Скоростта на светлината е границата, с която материален обект може да се движи в пространството, освен ако, разбира се, не вземем предвид хипотетичните червееви дупки, с помощта на които, според предположенията, обектите могат да се движат в пространството още по-бързо. В идеален вакуум частица светлина, фотон, може да се движи със скорост от 299 792 километра в секунда или около 1,097 милиарда километра в час. На пръв поглед може да изглежда изненадващо бързо. Не, всъщност е бързо. Но в космически мащаб тази скорост може да бъде смущаващо бавна, особено когато става въпрос за радиокомуникации и полети до други планети, по-специално към тези извън нашата Слънчева система.
За да улесни всекиго да разбере ограничените възможности за скоростта на светлината, планетарен учен от центъра за космически полети Goddard на НАСА Джеймс О'Доногуе създаде серия от анимирани видеоклипове.
В разговор с Business Insider, O'Donoghue сподели, че едва наскоро се научи как да прави тези анимации. Първата му работа за НАСА беше подготовка на видео за пръстените на Сатурн. След това той започва да оживява други трудно разбираеми космически концепции, например визуално сравнение на размерите и скоростите на въртене на планетите на Слънчевата система. Според него тази работа, публикувана на личната му страница в Twitter, предизвика голям интерес.
Последната му работа е опит да демонстрира ясно колко бързи и в същото време бавни фотони могат да бъдат.
Визуална демонстрация на движението на фотоните около Земята
В първата анимация O'Donoghue показа колко бърза светлина може да се движи спрямо Земята.
Промоционално видео:
Екваторът на нашата планета е дълъг приблизително 40 хиляди километра. Ако нямаше атмосфера (частиците, които съдържа, могат да забавят светлината малко), тогава фотон, плъзгащ се по повърхността му, би направил почти 7,5 пълни оборота за 1 секунда (или 0,13 секунди на оборот).
Въпреки че скоростта на светлината изглежда невероятно бърза в този сценарий, видеоклипът също демонстрира, че е ограничен.
Колко бързо светлината пътува между Земята и Луната
Във второто видео O'Donoghue обхваща по-голямо разстояние - от Земята до Луната.
Средно разстоянието между нашата планета и нейния естествен спътник е 384 000 километра. Това означава, че наблюдаваната в небето лунна светлина изминава това разстояние за 1.255 секунди, а пътуването напред и назад, например при предаване на радио съобщения между Земята и космическия кораб, ще отнеме 2,51 секунди.
Трябва да се отбележи, че това време се увеличава с всеки изминал ден, тъй като всяка година Луната се отдалечава от Земята с около 3,8 сантиметра (Луната постоянно изчерпва енергията на въртенето на Земята чрез гравитационно-приливно взаимодействие. Последствията от този ефект са промяна в орбитата на спътника).
Колко бързо светлината изминава разстоянието между Земята и Марс
В третото видео O'Donoghue демонстрира проблем, с който много планетни учени трябва да се сблъскват ежедневно.
Когато служители на аерокосмическата агенция НАСА се опитват да изтеглят и получават данни от космически кораб, например, същата сонда InSight, която в момента работи на Марс, съобщенията се предават със скоростта на светлината. Не е достатъчно обаче да контролирате устройството в „реално време“. Затова екипите трябва да бъдат внимателно обмислени, възможно най-компресирани и насочени в точното време и място, за да не пропуснете целта.
Най-бързото предаване на съобщения между Земята и Марс е възможно в момента, когато планетите са в точката на най-близкия подход. Това обаче се случва само около веднъж на две години. Освен това, дори и в този случай, ние сме разделени на разстояние от около 54,6 милиона километра. Видеото на O'Donoghue показва, че на това разстояние светлината отнема 3 минути и 2 секунди, за да стигне от една планета до друга, или 6 минути в двете посоки.
Средно Земята и Марс са разделени на разстояние от 254 милиона километра, така че средно двупосочното предаване на съобщение отнема около 28 минути и 12 секунди.
Колкото по-далече става разстоянието, толкова потискащата става "ефективността" на скоростта на светлината
Ограничението на скоростта на светлината създава още повече проблеми за космическите кораби, по-отдалечени от Земята. Например същата сонда New Horizons, която сега е на 6,64 милиарда километра от нас, или Voyager 1 и Voyager 2, стигнали до ръба на Слънчевата система.
Илюстрация на това, че космическата „нанопроба“на пробиващата звездна снимка се ускорява от много мощен лазерен лъч и е насочена към звездната система Алфа Кентавър.
Ситуацията става доста тъжна, когато става въпрос за предаване на съобщение до друга звездна система. Например, най-близката екзопланета, за която знаем, Proxima b, е на около 4,2 светлинни години (около 39,7 трилиона километра). Дори и да вземем най-бързия космически кораб в момента, соларната сонда Parker, способна да достигне скорост от 343 000 километра в час, тогава дори да са били необходими около 13 211 години, само за да стигнем до Proxima b.
Николай Хижняк