Меню

Скорость света от солнца до планет



За сколько свет доходит от Солнца до Земли

Многие думают, что центральная звезда нашей галактики просто светит, и ее лучи распространяются мгновенно, но это не так. Как рассчитать, сколько времени идет свет от Солнца до Земли, почему в разное время года это значение будет отличаться — факты, которые будут интересны не только детям, но и взрослым.

Каким образом светит Солнце

Солнечный свет, согревающий своими лучами все живое на Земле — это результат сложных химических реакций. Солнце — это большой раскаленный шар. Он имеет несколько слоев из водорода и гелия толщиной сотни тысяч километров. Температура на поверхности звезды равна 6000 Кельвинов или 5726,85°С. У ядра, где рождается солнечный свет, этот показатель намного выше — 15 млн °К.

При такой температуре и давлении непрерывно происходит реакция термоядерного синтеза внутри ядра: 4 атома водорода сливаются в ядро гелия. Это повторяется бесконечное количество раз. В одну секунду в результате такого синтеза 600 млн т водорода становятся гелием. И каждые 70 тыс. лет солнце преобразовывает водород в количестве, равном массе Земли.

В результате термоядерного синтеза высвобождается большое количество энергии в виде фотонов — безмассовых частиц, которые существуют, только двигаясь со скоростью света. За время своей жизни фотон миллионы раз испускается и поглощается молекулами газа.

Интересный факт: чтобы от ядра Солнца добраться до поверхности, фотону потребуется 200 тысяч лет.

Сколько идет свет от Солнца до Земли

Чтобы рассчитать время, за которое луч света доходит до Земли, нужно знать расстояние между нашей планетой и светилом, а также скорость света. Первые попытки вычислить путь, которые ежедневно преодолевает бесконечное количество фотонов, были сделаны в конце XVII в. Учеными того времени была получена цифра — 139 млн км, но она была неточной.

Позже были произведены более точные расчеты, по которым расстояние от Солнца до Земли равно 150 млн км. Хоть эта величина принята за константу и называется астрономической единицей, но наша планета движется по вытянутой эллиптической орбите, поэтому расстояние между двумя небесными телами изменяется. В январе оно сокращается до 147 млн км (перигелий), а в июле километраж максимальный — 152 млн км (афелий).

Время, необходимое на преодоление солнечными лучами расстояния до Земли на разных отрезках орбиты нашей планеты, приведено в нижеследующей таблице:

Время, за которое свет достигает Земли
мин. сек.
для астрономической единицы 8 17
для перигелия 8 3
для афелия 8 25

Таким образом, в любое время года солнечный свет достигает Земли за 8 минут и 3-25 секунд. Если бы вдруг Солнце погасло, то земляне узнали бы это, спустя указанное время.

Интересно: солнечное излучение способно проникать вглубь океана на 85 метров, а проходя через различные вещества, оно может замедляться или преломляться, фокусируясь в одной точке.

За какое время свет достигает Земли от других объектов

Для определения расстояния между различными объектами в космосе в астрономии используется такая величина, как световой год. Этот показатель равен пути, который проходит свет в космическом пространстве за стандартный земной год. В количественном измерении световой год составляет 9 460 730 472 580 800 м или больше 63 тыс. астрономических единиц.

Время, за которое фотоны солнечного света будут лететь до следующих объектов во вселенной, будет равно:

  • для самой дальней от Солнца планеты Плутона фотоны — 5 часов;
  • для самой дальней точки нашей системы, облака астероидов и обломков Оорта — целых 1,5 года;
  • для ближайшей к Земле яркой звезды Проксима Центавра — 4 года.

Расстояние между Луной и Землей свет преодолеет за 1,2 секунды, с такой же скоростью распространяются и радиоволны. Это создает трудности в управлении космическими аппаратами (например, «Луноходом»), поскольку сигнал приходит и уходит с задержкой.

Свет распространяется не мгновенно. Это является причиной того, что многие космические явления можно наблюдать с большой задержкой. Так, яркая Полярная звезда расположена от Земли на удалении в 400 световых лет. Ее лучи, которые можно наблюдать сейчас, были посланы еще во времена Колумба.

Источник

Как измеряли скорость света и каково ее реальное значение

Наблюдая за молнией во время грозы, наверняка каждый ребенок пытался понять, с чем связана задержка между ее вспышкой и громовыми раскатами. Очевидно, что свет и звук имеют разную скорость. Почему так происходит? Что такое скорость света и каким образом ее можно измерить?

