Jednostki odleglosci w kosmosie — Astronomia ze Światem Głuchych #3

Jednostka odległości — metr

1 metr — wszyscy znamy. Wszyscy codziennie posługujemy się jednostką metr. Metr jest podstawą. Jeżeli potrzebujemy obliczyć małą odległość, używamy linijki i mierzymy milimetry czy centymetry. Skąd pochodzą te nazwy? Przed chwilą migałem, że podstawą jest „metr”. To, czym jest „centymetr”?

Centymetr

„Centymetr” to połączenie „centy” i „metr”. Co to jest „centy”? Nazwa „centy” oznacza 1/100. A więc 100 centymetrów równa się 1 metr. Jeżeli do „centy” dołożymy inną nazwę, będzie to oznaczało 1/100 tej nazwy. Zobaczmy przykład. Powiedzmy, że tu jest 1 metr. Skoro 1 metr to jest 100 cm, to ten odcinek podzielony jest na 100 równych części — 100 centymetrów. Już wiemy, co z centymetrem. A czym jest milimetr (skrót: mm)?

Milimetr

Podobnie jak centymetr, milimetr to też połączone dwa słowa: „mili” i „metr”. A czym jest „mili”? „Mili” oznacza 1/1000, a więc 1000 milimetrów równa się 1 metr. 1000 mm = 1 m. Słowo „mili” możemy połączyć z innym i będzie oznaczało 1/1000 drugiego wyrażenia. Zobaczmy przykład: ile mm jest w 1 metrze? 1 m = 1000 mm. Powtórzmy: powiedzmy, że tu jest 1 metr. To w tym jednym metrze będzie 1000 fragmentów, 1000 milimetrów. Dużo wyjaśniania, prawda? Ale to jeszcze nie koniec! Znamy już jednostkę „metr”. A jaka jest większa jednostka?

Kilometr

Kilometr, w skrócie km. Jeden kilometr to 1000 metrów, czyli 1000 odcinków o długości jednego metra, daje kilometr. I tu na Ziemi do zapisywania odległości wystarcza nam właśnie kilometr. Większej jednostki nie potrzebujemy. Np. w Polsce najdłuższa możliwa trasa w linii prostej, jaką ma długość? To odcinek z Bieszczad do Świnoujścia o długości ok. 900 km. A jaki jest rekord odległości na Ziemi? Równik ma długość ok. 40 000 km. Oznacza to, że najdalsza odległość na Ziemi to ok. 20 000 km (połowa długości równika). Widzimy, że na Ziemi jednostka „kilometr” jest wystarczająca. A jak to wygląda we wszechświecie?

Odległości w kosmosie — w kilometrach

Czy w kosmosie odległość też mierzymy w kilometrach? Czasami tak, ale często jest to bardzo trudne. Dlaczego? Zaraz wyjaśnię. Na wysokości ok. 400 km nad ziemią znajduje się Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS). Czy to duża odległość? Nie. Inny przykład: Księżyc. Średnia odległość od Ziemi to 385 000 km. Dużo, prawda, ale można zapisać w kilometrach. A jeszcze dalej, jak to wygląda? Planetę Mars od Ziemi dzieli od 55 do 401 mln kilometrów. To już dużo zer! Zobaczcie na zdjęciu (zobacz film). Sonda, którą widzicie na zdjęciu, Voyager 1, oddala się od Ziemi. I teraz gdy nagrywam ten film, na początku sierpnia (2021), znajduje się w odległości… ok. 22 miliardów 900 milionów kilometrów! Niewyobrażalne!

A jaką prędkość ma sonda? W ciągu jednej godziny pokonuje ok. 60 000 km! Wow! Najbliższa gwiazda sąsiadująca ze Słońcem, Proxima Centauri, znajdują się w odległości ok. 40 bilionów km, to jest 40 i 12 zer! Dużo! A nasza galaktyka, Droga Mleczna, w której się znajdujemy, jaką ma średnicę? Naukowcy oceniają, że wynosi ok. 950 000 000 000 000 000 km. Wow!

