22 април 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Анимации показват колко непоносимо „бавна” може да бъде светлината и колко е голяма е Вселената

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 20 януари 2019 в 00:0069780
Кредит: Shocking Science

Серия от нови анимации на учен от НАСА показват колко пъргава, а също и колко "ужасно мудна" може да бъде скоростта на светлината.

Скоростта на светлината е максималната, с която може да се движи един материален обект. 

В съвършено празен вакуум една частица светлина, която се нарича фотон, може да лети със скорост 299 792 километра в секунда или около 1.097 милиарда километра в час.

Това е невероятно бързо. Въпреки това скоростта на светлината може да бъде разочароващо бавна, ако се опитвате да комуникирате с други планети или да достигнете до тях, да не говорим за планетите извън нашата Слънчева система.

За да демонстрира ограничението на скоростта  на светлината в космоса по начин, който всеки би могъл да разбере, Джеймс О'Донохю (James O'Donoghue), планетарен учен в Центъра за космически полети на НАСА, решава да направи няколко анимации.

О'Донохю разказва пред Business Insider, че едва наскоро се е научил да създава анимации - първата му е за прессъобщението на НАСА  за  изчезващите пръстени на Сатурн. След това ученият се насочва към анимации на други трудни за възприемане космически концепции, включително видеоклип, илюстриращ скоростите на въртене и размерите на планетите. Той споделя, че "събира милиони гледания" като ги публикува в Twitter.

Последната работа на О'Донохю разглежда три различни сценария за скоростта на светлината, за да покаже колко бързи или колко досадно бавни могат да бъдат фотоните.

Колко бързо се движи светлината спрямо Земята

Една от първите анимации на О'Донохю показва колко бързо се движи светлината спрямо Земята.

Земният екватор има дължина около 40 075 км. Ако нашата планета нямаше атмосфера (въздухът пречупва и забавя малко светлината), фотон би я обикалял по екватора почти 7,5 пъти всяка секунда.

В това  изображение скоростта на светлината изглежда доста бърза, макар видеото да показва, че е ограничена.

Колко бързо се движи светлината между Земята и Луната

Втората анимация на О'Донохю включва и Луната.

Средно разстоянието между нашата планета и естествения ѝ спътник е 384 400 км.

Това означава, че лунната светлина, която виждаме, е тръгнала преди 1.255 секунди от естествения ни спътник, а ако изпратим светлинен сигнал от Земята, който да се отрази от Луната и да се върне обратно ще са нужни около 2.51 секунди.

Това време обаче нараства с всеки изминал ден, тъй като Луната се отдалечава от Земята  със скорост от около 3,8 сантиметра на година. 

Колко бързо се движи светлина между Земята и Марс

Третата анимация за скоростта на светлината на О'Донохю илюстрира предизвикателството, с което ежедневно се справят много планетни учени.

Когато НАСА се опитва да разговаря или да изтегля данни от космически кораб като сондата InSight на Марс, тя може да направи това не по-бързо от скоростта на светлината. Това е твърде бавно, за да се управлява космически кораб в режим "на живо", както става например с кола с дистанционно управление. Така че командите трябва да бъдат внимателно обмислени предварително и насочени към точното място в пространството в точното време, така че да не пропуснат целта си.

Най-бързият разговор между Земята и Марс може да се случи, когато планетите са в най-близката точка една до друга, събитие, наречено най-близък подход, което се случва веднъж на всеки две години. Средно разстоянието между тях е най-добрия случай е около 54,6 милиона километра.

Тъй като на 60-секундният клип на О'Донохю в YouTube  показва, че за светлината са нужни 3 минути 2 секунди, за да измине разстоянието между Земята и Марс при най-близкия им подход. Това са шест минути и четири секунди за двупосочно пътуване на светлината.

Но средно Марс е на около 254 милиона километра от Земята - така средно времето, необходимо за отиване и връщане на комуникационния сигнал е около 28 минути и 12 секунди.

Колкото по-далеч отиваме, толкова скоростта на светлината става по-потискаща

Препятствието на ограничената скорост на светлината става още по-голямо предизвикателство за космически апарати като New Horizons, който наскоро подмина обекта от Пояса на Кайпер Ултима Туле на 6.5 милиарда км от Земята и космическите апарати Voyager 1 и 2, всеки от които вече е достигнал междузвездното пространство.

Ситуацията става наистина непоносима, когато започнем да изследваме космоса извън Слънчевата система. Най-близката ни позната екзопланета, наречена Proxima b, е на около 4.2 светлинни години от нас (разстояние от около  39.7 трилиона километра).

Сондата "Паркър" на НАСА се движи със скорост над 343 хиляди километра в час и по този начин стана най-бързият от всички космически кораби, някога стартирали в космоса. С тази скорост ще са необходими 13 211 години, за да достигне Proxima b.

Проектът Breakthrough Starshot на руски и американски милиардери предлага начин за справяне с този проблем на скоростта. Планът е да се изградят "нано космически кораби" - малки роботизирани космически сонди, които използват светлинен импулс, който да ускори апарата до 20% от скоростта на светлината. Ако всичко е наред, корабът може да достигне Алфа Кентавър около 20 години след старта и да изпрати обратно снимки на всички планети, открити в системата.

И все пак цялата концепция все още е теоретична, която може и да не сработи или скоростта да е много по-малка (вж "Двойка по физика на Милнер и Хокинг").

Космосът е невъобразимо огромно. Въпреки че Вселената е на около 13.77 милиарда години, нейният край е на около 45.34 милиарда светлинни години от всяка посока и се увеличава заради разширяването й.

Това е твърде много, за да илюстрира в проста анимация, но музикантът Пабло Карлос Будаси (Pablo Carlos Budassi) създаде изображение, което дава приблизителна представа, комбинирайки логаритмични карти на Вселената от Принстън и НАСА

Първият вариант показва наблюдаваната Вселена на един диск:

Това е представа за видимата Вселена, в която разстоянията са показани логаритмично. В средата ще намерите Слънчевата система, после пояса на Кайпер, облака на Оорт, Алфа Центавър, спиралата на Персей - ръкав на нашата галактика, Млечния път, галактиката Андромеда, близки галактики, купове от галактики, космическия микровълнов фон (червения ръб) и накрая на самия Голям взрив.  Pablo Carlos Budassi

Логаритмите ни помагат да разберем огромните числа и в този случай огромните разстояния. Например, когато намалим мащаба от 1 сантиметър до 1 дециметър, след това 1 дециметър до 1 метър, сме сменили мащабите с два порядъка или 10 2 .

Вместо да показва всички части на Вселената по линейна скала, Будаси прави всеки пръстен от кръга с няколко порядъка по-голям от този преди него. Ето защо цялата наблюдавана Вселена може да се вмести в кръг.

Една по-нова и също толкова впечатляваща илюстрация на Будаси показваща мащаба на Вселената във вертикално изображение. Тя логаритмично намалява от безкрайно малката „квантова пяна“ на тъканта на пространството (с мащаб от 10 -32 метра) чак до краищата на наблюдаваната вселена (която е около 10 58 пъти по-голяма).

Космолозите смятат, че границата на наблюдаваната Вселена е 45,34 милиарда години във всяка посока или, ако предпочитате сфера с ширина около 90,72 милиарда светлинни години.

Истинският размер на Вселената, която е отвъд това, което можем да наблюдаваме, може да бъде безкраен.

Вертикална логаритмична скала на Вселената. Pablo Carlos Budassi / Уикипедия (CC BY-SA 4.0)


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Космология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.