Читайте также:  Что такое эллиптически поляризованный свет

Что такое скорость света?

Давайте для начала разберемся, что такое скорость света. По-научному, это такая величина, которая показывает, насколько быстро перемещаются лучи в вакууме или в воздухе. Также нужно знать, что такое свет. Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.

Интересный факт: свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.


Свет от Луны до Земли



Сколько идет свет от Солнца до Земли

Чтобы рассчитать время, за которое луч света доходит до Земли, нужно знать расстояние между нашей планетой и светилом, а также скорость света. Первые попытки вычислить путь, которые ежедневно преодолевает бесконечное количество фотонов, были сделаны в конце XVII в. Учеными того времени была получена цифра — 139 млн км, но она была неточной.

Позже были произведены более точные расчеты, по которым расстояние от Солнца до Земли равно 150 млн км. Хоть эта величина принята за константу и называется астрономической единицей, но наша планета движется по вытянутой эллиптической орбите, поэтому расстояние между двумя небесными телами изменяется. В январе оно сокращается до 147 млн км (перигелий), а в июле километраж максимальный — 152 млн км (афелий).

В 1975 г. была установлена точная скорость фотонов в вакууме 299 792 458 м/с, но в большинстве расчетов используют ее приближенное значение — 300 тыс. км/с.

Время, необходимое на преодоление солнечными лучами расстояния до Земли на разных отрезках орбиты нашей планеты, приведено в нижеследующей таблице:

Время, за которое свет достигает Земли
мин. сек.
для астрономической единицы 8 17
для перигелия 8 3
для афелия 8 25

Таким образом, в любое время года солнечный свет достигает Земли за 8 минут и 3-25 секунд. Если бы вдруг Солнце погасло, то земляне узнали бы это, спустя указанное время.

Интересно: солнечное излучение способно проникать вглубь океана на 85 метров, а проходя через различные вещества, оно может замедляться или преломляться, фокусируясь в одной точке.


Формула вычисления времени, за которое свет от Солнца идёт до Земли. Credit: ru-static.z-dn.net.



Чему равна скорость света?

При нахождении не в вакууме, на свет влияют различные условия. Вещество, через которое проходят лучи, в том числе. Если без доступа кислорода количество метров в секунду не меняется, то в среде с доступом воздуха значение изменяется.

Свет проходит медленнее через различные материалы, такие как стекло, вода и воздух. Этому явлению дан показатель преломления, чтобы описать, насколько они замедляют движение света. Стекло имеет показатель преломления 1,5, это означает, что свет проходит через него со скоростью около 200 тысяч километров в секунду. Показатель преломления воды равен 1,3, а показатель преломления воздуха — немного больше 1, это означает, что воздух лишь слегка замедляет свет.

Материалы по теме

Парадокс относительности одновременности СТО

Говоря кратко, явление относительности одновременности состоит в том, что часы, которые располагаются в разных точках пространства, могут идти «одновременно» только если они находятся в одной и той же инерциальной системе отсчета. То есть время на часах зависит от выбора системы отсчета.

Из этого же следует такой парадокс, что событие B, которое является следствием события A, может произойти одновременно с ним. Кроме того, можно выбрать системы отсчета таким образом, что событие B произойдет раньше, чем вызвавшее его событие A. Подобное явление нарушает принцип причинности, который довольно прочно укрепился в науке и ни разу не ставился под сомнение. Однако, данная гипотетическая ситуация наблюдается лишь в том случае, когда расстояние между событиями A и B больше, чем временной промежуток между ними, умноженный на «электромагнитную постоянную» — с. Таким образом, постоянная c, которой равна скорость света, является максимальной скоростью передачи информации. В противном бы случае нарушался бы принцип причинности.

Самое точное значение скорости света

Ученые-физики за многие года накопили опыт исследований скорости световых лучей. На текущий момент самое точное значение скорости света — 299 792 километра в секунду. Константу установили в 1933 году. Число актуально до сих пор.

Однако в дальнейшем появились сложности с определением показателя. Это произошло из-за погрешностей в измерении метра. Сейчас само значение метра напрямую зависит от скорости света. Оно равняется расстоянию, которое лучи проходят за определенное количество секунд — 1/скорость света.

Читайте также:  Вокруг свет за 80 дней 720

Сколько световых лет до Марса

Как преодолеть огромное расстояние и сколько лететь к Марсу нам давно известно на практических примерах.

Сколько лететь на красную планету астронавтам-землянам – это уравнение с переменным значением, потому что наша планета и Марс постоянно находятся в движении. Каждая планета устремлена по своей орбите вокруг Солнца. Планеты могут приближаться друг к другу или находиться по разные стороны звезды на предельном удалении. Разумеется, наиболее экономичным для землян решением будет предпринять полёт к Марсу, когда планеты находятся на минимальной дистанции.

Расстояние, которое свет проходит за один год равно 9460,73 миллиардов километров. Минимальное возможное расстояние между Землей и Марсом равно 54,55 млн. км.


0.0000057 световых лет от Земли до Марса

Имея такие данных можно заключить, что минимальное расстояние между двумя планетами – равняется 181 световым секундам, или 3-м световым минутам. Иными словами, между Марсом и Землёй 0.00000570776255707763 световых лет.

Чему равна скорость света в вакууме?

Поскольку в вакууме на свет не влияют различные условия, то его скорость не меняется так, как на Земле. Скорость света в вакууме равна 299 792 километрам в секунду. Такой показатель является предельным. Считается, что ничто в мире не может двигаться быстрее, даже космические тела, которые движутся довольно быстро.

К примеру, истребитель, Боинг Х-43, который превышает скорость звука практически в 10 раз (более 11 тысяч км/ч), летит медленнее, чем луч. Последний движется более, чем на 96 тысяч километров в час быстрее.

История

В XIX веке произошло несколько научных экспериментов, которые привели к открытию ряда новых явлений. Среди этих явлений – открытие Гансом Эрстедом порождения магнитной индукции электрическим током. Позже Майкл Фарадей обнаружил обратный эффект, который был назван электромагнитной индукцией.

Уравнения Джеймса Максвелла – электромагнитная природа света

В результате этих открытий было отмечено так называемое «взаимодействие на расстоянии», в результате чего новая теория электромагнетизма, сформулированная Вильгельмом Вебером, была основана на дальнодействии. Позже, Максвелл определил понятие электрического и магнитного полей, которые способны порождать друг друга, что и есть электромагнитной волной. Впоследствии Максвелл использовал в своих уравнениях так называемую «электромагнитную постоянную» — с.

К тому времени ученые уже вплотную приблизились к тому факту, что свет имеет электромагнитную природу. Физический же смысл электромагнитной постоянной – скорость распространения электромагнитных возбуждений. На удивление самого Джеймса Максвелла, измеренное значение данной постоянной в экспериментах с единичными зарядами и токами оказалось равным скорости света в вакууме.

До данного открытия человечество разделяло свет, электричество и магнетизм. Обобщение Максвелла позволило по-новому взглянуть на природу света, как на некий фрагмент электрического и магнитного полей, распространяющийся самостоятельно в пространстве.

На рисунке ниже изображена схема распространения электромагнитной волны, которой также является свет. Здесь H – вектор напряженности магнитного поля, E — вектор напряженности электрического поля. Оба вектора перпендикулярны друг другу, а также направлению распространения волны.

Схема распространения электромагнитной волны

Опыт Майкелъсона — абсолютность скорости света

Физика того времени во многом строилась с учетом принципа относительности Галилея, согласно которому законы механики выглядят одинаково в любой выбранной инерциальной системе отсчета. В то же время согласно сложению скоростей – скорость распространения должна была зависеть от скорости движения источника. Однако, в таком случае электромагнитная волна вела бы себя по-разному в зависимости от выбора системы отсчета, что нарушает принцип относительности Галилея. Таким образом, вроде бы отлично сложенная теория Максвелла находилась в шатком состоянии.

Эксперименты показали, что скорость света действительно не зависит от скорости движения источника, а значит требуется теория, которая способна объяснить столь странный факт. Лучшей теорией на то время оказалась теория «эфира» — некой среды, в которой и распространяется свет, подобно тому как распространяется звук в воздухе. Тогда бы скорость света определялась бы не скоростью движения источника, а особенностями самой среды – эфира.

Предпринималось множество экспериментов с целью обнаружения эфира, наиболее известный из которых – опыт американского физика Альберта Майкелъсона. Говоря кратко, известно, что Земля движется в космическом пространстве. Тогда логично предположить, что также она движется и через эфир, так как полная привязанность эфира к Земле – не только высшая степень эгоизма, но и попросту не может быть чем-либо вызвана. Если Земля движется через некую среду, в которой распространяется свет, то логично предположить, что здесь имеет место сложение скоростей. То есть распространение света должно зависеть от направления движения Земли, которая летит через эфир. В результате своих экспериментов Майкелъсон не обнаружил какой-либо разницей между скоростью распространения света в обе стороны от Земли.

