Как далеко мы можем смотреть во времени?
Говорят, что мы живем в настоящем, но это не совсем так — наши чувства застряли в прошлом. После вспышки молнии проходят секунды, пока мы не услышим гул отдаленного грома. Мы слышим прошлое. Также мы можем и смотреть в прошлое. В то время как звук проходит около километра каждые три секунды, свет проходит 300 000 километров за одну секунду. Когда мы видим вспышку света в трех километрах от нас, мы видим что-то, что произошло одну сотую миллисекунды назад. Это совсем близкое прошлое.
Но когда мы смотрим на небо, мы можем заглянуть еще дальше. Мы можем увидеть секунды, минуты, часы и года, и даже сотни, тысячи и миллионы лет прошлого своими глазами. Глядя в телескоп, мы можем заглянуть еще дальше в прошлое, в самое начало существования нашей Вселенной.
Секунда назад во времени
Если вы действительно хотите оглянуться в прошлое на существенный промежуток времени, то придется выйти за рамки Земли: длина экватора нашей планеты составляет 40000 км, так что свет (или радиосигнал) обогнет его всего за 130 мс — наши органы чувств с трудом распознают такую небольшую задержку во времени.
Но у нас есть Луна — наш ближайший космический сосед, мир с долинами, морями и кратерами. Она находится на расстоянии около 380 000 км, поэтому свету требуется 1.3 секунды, чтобы добраться от нас до Луны. Мы видим спутник Земли не таким, каким он есть, а таким, каким он был почти полторы секунды назад.
Луна практически не сдвинется за это время для наблюдателя с Земли, но эта 1.3-секундная задержка ощутима, когда Центр управления полетами разговаривает с астронавтами на Луне. Радиоволны распространяются со скоростью света, поэтому сообщению от ЦУП требуется 1.3 секунды, чтобы добраться до Луны, и даже самый быстрый из ответов прилетит обратно еще за 1.3 секунды. В реальности в разговоре случаются задержки зачастую в 3-5 секунд, что хорошо ощутимо:
Минуты и часы в прошлое
Луна дает нам ощутить себя на несколько секунд в прошлом. А вот Солнце, находящееся на расстоянии около 150 миллионов километров, мы видим таким, каким оно было целых 8 минут назад. Так что когда вы любуетесь красивым закатом, знайте — на самом деле Солнце уже село.
Даже наши ближайшие планетарные соседи, Венера и Марс, находятся на расстоянии в десятки миллионов километров от нас, поэтому мы видим их такими, какими они были несколько минут назад. Когда Марс находится максимально близко к Земле, мы видим его таким, каким он был около трех минут назад, но в других случаях свету требуется до 20 минут, чтобы добраться от Марса до Земли.
Это создает некоторые проблемы, если вы с Земли управляете ровером на Марсе. Если последний едет со скоростью 1 км в час, то отставание из-за конечной скорости света означает, что ровер едет на 200 метров впереди того места, где вы его видите, и он может проехать еще 200 метров после того, как вы дадите ему команду ударить по тормозам.
Неудивительно, что марсианские роверы не бьют никаких рекордов скорости езды по бездорожью, путешествуя со скоростью всего лишь 5 см в секунду (0.18 км/ч), при этом ими управляют специально настроенные бортовые компьютеры, которые позволяют избежать столкновений и предотвратить повреждения колес (ибо до ближайшего шиномонтажа — десятки миллионов километров).
Давайте продвинемся еще немного дальше в космос. Находясь ближе всего к Земле, Сатурн все еще оказывается расположен на расстоянии более миллиарда километров, поэтому мы видим его таким, каким он был более часа назад.
Когда мир смотрел на погружение зонда Кассини в атмосферу Сатурна в 2017 году, мы принимали картинку от космического корабля, который уже был разрушен более часа назад.
Годы назад во времени
Ночное небо полно звезд, и эти звезды невероятно далеки. Расстояния в космосе измеряются в световых годах — это около 9 триллионов километров, именно столько пройдет свет за год.
Альфа Центавра, ближайшая звезда, видимая невооруженным глазом, находится на расстоянии в 270 000 раз больше, чем между Землей и Солнцем. Это 4 световых года, поэтому мы видим эту звезду такой, какой она была 4 года назад (так что да, центурианцы еще не знают, что вышел iPhone 7).
Но в космосе можно наблюдать и за куда более далеким прошлым. Так, Крабовидная туманность — это остаток от взрыва сверхновой, которую описали китайские и арабские астрономы в 1054 году. Расстояние до нее составляет порядка 6500 световых лет, то есть сам взрыв произошел в те времена, когда только-только стали образовываться первые древнеегипетские государства в долине Нила.
Но и это — не предел возможностей по заглядыванию в прошлое. Даже без телескопа мы можем видеть две близкие к нам галактики, Андромеды и Магеллановы Облака. Так, первая находится от нас на расстоянии порядка 2.5 миллионов лет назад — то есть мы ее видим ее в том виде, в котором она была на заре эволюции человечества, когда только-только появился вид Homo. Вторая же находится куда ближе — на расстоянии «всего» 160 000 световых лет: на Земле тогда царило глобальное оледенение, а в Африке жил последний общий предок всех Homo Sapiens по женской линии (так называемая «митохондриальная Ева»).
Миллиарды лет назад в прошлое
Увы — человеческий глаз не дает нам увидеть объекты, свет которых идет до нас такие огромные сроки. Но вот телескопы такую возможность дают. Взять, например, квазар 3C 273 — очень яркий объект, ярче отдельных галактик, питающийся от огромной черной дыры.
Но он все еще в 1000 раз тусклее, чем способен увидеть человеческий глаз, ибо до него целых 2.5 миллиарда лет назад. Тем не менее, вы можете его наблюдать в среднеуровневый любительский телескоп. Но что увидят гипотетические существа рядом с этим квазаром, если они прямо сейчас посмотрят на Землю? Она будет выглядеть совершенно иначе, никакой зелени — ведь 3 миллиарда лет назад тогда только-только появились первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу. До появления первых зеленых растений остается еще больше двух миллиардов лет.
Огромные телескопы в различных обсерваториях способны заглядывать еще дальше в космос. И с их помощью можно увидеть, например, квазар APM 08279+5255, который даже в 1.5-метровом телескопе будет выглядеть тусклой точкой, ведь до него. 12 миллиардов световых лет.
Для сравнения, Земле всего 4.5 миллиарда лет, Солнцу — немногим больше. Так что если наблюдатель оттуда посмотрит на нашу Солнечную систему, то он увидит. ничего: до получения первого света от Солнца ему придется ждать еще более 7 миллиардов лет. Кроме этого, за это огромное время квазар вполне мог исчезнуть, но, увы, мы об этом не узнаем скорее всего никогда: через 12 миллиардов лет от Солнечной системы останется только тусклый белый карлик, Земля же испарится, будучи поглощенной Солнцем в моменты его расширения.
Поэтому, смотря на небо, помните, что вы видите не настоящее — вы видите прошлое. Без особых усилий вы можете смотреть на сотни и тысячи лет назад, а с помощью телескопов есть шанс увидеть даже ранние моменты развития нашей Вселенной миллиарды лет назад.
Источник
Скорость света конечна. И мы всегда видим прошлое
Как Вы наверное знаете, скорость света составляет 300 000 километров в секунду. Это в вакууме. В других средах он движется медленнее. Например через алмаз он движется в два с половиной раза медленнее. Так что свету, отраженному от всего, что нас окружает, требуется время, чтобы достичь наших глаз. Например для того, чтобы вы увидели этот текст, свету нужно преодолеть около 50 сантиметров. Это занимает 1,6 наносекунды. Или около одной миллиардной доли секунды. Таким образом, можно сказать, что это происходит почти мгновенно.
В нашей повседневной жизни все вокруг нас движется в таком вот наносекундном масштабе. Знаки на улицах, люди, которых мы видим, машины, которые мы видим в начале улицы… Во всех этих случаях нам нужен свет, чтобы мы могли видеть все это глазами. Таким образом, всегда существует небольшая задержка между реальным положением объекта и тем, что мы наблюдаем.
