Единицы измерения длины в космосе кратко
Обновлено: 05.07.2024
Расстояния в космосе настолько огромны, что нам очень трудно понять: а насколько это далеко? Например, мы можем представить легко расстояния до соседних населённых пунктов, гораздо труднее нам вообразить расстояние до другой страны, а мысленно проложить путь на иной континент, пожалуй, под силу лишь путешественникам. А теперь попробуйте представить путь, к примеру, на край Солнечной системы! В километрах их уже не запишешь (ибо получаются слишком громоздкие цифры), и у астрономов есть для этого особые единицы измерения – астрономическая единица, парсек, световой год. В этой статье мне бы и хотелось рассказать о них!
Километр
Если учёным необходимо описать расстояние между относительно близкими объектами, например, между соседними планетами и их спутниками, то удобнее это сделать в километрах. Например, расстояние от Солнца до Меркурия – 58 млн км, от Земли до Луны 380 000 км, ближайшее от Земли до Марса – 55, 76 млн км.
Астрономическая единица
В масштабах Солнечной системы ещё актуальны привычные нам километры и метры, но всё же они довольно неудобны. Чтобы не писать слишком длинные цифры, учёные часто используют астрономические единицы. Одна астрономическая единица (сокращённо а. е.) соответствует среднему расстоянию от Солнца до Земли – 150 миллионов км. Ну а если вам хочется узнать наиболее конкретное число, то астрономическая единица считается равной в точности 149 597 870 700 метрам. Например, если мы будем описывать расстояние от Земли до Сатурна в км, то кратчайший путь составит 1195 млн км, или 8 астрономических единиц. Среднее расстояние от Земли до Нептуна = 4, 35 млрд км, или 29 а. е. Как видим, проще записывать в а. е.
Чтобы хотя бы немного представить, насколько это далеко, то скажем, что одну а. е. пешеход со скоростью 5 км/ч преодолел бы за 3424 года! Если ехать на машине со скоростью в 100 км/ч, то на этот же путь у вас бы ушли долгих 170 лет.
Световой год
Это наиболее распространённая единица измерения. Огромные расстояния в космосе измеряются световыми годами. Световой год – это путь, который свет преодолевает за год - 9 триллионов км, ну а кому хочется более громоздкое число, то вот, пожалуйста: 9 460 730 472 581 км.
Парсек
Это ещё одна единица измерения расстояний в космосе, которая довольно часто встречается в разных источниках. Парсек больше светового года примерно в 3 раза. 1 парсек = 3, 2616 светового года, или 1 парсек = 30, 9 трлн км! С их помощью определяют очень большие расстояния, в основном между звёздами, галактиками и их скоплениями, причём, не просто в парсеках, а даже в кило- и мегапарсеках.
Тот же эффект возникнет, если поднять вверх большой палец, вытянуть вперёд руку и поочерёдно закрывать один глаз. Попробуйте это сделать прямо сейчас :) Что заметили? Создаётся ощущение, будто вы двигаете рукой – это и есть параллакс – мнимое смещение ближнего объекта относительно дальнего фона (пусть это даже будет стена).
Проследив, как меняются углы от наблюдателя до звезды или до какой-нибудь далёкой галактики, можно вычислить расстояние. Как это сделать? Представьте прямоугольный треугольник, основание которого – это расстояние от Земли до Солнца (напомним, что оно равняется одной а. е.). Катет треугольника – это расстояние до звезды, а угол определяет, насколько с нашей точки зрения будет меняться положение объекта на небе.
Небо делится на 360 градусов. В каждом градусе 60 угловых минут, а в каждой угловой минуте 60 угловых секунд. Получается, что небосвод поделён на 3600 угловых секунд. Так, параллакс ближайшей к нам звезды Проксима Центавра составляет примерно 0, 77 угловой секунды. Именно настолько она смещается за то время, пока наша планета совершает половину оборота вокруг Солнца. С помощью этих данных учёные вычислили, что от Проксимы Центавра нас отделяет расстояние в 1,3 парсека или 4 световых года.
Расстояние между Землей и Луной громадно, но кажется крохотным в сравнении с масштабами космоса.
