Вчений з NASA наочно показав, наскільки повільної може бути швидкість світла

Швидкість світла – це межа, з яким може рухатися матеріальний об’єкт в просторі, якщо, звичайно, не брати в розрахунок гіпотетичні кротові нори, з допомогою яких, згідно з припущеннями, об’єкти можуть переміщатися в просторі ще швидше. В ідеальному вакуумі частинка світла, фотон, може рухатися зі швидкістю 299 792 кілометра в секунду або приблизно 1,079 мільярда кілометрів на годину. На перший погляд може здатися, що це дивно швидко. Ні, це насправді швидко. Але в масштабах космосу така швидкість може бути болісно повільним, особливо, якщо мова йде про радиосообщениях і польоти на інші планети, зокрема, знаходяться за межами нашої Сонячної системи.

Для того щоб будь-якій людині було легше зрозуміти обмежені можливості швидкості світла планетолог Центру космічних польотів Годдарда NASA Джеймс о’донохью створив серію анімаційних роликів.

«Я робив ці анімації з прицілом на те, щоб якомога зрозуміліше і швидше пояснити весь контекст того, що я хотів в них відобразити. Коли я ще вчився, мені доводилося вручну малювати складні концепції, щоб самому зрозуміти, про що взагалі йде мова», — зізнається о’донохью.

У розмові з Business Insider о’донохью розповів, що тільки недавно навчився робити ці анімації. Його першою роботою для NASA стала підготовка ролика про кільцях Сатурна. Після цього він почав анімувати інші складні для розуміння космічні концепти, наприклад, наочне порівняння розмірів і швидкості обертання планет Сонячної системи. За його словами, ця робота, опублікована на його особистій сторінці в «Твіттері», привернула інтерес.

Його остання робота – спроба наочно продемонструвати наскільки швидкими і в той же час повільними можуть бути фотони.

Наочна демонстрація руху фотонів навколо Землі

У першому анімаційному ролику о’донохью показав, як швидко світло може рухатися відносно Землі.

Довжина екватора планети складає приблизно 40 тисяч кілометрів. Якби у неї не було атмосфери (частки, які в ній містяться, можуть трохи сповільнювати світло), то фотон, сковзає уздовж її поверхні, здійснював би майже 7,5 повних обороту за 1 секунду (або 0.13 секунд на один оборот).

Незважаючи на те, що при такому сценарії швидкість світла здається неймовірно швидкою, ролик також демонструє, що вона скінченна.

Наскільки швидко світло долає відстань між Землею і Місяцем

У другому ролику о’донохью охоплює більшу відстань від Землі до Місяця.

У середньому дистанція між нашою планетою і її природним супутником становить 384 000 кілометрів. Це означає, що спостерігається на небі місячне світло долає цю відстань за 1,255 секунди, а дорога туди і назад, наприклад, при передачі радіоповідомлень між Землею і космічними апаратами, займе 2,51 секунди.

Слід врахувати, що з кожним днем цей час збільшується, оскільки кожен рік Місяць віддаляється від Землі приблизно на 3,8 сантиметра (Місяць постійно виснажує енергію обертання Землі через гравітаційно-приливне взаємодія. Наслідками цього ефекту є зміна орбіти супутника).

Як швидко світло долає відстань між Землею і Марсом

У третьому ролику о’донохью продемонстрував проблему, з якою багатьом планетологам доводиться стикатися щодня.

Коли співробітники аерокосмічного агентства NASA намагаються завантажити і отримати дані з космічного апарату, наприклад, того ж зонда InSight, що працює зараз на Марсі, то передача повідомлень відбувається зі швидкістю світла. Проте її недостатньо, щоб управляти апаратом в «режимі реального часу». Тому команди повинні бути ретельно продумані, максимально стиснуті і спрямовані в точний час і місце, щоб не промахнутися повз адресата.

Найшвидша передача повідомлень між Землею і Марсом можлива в той момент, коли планети знаходяться в точці максимального зближення. Проте це відбувається лише приблизно раз у два роки. Крім того, навіть у цьому випадку нас розділяє відстань близько 54,6 мільйона кілометрів. У ролику о’донохью показано, що при такій дистанції світла потрібно 3 хвилини і 2 секунди для того, щоб дістатися від однієї планети до іншої або 6 хвилин в обидві сторони.

У середньому Землю і Марс поділяє дистанція в 254 мільйони кілометрів, тому в середньому двостороння передача повідомлень займає близько 28 хвилин і 12 секунд.

Чим далі відстань, тим гіршою стає «ефективність» швидкості світла

Ілюстрація космічного «нанозонда» Breakthrough Starshot, прискорює дуже потужним лазерним променем і направляє до зоряній системі Альфи Центавра

Межа швидкості світла створює ще більше проблем для космічних апаратів, що знаходяться ще далі від Землі. Наприклад, того ж зонду «Нові горизонти», який зараз знаходиться в 6,64 мільярда кілометрів від нас, або «Вояджеру-1» і «Вояджеру-2», які досягли межі Сонячної системи.

Зовсім сумною ситуація стає, якщо мова йде про передачі повідомлення в іншу зоряну систему. Наприклад, найближча з відомих екзопланет, Проксіма b, знаходиться приблизно в 4,2 світлових роках від нас (близько 39,7 трильйони кілометрів). Навіть якщо взяти найшвидший на даний момент космічний апарат, Сонячний зонд Паркер, здатний досягти швидкості в 343 000 кілометрів на годину, то навіть йому буде потрібно близько 13 211 років лише для того, щоб долетіти до Проксими b.

Сподобалася стаття?