Читайте также:  Как растение улавливает свет

Эфирный ветер по отношению к Земле

Данную проблему попытался решить нидерландский физик Хендрик Лоренц. Согласно его предположению, «эфирный ветер» влиял на тела таким образом, что они сокращали свои размеры в направлении своего движения. Исходя из этого предположения, как Земля, так и прибор Майкелъсона, испытывали это Лоренцево сокращение, вследствие чего Альберт Майкелъсон получил одинаковую скорость для распространения света в обоих направлениях. И хотя Лоренцу несколько удалость оттянуть момент гибели теории эфира, все же ученые чувствовали, что данная теория «притянута за уши». Так эфир должен был обладать рядом «сказочных» свойств, в числе которых невесомость и отсутствие сопротивления движущимся телам.

Конец истории эфира пришел в 1905-м году вместе с публикацией статьи «К электродинамике движущихся тел» тогда еще мало известного – Альберта Эйнштейна.

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна

Двадцатишестилетний Альберт Эйнштейн высказывал совсем новый, иной взгляд на природу пространства и времени, который шел в разрез с тогдашними представлениями, и в особенности грубо нарушал принцип относительности Галилея. Согласно Эйнштейну, опыт Майкельсона не дал положительных результатов по той причине, что пространство и время имеют такие свойства, что скорость света есть абсолютная величина. То есть в какой бы системе отсчета не находился наблюдатель – скорость света относительно него всегда одна 300 000 км/сек. Из этого следовала невозможность применения сложения скоростей по отношению к свету – с какой бы скоростью не двигался источник света, скорость света не будет меняться (складываться или вычитаться).

Мысленный эксперимент с поездом. Абсолютность скорости света

Эйнштейн использовал Лоренцево сокращение для описания изменения параметров тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Так, например, длина таких тел будет сокращаться, а их собственное время – замедляться. Коэффициент таких изменений называется Лоренц-фактор. Известная формула Эйнштейна E=mc2на самом деле включает также Лоренц-фактор (E= ymc2), который в общем случае приравнивается к единице, в случае, когда скорость тела v равна нулю. С приближением скорости тела v к скорости света c Лоренц-фактор y устремляется к бесконечности. Из этого следует, что для того, чтобы разогнать тело до скорости света потребуется бесконечное количество энергии, а потому перейти этот предел скорости – невозможно.

В пользу данного утверждения существует также такой аргумент как «относительность одновременности».

Как измеряли скорость света?

Самые первые ученые пытались измерить эту величину. Использовались разные методы. В период античности, люди науки считали, что она бесконечная, поэтому невозможно ее измерить. Это мнение осталось надолго, вплоть до 16-17 века. В те времена появились другие ученые, которые предположили, что луч имеет конец, а скорость можно измерить.


Измерение скорости света

Известный астроном из Дании Олаф Рёмер вывел знания о скорости света на новый уровень. Он заметил, что затмение спутника Юпитера опаздывает. Ранее на это никто не обращал внимание. Следовательно, он решил посчитать скорость.

Почему нельзя двигаться быстрее света

На сегодняшний день в данном вопросе существуют некоторые «подводные камни». Например, почему при обычных условиях константа СРС не может быть преодолена? По принятой теории в этой ситуации будет нарушаться фундаментальный принцип строения нашего мира, а именно — закон причинности. Он утверждает, что следствие по определению не способно опережать свою причину. Образно говоря, не может быть такого, что сначала медведь упадет замертво, а только потом раздастся выстрел охотника, застрелившего его. А вот если СРС превысить, то события должны начать происходить в обратной последовательности. В результате время начнет свой обратный бег.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Существуют объекты быстрее скорости света. Например, солнечные зайчики, тень, колебания волн. Хотя теоретически они могут развить сверхсветовую скорость, энергия, которую они выделяют не будет совпадать с вектором их движения.

Если световой луч проходит, к примеру, через стекло или воду, то его могут обогнать электроны. Они не ограничены в скорости передвижения. Следовательно, в таких условиях свет не движется быстрее всех.

Этот феномен назван эффектом Вавилова — Черенкова. Чаще всего встречается в глубоких водоемах и реакторах.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник