Universum är en extremt stor plats. När astronomer tittade längre ut i rymden under århundradena och djupare in i det förflutna, kom de att förstå hur liten och obetydlig vår planet och vår art verkar i jämförelse. Samtidigt har pågående undersökningar av elektromagnetism och avlägsna stjärnor fått forskare att härleda vad ljusets hastighet är – och att det är den snabbaste hastigheten som kan uppnås.
Som sådan har astronomer börjat använda avståndet ljuset färdas inom ett enda år (aka. ett ljusår) för att mäta avstånd på den interstellära och intergalaktiska skalan. Men hur långt färdas ljuset på ett år? I grund och botten rör den sig med en hastighet av 299 792 458 meter per sekund (1 080 miljoner km/tim; 671 miljoner mph), vilket motsvarar cirka 9 460,5 miljarder km (5 878,5 miljarder miles) per år.
Ljusets hastighet:
Att beräkna ljusets hastighet har varit en angelägenhet för forskare i många århundraden. Och före 1600-talet var det oenighet om huruvida ljusets hastighet var ändlig eller om den flyttade från en plats till en annan omedelbart. År 1676 avgjorde den danske astronomen Ole Romer argumentet när hans observationer av Jupiters månes skenbara rörelse de avslöjade att ljusets hastighet var ändlig.
Ljus rör sig vid olika våglängder, här representeras av de olika färgerna som ses i ett prisma. Kredit: NASA/ESA
Från hans observationer, berömd holländsk astronom Christiaan Huygens beräknade ljusets hastighet vid 220 000 km/s (136 701 mi/s). Under loppet av boet två århundraden förfinades ljusets hastighet ytterligare och ytterligare, vilket gav uppskattningar som sträckte sig från cirka 299 000 till 315 000 km/s (185 790 till 195 732 mi/s).
Detta följdes av James Clerk Maxwell, som föreslog 1865 att ljus var en elektromagnetisk våg. I hans teori om elektromagnetism representerades ljusets hastighet somc.Och sedan 1905 föreslog Albert Einstein sin teori om Särskild relativitet , som postulerade att ljusets hastighet (c) var konstant, oberoende av observatörens tröghetsreferensram eller ljuskällans rörelse.
År 1975, efter århundraden av raffinerade mätningar, beräknades ljusets hastighet i vakuum till 299 792 458 meter per sekund. Pågående forskning avslöjade också att ljus färdas vid olika våglängder och består av subatomära partiklar som kallas fotoner, som inte har någon massa och beter sig som både partiklar och vågor.
Ljusår:
Som redan nämnts betyder ljusets hastighet (uttryckt i meter per sekund) att ljuset färdas en sträcka på 9 460 528 000 000 km (eller 5 878 499 817 000 miles) på ett enda år. Detta avstånd är känt som ett 'ljusår' och används för att mäta objekt i universum som befinner sig på avsevärda avstånd från oss.
Exempel på objekt i vårt universum, och skalan på deras avstånd, baserat på ljusåret som ett standardmått. Kredit: Bob King.
Till exempel är den närmaste stjärnan till jorden (Proxima Centauri) ungefär 4,22 ljusår avstånd. Mitten av Vintergatans galax är 26 000 ljusår bort, medan den närmaste stora galaxen (Andromeda) är 2,5 miljoner ljusår bort. Hittills är kandidaten till galaxen längst bort från jorden MACS0647-JD , som ligger cirka 13,3 miljarder ljusår bort.
Och den Kosmisk mikrovågsugn bakgrund , relikstrålningen som tros vara överbliven från Big Bang, ligger cirka 13,8 miljarder ljusår bort. Upptäckten av denna strålning stärkte inte bara Big Bang Theor y, men gav också astronomer en korrekt bedömning av universums ålder. Detta tar upp en annan viktig punkt om att mäta kosmiska avstånd i ljusår, vilket är det faktum att rum och tid är sammanflätade.
Du förstår, när vi ser ljuset komma från ett avlägset föremål, tittar vi faktiskt tillbaka i tiden. När vi ser ljuset från en stjärna som ligger 400 ljusår bort, ser vi faktiskt ljus som sänds ut från stjärnan för 400 år sedan. Därför ser vi stjärnan som den såg ut för 400 år sedan, inte som den ser ut idag. Som ett resultat av det är att titta på objekt miljarder ljusår från jorden för att se miljarder ljusår bakåt i tiden.
Ja, ljuset färdas med extremt hög hastighet. Men med tanke på universums stora storlek och skala kan det fortfarande ta miljarder år från vissa punkter i universum att nå oss här på jorden. Därför är det så användbart för forskare att veta hur lång tid det tar för ljus att resa ett enda år. Det tillåter oss inte bara att förstå universums skala, det tillåter oss också att kartlägga processen för kosmisk evolution.
Vi har skrivit många artiklar om ljusets hastighet här på Universe Today. Här är Hur långt är ett ljusår? , Vad är ljusets hastighet ?, Hur mycket grejer är ett ljusår? , Hur färdas ljus? , och Hur långt kan du se i universum?
Vill du ha mer information om ljusår? Här är en artikel om ljusår för HowStuffWorks , och här är ett svar från PhysLink .
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast om detta ämne. Lyssna nu, Avsnitt 10: Measuring Distance in the Universe .
Källor: