Daudzi cilvēki pārprot, kas ir “gaismas gads”. Lai gan tas izklausās kā laika mērs, jo tas ietver gadu, tas faktiski ir attālums. Savā ziņā tas ir attālums, kas izteikts gaismas ātrumā, tāpēc jums var būt arī citi pasākumi, piemēram, gaismas diena vai pat sekunde. Tomēr šī ir tikai daļa no stāsta, jo attālumus kosmiskā mērogā sarežģī telpas-laika auduma paplašināšanās. Aprēķināt gaismas gadu ir viegli, vienkārši reiziniet gaismas ātrumu ar sekundes skaitu gadā, bet aprēķināt kosmoloģiskos attālumus nav tik vienkārši. Objekta sarkanā nobīde ir visvieglāk objektīvi definējama, taču var būt noderīgi arī citi jēdzieni, piemēram, savienojuma attālums.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Atrodiet attālumu gaismas izteiksmē, izmantojot formulu:
dL = ct
Kurcir gaismas ātrums,dL ir attālums, untir laika periods. Gaismas gadam:
Gaismas gads = gaismas ātrums × sekunžu skaits gadā
Kosmoloģiskos attālumus var atrast, izmantojot kosmoloģisko kalkulatoru un attiecīgā objekta sarkano nobīdi.
Kā aprēķināt gaismas gadu vai citu gaismas attālumu
Aprēķiniet gaismas gadu, izmantojot vienkāršo formulu:
\ text {gaismas gads} = \ text {gaismas ātrums} \ reizes \ text {sekunžu skaits gadā}
Gaismas ātrumam parasti tiek piešķirts simbolscun, ja reizināt to ar jebkuru laika periodu (t), jūs iegūsiet šo "gaismas attālumu" (dL) no aprēķina. Tātad jūs varētu rakstīt:
d_L = ct
Gaismas ātrums ir aptuveni 2,998 × 108 m / s, tāpēc gaismas gads ir:
\ text {gaismas gads} = (2.998 \ reizes 10 ^ 8 \ text {m / s}) \ frac {365.25 \ text {dienas}} {\ text {gads}} \ frac {24 \ text { hrs}} {\ text {day}} \ frac {60 \ text {min}} {\ text {hr}} \ frac {60 \ text {s}} {\ text {min}} = 9.46 \ times10 ^ { 15} \ text { m}
Šajā aprēķinā tika izmantotas 365,25 dienas gadā, lai uzskaitītu garos gadus. Līdzīgi gaismas diena ir:
\ text {light day} = (2,998 \ reizes 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 \ reizes10 ^ {13} \ text {m}
Kosmoloģiskie attālumi un sarkanā nobīde
Attālumi kosmoloģiskā mērogā ir sarežģīti, jo viss telpas-laika audums nepārtraukti paplašinās. Tā, piemēram, ja pret mums nāk gaismas signāls no tālas galaktikas, tas pārvietojas ar gaismas ātrumu un, iespējams, prasa simtiem miljonu gadu, lai pabeigtu ceļojumu. Šajā laikā pati telpa ir paplašinājusies, un tāpēc attālums ir vēl lielāks, nekā tas būtu bijis brauciena sākumā. Tāpēc ir ļoti grūti noteikt, kas tas īsti irnozīmēkaut ko teikt, kosmosā ir nobraukts noteiktā attālumā. "Comoving" attālums paplašinās līdz ar kosmosu, tāpēc tas izskaidro šo problēmu, taču tas joprojām nav piemērots visiem mērķiem.
Objektīvākais attāluma mērījums kosmosā ir “sarkanā nobīde”. Tas mēra gaismas viļņa daudzumu "Izstiepts" (pārvietojot to tuvāk spektra sarkanajam galam), jo telpas laikā tā paplašinās ceļojums. Ja tas ceļo tālāk, tas būs vairāk nobīdījis gaismas viļņa garumu.
Sarkanā nobīde (z) ir definēts kā:
z = \ frac {\ lambda_ {obs} - \ lambda_ {rest}} {\ lambda_ {rest}}
Kurλir viļņa garuma simbols, un “obs” un “rest” abonementi nozīmē jūsu novēroto viļņa garumu un attiecīgi viļņa garumu atsauces rāmī, kur tas tika izstarots. Viļņa garumu, kad tas tika izstarots, var atrast, pamatojoties uz laboratorijā iegūtajām standarta vērtībām, jo dažādas vielas absorbē un izstaro gaismu noteiktās spektra daļās.
Kosmoloģiskā attāluma atrašana
Atrast kosmoloģiskos attālumus ir diezgan grūti. Lai gan jūs to varat aprēķināt, vislabākā pieeja ir izmantot kosmoloģisko kalkulatoru ar dažiem jau ievadītiem standarta parametriem. Ievadiet tā objekta sarkano nobīdi, līdz kuram vēlaties atrast attālumu, izmantojot parametrus, kurus ieteica kalkulators, un tas atgriezīs daudzus attāluma mērījumus, ieskaitot tuvojošos attālumu un vieglo braucienu laiks. Jūs varat reizināt gaismas ceļojuma laiku (pārrēķināts sekundēs, tāpat kā pirmajā sadaļā) ar gaismas ātrumu, lai atrastu pašas gaismas nobraukto attālumu.