Hvað er átt við með ljósári?
Þegar kemur að stjörnufræði eru fjarlægðir eitt það erfiðasta að sjá fyrir sér. Ólíkt ferðalögum milli borga, sem hægt er að mæla í kílómetrum, eru fjarlægðirnar milli stjarna og vetrarbrauta svo miklar að einingarnar sem við notum venjulega á jörðinni eru óhentugar. Þess vegna nota vísindamenn sérstakar einingar fyrir fjarlægð til að lýsa mælikvarða geimsins, þar á meðal ljósár. Hvað er þá ljósár, hvers vegna er það notað og hvernig getum við skilið það? Þessi grein fjallar um þetta í smáatriðum.
Skilgreining á ljósári
Ljósár er eining fyrir fjarlægð, ekki tíma. Það er skilgreint sem sú vegalengd sem ljós ferðast í lofttæmi á einu ári. Ljós – sem ferðast á afar miklum hraða – er gagnleg „regla“ til að mæla fjarlægðir í alheiminum.
Margir halda ranglega að „ljósár“ vísi til tímalengdar. Þessi ruglingur er skiljanlegur, þar sem orðið „ár“ er samheiti við dagatalið. Hins vegar er „ár“ notað í þessu hugtaki til að gefa til kynna lengd ferðar ljóssins, en niðurstaðan er vegalengdin sem ferðast er á þeim tíma.
Ljóshraði sem grundvöllur
Til að skilja ljósárið þurfum við að vita ljóshraðann. Í lofttæmi ferðast ljós á um það bil:
299.792.458 metrar á sekúndu
eða um það bil 300.000 kílómetrar á sekúndu.
Þetta þýðir að á einni sekúndu getur ljós farið meira en sjö sinnum í kringum jörðina (ummál jarðar er um 40.075 km). Þessi hraði er einn mikilvægasti fastinn í nútíma eðlisfræði, þar sem hann setur takmörk á hraða upplýsinga og orku samkvæmt afstæðiskenningunni.
Hversu stórt er ljósár?
Til að finna gildi eins ljósárs margföldum við ljóshraðann með fjölda sekúndna á einu ári.
Eitt ár (um það bil) hefur:
365 dagar × 24 klukkustundir × 60 mínútur × 60 sekúndur = 31.536.000 sekúndur.
Þannig að ljósárafjarlægðin er um það bil:
300.000 km/sekúndu × 31.536.000 sekúndur = 9.460.800.000.000 km.
Þannig að 1 ljósár ≈ 9,46 billjónir kílómetra.
Þessi tala er svo gríðarleg að það er erfitt að ímynda sér hana. Til samanburðar er meðalfjarlægðin frá jörðinni til sólarinnar „aðeins“ um 150 milljónir km. Þetta þýðir að eitt ljósár jafngildir gróflega meira en 63.000 sinnum fjarlægðinni milli jarðar og sólar.
Af hverju að nota ljósár?
Helsta ástæðan fyrir því að nota ljósár er hagnýt. Ef fjarlægðir milli geimfyrirbæra væru gefnar upp í kílómetrum, þá yrðu tölurnar mjög langar og fyrirferðarmiklar.
Til dæmis er stjarnan Proxima Centauri (næsta stjarnan við sólina á eftir sólinni sjálfri) í um 4,24 ljósára fjarlægð. Mælt í kílómetrum eru það um 40 billjónir km. Að lesa og bera saman vegalengdir í billjónum kílómetra er greinilega óhagkvæmt.
Með ljósáraeiningunni geta stjörnufræðingar auðveldara:
1. Að miðla fjarlægðum milli stjarna.
2. Að bera saman stærðargráðu milli hluta í alheiminum.
3. Tengdu fjarlægð við áhugaverða hugmynd: léttferðatíma.
Ljósár og að „sjá fortíðina“
Það er áhugaverð staðreynd sem kemur fólki oft á óvart: þegar við horfum á fjarlægar himintunglar erum við í raun að horfa aftur í tímann. Þetta er vegna þess að ljós tekur tíma að ná til augna okkar.
