Beaucoup de gens comprennent mal ce qu'est une « année-lumière ». Bien que cela ressemble à une mesure du temps, car il inclut l'année, il s'agit en fait d'une distance. En un sens, c'est une distance exprimée en termes de vitesse de la lumière, vous pouvez donc également avoir d'autres mesures comme un jour-lumière ou même une seconde-lumière. Cependant, ce n'est qu'une partie de l'histoire, car les distances à l'échelle cosmique sont compliquées par l'expansion du tissu de l'espace-temps. Le calcul d'une année-lumière est facile, il suffit de multiplier la vitesse de la lumière par le nombre de secondes dans une année, mais le calcul des distances cosmologiques n'est pas si facile. Le décalage vers le rouge de l'objet est la chose la plus facile à définir objectivement, mais il existe d'autres concepts comme la distance de déplacement qui peuvent également être utiles.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Trouvez la distance en termes de lumière en utilisant la formule :
réL = ct
Oùcest la vitesse de la lumière,réL est la distance, ettest la période de temps. Pour une année lumière :
Année lumière = vitesse de la lumière × nombre de secondes dans une année
Les distances cosmologiques peuvent être trouvées à l'aide d'un calculateur cosmologique et du décalage vers le rouge de l'objet en question.
Comment calculer une année-lumière ou une autre distance lumineuse
Calculez une année-lumière en utilisant la formule simple :
\text{année-lumière} = \text{vitesse de la lumière}\times \text{nombre de secondes dans une année}
La vitesse de la lumière est généralement désignée par le symbolec, et si vous le multipliez par n'importe quelle durée (t), vous obtiendrez cette "distance de lumière" (réL) hors du calcul. Vous pourriez donc écrire :
d_L=ct
La vitesse de la lumière est d'environ 2,998 × 108 m/s, donc une année-lumière est :
\text{année-lumière}=(2.998\times 10^8\text{ m/s})\frac{365.25\text{ days}}{\text{year}}\frac{24\text{ hrs}}{\text{day}}\frac{60\text{ min}}{\text{hr}}\frac{60\text{ s}}{\text{min}}=9.46\times10^{ 15}\texte{ m}
Ce calcul a utilisé 365,25 jours par an pour tenir compte des années bissextiles. De même, un jour-lumière est :
\text{light day}=(2.998\times 10^8\text{ m/s})\frac{24\text{ hrs}}{\text{day}}\frac{60\text{ min}}{ \text{hr}}\frac{60\text{ s}}{\text{min}}=2.59\times10^{13}\text{ m}
Distances cosmologiques et décalage vers le rouge
Les distances à l'échelle cosmologique sont compliquées parce que tout le tissu de l'espace-temps est en constante expansion. Ainsi, par exemple, si un signal lumineux d'une galaxie lointaine vient vers nous, il se déplace à la vitesse de la lumière et prend probablement des centaines de millions d'années pour terminer le voyage. Pendant ce temps, l'espace lui-même s'est élargi et la distance est donc encore plus grande qu'elle ne l'aurait été au début du voyage. Cela rend vraiment difficile de définir ce qu'il est vraimentmoyensdire que quelque chose a parcouru une certaine distance dans l'espace. La distance « de déplacement » augmente avec l'espace, ce qui explique ce problème, mais elle n'est toujours pas adaptée à toutes les fins.
La mesure la plus objective de la distance dans l'espace est le « redshift ». Cela mesure combien l'onde lumineuse a « étiré » (le rapprochant de l'extrémité rouge du spectre) en raison de l'expansion de l'espace au cours de sa voyage. S'il voyage plus loin, il aura déplacé davantage la longueur d'onde de la lumière.
Redshift (z) est défini comme:
z=\frac{\lambda_{obs}-\lambda_{rest}}{\lambda_{rest}}
Oùλest le symbole de la longueur d'onde et les indices « obs » et « reste » signifient respectivement la longueur d'onde que vous observez et la longueur d'onde dans le cadre de référence où elle a été émise. Vous pouvez trouver la longueur d'onde lorsqu'elle a été émise sur la base de valeurs standard obtenues en laboratoire, car différentes substances absorbent et émettent de la lumière dans des parties spécifiques du spectre.
Trouver la distance cosmologique
Trouver des distances cosmologiques est assez difficile. Bien que vous puissiez le calculer, la meilleure approche consiste à utiliser une calculatrice cosmologique avec certains paramètres standard déjà entrés. Entrez le décalage vers le rouge de l'objet dont vous voulez trouver la distance, en utilisant les paramètres suggérés par le calculatrice, et il renverra de nombreuses mesures de distance, y compris la distance de déplacement et le voyage léger temps. Vous pouvez multiplier le temps de trajet de la lumière (converti en secondes, comme dans la première section) par la vitesse de la lumière pour trouver la distance parcourue par la lumière elle-même.