Что такое световой год?
Астрономия, как и любая наука, имеет свою терминологию, которая кажется странной и непонятной для человека мало с ней знакомого. Что такое элонгация? А перигей? Пульсары и квазары — это одно и то же или нет? Один из вопросов, который очень часто задают заинтересовавшиеся астрономией люди, звучит так: что такое световой год?
В этом термине вроде оба слова понятны, а вместе создают путаницу. «Световой год» — это мера чего? Времени? Тогда неплохо бы узнать, сколько длится световой год? Другими словами, световой год это сколько наших обычных земных лет? С другой стороны, многие замечали, что термин этот применяется, когда речь идет о расстояниях до космических объектов. Например, «до центра Галактики — 30000 световых лет», или «до Сириуса — 8,6 световых лет». Встает вопрос, как можно расстояние измерять временем?
Попробуем ответить максимально просто.
Световой год — это мера расстояния
Первое, что нужно четко уяснить, — световой год это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, такая же как метр или километр, миля или аршин в обычной жизни. Чтобы понять это, вспомните, как можно измерить расстояние, если нельзя это сделать напрямую, с помощью линейки или землемерного циркуля?
Как известно, расстояние, пройденное телом, равно скорости движения тела, умноженное на время движения (или s = v × t).
Теперь представьте, что вы пошли в магазин, до которого ровно три километра. И вы пошли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: за какое время вы дойдете до магазина? Очевидно, ровно за час! Поэтому можно сказать, что расстояние до магазина равно 3 км, а можно сказать, что оно равно 1 «человеческий час».
Но в «человеческих часах» расстояние никто не измеряет, потому что все мы ходим с разной скоростью. И даже один человек ходит по-разному: опаздывая на троллейбус, он почти бежит, а в парке неторопливо прогуливается. Значит, и время t, чтобы преодолеть расстояние до магазина, всегда будет разным.
Но что, если скорость движущегося тела будет всегда постоянна? Вне зависимости, куда, в каком направлении оно идет и при каких обстоятельствах проводятся измерения? Тогда, конечно, расстояние можно было бы измерять при помощи времени его перемещения, ведь в таком случае v в формуле постоянно и s зависит только от t.
Подождите, скажете вы, а разве есть такой объект, который движется всегда — всегда! — с постоянной скоростью?
Скорость света
Такой объект есть, и это свет! Как известно, скорость света в вакууме постоянна и равна 299 тысяч 792 километра и 458 метров в секунду или, округляя, 300000 км/с.
То есть за 1 секунду луч света проходит 300000 километров! Неплохо, правда? Если научиться каким-то образом измерять точное время, за которое свет преодолевает расстояние до объекта, то мы узнаем и расстояние до него!
Как это сделать? Ну, например, мы можем взять мощный лазер и посветить им в сторону Луны. Лазерный луч долетит до Луны, часть света отразится от ее поверхности и полетит в обратном направлении. В момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим на Луне световой зайчик. Если мы точно измерим промежуток времени между включением лазера и появлением на поверхности Луны зайчика, и умножим это время на скорость света, то мы узнаем расстояние, которое прошел лазер до Луны и обратно. Разделим это расстояние пополам и узнаем расстояние до Луны!
Лазерный луч, создающий в небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере она несколько меньше, чем в вакууме. Фото: ESO
Примерно так астрономы в XX веке измерили многие расстояния в Солнечной системе. Например, они провели радиолокацию Венеры — послали в сторону планеты радиосигнал и дождались его возвращения назад. Радиоволны движутся со скоростью света, время возвращения ученые измерили очень тщательно и затем по формуле s = v × t посчитали расстояние между Землей и планетой Венера. Теперь мы знаем его с точностью в несколько метров.
Еще раз: почему вообще расстояние можно измерять при помощи света? Потому что скорость света в вакууме постоянна! (Тут надо бы добавить, в инерциальных системах отсчета, но не будем пока усложнять.) В отличие от скорости людей, автомобилей и ракет.