Zobaczmy, kosmos jest tak wielki, że mierzenie odległości w kilometrach jest trudne. Tak dużo zer, że łatwo o pomyłkę. W jaki więc sposób astronomowie zapisują odległości?

Jednostka astronomiczna — au

Astronomowie używają różnych form zapisu, np. jednostki astronomicznej, w skrócie au. Czasami można spotkać się z polskim skrótem j.a. Jedna jednostka astronomiczna to ile kilometrów? 1 au = ok. 150 000 000 km. A dokładnie: 149 597 871 km. Skąd ta długość? Jest to średnia odległość pomiędzy Ziemią a Słońcem. Pamiętamy odległości z Ziemi do ISS, Księżyca? Czy zapisujemy je w au? Nie, są zbyt blisko, lepiej użyć kilometrów. A jak z Marsem? Wcześniej powiedziałem, że średnia odległość pomiędzy Marsem a Ziemią waha się od 55 do 401 mln km. Ile to by było po przeliczeniu na au? Od 0,37 do 2,67 au. A sonda Voyager, gwiazda Proxima Centauri czy średnica naszej galaktyki, w przeliczeniu na jednostki astronomiczne, jaki mają rozmiar? Spójrz na tablice. Voyager 1 — odległość od Ziemi 22 900 000 000 km = 153,08 au. Droga mleczna — średnica — 950 000 000 000 000 000 km = 6 350 357 766,16 au.

W układzie słonecznym posługiwanie się au jest wystarczające, wygodne. A co dalej, poza nim? Potrzeba jeszcze większej jednostki: światła.

Światło jako jednostka odległości

Światło bije rekordy prędkości, nic innego nie osiąga prędkości światła. W próżni światło ma prędkość 299 972 458 m/s, to jest w przybliżeniu 300 000 km/s. W skrócie zapisujemy literką „c”. Światło. Światło ma prędkość. Spójrzmy na światło. Jak to możliwe, że światło ma prędkość? Przecież widzimy je natychmiast. Co to znaczy, że ma prędkość? Za chwilkę wyjaśnię.

Gdy samochód, który jedzie stałą prędkością 100 km/h, w ciągu godzinie pokona odcinek drogi o długości 100 km. Tak samo jest ze światłem. Tylko że światło, ma na liczniku prędkość 300 000 km, i to nie na godzinę, a na sekundę. Przed chwilą migałem, że odległość pomiędzy Ziemią a Księżycem wynosi ok. 385 000 km. Jeżeli ja, z Ziemi, skieruję światło w stronę Księżyca, to osoba na Księżycu zobaczy to światło dopiero po ponad sekundzie. Dlaczego? Bo światło ma prędkość w przybliżeniu 300 000 km/s, a Księżyc oddalony jest o ok. 385 000 km. Więc w ciągu jednej sekundy światło przebyło 300 000 km i jeszcze trochę potrzebuje, aby pokonać pozostałe 85 000 km. Po ponad jednej sekundzie światło z Ziemi będzie widoczne na Księżycu.

Fala radiowa

Ciekawostka: fala radiowa (migamy „fala”) w próżni ma podobną prędkość jak światło, ok. 300 000 km/s. Gdy na Księżycu przebywali ludzie, to rozmawiając z Ziemią, mieli jednosekundowe opóźnienie w rozmowie.

Prędkość światła

Skoro w ciągu jednej sekundy światło pokonuje 300 tysięcy kilometrów, to jaką odległość przemierzy w czasie jednej minuty? Potrzebujemy matematyki. Policzmy. Spójrz:

1 sekunda — 299 792 km. 60 sekund — 299 792 km x 60 s = 17 987 520 km. 1 minuta — 17 987 520 km.