Например, свет от самолета, летящего на высоте 10 километров, путешествует до нас около 30 микросекунд. Международная космическая станция, высота орбиты которой около 400 км. находится не совсем там, где мы ее можем увидеть ночью.
Чем дальше, тем дольше
За пределами Земли есть планеты Солнечной системы. Из них Венера является ближайшей к нам. Свет от нее в среднем преодолевает около 42 миллионов километров. На этом расстоянии свет Венеры летит к нам 2 минуты и 20 секунд. Это время, необходимое для разогрева тарелки с едой в микроволновой печи. Марс, безусловно, один из самых интересных случаев. Но, как Вы уже поняли, эта тема ясна. Чем дальше объект, который мы видим, тем больше времени нужно свету, чтобы добраться до нас. Когда Вы видите Луну в небе, Вы на самом деле видите ее такой, какой она была чуть более секунды назад.
По причине задержки сигналов мы программируем свои автоматические зонды, которые отправляем в космос, заранее определенными алгоритмами посадки. Потому что это невозможно сделать в реальном времени.
Солнце всегда в прошлом
Как вы уже догадались, когда мы видим свет Солнца, на самом деле мы видим его в прошлом. Через 8 минут 18 секунд после того, как он покинул наше светило.
Это имеет положительное и отрицательное значение. Это как посмотреть. Если Солнце вдруг перестанет светить, еще целых 8 минут об этом никто не узнаете. Что же здесь хорошего, спросите Вы? Положительным моментом является то, что у нас будет еще 8 минут счастливого неведения, прежде чем мы поймем, что что-то произошло. Что-то в этом есть, правда?
Галактические расстояния
Самая близкая галактика к Млечному Пути (не считая спутниковых галактик) — Андромеда. Расстояние до нее 2,5 миллиона световых лет. Таким образом свет, который мы видим сегодня (кстати, это самый дальний объект, который мы можем увидеть невооруженным глазом), родился в звездах тогда, когда наши предки начали использовать первые простые инструменты.
Но мы можем пойти еще дальше. Галактика Мессье 100 находится на расстоянии около 55 миллионов световых лет от нас. Поэтому ее свет родился через 10 миллионов лет после исчезновения динозавров. Самая дальняя галактика, которую мы наблюдали во Вселенной, — это GN-z11. Она расположена в созвездии Большой Медведицы. Ее свет появился через 400 миллионов лет после Большого взрыва (13,4 миллиарда лет назад).
Из-за расширения Вселенной она находится на расстоянии 32 000 миллионов световых лет от Земли. Свет, который мы получили от этой галактики, улетел оттуда задолго до того, как появилась наша планета и наша Солнечная система. Тогда не существовало даже Млечного Пути!
Можно ли увидеть наcтоящее?
Поэтому, из-за того что свет имеет конечную скорость, мы можем видеть вещи только такими, какими они были в прошлом. Вы можете задаться вопросом — а есть ли способ увидеть что-то в настоящем, не дожидаясь, пока свет достигнет нас? Ответ — да … Просто нужно стать самим светом. Потому что если у вас есть масса, пусть маленькая, Вы никогда не достигнете 100% скорости света.
С точки зрения фотона, движущегося со скоростью света, расстояние и время не существуют вообще. Для него все происходит мгновенно. И поэтому он может путешествовать куда угодно, в любое время года, за ноль секунд. По сути, вся Вселенная для фотона является точкой. Конечно, это звучит довольно странно, но теория относительности позволяет такие штуки. Потому что объект, который движется со скоростью света, испытывает бесконечное расширение времени и бесконечное сжатие пространства.
Источник
Топ заблуждений об астрономии. 9. На небе мы видим звёзды
Казалось бы, ну а здесь-то как можно ошибиться? Ну, ОК, кроме звёзд, мы ещё видим планеты, искусственные спутники, а с телескопом ещё галактики и туманности (впрочем, некоторые из них и без телескопа тоже). Где тут проблема? Или мы, на самом деле, не видим звёзды?
Да, на самом деле, мы их не видим: увы, мы способны видеть только лишь свет от звёзд. Ну, или иное от них излучение — через спецприборы.
Казалось бы, зачем тут эта придирка к деталям? Когда мы говорим: «я вижу стол», — мы ведь тоже имеем в виду, что мы увидели свет, отражённый столом, сложившийся в некоторую картинку на сетчатке нашего глаза, которую мозг распознал, как стол. Однако для краткости мы называем это «я вижу стол». Может быть, со звёздами всё точно так же?
Дело в том, что у света конечная скорость распространения. Очень большая — порядка 300 000 км/с, но всё же конечная.
Пока мы находимся в пределах Земли, мы имеем дело с расстояниями от сантиметров до, максимум, километров (расстояние до горизонта — порядка четырёх километров), поэтому изображение предмета долетает до нас за миллионные или даже миллиардные доли секунды. Ввиду чего мы можем отождествлять увиденный нами свет с самим объектом? За миллионную долю секунды стол вряд ли успел сильно измениться, да и если даже он двигался с нашими земными скоростями, то ошибка в его наблюдаемом нами местоположении, по сравнению с реальным, слишком ничтожна, чтобы иметь для нас значение.
Но в космосе иные масштабы. Луна находится в среднем в 380 000 километрах от Земли, поэтому свет передаёт нам то, что было на ней чуть более секунды назад.
Марс в самом оптимистичном для нас случае находится уже в 55 миллионах километров от Земли, поэтому его мы видим с задержкой в три минуты. В среднем же он удалён от нас на 225 миллионов километров и тут уже речь о задержке в двенадцать минут.
Плутон от нас в среднем в 5,7 миллиардах километров. Поэтому мы видим его с запозданием более чем в пять часов.
Глядя на небо, мы всё время смотрим в прошлое.
Но в далёкое ли? ОК, Плутон мы видим в его состоянии пять часов назад, но это ж вроде бы не так много? Он, конечно, успел куда-то улететь, но наверно ведь недалеко?
Скорость Плутона порядка 16 800 км/ч, то есть за пять часов он улетает примерно на 85 000 километров, что примерно вчетверо больше максимально возможного расстояния на поверхности Земли.
И Плутон ещё относительно близко от нас.
Удобной единицей измерения для космических расстояний является «световой год». Про него часто ошибочно думают, будто бы в световых годах каким-то хитрым способом измеряется время — ведь «год» же. Но нет, «световой год» — это буквально то расстояние, которое свет проходит в вакууме за год.
Легко догадаться, что если измерять расстояние в световых годах, то ровно с той же задержкой в годах мы будем видеть этот объект.
Так вот, до ближайшей (кроме, конечно, Солнца) к нам звезды — Проксимы Центавра — 4,2 светового года.
Чуть подальше — примерно в 6 световых годах — находится звезда Барнарда. Эта звезда примечательна тем, что она довольно быстро движется относительно нашей системы. Её скорость порядка 142 км/с.
За год она проходит 4,5 миллиарда километров. Как было сказано выше, расстояние до Плутона — 5,7 миллиарда километров. И вот эта звезда за год преодолевает четыре пятых от него.
За то время, пока от неё доходит до нас свет, она успевает преодолеть шесть таких расстояний — 28 миллиардов километров.
Диаметр нашей галактики — порядка 100 000 световых лет.
Если бы звезда Барнарда была бы расположена на другом краю галактики, то за то время, пока к нам бы дошёл её свет, она успела бы пролететь 11 расстояний от нас до ближайшей к нам звезды.
Ну, или если мы, предположим, сумели бы каким-то образом разглядеть планету на этом самом противоположном к нам галактическом краю, то ситуация на ней соответствовала бы стотысячелетней давности. У нас на планете всего 5500 лет прошло от появления письменности до современной цивилизации, 40 000 лет назад вымерли последние неандертальцы, а 45 000 лет назад появилось то, что сейчас называется «нами» — Homo sapiens — как видом.