Космические просторы, как известно, довольно масштабны, а потому астрономы не используют для их измерения метрическую систему, привычную для нас. В случае с расстоянием до Луны (384 000 км) километры еще могут быть применимы, однако если выразить в этих единицах расстояние до Плутона, то получится 4 250 000 000 км, что уже менее удобно для записи и вычислений. По этой причине у астрономов в ходу иные единицы измерения расстояния, о которых читайте ниже.
Астрономическая единица
Наименьшей из таких единиц является астрономическая единица (а.е.). Исторически так сложилось, что одна астрономическая единица равняется радиусу орбиты Земли вокруг Солнца, иначе – среднее расстояние от поверхности нашей планеты до Солнца. Данный метод измерения был наиболее подходящим для изучения структуры Солнечной системы в XVII веке. Ее точное значение 149 597 870 700 метра. Сегодня астрономическая единица используется в расчетах с относительно малыми длинами. То есть при исследовании расстояний в пределах Солнечной системы или других планетных систем.
Световой год
Несколько большей единицей измерения длины в астрономии является световой год. Он равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один земной, юлианский год. Подразумевается также нулевое влияние гравитационных сил на его траекторию. Один световой год составляет около 9 460 730 472 580 км или 63 241 а.е. Данная единица измерения длины используется лишь в научно-популярной литературе по той причине, что световой год позволяет читателю получить примерное представление о расстояниях в галактическом масштабе. Однако из-за своей неточности и неудобности световой год практически не используется в научных работах.
Материалы по теме
Парсек
Наиболее практичной и удобной для астрономических вычислений является такая единица измерения расстояния как парсек. Чтобы понять ее физический смысл, следует рассмотреть такое явление как параллакс. Его суть состоит в том, что при движении наблюдателя относительно двух отдаленных друг от друга тел, видимое расстояние между этими телами также меняется. В случае со звездами происходит следующее. При движении Земли по своей орбите вокруг Солнца визуальное положение близких к нам звезд несколько меняется, в то время как дальние звезды, выступающие в роли фона, остаются на тех же местах. Изменение положения звезды при смещении Земли на один радиус ее орбиты, называется годичный параллакс, который измеряется в угловых секундах.
Метод лазерной локации и радиолокации
Эти два современных метода служат для определения точного расстояния до объекта в пределах Солнечной системы. Он производится следующим образом. При помощи мощного радиопередатчика посылается направленный радиосигнал в сторону предмета наблюдения. После чего тело отбивает полученный сигнал и возвращает на Землю. Время, потраченное сигналом на преодоление пути, определяет расстояние до объекта. Точность радиолокации – всего несколько километров. В случае с лазерной локацией, вместо радиосигнала лазером посылается световой луч, который позволяет аналогичными расчетами определить расстояние до объекта. Точность лазерной локации достигается вплоть до долей сантиметра.
Телескоп ТГ-1 лазерного локатора ЛЭ-1, полигон Сары-Шаган
Метод тригонометрического параллакса
Наиболее простым методом измерения расстояния до удаленных космических объектов является метод тригонометрического параллакса. Он основывается на школьной геометрии и состоит в следующем. Проведем отрезок (базис) между двумя точками на земной поверхности. Выберем на небосводе объект, расстояние до которого мы намерены измерить, и определим его как вершину получившегося треугольника. Далее измеряем углы между базисом и прямыми, проведенными от выбранных точек до тела на небосводе. А зная сторону и два прилежащих к ней угла треугольника, можно найти и все другие его элементы.
Величина выбранного базиса определяет точность измерения. Ведь если звезда расположена на очень большом расстоянии от нас, то измеряемые углы будут почти перпендикулярны базису и погрешность в их измерении может значительно повлиять на точность посчитанного расстояния до объекта. Поэтому следует выбирать в качестве базиса максимально отдаленные точки на Земле. Изначально в роли базиса выступал радиус Земли. То есть наблюдатели располагались в разных точках земного шара и измеряли упомянутые углы, а угол, расположенный напротив базиса назывался горизонтальным параллаксом. Однако позже в качестве базиса стали брать большее расстояние – средний радиус орбиты Земли (астрономическая единица), что позволило измерять расстояние до более отдаленных объектов. В таком случае, угол, лежащий напротив базиса, называется годичным параллаксом.
