Viteza luminii este limita cu care un obiect material se poate mișca în spațiu, cu excepția cazului în care, desigur, avem în vedere găurile de vierme ipotetice, cu ajutorul cărora, conform presupunerilor, obiectele se pot mișca în spațiu și mai repede. Într-un vid ideal, o particulă de lumină, un foton, se poate deplasa cu o viteză de 299.792 kilometri pe secundă sau aproximativ 1.079 miliarde de kilometri pe oră. La prima vedere, poate părea surprinzător de rapid. Nu, de fapt este rapid. Dar la scară cosmică, această viteză poate fi extrem de lentă, mai ales atunci când vine vorba de comunicații radio și zboruri către alte planete, în special cele din afara sistemului nostru solar.
Pentru a înlesni oricine posibilitățile limitate ale vitezei luminii, omul de știință planetar al Centrului de zbor spațial Goddard al NASA James O'Donoghue a creat o serie de videoclipuri animate.
Într-o conversație cu Business Insider, O'Donoghue a spus că de curând a învățat cum să facă aceste animații. Prima sa slujbă pentru NASA a fost pregătirea unui videoclip despre inelele lui Saturn. După aceea, el a început să anime alte concepte de spațiu dificil de înțeles, de exemplu, o comparație vizuală a dimensiunilor și vitezei de rotație a planetelor sistemului solar. Potrivit acestuia, această lucrare, publicată pe pagina sa personală de Twitter, a atras mult interes.
Ultima sa lucrare este o încercare de a demonstra clar cât de repede și în același timp pot fi fotoni lentați.
Demonstrație vizuală a mișcării fotonilor pe Pământ
În prima animație, O'Donoghue a arătat cât de rapid se poate mișca lumina în raport cu Pământul.
Video promotional:
Ecuatorul planetei noastre are o lungime de aproximativ 40 de mii de kilometri. Dacă nu ar avea atmosferă (particulele pe care le conține pot încetini puțin lumina), atunci un foton care alunecă de-a lungul suprafeței sale ar face aproape 7,5 revoluții complete în 1 secundă (sau 0,13 secunde pe revoluție).
În timp ce viteza luminii pare a fi incredibil de rapidă în acest scenariu, videoclipul demonstrează, de asemenea, că este finit.
Cât de rapid călătorește lumina între Pământ și Lună
În al doilea videoclip, O'Donoghue acoperă o distanță mai mare - de la Pământ la Lună.
În medie, distanța dintre planeta noastră și satelitul său natural este de 384.000 de kilometri. Aceasta înseamnă că lumina lunii văzută pe cer parcurge această distanță în 1.255 secunde, iar călătoria înainte și înapoi, de exemplu, atunci când se transmit mesaje radio între Pământ și nave spațiale, va dura 2,51 secunde.
Trebuie remarcat faptul că această dată crește în fiecare zi, deoarece în fiecare an Luna se îndepărtează de Pământ cu aproximativ 3,8 centimetri (Luna epuizează constant energia de rotație a Pământului prin interacțiunea gravitațional-maree. Consecințele acestui efect sunt o schimbare în orbita satelitului).
Cât de repede lumina parcurge distanța dintre Pământ și Marte
În cel de-al treilea videoclip, O'Donoghue a demonstrat o problemă cu care mulți oameni de știință planetari trebuie să se confrunte zilnic.
Când angajații agenției aerospatiale NASA încearcă să descarce și să primească date de la o navă spațială, de exemplu, aceeași sondă InSight care funcționează în prezent pe Marte, mesajele sunt transmise cu viteza luminii. Cu toate acestea, nu este suficient să controlați dispozitivul în timp real. Prin urmare, echipele trebuie gândite cu atenție, cât mai comprimate și direcționate la ora și locul exact pentru a nu rata ținta.
Cea mai rapidă transmitere de mesaje între Pământ și Marte este posibilă în momentul în care planetele sunt în punctul apropierii celei mai apropiate. Cu toate acestea, acest lucru se întâmplă doar aproximativ o dată la doi ani. În plus, chiar și în acest caz, suntem despărțiți de o distanță de aproximativ 54,6 milioane de kilometri. Videoclipul lui O'Donoghue arată că la această distanță, lumina durează 3 minute și 2 secunde pentru a ajunge de la o planetă la alta sau 6 minute în ambele direcții.
În medie, Pământul și Marte sunt despărțiți de o distanță de 254 de milioane de kilometri, deci, în medie, transmiterea mesajelor în două direcții durează aproximativ 28 de minute și 12 secunde.
Cu cât distanța este mai mare, depresia devine „eficiența” vitezei luminii
Limita de viteză a luminii creează și mai multe probleme pentru navele spațiale mai îndepărtate de Pământ. De exemplu, aceeași sondă New Horizons, care se află acum la 6,64 miliarde de kilometri de noi, sau Voyager 1 și Voyager 2, care au ajuns la marginea sistemului solar.
Ilustrația „nanoproba” spațiului Breakthrough Starshot este accelerată de un fascicul laser foarte puternic și direcționată către sistemul de stele Alpha Centauri.
Situația devine destul de tristă când vine vorba de transmiterea unui mesaj către un alt sistem stelar. De exemplu, cel mai apropiat exoplanet pe care îl cunoaștem, Proxima b, este la aproximativ 4,2 ani-lumină distanță (aproximativ 39,7 trilioane de kilometri). Chiar dacă luăm cea mai rapidă navă spațială în acest moment, Parker Solar Probe, capabilă să atingă viteze de 343.000 de kilometri pe oră, atunci chiar și până la Proxima b ar fi nevoie de aproximativ 13.211 ani.
Nikolay Khizhnyak