომეტრია, ხოლო ყველაზე გრძელი 152 მილიონი კილომეტრი. უახლოეს წერტილში სინათლე დედამიწამდე აღწევს 490 წამში, ხოლო ყველაზე შორს სინათლეს 507 წამი სჭირდება.
ყველაფერი ბევრად უფრო საინტერესო ხდება, როდესაც განიხილავთ ფოტონების მოგზაურობას მზის შიგნით. ალბათ იცით, რომ ფოტონები წარმოიქმნება მზის ბირთვში თერმობირთვული რეაქციების შედეგად. ეს ფოტონები უამრავჯერ გამოიყოფა და შეიწოვება ვარსკვლავის გასხივოსნებულ ზონაში, სანამ საბოლოოდ მიაღწევენ ზედაპირს. საბოლოო ჯამში, ფოტონები, რომლებიც თქვენს თვალებს ურტყამს, რეალურად შეიქმნა ათობით ათასი წლის წინ. ასე რომ, გზა დედამიწამდე, რომელსაც სულ რაღაც 8 წუთზე სჭირდება, მხოლოდ ერთი მომენტია ფოტონის ცხოვრებაში.
ამ ყველაფრიდან ირკვევა, რომ კოსმოსში შეხედვით წარსულს უყურებთ. უახლოესი ვარსკვლავის ალფა კენტავრის შუქი ჩვენთან დაახლოებით 4 წელია მოდის, ასე რომ, ამ ვარსკვლავს რომ ვუყურებთ, რეალურად ვხედავთ, როგორ გამოიყურებოდა ის 4 წლის წინ. მაგრამ არსებობს გალაქტიკები, რომლებიც ჩვენგან მილიონობით სინათლის წლის მანძილზე მდებარეობს. თუ მოულოდნელად ერთ-ერთ ამ გალაქტიკაში არის ცივილიზაცია მაღალგანვითარებული ტექნოლოგიებით, მაშინ მათ შეუძლიათ დააკვირდნენ კიდეც დინოზავრებს, რომლებიც ტრიალებენ ჩვენი პლანეტის ზედაპირზე.
მზეს თავისთავად ვიღებთ, მაგრამ როგორ ანათებს? რა ხდება მის შიგნით? მოგეხსენებათ, მზე წყალბადისა და ჰელიუმის უზარმაზარი ბურთია.
ზედაპირზე, ტემპერატურა დაახლოებით 6000 კელვინია, მაგრამ როდესაც თქვენ ეშვებით ბირთვისკენ, ტემპერატურა და წნევა იზრდება. სანამ ბირთვს მიაღწევთ, ტემპერატურა იქნება დაახლოებით 15 მილიონი კელვინი.
ამ ტემპერატურასა და წნევაზე იწყება შერწყმის რეაქცია.
ბირთვის შიგნით, წყალბადის ოთხი ატომი გაერთიანდება და ქმნის ჰელიუმის ბირთვს. ეს პროცესი ხდება უსასრულო რაოდენობის ჯერ, ყოველ წამში.
ყოველ წამში 600 მილიონ ტონაზე მეტი წყალბადი გარდაიქმნება ჰელიუმად. მზე ყოველ 70000 წელიწადში ერთხელ გარდაქმნის წყალბადის მასას, რომელიც დედამიწის მასის ექვივალენტურია. რამდენადაც მოგეხსენებათ, სანათიდან დედამიწამდე დრო სინათლის სხივი აღწევს 8 წუთში, მაგრამ გამოსხივება მზის ანთებების სახით, დედამიწამდე გაცილებით დიდხანს აღწევს.
სინათლის გზა ბირთვიდან
თერმობირთვული შერწყმის რეაქციის შედეგად, უზარმაზარი ენერგია გამოიყოფა ფოტონების სახით. ეს ფოტონები გამოიყოფა და შეიწოვება გაზის მოლეკულებით. ფოტონის სიცოცხლის განმავლობაში ეს პროცესი მილიონჯერ ხდება.
