วิธีการคำนวณระยะทางของแสง

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• วิธีการคำนวณปีแสงหรือระยะทางแสงอื่น ๆ
• ระยะทางจักรวาลและ Redshift
• การค้นหาระยะทางดาราศาสตร์

หลายคนเข้าใจผิดว่า“ ปีแสง” คืออะไร แม้ว่าจะฟังดูเป็นเรื่องของเวลา แต่ก็รวมถึงปี แต่จริงๆแล้วมันก็เป็นระยะทาง ในแง่หนึ่งมันเป็นระยะทางที่แสดงในแง่ของความเร็วแสงดังนั้นคุณสามารถมีมาตรการอื่น ๆ เช่นวันแสงหรือแม้แต่แสงวินาที อย่างไรก็ตามนี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องเพราะระยะทางในระดับจักรวาลมีความซับซ้อนโดยการขยายตัวของโครงสร้างของเวลาอวกาศ การคำนวณปีแสงนั้นง่ายเพียงคูณความเร็วแสงด้วยจำนวนวินาทีในหนึ่งปี แต่การคำนวณระยะทางเอกภพวิทยานั้นไม่ง่ายนัก redshift ของวัตถุเป็นสิ่งที่ง่ายที่สุดในการกำหนดอย่างเป็นกลาง แต่มีแนวคิดอื่น ๆ เช่นระยะทาง comoving ที่มีประโยชน์เช่นกัน

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

ค้นหาระยะทางในแง่ของแสงโดยใช้สูตร:

d_L = กะรัต

ที่ไหน ค คือความเร็วของแสง d_L คือระยะทางและ เสื้อ เป็นช่วงเวลา สำหรับปีแสง:

ปีแสง = ความเร็วของแสง×จำนวนวินาทีในหนึ่งปี

ระยะทางเอกภพสามารถพบได้โดยใช้เครื่องคิดเลขเกี่ยวกับจักรวาลและการเปลี่ยนของวัตถุที่เป็นปัญหา

วิธีการคำนวณปีแสงหรือระยะทางแสงอื่น ๆ

คำนวณปีแสงด้วยสูตรง่าย ๆ :

ปีแสง = ความเร็วของแสง×จำนวนวินาทีในหนึ่งปี

ความเร็วของแสงมักจะได้รับสัญลักษณ์ คและถ้าคุณคูณด้วยระยะเวลาใดก็ได้ (เสื้อ) คุณจะได้รับ "ระยะทางของแสง" (d_L) จากการคำนวณ ดังนั้นคุณสามารถเขียน:

d_L = กะรัต

ความเร็วของแสงอยู่ที่ประมาณ 2.998 × 10⁸ เมตรต่อวินาทีดังนั้นปีแสงคือ:

ปีแสง = 2.998 × 10⁸ m / s × 365.25 วัน / ปี× 24 ชั่วโมง / วัน× 60 นาที / ชั่วโมง× 60 วินาที / นาที

= 9.46 × 10¹⁵ ม.

การคำนวณนั้นใช้เวลา 365.25 วันต่อปีในการบัญชีสำหรับปีอธิกสุรทิน ในทำนองเดียวกันแสงวันคือ:

วันไฟ = 2.998 × 10⁸ m / s × 24 ชั่วโมง / วัน× 60 นาที / ชั่วโมง× 60 วินาที / นาที

= 2.59 × 10¹³ ม.

ระยะทางจักรวาลและ Redshift

ระยะทางในระดับดาราศาสตร์มีความซับซ้อนเนื่องจากโครงสร้างของเวลาทั้งหมดขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่นหากสัญญาณแสงจากกาแลคซีไกลโพ้นเข้ามาหาเรามันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของแสงและอาจใช้เวลาหลายร้อยล้านปีในการเดินทาง ในช่วงเวลานั้นพื้นที่ได้ขยายตัวและดังนั้นระยะทางยิ่งไกลกว่าที่จะเป็นในช่วงเริ่มต้นของการเดินทาง สิ่งนี้ทำให้ยากที่จะกำหนดสิ่งที่เป็นจริง วิธี ที่จะพูดบางสิ่งบางอย่างได้เดินทางไกลในอวกาศ ระยะทาง "การสะบัด" จะขยายออกพร้อมกับพื้นที่ดังนั้นจึงเป็นปัญหาสำหรับปัญหานี้ แต่ก็ยังไม่เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์ทั้งหมด

การวัดระยะทางในอวกาศที่มีวัตถุประสงค์มากที่สุดคือ“ การเปลี่ยนสีแดง” นี่เป็นการวัดว่าคลื่นแสงนั้น“ ยืดออก” (ขยับไปใกล้กับจุดสิ้นสุดสีแดงของสเปกตรัม) เนื่องจากการขยายพื้นที่ในระหว่างการเดินทาง ถ้ามันเดินทางไกลขึ้นมันจะเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสงมากขึ้น

Redshift (Z) ถูกกำหนดเป็น:

Z = (λ_OBS – λ_{ส่วนที่เหลือ}) / λ_{ส่วนที่เหลือ}

ที่ไหน λ เป็นสัญลักษณ์ของความยาวคลื่นและตัวห้อย "obs" และ "rest" หมายถึงความยาวคลื่นที่คุณสังเกตเห็นและความยาวคลื่นในกรอบอ้างอิงที่มันถูกปล่อยออกมาตามลำดับ คุณสามารถค้นหาความยาวคลื่นเมื่อมันถูกปล่อยออกมาขึ้นอยู่กับค่ามาตรฐานที่ได้รับในห้องปฏิบัติการเพราะสารที่แตกต่างกันดูดซับและเปล่งแสงในส่วนเฉพาะของสเปกตรัม

การค้นหาระยะทางดาราศาสตร์

การค้นหาระยะทางดาราศาสตร์นั้นค่อนข้างท้าทาย แม้ว่าคุณจะสามารถคำนวณได้ แต่วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้เครื่องคำนวณจักรวาลที่มีพารามิเตอร์มาตรฐานบางอย่างที่ป้อนไว้แล้ว ป้อน redshift ของวัตถุที่คุณต้องการค้นหาระยะทางโดยใช้พารามิเตอร์ที่เครื่องคิดเลขแนะนำและจะคืนค่าการวัดระยะทางจำนวนมากรวมถึงระยะทางที่เคลื่อนที่ได้และเวลาเดินทางเบา ๆ คุณสามารถคูณเวลาการเดินทางของแสง (แปลงเป็นวินาทีเช่นเดียวกับในส่วนแรก) ด้วยความเร็วของแสงเพื่อค้นหาระยะทางที่แสงเดินทางผ่านตัวมันเอง