Šviesos greitis yra riba, per kurią materialus objektas gali judėti erdvėje, nebent, žinoma, atsižvelgsime į hipotetinius kirminus, kurių pagalba, remiantis prielaidomis, objektai erdvėje gali judėti dar greičiau. Idealiame vakuume šviesos dalelė, fotonas, gali judėti 299,792 kilometrų per sekundę greičiu, arba maždaug 1,079 milijardo kilometrų per valandą greičiu. Iš pirmo žvilgsnio tai gali atrodyti stebėtinai greitai. Ne, tai iš tikrųjų greitai. Bet kosminiu mastu šis greitis gali būti nepaprastai mažas, ypač kalbant apie radijo ryšį ir skrydžius į kitas planetas, ypač tas, kurios yra už mūsų Saulės sistemos ribų.
- „Salik.biz“
Kad niekam būtų lengviau suprasti ribotas šviesos greičio galimybes, NASA Goddardo kosminių skrydžių centro planetų mokslininkas Jamesas O'Donoghue'as sukūrė animacinių vaizdo įrašų seriją.
Pokalbyje su „Business Insider“O'Donoghue teigė, kad tik neseniai išmoko kurti šias animacijas. Pirmasis jo darbas NASA buvo vaizdo įrašo apie Saturno žiedus paruošimas. Po to jis pradėjo animuoti kitas sunkiai suprantamas kosmoso sąvokas, pavyzdžiui, vizualiai palyginti Saulės sistemos planetų dydžius ir sukimosi greičius. Anot jo, šis darbas, paskelbtas jo asmeniniame „Twitter“puslapyje, sulaukė didelio susidomėjimo.
Paskutinis jo darbas yra bandymas aiškiai parodyti, kokie greiti ir tuo pat metu lėti fotonai gali būti.
Vizualus fotonų judėjimo aplink Žemę demonstravimas
Pirmojoje animacijoje O'Donoghue parodė, kaip greitai šviesa gali judėti Žemės atžvilgiu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Mūsų planetos pusiaujo ilgis yra maždaug 40 tūkstančių kilometrų. Jei jame nebuvo atmosferos (jame esančios dalelės gali šiek tiek sulėtinti šviesą), tada fotonas, slenkantis palei jo paviršių, padarytų beveik 7,5 pilnų apsisukimų per 1 sekundę (arba 0,13 sekundės per apsisukimą).
Nors pagal šį scenarijų šviesos greitis atrodo neįtikėtinai greitas, vaizdo įrašas taip pat parodo, kad jis yra baigtinis.
Kaip greitai šviesa keliauja tarp Žemės ir Mėnulio
Antrame vaizdo įraše O'Donoghue apima didesnį atstumą - nuo Žemės iki Mėnulio.
Vidutiniškai atstumas tarp mūsų planetos ir natūralaus palydovo yra 384 000 kilometrų. Tai reiškia, kad danguje matytas mėnulio šviesa šį atstumą nuvažiuoja per 1,255 sekundės, o kelionė pirmyn ir atgal, pavyzdžiui, perduodant radijo pranešimus tarp Žemės ir erdvėlaivio, užtruks 2,51 sekundės.
Reikėtų pažymėti, kad šis laikas didėja kiekvieną dieną, nes kiekvienais metais Mėnulis tolsta nuo Žemės maždaug 3,8 centimetro (Mėnulis nuolat išeikvoja Žemės sukimosi energiją per gravitacinę-potvynio sąveiką. Šio poveikio pasekmės yra palydovo orbitos pasikeitimas).
Kaip greitai šviesa nukelia atstumą tarp Žemės ir Marso
Trečiajame vaizdo įraše O'Donoghue pademonstravo problemą, su kuria kasdien susiduria daugybė planetų mokslininkų.
Kai NASA kosminės erdvės agentūros darbuotojai bando atsisiųsti ir gauti duomenis iš erdvėlaivio, pavyzdžiui, to paties „InSight“zondo, kuris šiuo metu veikia „Mars“, pranešimai perduodami šviesos greičiu. Tačiau nepakanka valdyti įrenginį „realiu laiku“. Todėl komandos turi būti kruopščiai apgalvotos, kiek įmanoma suspaustos ir nukreiptos į tikslų laiką ir vietą, kad nepraleistų tikslo.
Greičiausias pranešimų perdavimas tarp Žemės ir Marso yra įmanomas tuo metu, kai planetos yra artimiausio artėjimo taške. Tačiau tai atsitinka tik kartą per dvejus metus. Be to, net ir šiuo atveju mus skiria maždaug 54,6 milijono kilometrų atstumas. O'Donoghue'o vaizdo įraše matoma, kad tokiu atstumu šviesa trunka 3 minutes ir 2 sekundes, kad patektų iš vienos planetos į kitą, arba 6 minutes į abi puses.
Vidutiniškai Žemę ir Marsą skiria 254 milijonai kilometrų, taigi vidutiniškai dvipusis pranešimo perdavimas trunka apie 28 minutes ir 12 sekundžių.
Kuo didesnis atstumas, tuo mažėja šviesos greičio „efektyvumas“
Šviesos greičio apribojimas sukelia dar daugiau problemų kosminiams laivams, nutolusiems nuo Žemės. Pavyzdžiui, tas pats „New Horizons“zondas, kuris dabar yra 6,64 milijardo kilometrų atstumu nuo mūsų, arba „Voyager 1“ir „Voyager 2“, kurie yra pasiekę Saulės sistemos kraštą.
Proveržies „Starshot“kosmoso „nanofobas“, pagreitintas labai galingu lazerio spinduliu ir nukreiptas į Alfa Kentauro žvaigždžių sistemą, iliustracija.
Padėtis tampa gana liūdna, kai reikia perduoti pranešimą kitai žvaigždžių sistemai. Pavyzdžiui, artimiausia egzoplaneta, kurią mes žinome, „Proxima b“, yra nutolusi apie 4,2 šviesmečio (apie 39,7 trilijono kilometrų). Net jei šiuo metu imtumėmės greičiausio erdvėlaivio - „Parker Solar Probe“, galinčio pasiekti 343 000 kilometrų per valandą greitį, tada pasiekti „Proxima b“prireiktų net 13 211 metų.
Nikolajus Khizhnyak
