Viele Menschen missverstehen, was ein „Lichtjahr“ ist. Obwohl es sich wie ein Zeitmaß anhört, ist es eigentlich eine Entfernung, da es das Jahr einschließt. In gewisser Weise ist es eine Entfernung, die in Lichtgeschwindigkeit ausgedrückt wird, sodass Sie auch andere Maße wie einen Lichttag oder sogar eine Lichtsekunde haben können. Dies ist jedoch nur ein Teil der Geschichte, denn Entfernungen im kosmischen Maßstab werden durch die Ausdehnung des Raum-Zeit-Gefüges kompliziert. Ein Lichtjahr zu berechnen ist einfach, multiplizieren Sie einfach die Lichtgeschwindigkeit mit der Anzahl der Sekunden im Jahr, aber die Berechnung kosmologischer Entfernungen ist nicht ganz so einfach. Die Rotverschiebung des Objekts ist objektiv am einfachsten zu definieren, aber es gibt auch andere Konzepte wie die Mitbewegungsentfernung, die nützlich sein können.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Bestimmen Sie die Entfernung in Bezug auf Licht mit der Formel:
dL = ct
Wocist die Lichtgeschwindigkeit,dL ist die Entfernung, undtist der Zeitraum. Für ein Lichtjahr:
Lichtjahr = Lichtgeschwindigkeit × Anzahl der Sekunden im Jahr
Kosmologische Distanzen können mit einem kosmologischen Rechner und der Rotverschiebung des jeweiligen Objekts ermittelt werden.
So berechnen Sie ein Lichtjahr oder eine andere Lichtentfernung
Berechnen Sie ein Lichtjahr mit der einfachen Formel:
\text{Lichtjahr} = \text{Lichtgeschwindigkeit}\times \text{Anzahl der Sekunden im Jahr}
Die Lichtgeschwindigkeit wird normalerweise mit dem Symbolc, und wenn Sie es mit einer beliebigen Zeitdauer multiplizieren (t), erhalten Sie diese „Lichtentfernung“ (dL) aus der Rechnung. Du könntest also schreiben:
d_L=ct
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt ungefähr 2,998 × 108 m/s, ein Lichtjahr ist also:
\text{Lichtjahr}=(2.998\times 10^8\text{ m/s})\frac{365.25\text{ Tage}}{\text{Jahr}}\frac{24\text{ Stunden}}{\text{Tag}}\frac{60\text{ min}}{\text{hr}}\frac{60\text{ s}}{\text{min}}=9,46\times10^{ 15}\text{ m}
Bei dieser Berechnung wurden 365,25 Tage pro Jahr verwendet, um Schaltjahre zu berücksichtigen. Ähnlich ist ein Lichttag:
\text{light day}=(2.998\times 10^8\text{ m/s})\frac{24\text{ Std}}{\text{day}}\frac{60\text{ min}}{ \text{hr}}\frac{60\text{ s}}{\text{min}}=2,59\times10^{13}\text{ m}
Kosmologische Distanzen und Rotverschiebung
Entfernungen über eine kosmologische Skala sind kompliziert, weil sich das gesamte Gefüge der Raumzeit ständig ausdehnt. Wenn also zum Beispiel ein Lichtsignal von einer weit entfernten Galaxie auf uns zukommt, bewegt es sich mit Lichtgeschwindigkeit und braucht wahrscheinlich Hunderte von Millionen Jahren, um die Reise abzuschließen. In dieser Zeit hat sich der Raum selbst ausgedehnt, und so ist die Entfernung noch weiter als zu Beginn der Reise. Das macht es wirklich schwer zu definieren, was es wirklich istmeintzu sagen, dass etwas eine gewisse Distanz durch den Raum zurückgelegt hat. Die „mitfahrende“ Distanz dehnt sich mit dem Raum aus, sodass dieses Problem berücksichtigt wird, aber sie ist immer noch nicht für alle Zwecke geeignet.
Das objektivste Maß für die Entfernung im Raum ist die „Rotverschiebung“. Dies misst, wie viel die Lichtwelle hat „ausgedehnt“ (bewegt es näher an das rote Ende des Spektrums) aufgrund der Ausdehnung des Raums während seiner Reise. Wenn es weiter wandert, hat es die Wellenlänge des Lichts mehr verschoben.
Rotverschiebung (z) ist definiert als:
z=\frac{\lambda_{obs}-\lambda_{Rest}}{\lambda_{Rest}}
Woλist das Symbol für die Wellenlänge und die Indizes „obs“ und „rest“ bedeuten die beobachtete Wellenlänge bzw. die Wellenlänge im Bezugssystem, in dem sie emittiert wurde. Sie können die Wellenlänge bei der Emission anhand von Standardwerten aus einem Labor ermitteln, da verschiedene Substanzen Licht in bestimmten Teilen des Spektrums absorbieren und emittieren.
Die kosmologische Distanz finden
Kosmologische Entfernungen zu finden ist ziemlich schwierig. Obwohl Sie es berechnen können, ist der beste Ansatz die Verwendung eines kosmologischen Taschenrechners mit einigen bereits eingegebenen Standardparametern. Geben Sie die Rotverschiebung des Objekts ein, zu dem Sie die Entfernung ermitteln möchten, und verwenden Sie dazu die von der vorgeschlagenen Parameter Rechner, und er gibt viele Entfernungsmaße zurück, einschließlich der sich bewegenden Entfernung und der Lichtstrecke Zeit. Sie können die Lichtlaufzeit (umgerechnet in Sekunden wie im ersten Abschnitt) mit der Lichtgeschwindigkeit multiplizieren, um die vom Licht selbst zurückgelegte Entfernung zu ermitteln.