Данный метод не очень практичен для исследований с Земли по той причине, что из-за помех земной атмосферы, определить годичный параллакс объектов, расположенных более чем на расстоянии в 100 парсек – не удается.
Однако в 1989 год Европейским космическим агентством был запущен космический телескоп Hipparcos, который позволил определить звезды на расстоянии до 1000 парсек. В результате полученных данных ученые смогли составить трехмерную карту распределения этих звезд вокруг Солнца. В 2013 году ЕКА запустило следующий спутник – Gaia, точность измерения которого в 100 раз лучше, что позволяет наблюдать все звезды Млечного Пути. Если бы человеческие глаза обладали точностью телескопа Gaia, то мы имели бы возможность видеть диаметр человеческого волоса с расстояния 2 000 км.
Метод стандартных свечей
Для определения расстояний до звезд в других галактиках и расстояний до самих этих галактик используется метод стандартных свечей. Как известно, чем дальше от наблюдателя расположен источник света, тем более тусклым он кажется наблюдателю. Т.е. освещенность лампочки на расстоянии 2 м будет в 4 раза меньше, чем на расстоянии 1 метр.Это и есть принцип, по которому измеряется расстояние до объектов методом стандартных свечей. Таким образом, проводя аналогию между лампочкой и звездой, можно сравнивать расстояния до источников света с известными мощностями.
Масштабы разведанной существующими методами Вселенной впечатляют. Смотреть инфографику в полном размере.
В качестве стандартных свечей в астрономии выступают объекты, светимость (аналог мощности источника) которых известна. Это может быть любого рода звезда. Для определения ее светимости астрономы измеряют температуру поверхности, опираясь на частоту ее электромагнитного излучения. После чего, зная температуру, позволяющую определить спектральный класс звезды, выясняют ее светимость при помощи диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Затем, имея значения светимости и измерив яркость (видимую величину) звезды, можно посчитать расстояние до нее. Такая стандартная свеча позволяет получить общее представление о расстоянии до галактики, в которой она находится.
Однако данный метод достаточно трудоемкий и не отличается высокой точностью. Поэтому астрономам удобнее использовать в качестве стандартных свечей космические тела с уникальными особенностями, для которых светимость известна изначально.
Уникальные стандартные свечи
Цефеида PTC Puppis
Цефеиды – наиболее используемые стандартные свечи, представляющие собой переменные пульсирующие звезды. Изучив физические особенности этих объектов, астрономы узнали, что цефеиды обладают дополнительной характеристикой – периодом пульсации, который легко можно измерить и который соответствует определенной светимости.
Несмотря на то, что метод цефеид является наиболее точным на расстояниях до 10 000 000 пк, его погрешность может достигать 30%. Для повышения точности потребуется как можно больше цефеид в одной галактике, но и в таком случае погрешность сводится не менее чем к 10%. Причиной тому служит неточность зависимости период-светимость.
Кроме цефеид в качестве стандартных свечей могут использоваться и другие переменные звезды с известными зависимостями период-светимость, а также для наибольших расстояний — сверхновые с известной светимостью. Близким по точности к методу цефеид является метод, с красными гигантами в роли стандартных свеч. Как выяснилось, ярчайшие красные гиганты имеют абсолютную звездную величину в достаточно узком диапазоне, которая позволяет посчитать светимость.
У астрономов своеобразное чувство юмора. Иначе чем объяснить эти странные единицы измерения, часто вводящие в заблуждение наивных граждан. Световой год, парсек, а.е. что это?
Здравствуйте друзья, меня зовут Валентин Анатольевич, и сегодня мы попробуем разобраться в чем же измеряется космос.
Угловая мера расстояний
Для измерения расстояний между светилами на ночном небе астрономы используют угловую меру. От наблюдателя проводятся прямые к звездам или планетам на небесной сфере. Угол между этими прямыми и будет угловым расстоянием.