Там ведь тоже всё могло поменяться за 100 000 лет.
Одна из ближайших к нам галактик — галактика Андромеды — находится от нас в 2,5 миллионах световых лет и движется в нашу сторону со скоростью примерно 300 км/с. В результате она сейчас находится в 2500 световых годах от того положения, где мы её видим. Это почти как 600 расстояний от нас до Проксимы Центавра.
Сейчас в телескопы можно разглядеть и гораздо более далёкие объекты. И увидеть, таким образом, ещё более далёкое прошлое. Тем более далёкое, чем дальше от нас находится данный объект.
Расположение звёзд на небе не просто не соответствует их текущему расположению в пространстве, но вдобавок ещё и не соответствует расположению ни в какой момент времени вообще: поскольку более дальние от нас объекты успели сместиться на большее расстояние, чем ближние.
Вот как это можно проиллюстрировать. Предположим, что с зелёного кружка в центре данной иллюстрации мы наблюдаем некие, вращающиеся вокруг него объекты. Все эти объекты находятся довольно далеко, поэтому задержка по времени уже существенна.
Слева изображено, как объекты расположены в пространстве в данный момент, а справа — то расположение, которое мы бы видели с этого зелёного кружка.
Чтобы было понятнее, наложим картинки друг на друга.
В нашей гипотетической ситуации хотя бы сохраняется сам рисунок, хотя и смещаются расположения его фрагментов, однако в реальности небесные объекты движутся друг относительно друга не столь простым образом. И наблюдаем мы ситуацию вовсе не из неподвижного центра кругового вращения.
Иными словами, видимые нами созвездия — это именно что «видимые нами». Это не только уникальная пространственная их проекция на нашу личную «небесную сферу», но и наш уникальный временной срез ситуации — по сферическим слоям.
Переместившись на относительно далёкую звезду, мы бы увидели звёздные расклады совершенно иными. Не только «под другим углом из другой точки», но и «в другом расположении во времени».
Во вселенной всё сейчас уже не так, как мы сейчас видим. И ни в какой момент времени не было так.
Бетельгейзе.
Причём не так не только расположение объектов, но и сами объекты. У звёзд ведь есть свой жизненный цикл — они рождаются в туманностях, взрываются сверхновыми, сгорают и превращаются в звёзды другого типа. Всё это мы можем наблюдать с Земли, но наблюдаем мы по-прежнему прошлое.
В настоящем же, возможно, некоторые из тех звёзд, которые мы видим на небе, уже не существуют. И не только в далёких-далёких галактиках, а даже в нашем ближайшем окружении. И не только видимые в телескоп, а даже видимые невооружённым глазом.
Например, одно из наиболее узнаваемых созвездий — созвездие Ориона, несёт на своём плече одну из самых ярких на нашем небе звёзд — Бетельгейзе.
Увы, вполне возможно, что её уже нет.
Мы видим её такой, какой она была 450—600 лет назад (точная оценка расстояния до звёзд такого типа сейчас сопряжена с некоторыми трудностями), и уже тогда она была в стадии, в которой весьма вероятен её взрыв, как сверхновой.
Вероятность, правда, не означает гарантии — астрономические масштабы времени весьма протяжённы, и она вполне может просветить ещё миллион лет, а то и вообще не взорваться, а просто выгореть, однако вероятность всё-таки не нулевая, а потому не исключено, что она взорвалась прямо сейчас, но узнаем мы об этом только через полтысячелетия.
Как не исключено и то, что как раз полтысячелетия назад она и взорвалась, поэтому мы узнаем об этом прямо сейчас.
Впрочем, даже если Бетельгейзе продержится ещё долго, то всё равно ведь вспышки сверхновых постоянно наблюдаются. И большинство на самом деле произошли десятки тысяч, сотни тысяч, а то и десятки миллионов лет назад.
И в тот момент, когда с небосвода исчезает какая-то звезда, на самом деле всего лишь исчезает с нашего неба «фотография» её далёкого прошлого.
Источник