Ljushastigheten är den gräns som ett materiellt objekt kan röra sig i rymden, såvida vi naturligtvis inte tar hänsyn till hypotetiska maskhål, med hjälp av vilka förutsättningar objekt kan röra sig i rymden ännu snabbare. I ett idealiskt vakuum kan en ljuspartikel, en foton, röra sig med en hastighet av 299,792 kilometer per sekund, eller cirka 1,079 miljarder kilometer per timme. Vid första anblicken kan det verka förvånansvärt snabbt. Nej, det är faktiskt snabbt. Men i kosmisk skala kan denna hastighet vara otroligt långsam, särskilt när det gäller radiokommunikation och flygningar till andra planeter, särskilt de utanför vårt solsystem.
För att göra det lättare för alla att förstå de begränsade möjligheterna med ljusets hastighet skapade planetforskare vid NASA: s Goddard Space Flight Center, James O'Donoghue, en serie animerade videor.
I en konversation med Business Insider sa O'Donoghue att han nyligen fick lära sig att göra dessa animationer. Hans första jobb för NASA förberedde en video om Saturnus ringar. Därefter började han animera andra svårförståelige rymdkoncept, till exempel en visuell jämförelse av storlekarna och hastigheterna för solsystemets planeter. Enligt honom väckte detta arbete, publicerat på hans personliga Twitter-sida, ett stort intresse.
Hans senaste verk är ett försök att tydligt visa hur snabba och samtidigt långsamma fotoner kan vara.
Visuell demonstration av fotonernas rörelse runt jorden
I den första animationen visade O'Donoghue hur snabbt ljus kan röra sig relativt jorden.
Kampanjvideo:
Ekvatorn på vår planet är ungefär 40 tusen kilometer lång. Om den inte hade en atmosfär (partiklarna som den innehåller kan bromsa ljuset lite), skulle en foton som glider längs ytan göra nästan 7,5 fulla varv på 1 sekund (eller 0,13 sekunder per varv).
Medan ljusets hastighet verkar vara oerhört snabb i detta scenario, visar videon också att den är begränsad.
Hur snabbt ljus går mellan jorden och månen
I den andra videon täcker O'Donoghue ett större avstånd - från jorden till månen.
I genomsnitt är avståndet mellan vår planet och dess naturliga satellit 384 000 kilometer. Detta innebär att månskenet som ses på himlen reser detta avstånd på 1.255 sekunder, och resan fram och tillbaka, till exempel när du sänder radiomeddelanden mellan jorden och rymdskeppet, kommer att ta 2,51 sekunder.
Det bör noteras att denna tid ökar varje dag, eftersom månen varje år förflyttar sig från jorden med cirka 3,8 centimeter (Månen tappar konstant jordens rotationsenergi genom gravitations-tidvatteninteraktion. Konsekvenserna av denna effekt är en förändring i satellitens omloppsbana).
Hur snabbt ljus reser avståndet mellan Jorden och Mars
I den tredje videon visade O'Donoghue ett problem som många planetforskare måste möta dagligen.
När anställda vid NASA: s rymdbyrå försöker ladda ner och ta emot data från ett rymdskepp, till exempel samma InSight-sond som för närvarande arbetar på Mars, överförs meddelanden med ljusets hastighet. Det räcker dock inte att kontrollera enheten i "realtid". Därför måste lagen vara noggrant genomtänkta, så komprimerade som möjligt och riktas till exakt tid och plats för att inte missa målet.
Den snabbaste överföringen av meddelanden mellan Jorden och Mars är möjlig i det ögonblick då planeterna befinner sig vid den närmaste punkten. Men detta händer bara ungefär vartannat år. Även i detta fall är vi separerade med ett avstånd på cirka 54,6 miljoner kilometer. O'Donoghues video visar att ljuset tar på detta avstånd 3 minuter och 2 sekunder att komma från en planet till en annan, eller 6 minuter i båda riktningarna.
I genomsnitt är Jorden och Mars separerade med ett avstånd på 254 miljoner kilometer, så i genomsnitt tar tvåvägsmeddelanden överföring cirka 28 minuter och 12 sekunder.
Ju längre avståndet är, desto deprimerande "effektiviteten" för ljusets hastighet
Ljusets hastighetsgräns skapar ännu fler problem för rymdskepp längre från jorden. Till exempel samma New Horizons-sond, som nu ligger 6,64 miljarder kilometer från oss, eller Voyager 1 och Voyager 2, som har nått kanten av solsystemet.
Illustration av genombrottet Starshot-rymden "nanoprobe" påskyndas av en mycket kraftfull laserstråle och riktas mot stjärnanordningen Alpha Centauri.
Situationen blir ganska tråkig när det gäller att skicka ett meddelande till ett annat stjärnsystem. Till exempel är den närmaste exoplaneten vi känner till, Proxima b, ungefär 4,2 ljusår bort (cirka 39,7 biljoner kilometer). Även om vi tar det snabbaste rymdskeppet för tillfället, Parker Solar Probe, som kan nå hastigheter på 343 000 kilometer per timme, till och med det tar ungefär 13 211 år bara för att nå Proxima b.
Nikolay Khizhnyak