Veel mensen begrijpen niet wat een "lichtjaar" is. Hoewel het klinkt als een maat voor tijd, omdat het jaar omvat, is het eigenlijk een afstand. In zekere zin is het een afstand uitgedrukt in termen van de lichtsnelheid, dus je kunt ook andere maatregelen nemen, zoals een lichtdag of zelfs een lichtseconde. Dit is echter slechts een deel van het verhaal, omdat afstanden op kosmische schaal gecompliceerd worden door de uitbreiding van het weefsel van ruimte-tijd. Het berekenen van een lichtjaar is eenvoudig, vermenigvuldig eenvoudig de lichtsnelheid met het aantal seconden in een jaar, maar het berekenen van kosmologische afstanden is niet zo eenvoudig. De roodverschuiving van het object is het gemakkelijkst om objectief te definiëren, maar er zijn ook andere concepten zoals de reisafstand die ook nuttig kunnen zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Vind de afstand in termen van licht met behulp van de formule:
dL = ct
Waarcis de snelheid van het licht,dL is de afstand, entis de tijdsperiode. Voor een lichtjaar:
Lichtjaar = lichtsnelheid × aantal seconden in een jaar
Kosmologische afstanden kunnen worden gevonden met behulp van een kosmologische rekenmachine en de roodverschuiving van het object in kwestie.
Een lichtjaar of andere lichtafstand berekenen
Bereken een lichtjaar met behulp van de eenvoudige formule:
\text{lichtjaar} = \text{lichtsnelheid}\times \text{aantal seconden in een jaar}
De snelheid van het licht krijgt meestal het symboolc, en als je het vermenigvuldigt met een bepaalde tijdsduur (t), krijg je die "afstand van het licht" (dL) uit de berekening. Je zou dus kunnen schrijven:
d_L=ct
De lichtsnelheid is ongeveer 2,998 × 108 m/s, dus een lichtjaar is:
\text{lichtjaar}=(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}\tekst{ m}
Die berekening gebruikte 365,25 dagen per jaar om rekening te houden met schrikkeljaren. Evenzo is een lichtdag:
\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}
Kosmologische afstanden en roodverschuiving
Afstanden over een kosmologische schaal zijn gecompliceerd omdat het hele weefsel van ruimte-tijd voortdurend uitbreidt. Als er bijvoorbeeld een lichtsignaal van een ver sterrenstelsel op ons afkomt, beweegt het met de snelheid van het licht en heeft het waarschijnlijk honderden miljoenen jaren nodig om de reis te voltooien. Gedurende die tijd is de ruimte zelf uitgebreid, en dus is de afstand nog groter dan aan het begin van de reis. Dit maakt het heel moeilijk om te definiëren wat het echt ismiddelenzeggen dat iets een bepaalde afstand door de ruimte heeft afgelegd. De "opkomende" afstand wordt groter met de ruimte, dus het verklaart dit probleem, maar het is nog steeds niet geschikt voor alle doeleinden.
De meest objectieve maatstaf voor afstand in de ruimte is de "roodverschuiving". Dit meet hoeveel de lichtgolf heeft "uitgerekt" (verplaatst het dichter naar het rode uiteinde van het spectrum) vanwege de uitbreiding van de ruimte tijdens zijn reis. Als het verder reist, zal het de golflengte van het licht meer hebben verschoven.
Roodverschuiving (z) is gedefinieerd als:
z=\frac{\lambda_{obs}-\lambda_{rest}}{\lambda_{rest}}
Waarλis het symbool voor golflengte en de subscripts "obs" en "rest" betekenen respectievelijk de golflengte die u waarneemt en de golflengte in het referentiekader waar het werd uitgezonden. Je kunt de golflengte vinden wanneer deze werd uitgezonden op basis van standaardwaarden die in een laboratorium zijn verkregen, omdat verschillende stoffen licht absorberen en uitstralen in specifieke delen van het spectrum.
De kosmologische afstand vinden
Het vinden van kosmologische afstanden is behoorlijk uitdagend. Hoewel je het kunt berekenen, is de beste aanpak om een kosmologische rekenmachine te gebruiken met een aantal standaardparameters die al zijn ingevoerd. Voer de roodverschuiving in van het object waartoe u de afstand wilt bepalen, met behulp van de parameters die worden voorgesteld door de rekenmachine, en het zal veel afstandsmaten retourneren, inclusief de reisafstand en de lichte reis tijd. Je kunt de reistijd van het licht (omgerekend in seconden, zoals in het eerste deel) vermenigvuldigen met de lichtsnelheid om de afstand te vinden die het licht zelf heeft afgelegd.