გასაკვირია, რომ ცენტრიდან გასასვლელად ფოტონს 200 000 წელი სჭირდება ზედაპირამდე მისვლას.
სინათლეს ბირთვიდან ზედაპირზე გადაადგილებას ასობით ათასი წელი სჭირდება. მზიდან დედამიწამდე სხივი დედამიწამდე სულ რაღაც 8 წუთში აღწევს.
>>> რამდენი დრო სჭირდება მზის შუქს დედამიწამდე მისვლას?
Სინათლის სიჩქარე- რამდენ ხანს გადის მზის შუქი მზიდან დედამიწამდე: დედამიწის ორბიტის აღწერა ფოტოზე, მზის სისტემაში მესამე პლანეტის მანძილი და ადგილი.
უცნაურად გამოიყურება, რადგან ყველას ჰგონია, რომ მზე უბრალოდ ანათებს და ყველაფერი ისე ხდება, თითქოს მყისიერად. მზის სხივები ჩვენსკენ მიემართება სინათლის სიჩქარით და მოძრაობს ვაკუუმურ გარემოში. მოკლედ, მთელ მოგზაურობას 8 წუთი და 20 წამი სჭირდება. დიახ, ირონია ის არის, რომ თუ ჩვენი ვარსკვლავი უეცრად სადმე გაქრება, ის ჩვენამდე მხოლოდ 8 წუთის შემდეგ მოვა.
სინათლის სიჩქარის გაგება მნიშვნელოვანია ასტრონომიაში, ამიტომ მივმართოთ მათემატიკას. დედამიწიდან მზემდე მანძილი 150 მილიონი კმ-ია, სინათლის სიჩქარე კი 300000 კმ/წმ. გაყავით და მიიღეთ მითითებული დრო. მაგრამ ეს არის საშუალო რიცხვი.
ისიც გავიხსენოთ, რომ ჩვენი პლანეტა ბრუნავს ელიფსური ორბიტალური ბილიკის გასწვრივ და მანძილი იცვლება 147-152 მილიონი კმ-ით. შემდეგ, უახლოეს მიდგომაზე, სიჩქარე იქნება 490 წამი, ხოლო მანძილზე - 507 წამი. მაგრამ შემდეგ ეს კიდევ უფრო საინტერესო ხდება.
მზის ბირთვის შიგნით ხდება შერწყმა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ფოტონები. ეს ყველაფერი იწყება გამა სხივების სახით, რომლებიც ბევრჯერ შეიწოვება ვარსკვლავის მიერ, მიემგზავრება მის შიგნით და მხოლოდ ამის შემდეგ იშლება ზედაპირზე. მაგრამ ყველაზე საოცარი ის არის, რომ სინამდვილეში შუქი, რომელიც შენამდე აღწევს, შეიქმნა ათობით ათასი წლის წინ! მან გაქცევა მოახერხა და 8 წუთში საბოლოოდ მოგივიდა.
დიახ, როცა კოსმოსს უყურებ, სიტყვასიტყვით ყველგან ხედავ წარსულის კვალს. ასახული მთვარის შუქი წამით ჩვენსკენ მოძრაობს. მაგრამ ალფა კენტავრს 4 წელზე მეტი სჭირდება. ახლა იფიქრეთ სხვა გალაქტიკების ვარსკვლავებზე, რომლებსაც მილიონობით წელი სჭირდება მხოლოდ მათი მშვენიერი ბრწყინვალების დასანახად.
მოდით შევხედოთ მეორე მხარეს. თუ არსებობენ ინტელექტუალური უცხოპლანეტელები, რომლებიც ახლა ჩვენს პლანეტას უყურებენ, ისინი მხოლოდ დინოზავრებს დაინახავენ. სწორედ ამიტომ არის სინათლის სიჩქარე მნიშვნელოვანი მეცნიერებისა და კოსმოლოგებისთვის.