Średnia odległość pomiędzy Słońcem a Ziemią to 150 000 000 km. Ile czasu więc potrzebuje światło słoneczne, aby dotrzeć na Ziemię? 499 sekund, czyli w przeliczeniu 8 minut i 19 sekund. Wiemy już, jaki dystans pokonuje światło w ciągu jednej minuty. A w ciągu jednej godziny? Spójrzmy: 1 minuta — 17 987 520 km. 1 godzina — 60 minut. 60 minut x 17 987 520 km = 1 079 251 200 km/h. Prędkość światła = ~1 079 251 200 km/h. W ciągu jednej godziny światło pokonuje ponad miliard kilometrów!

Rok świetlny, lata świetlne

Policzmy jeszcze więcej. Jaki dystans pokonuje światło w ciągu jednego roku? A ile godzin ma jeden rok? Spójrz. 1 dzień = 24 godziny. 1 rok = 365 dni. 24 godziny x 365 dni = 8 760 godzin/rok. Jeden rok ma 8760 godzin. To jaką odległość w tym czasie pokona światło? Odległość, jaką pokonuje światło w ciągu jednej godziny, musimy pomnożyć 8760 godzin (1 rok). Jaki wynik? Ja tego nie zamigam, spójrzcie na tablicę: 1 rok = 8 760 godzin. Prędkość światła: 1 godzina = ~1 079 251 200 km. 8 760 godzin x 1 079 251 200 km = ~9 454 240 512 000 km/1 rok. Prędkość światła, rok świetlny ~9 454 240 512 000 km/1 rok, czyli ~9,5 biliona km/1 rok. 9,5 biliona km!!! Zamigać te wszystkie zera? To aż ręka boli!

Światło w okresie jednego roku pokonuje odległość ok. 9,5 biliona kilometrów. Odległość tę nazywamy rokiem świetlnym, albo, dla większej ilości, latami świetlnymi. W skrócie zapisujemy l.y. albo ly (bez kropek). Astronomowie używają głównie ly.

Odległości w kosmosie w latach świetlnych

Odległość z Ziemi do Marsa lub do Voyagera jest zbyt mała, aby zapisywać ją w latach świetlnych. A odległość pomiędzy Słońcem a najbliższą gwiazdą, Proximą Centauri mierzona w ly ile wynosi? Również ile ma średnica Drogi mlecznej w ly? Spójrzm: Proxima Centauri — odległość od Słońca ~40 000 000 000 000 km = ~267 000 au = ~4,2 ly. Średnica Drogi Mlecznej. ~950 000 000 000 000 000 km = ~6 300 000 000 au = ~100 000 ly.

Światło w ciągu roku pokonuje olbrzymią ilość kilometrów. Jeżeli coś jest „blisko”, wystarczy zapisać w jednostkach km lub au. Ale możemy też zapisać jako prędkość światła, ale nie w latach, a w sekundach, minutach czy godzinach. Człowiek najdalej w kosmosie był na Księżycu. Jest to odległość trochę większa niż jedna sekunda świetlna. Światło ze Słońca potrzebuje ok. 8 minut, aby dotrzeć na Ziemię. A do najbliższej gwiazdy dzieli nas 4 lata świetlne! Widzimy, że wszechświat jest olbrzymi.

Parsek

Na koniec jeszcze jedna informacja: mierząc odległość w kosmosie, możemy użyć jeszcze jedną jednostkę: parsek. W skrócie zapisujemy pc. Skąd się wziął parsek? Nie będę teraz wyjaśniał – to by było za dużo informacji jak na jeden raz. Tylko powiem, że jeden pc to 3,2616 ly.

Astronomia ze Światem Głuchych

Podsumowując: dzisiaj było dużo matematyki i liczenia. Jakie są jednostki odległości w kosmosie — już wiecie. Dzięki temu, łatwiej będzie zrozumieć następne filmy. My, Świat Głuchych, bardzo się cieszymy, że chcecie oglądać filmy o wszechświecie. Bardzo Wam dziękujemy. Pa.