A fénysebesség az a határ, amellyel az anyagi tárgy mozghat az űrben, kivéve, ha természetesen hipotetikus féreglyukakat vesszük figyelembe, amelyeknek feltételezései szerint az objektumok még gyorsabban mozoghatnak az űrben. Ideális vákuumban a fényrészecske, a foton másodpercenként 299,792 kilométer, azaz körülbelül 1,079 milliárd kilométer / óra sebességgel képes mozogni. Első pillantásra meglepően gyorsnak tűnhet. Nem, valójában gyors. Kozmikus léptékben azonban ez a sebesség meglepően lassú lehet, főleg amikor rádiókommunikációra és más bolygókra, különösen a Naprendszerünkön kívüli repülésekre van szükség.
A bárki számára a fénysebesség korlátozott lehetőségeinek megértése érdekében a NASA Goddard űrrepülési központjának bolygótudósát, James O'Donoghue-t animációs videók sorozata készítette.
A Business Insiderrel folytatott beszélgetés során O'Donoghue elmondta, hogy csak nemrégiben tanulta meg, hogyan lehet ezeket az animációkat készíteni. Első munkája a NASA-ban egy videó készítése volt a Saturn gyűrűiről. Ezt követően más nehezen érthető térkoncepciókat animált, például a Naprendszer bolygóinak méretének és forgási sebességének vizuális összehasonlítását. Elmondása szerint ez a személyes Twitter oldalán közzétett munka nagy érdeklődést váltott ki.
Legújabb munkája egy kísérlet arra, hogy világosan megmutassa, mennyire gyorsak és ugyanakkor lassúak lehetnek a fotonok.
A fotonok Föld körüli mozgásának vizuális bemutatása
Az első animációban O'Donoghue megmutatta, hogy a fény milyen gyorsan mozoghat a Földhöz képest.
Promóciós videó:
Bolygónk Egyenlítője körülbelül 40 ezer kilométer hosszú. Ha nem volt légköre (a benne lévő részecskék kissé lelassíthatják a fényt), akkor a felületén csúszó foton csaknem 7,5 teljes fordulatot generál 1 másodperc alatt (vagy 0,13 másodperc per fordulat).
Noha a fénysebesség hihetetlenül gyorsnak tűnik ebben a forgatókönyvben, a videó azt is demonstrálja, hogy véges.
Milyen gyorsan utazik a fény a Föld és a Hold között
A második videóban O'Donoghue nagyobb távolságot takar - a Földtől a Holdig.
Bolygónk és természetes műholdaink közötti távolság átlagosan 384 000 kilométer. Ez azt jelenti, hogy az égben megfigyelt holdfény ezt a távolságot 1,255 másodpercben haladja meg, és az oda-vissza utazás, például amikor a rádióüzeneteket továbbítják a Föld és az űrhajó között, 2,51 másodpercet vesz igénybe.
Meg kell jegyezni, hogy ez az idő minden nap növekszik, mivel a Hold minden évben körülbelül 3,8 centiméterrel távozik a Földtől (a Hold gravitációs-árapály kölcsönhatás révén folyamatosan kimeríti a Föld forgási energiáját. Ennek a hatásnak a következménye a műholdas pályájának megváltozása).
Milyen gyorsan halad a fény a föld és a Mars között
A harmadik videóban O'Donoghue bemutatta egy olyan problémát, amellyel sok bolygó tudósának naponta szembesülnie kell.
Amikor a NASA légiközlekedési ügynökségének alkalmazottai megpróbálják letölteni és fogadni adatokat egy űrjárműtől, például ugyanazon InSight szondával, amely jelenleg a Marson működik, az üzenetek fénysebességgel továbbítódnak. Nem elegendő azonban az eszköz "valós időben" történő vezérlése. Ezért a csapatokat gondosan át kell gondolni, a lehető legtökéletesebben, és a pontos időre és helyre kell irányítani, hogy ne maradjanak el a cél.
Az üzenetek leggyorsabb továbbítása a Föld és a Mars között abban a pillanatban lehetséges, amikor a bolygók a legközelebbi megközelítési ponton vannak. Ez azonban csak kb. Kétévente történik. Ezen túlmenően még ebben az esetben is mintegy 54,6 millió kilométer távolság választ el egymástól. O'Donoghue videója azt mutatja, hogy ezen a távolságon a fény 3 perc és 2 másodperc alatt tart az egyik bolygóról a másikra, vagyis 6 perc mindkét irányban.
A Földet és a Marsot átlagosan 254 millió kilométer távolságra választják el, tehát a kétirányú üzenet átadása átlagosan körülbelül 28 perc és 12 másodperc.
Minél nagyobb a távolság, annál nagyobb a fénysebesség "hatékonysága"
A fénysebesség korlátozása még több problémát okoz a Földtől távolabbi űrhajók számára. Például ugyanaz a New Horizons szonda, amely most 6,64 milliárd km-re van tőlünk, vagy a Voyager 1 és a Voyager 2, amelyek elérték a Naprendszer szélét.
Ábra az áttörést lehetővé tevő Starshot űrből, hogy a „nanoszekrényt” egy nagyon erős lézersugár gyorsítja és az Alpha Centauri csillagrendszer felé irányítja.
A helyzet meglehetősen szomorúvá válik, amikor üzenetet továbbítunk egy másik csillagrendszerhez. Például a legközelebbi exoplanet, amelyről ismertünk, a Proxima b kb. 4,2 fényévre van (kb. 39,7 billió kilométer). Még akkor is, ha a leggyorsabb űrhajót vesszük fel, a Parker Solar Probe-t, amely 343 000 kilométer / óra sebességet képes elérni, akkor még 13 211 évre lenne szükség, hogy elérjük a Proxima b-t.
Nikolay Khizhnyak