Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- So berechnen Sie ein Lichtjahr oder eine andere Lichtentfernung
- Kosmologische Distanzen und Rotverschiebung
- Finden der kosmologischen Distanz
Viele Menschen verstehen falsch, was ein „Lichtjahr“ ist. Obwohl es sich wie ein Maß für die Zeit anhört, da es das Jahr enthält, ist es tatsächlich eine Entfernung. In gewisser Hinsicht handelt es sich um eine Entfernung, die als Lichtgeschwindigkeit ausgedrückt wird. Sie können also auch andere Maße wie einen Lichttag oder sogar eine Lichtsekunde festlegen. Dies ist jedoch nur ein Teil der Geschichte, da Entfernungen im kosmischen Maßstab durch die Ausweitung des Gefüges der Raum-Zeit erschwert werden. Die Berechnung eines Lichtjahres ist einfach, multiplizieren Sie einfach die Lichtgeschwindigkeit mit der Anzahl der Sekunden in einem Jahr, aber die Berechnung kosmologischer Entfernungen ist nicht ganz so einfach. Die Rotverschiebung des Objekts ist objektiv am einfachsten zu definieren, aber es gibt auch andere Konzepte wie die Entfernung, die nützlich sein kann.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Finden Sie die Entfernung in Bezug auf Licht mit der Formel:
dL = ct
Wo c ist die Lichtgeschwindigkeit, dL ist die Entfernung und t ist der Zeitraum. Für ein Lichtjahr:
Lichtjahr = Lichtgeschwindigkeit × Anzahl der Sekunden pro Jahr
Kosmologische Entfernungen können mit einem kosmologischen Taschenrechner und der Rotverschiebung des betreffenden Objekts ermittelt werden.
So berechnen Sie ein Lichtjahr oder eine andere Lichtentfernung
Berechnen Sie ein Lichtjahr mit der einfachen Formel:
Lichtjahr = Lichtgeschwindigkeit × Anzahl der Sekunden pro Jahr
Die Lichtgeschwindigkeit erhält normalerweise das Symbol c, und wenn Sie es mit einer beliebigen Zeitdauer multiplizieren (t), erhalten Sie die "Lichtentfernung" (dL) aus der Berechnung. Sie könnten also schreiben:
dL = ct
Die Lichtgeschwindigkeit beträgt ca. 2.998 × 108 meter pro sekunde, also ein lichtjahr ist:
Lichtjahr = 2.998 × 108 m / s × 365,25 Tage / Jahr × 24 Stunden / Tag × 60 Minuten / Stunde × 60 Sekunden / Minute
= 9.46 × 1015 m
Diese Berechnung verwendete 365,25 Tage pro Jahr, um Schaltjahre zu berücksichtigen. Ebenso ist ein Lichttag:
Lichttag = 2,998 × 108 m / s × 24 Stunden / Tag × 60 Minuten / Stunde × 60 Sekunden / Minute
= 2.59 × 1013 m
Kosmologische Distanzen und Rotverschiebung
Entfernungen auf einer kosmologischen Skala sind kompliziert, weil sich das gesamte Gefüge der Raumzeit ständig erweitert. Wenn zum Beispiel ein Lichtsignal von einer fernen Galaxie auf uns zukommt, bewegt es sich mit Lichtgeschwindigkeit und es dauert wahrscheinlich Hunderte von Millionen von Jahren, um die Reise abzuschließen. In dieser Zeit hat sich der Raum selbst vergrößert und die Entfernung ist noch größer als zu Beginn der Reise. Das macht es wirklich schwer zu definieren, was es wirklich ist meint um zu sagen, etwas ist eine gewisse Strecke durch den Raum gereist. Die "Comoving" -Entfernung nimmt mit dem Raum zu, sodass dieses Problem behoben wird, es ist jedoch immer noch nicht für alle Zwecke geeignet.
Das objektivste Maß für die Entfernung im Raum ist die „Rotverschiebung“. Hiermit wird gemessen, um wie viel sich die Lichtwelle aufgrund der Ausdehnung des Raums während ihrer Reise „ausgestreckt“ hat (näher an das rote Ende des Spektrums gerückt ist). Wenn es weiter wandert, hat es die Wellenlänge des Lichts mehr verschoben.
Rotverschiebung (z) ist definiert als:
z = (λobs – λsich ausruhen) / λsich ausruhen
Wo λ ist das Symbol für Wellenlänge und die Indizes „obs“ und „rest“ bedeuten die Wellenlänge, die Sie beobachten, und die Wellenlänge in dem Referenzrahmen, in dem sie ausgesendet wurden. Die Wellenlänge, bei der sie ausgesendet wurde, können Sie anhand von Standardwerten ermitteln, die in einem Labor ermittelt wurden, da verschiedene Substanzen Licht in bestimmten Bereichen des Spektrums absorbieren und emittieren.
Finden der kosmologischen Distanz
Das Finden kosmologischer Entfernungen ist ziemlich schwierig. Obwohl Sie es berechnen können, ist es am besten, einen kosmologischen Taschenrechner mit einigen bereits eingegebenen Standardparametern zu verwenden. Geben Sie die Rotverschiebung des Objekts ein, zu dem Sie die Entfernung ermitteln möchten, und verwenden Sie dabei die vom Taschenrechner vorgeschlagenen Parameter. Es werden viele Entfernungsmaße zurückgegeben, einschließlich der nächsten Entfernung und der Lichtlaufzeit. Sie können die Lichtlaufzeit (wie im ersten Abschnitt in Sekunden umgewandelt) mit der Lichtgeschwindigkeit multiplizieren, um die vom Licht selbst zurückgelegte Entfernung zu ermitteln.