Чему равен 1 световой год?
Теперь вернемся к тому, с чего начали. Дадим определение: световой год — это расстояние, которое свет (двигаясь всегда — всегда! — с постоянной скоростью 300000 км/с) проходит ровно за один год!
Получается какое-то очень большое число, не правда ли? Если за секунду свет преодолевает 300 тысяч километров, то за минуту в 60 раз больше — 18 миллионов километров. Значит, за час он пройдет 1 миллиард 80 миллионов километров! (Вот мы и узнали, чему равен «световой час»! А заодно подсчитали скорость света в км/ч!)
1 световой год в километрах
Теперь, чтобы подсчитать, сколько километров в световом году, нам надо узнать, сколько в году часов. В сутках 24 часа, а в году 365,25 суток (каждый четвертый год — високосный). Следовательно, в году 24 × 365,25 = 8766 часов. (На самом деле чуть меньше, 8760 часов. Просто мы взяли грубое число суток в году.)
Итак, чтобы найти, чему равен 1 световой год в километрах, нам надо скорость света в км/ч умножить на количество часов в году. Получается 9461 миллиард километров. Итак, 1 световой год равен 9,46 триллионов километров!
Какое-то сумасшедшее число!
Если бы магазин находился на таком расстоянии от вашего дома, то, двигаясь с привычной скоростью 3 км/ч, вы шли бы до него 360 миллионов лет… Долго получается, не правда ли?
Лучше поехать на машине. Двигаясь со скоростью 100 км/ч, автомобиль преодолеет расстояние в световой год за 10 миллионов 800 тысяч лет. Тоже не вариант. Значит, нужен самолет! Обычный пассажирский самолет пролетит световой год «всего лишь» за 1 миллион лет.
Может быть, поможет ракета? Космонавты летают вокруг Земли со скоростью около 8 км/с или 28800 км/ч. Даже с такой скоростью им потребуется 37500 лет, чтобы добраться до магазина.
Сколько световых лет от Солнца до Земли?
Теперь давайте решим обратную задачу — посчитаем расстояние от Солнца до Земли в световых годах. Для этого расстояние от Солнца до Земли в километрах разделим на длину светового года. Среднее расстояние до Солнца (она же астрономическая единица) равно 150 миллиона км, световой год равен 9,46 триллиона км. Делим первой на второе, получаем 0,000016.
Итак, расстояние от Солнца до Земли равно 0,000016 световых лет. Или… 8 световых минут.
Сколько световых лет от Земли до Луны?
Луна находится гораздо ближе Солнца, среднее расстояние до нашего спутника 384000 км или чуть больше световой секунды. Сколько это в световых годах? Делим 384 тысячи км на длину светового года в км (все те же 9,46 триллиона км) и получаем число 0,000000041 световых лет. (Я мог ошибиться, пересчитайте, если не верите.)
Ясно, что расстояние до Луны измерять в световых годах глупо. Но тогда встает вопрос:
Зачем нужны световые годы?
Ответ прост: чтобы измерять расстояния за пределами Солнечной системы!
- Ближайшая звезда к Солнцу, Про́ксима Центавра находится на расстоянии 4,2 световых года. То есть свету нужно путешествовать 4,2 года, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Проксимы.
- Большинство звезд, которые мы видим на небе ясной ночью, находятся от нас на расстоянии в десятки и сотни световых лет!
- Звезда Денеб в Летнем треугольнике находится от нас на расстоянии 2500 световых лет.
- До центра нашей галактики (она называется Млечный Путь) — 30000 световых лет.
- Диаметр Млечного Пути — 100000 световых лет.
- До ближайшей крупной спиральной галактики, Туманности Андромеды — 2,5 миллиона световых лет.
- От Земли до центра крупного скопления галактик в созвездии Девы — 65 миллионов световых лет.