Tilfelli:
– Sólin er í um það bil 8 ljósmínútum frá jörðinni. Þetta þýðir að sólarljósið sem við sjáum núna er eins og sólin leit út fyrir 8 mínútum.
– Proxima Centauri er í 4,24 ljósára fjarlægð. Við sjáum því stjörnuna eins og hún var fyrir 4,24 árum.
– Andrómeduvetrarbrautin er í um það bil 2,5 milljón ljósára fjarlægð. Þetta þýðir að ljósið sem við fáum í dag á rætur að rekja til þess að nútímamenning var ekki til á jörðinni.
Þess vegna virka sjónaukar eins og „tímavélar“ í vissum skilningi: því fjær sem fyrirbærið er, því eldra er ljósið sem við sjáum.
Er ljósár það sama og parsek?
Auk ljósárs nota stjörnufræðingar oft aðra einingu sem kallast parsek. Báðar eru einingar fyrir fjarlægð en þær eru fengnar úr mismunandi hugtökum.
– Ljósár: byggt á þeirri vegalengd sem ljós ferðast á einu ári.
– Parsec: byggir á aðferð til að mæla stöðu stjarna með því að nota parallax (breyting á sýnilegri stöðu vegna breytinga á sjónarhorni frá braut jarðar).
Sambandið milli þeirra tveggja:
– 1 parsek ≈ 3,26 ljósár.
Parsek eru almennt notuð í vísindaritum þar sem þau samsvara mælitækni stjarnfræðilegra mælinga. Hins vegar eru ljósár vinsælli meðal almennings þar sem þau hljóma auðveldari í skilningi.
Dæmi um fjarlægð í ljósárum
Til að setja þetta í samhengi eru hér nokkur dæmi um fjarlægðir í ljósárum:
1. Næsta stjarna við sólkerfið okkar (Proxima Centauri): í um það bil 4,24 ljósára fjarlægð.
2. Miðja Vetrarbrautarinnar: um 26.000 ljósár.
3. Þvermál Vetrarbrautarinnar: um það bil 100.000–120.000 ljósár.
4. Andrómeduvetrarbrautin: um 2,5 milljónir ljósára.
5. Fjarlægustu vetrarbrautirnar sem nútímasjónaukar sjá geta verið í milljarða ljósára fjarlægð.
Með þessu dæmi sjáum við að ljósár gera fjarlægðir í geimnum „eðlilegri“ til að tala um.
Ferðast ljós alltaf með sama hraða?
Skilgreiningin á ljósári vísar til þess að ljós ferðast í lofttæmi. Í miðlum eins og vatni, gleri eða lofthjúpnum minnkar ljóshraði vegna víxlverkunar við efni. Hins vegar, fyrir fjarlægðir milli stjarna — sem eru að mestu leyti í mjög tómu geimnum — er ljóshraði í lofttæmi besta nálgunin.
Hins vegar, í nútímaheimsfræði, flækja fyrirbæri eins og útþensla alheimsins umræðuna um mjög stórar fjarlægðir. Fyrir mjög fjarlæg fyrirbæri nota stjörnufræðingar stundum önnur fjarlægðarhugtök eins og „komandi fjarlægð“ eða „endurskoðunartíma“. Engu að síður er ljósárið enn gagnlegt sem innsæisfull framsetning.
Niðurstaða
Ljósár er því mælieining fyrir fjarlægð sem lýsir því hversu langt ljós ferðast á einu ári í lofttæmi. Gildi hennar er um það bil 9,46 billjónir kílómetra. Þessi eining er mjög gagnleg til að útskýra fjarlægðir milli stjarna og vetrarbrauta sem væru óraunhæfar ef þær væru skrifaðar í venjulegum kílómetrum. Ennfremur opnar ljósárið einnig fyrir áhugaverða skilning á því að að skoða fjarlæga hluti þýðir að skoða fyrri aðstæður þeirra, því ljós tekur tíma að ná til okkar.
Með því að skilja hvað ljósár þýðir kynnumst við ekki aðeins nýrri mælieiningu, heldur byrjum við einnig að skilja víðáttu alheimsins og smámuni okkar innan hans — sjónarhorn sem gerir stjörnufræði svo heillandi.