Причем это делать можно буквально на пальцах. Так толщина мизинца на вытянутой руке соответствует примерно одному градусу. Толщина большого пальца двум. Кулак это уже 10 градусов, ну а два кулака соответственно 20.
Угловые расстояния на пальцах
Но если на небесной сфере расстояния между звездами можно измерить даже на пальцах, то в реальности никаких пальцев уже не хватит. И здесь вводятся три основные единицы измерения расстояний: световой год, парсек и астрономическая единица.
Астрономическая единица
В принципе, в масштабах солнечной системы, еще актуальны привычные нам километры и метры, но все же удобнее использовать астрономические единицы.
Одна астрономическая единица (а.е.) соответствует среднему расстоянию от Земли до Солнца или размеру большой полуоси ее орбиты. Это 149 597 870 700 метров.
1 а.е. = 149 597 870 700 м
Восемь астрономических единиц, это минимальное расстояние, на которое сближается Сатурн и Земля. Можете перевести это расстояние в километры, и прикинуть сколько раз придется сделать капиталку двигателя вашего автомобиля намотав на нем такой километраж.
Астрономическая единица по Земным меркам величина, конечно, большая, но все же для измерения расстояний за пределами солнечной системы она будет мелковата. Поэтому идем дальше.
Световой год
Световой год (св. год), это расстояние, которое проходит свет за один год. Ну или за 365 суток или соответственно 31 536 000 секунд. Чтоб почувствовать весь масштаб давайте умножим это все на скорость света в вакууме c=3*10 8 м/с и тем самым переведем световой год в метры.
1 св.год = 9,46 *10 15 м
Парсек и годичный параллакс
Еще одна загадочная единица в астрономии — это парсек (пк), он больше светового года в три с лишним раза.
1 пк =3,2616 св.года.
Можете написать в комментариях сколько это будет в метрах.
Само слово парсек это производное от двух слов параллакс и секунда. Так как его определяют как расстояние до объекта, годичный параллакс которого будет равен одной угловой секунде. Что бы понять, о чем идет речь, давайте для начала разберемся что же такое параллакс.
Если смотреть на какой-то объект из разных точек, то его положение относительно удаленного фона будет меняться. Это смещение и называется параллаксом.
Чем дальше находится объект, тем медленнее он меняет свое относительное положение при движении наблюдателя. Соответственно тем меньше у него параллакс.
Зная расстояние между точками наблюдения, угол смещения и тригонометрию, можно определить расстояние до нашего объекта.
Попробуйте угадать для чего нужна эта штука.
Земля движется вокруг Солнца в течении года, а значит будет меняться точка наблюдения и появляться годичный параллакс звезд.
Величина годичного параллакса какой-либо звезды равна углу, под которым большая полуось земной орбиты видна с этой звезды.Большая полуось как мы говорили ранее равна одной астрономической единице.
Что же такое парсек? Представим, что мы находимся в 1 парсеке от Солнца. Тогда угловое расстояние от Земли до Солнца будет равно одной секунде. В пересчете на мизинцы, это… 1/3600… Очень мало, а значит 1 парсек — это очень далеко.
Зачем!
Может возникнуть вопрос на кой черт нам нужна эта астрономия, с ее астрономическими единицами, парсеками и световыми годами?
Дам небольшой совет. Если у Вас вдруг возникли проблемы, выразите свой рост в световых годах. Поделите это все на диаметр нашей галактики. Он, к слову, составляет примерно 100 000 световых лет.
Посмотрите на получившееся число и почувствуйте на сколько Вы малы в галактических масштабах, и на сколько ничтожны Ваши проблемы.
Если сравнивать просторы нашей планеты с масштабами галактики, то они оказываются ничтожно малы, по этому привычные нам единицы измерения астрономы не используют. Основными мера длины являются световой год и парсек.
Так же часто используют Световой год. Это внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом в вакууме за один земной год (равный по определению 365,25 стандартных суток). Если переводить в метрическую систему, до один световой год равен 9 460 730 472 580 800 метрам. Один световой год равен 0,306 601 парсека.