- До ближайших квазаров — 3 миллиарда световых лет.
- Наконец, до края наблюдаемой Вселенной — почти 14 миллиардов световых лет.
Попробуйте-ка пересчитать эти расстояния на километры! Не хочется? Вот и астрономы не хотят считать.
PS. Что и говорить, на машине такие пространства не объедешь…
Источник
Звезда Сириус
Сириус (Альфа Большого Пса) – самая яркая звезда в небе. Удалена от нас на 8.60 световых лет и проживает на территории созвездия Большого Пса. Это не ярчайшая звезда физически, но кажется нам такой из-за приближенности. Кроме того, она медленно движется в нашу сторону, увеличивая яркость. Это продолжится еще 60000 лет, после чего запустит обратный ход. Останется ярчайшей еще 210000 лет.
Величина достигает -1.46, из-за чего вдвое превышает Канопус (в созвездии Киля). Но фактически по яркости уступает Канопусу и Ригелю, которые просто расположены дальше.
Сириус происходит от латинского слова, обозначающего «светиться». Также ее прозвали Звезда Собаки.
В древности восхождение звезды знаменовало выход Нила из берегов, а в Греции это был приход лета (с 3 июля по 11 августа). Гелиакальное восхождение – первое для звезды над восточным горизонтом перед рассветом.
Альфа Большого Пса кажется единой звездой, но в реальности перед нами двойная звездная система: белая звезда главной последовательности (A1V) Сириус А и белый карлик (DA2) Сириус В. Их периодичность составляет 50.1 лет, а средняя дистанция в 20 раз больше Земля-Солнце. Угловое разделение – 3-11 угловых секунд.
Рентгеновский снимок системы Сириуса, проживающего в 8.6 световых годах от нас. Перед вами два источника, где ярким выступает Сириус В – белый карлик с нагревом до 25000°C. Тусклый свет поступает от Сириус А, чья масса вдвое превышает солнечную. Если наблюдать в оптические приборы, то Сириус А будет казаться ярчайшей звездой в небе, хотя в Сириус В в 10000 больше света. Из-за их приближенности о карлике не знали до 1862 года, когда его заметил Альван Кларк при тестировании лучшего мирового телескопа
Через каждые 50 лет происходит максимальное сближение, когда их можно разрешить только 12-дюймовым телескопом и при благоприятных условиях. В период схождения между ними формируются мощные магнитные бури, что ускоряет вращение.
Сириус А примерно вдвое массивнее Солнца и в 25 раз ярче. Температура поднимается к 9940 К. Сириус В примерно в 10000 раз ярче, но проявляется это в рентгеновском обзоре. Выполняет обороты вокруг соседа по эллиптической орбите, а температура – 25200 К.
Сириус А – звезда Am, то есть наделена элементами тяжелее гелия, вроде железа (316% от солнечной атмосферы).
Возраст системы достигает 200-300 млн. лет. Изначально это были две ярких звезды, где Сириус B обладала 5-ю солнечными массами. Но в эволюционном процессе она трансформировалась в красного гиганта и стала белым карликом 120 млн. лет назад.
Художественная интерпретация бинарной системы Сириус. Крупная голубовато-белая звезда (Сириус А) доминирует в изображении, а крошечная, но раскаленная синяя звезда карлика (Сириус В) располагается скромно справа. На один полный оборот вокруг друг друга уходит полвека. Белые карлики – остатки звезд, напоминающих Солнце. Система проживает на удаленности в 8.6 световых лет и считается 5-й приближенной системой. Сириус В потерял свою кажущуюся яркость из-за крошечных параметров. В диаметре охватывает 12000 км, что меньше земного. Система настолько приближена к нам, что большая часть созвездий для нее будет выглядеть практически также. На заднем плане расположен Летний треугольник: Альтаир (белая точка над Сириусом А), Денеб (справа вверху) и Вега (ниже Сириуса В). Ниже и правее Сириуса А находится маленькая точка – Солнце
По массе Сириус В практически сходится с Солнцем (0.98), из-за чего становится одним из самых массивных карликов. В диаметре охватывает 12000 км. Бинарный спутник нашел Фридрих Бессель. За ним в 1862 году наблюдал Альван Кларк, использующий наибольшую на тот момент линзу.
У системы может быть третий крупный компонент, но его существование пока не подтвердили. Если он есть, то масса достигает всего 0.06 солнечных, а на орбиту тратит 6 лет.
Сириус А и Сириус В
Уолтер Адамс первым понял, что Сириус В – белая звезда. Для обзора применил 60-дюймовый отражатель из Обсерватории Маунт-Уилсон. Он следил за звездным спектром, а позже выяснили, что перед нами белый карлик. О диаметре и массе узнали лишь в 2005 году при помощи телескопа Хаббл.
Факты
Наиболее древние записи о Сириусе относятся к 7 веку, где поэт Гесиод упомянул ее в «Работы и дни».
Сравнение Сириуса В с Землей
У Сириуса есть больше 50 обозначений. В астролябиях и Западной Европе звезду прозвали Альхабор. В Скандинавии – факел Локи (Локабренна). Единственными по яркости Сириус превосходят Луна, Венера, Юпитер и периодически Меркурий с Марсом.
Сириус стала важной звездой и для Эдмунда Галлея, натолкнувшая его на мысль о правильном движении. В 1718 году он сравнил современные данные с показателями в Альмагесте Птолемея и понял, что за 1800 лет звезды изменили позиции.
Сириус стал также первой звездой, чью скорость измерили. В 1868 году Уильям Хаггинс неверно определил, что звезда отдаляется от Солнца на ускорении в 40 км/с. В реальности она движется к нам при показателе в 7.6 км/с.
Зимний треугольник: Процион (вверху слева), Бетельгейзе (вверху справа), Сириус (в основе)
Вместе с Проционом и Бетельгейзе формирует астеризм Зимний треугольник. Вояджер-2 отправили в 1977 году. Он уже покинул черту внешних планет и пройдет в 4.3 световых лет от Сириуса за 296000 лет.
В определенный момент звезда считалась членом Движущейся группы Большой Медведицы. Об этом в 1909 году заявил Эйнар Герцшпрун. Сомнения появились в 2003-2005 гг., так как звездам в группе должно быть примерно 500 млн. лет, а Сириус слишком молод.
Но звезда относится к Сверхскоплению Сириуса, куда также входят Бета Возничего, Альфа Волос Вероники, Бета Чаши, Бета Эридана и Бета Змеи.
Сравнение Сириуса А и Солнца
В 1959 году Р. Ханбери, Б и Р. Твиссам удалось вычислить диаметр Сириус А. В 1920 году получили первый спектр Сириус В. А первая спутниковая фотография добыта в 1970 году.
Цвет звезды привел к многолетним спорам, ведь древние наблюдатели описывали ее как красную. К примеру, так считал Птолемей в 150 г. н.э. Его поддержал и Сенека. Но появлялись ученые, считавшие ее синей или белой. Скорее всего, на результаты влияло расположение по отношению к горизонту, так как земная атмосфера меняет наблюдаемый окрас.
Периодическое мерцание звезды привело к тому, что многие воспринимали ее как НЛО. Но дело в том, что ее свету приходиться пробиваться сквозь земной воздушный поток, где есть отличие в температуре и плотности.
Звезда Сириус в мифах и культуре
Древние египтяне именовали Сириус как Солдет (иероглиф – звезда и треугольник). Население даже создало календарь на основе звездного восхождения. Ее рост знаменовал начало нового года, а в честь звезды устраивали праздник. Когда же Сириус исчезал перед рассветом, то Нил покидал берега. Это случалось перед летним солнцестоянием.
Звезда отсутствовала 70 дней и считалось, что это время Исида и Осирис проводят в подземном мире. Египтяне также отмечали, что гелиакальное восхождение происходит каждые 365.25 дней. Они видели в Сириусе дверь в загробную жизнь и старались не хоронить умерших в 70-дневный промежуток, когда звезда пропадала с небес. Некоторые верят, что пирамида в Гизе создана в идеальном соотношении с локациями Сириуса и трех звезд пояса Ориона.
Греки заметили, что появление звезды приносит с собою жаркий сезон. Во многих текстах ее упоминают, как «жгучая». Некоторые даже приносили ей жертвы и считали знаком удачи. А если она была туманной и слабой, то это несло с собой смерти и эпидемии.
Римляне наблюдали за ее восхождением 25 апреля и приносили в жертву собак и овец. Интересно, что ассоциация с собаками наблюдается во многих культурах. А вот у китайцев она была звездой «небесного волка». Полинезийцы именовали ее «великой птицей» Ману и использовали как навигатор. Для маори знаменовала приход зимы, а для гавайцев – Королева Небес.
В Индии называли Свана, которая была собакой принца Юдхистира. Вместе с ней он искал небесные врата, но когда нашел, то его пса не хотели пускать. Тогда он отказался от возможности попасть на небеса без верного друга. Господь пустил обоих, так как проверял его преданность.
Сириус даже упоминают в Коране, где прозвали Могучей звездой. В племени чероки она была звездой зверя, а у инуитов – лунная собака. Удивляет, что племя догонов знали то, чего нельзя было заметить без телескопов. Они определи, что Сириус двойной, а орбитальный период составляет 50 лет. Более того, племя следило за звездой 5000 лет и легенды гласят, что наш вид появился от земноводной расы Сириуса – Номмо.
Расположение звезды
Сириус можно найти из любой точки южнее от 73° с. ш. Но дальше на север она не поднимается высоко над горизонтом. Сириус циркумполярный, а значит никогда не опускается ниже линии горизонта.
Пояс Ориона и Сириус
Из-за прецессии Альфа Большого Пса будет смещаться к югу, а в 9000 году ее нельзя будет увидеть из большинства точек в северной и центральной Европе. В 14000 году полярной звездой станет Вега.
Для поиска используйте звезды пояса Ориона (Алнилам, Альнитак и Минтака). Для наблюдателей из северных широт Сириус проживает на юго-восточном, южном и юго-западном небе в зимний период. На востоке ее можно отыскать до рассвета в конце лета.
- Сириус – Альфа Большого Пса.
- Созвездие: Большой Пес.
- Координаты: 06ч 45м 08.9173с (прямое восхождение), -16° 42′ 58.017″ (склонение).
- Удаленность: 8.6 световых лет.
- Орбитальный период: 50.090 лет.
Наименования: Сирус, Звезда Собаки, α Большого Пса, 9 Большого Пса, HD 48915, HR 2491, BD -16° 1591, GCTP 1577.00 A/B, GJ 244 A / B, LHS 219, ADS 5423, LTT 2638, HIP 32349, B:EGGR 49, WD 0642-166
Физические характеристики и орбита
- Спектральный класс: A1V.
- Видимая величина: -1.47.
- Абсолютная величина: 1.42.
- Массивность: 2.02 солнечной.
- Радиус: 1.711 солнечных.
- Светимость: 25.4 солнечных.
- Температурная отметка: 9940 К.
- Возраст: 2-3 миллиона лет.
- Спектральный класс: DA2.
- Видимая величина: 8.30.
- Абсолютная величина: 11.18.
- Массивность: 0.978 солнечных.
- Радиус: 0.0084 солнечных.
- Светимость: 0.026 солнечных.
- Температурная отметка: 25200 К.
Наша карта звездного неба поможет отыскать Сириус самостоятельно в телескоп. Или воспользуйтесь 3D-моделями онлайн, чтобы изучить внешний вид и расположение звезды в космическом пространстве.
Источник