Астрономическая единица (обозначения международное AU, в России А.Е.) — является наименьшей по значение, приблизительно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. Свет проходит это расстояние примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд). Применяется в основном для измерения расстояний между объектами Солнечной системы, внесолнечных систем, а также между компонентами двойных звёзд.
Вы, вероятно, слышали и про световые года, и про парсеки и представляете себе, что это очень далеко от нас, а если у галактик есть еще и красное смещение, то это где-то совсем на краю Вселенной. Мы решили написать подробный обзор о том, что такое астрономические расстояния и как человечество узнает, насколько далеки от нас объекты, до которых мы не можем (и, скорее всего, никогда не сможем) добраться.
Лестница космических расстояний, которая ведет от ближайших к нам звезд (внизу) до крупномасштабной структуры Вселенной (наверху). Розовым цветом выделены методы измерения, основанные на знании законов звездообразования, светло-зеленым — методы, основанные на маломассивных и переменных звездах, синим — геометрические методы определения расстояний, бордовым — методы измерения расстояний по вспышкам сверхновых, темно-зеленым — прочие разнообразные методы, вроде эффекта Сюняева-Зельдовича или гравитационных волн. Важно, что все методы взаимосвязаны — это позволяет перепроверять и уточнять их.
Richard de Grijs
Стандартные единицы
Начать, видимо, надо с того, что стандартные единицы — метры или километры — используются только в узких разделах астрономии, при изучении ближайших к нам небесных тел: когда надо определить радиус Солнца, размер красного пятна Юпитера, параметры колец Сатурна или каких-то уникальных компактных объектов Вселенной, вроде нейтронных звезд.
Если говорить о том, как далеко от нас находятся объекты, то самые большие расстояния, измеряемые в километрах, — это расстояния до других планет Солнечной системы. Связано это в том числе и с тем, что измерялись они с помощью радио-радаров, которые посылали сигналы известной частоты и фиксировали время, необходимое сигналу, отразившемуся от поверхности планеты, для возвращения. Радары постоянно используются на Земле, поэтому ничего нового для определения расстояния, скажем, до Венеры изобретать не пришлось, отсюда и привычные единицы измерения — километры. Законы движения небесных тел позволяют определить расстояние до более далеких тел через более близкие. Так, зная расстояние до Венеры, нетрудно очень точно рассчитать расстояние до Солнца. Для этого достаточно вооружиться простейшими знаниями тригонометрии и представить Землю, Солнце и Венеру в вершинах прямоугольного треугольника. Но к синусам мы еще вернемся, поэтому давайте просто скажем, что метры и километры довольно редко используются в качестве шкалы расстояний, хотя опытный астрофизик всегда переведет все свои расстояния именно в них, прежде чем читать научно-популярную лекцию.
Метод параллакса
Такая линейка известна еще с античных времен и требует лишь самых простых знаний тригонометрии. Она использует метод параллакса, и вы легко схватите его суть, если вытянете указательный палец перед собой и, поочередно закрывая левый и правый глаз, увидите, что положение пальца относительно какого-то более далекого предмета (например, выключателя на стене) сдвинулось. Теперь все довольно просто — измеряя положение звезд на небе в январе и в июле, мы увидим, что часть из них сместилась, а часть осталась на месте. Если предположить, что те звезды, которые остались на месте, находятся намного дальше и их можно использовать для привязки (подобно выключателю на стене), то, зная путь, который Земля описала вокруг Солнца за полгода, можно узнать расстояние до тех звезд, которые по небу все-таки переместились. Легко, не правда ли? Не поленитесь — возьмите лист бумаги, карандаш и попытайтесь получить формулу, которая сможет превратить угол, на который сместилась звезда, в расстояние до нее. Кроме тех данных, что мы вам уже дали, вам понадобится всего лишь вспомнить определение синуса. Мы уверены, что вам удастся получить формулу — она проста и по-своему элегантна (если все же не получается, формулу можно найти здесь).
Геометрическое представление парсека — это растояние, на котром должна находиться звезда, чтобы при движении Земли по орбите она переместилась на 1 угловую секунду.
Читайте также: