Como calcular a distância da luz

Contente

• TL; DR (muito longo; não leu)
• Como calcular um ano-luz ou outra distância-luz
• Distâncias cosmológicas e desvio para o vermelho
• Encontrando a distância cosmológica

Muitas pessoas entendem mal o que é um "ano-luz". Embora pareça uma medida de tempo, porque inclui ano, na verdade é uma distância. De certa forma, é uma distância expressa em termos da velocidade da luz, para que você também possa ter outras medidas, como um dia claro ou até um segundo claro. No entanto, isso é apenas parte da história, porque as distâncias em escala cósmica são complicadas pela expansão do tecido do espaço-tempo. Calcular um ano-luz é fácil, basta multiplicar a velocidade da luz pelo número de segundos em um ano, mas calcular distâncias cosmológicas não é tão fácil. O desvio para o vermelho do objeto é a coisa mais fácil de definir objetivamente, mas existem outros conceitos, como a distância de movimento, que também podem ser úteis.

TL; DR (muito longo; não leu)

Encontre a distância em termos de luz usando a fórmula:

d_eu = ct

Onde c é a velocidade da luz, d_eu é a distância e t é o período de tempo. Por um ano-luz:

Ano-luz = velocidade da luz × número de segundos em um ano

As distâncias cosmológicas podem ser encontradas usando uma calculadora cosmológica e o desvio para o vermelho do objeto em questão.

Como calcular um ano-luz ou outra distância-luz

Calcule um ano-luz usando a fórmula simples:

Ano-luz = velocidade da luz × número de segundos em um ano

A velocidade da luz geralmente recebe o símbolo c, e se você a multiplicar por qualquer período de tempo (t), você terá essa "distância da luz" (d_eu) fora do cálculo. Então você pode escrever:

d_eu = ct

A velocidade da luz é de aproximadamente 2.998 × 10⁸ metros por segundo, então um ano-luz é:

Ano-luz = 2.998 × 10⁸ m / s × 365,25 dias / ano × 24 horas / dia × 60 minutos / hora × 60 segundos / minuto

= 9.46 × 10¹⁵ m

Esse cálculo usava 365,25 dias por ano para contabilizar os anos bissextos. Da mesma forma, um dia claro é:

Dia claro = 2,998 × 10⁸ m / s × 24 horas / dia × 60 minutos / hora × 60 segundos / minuto

= 2.59 × 10¹³ m

Distâncias cosmológicas e desvio para o vermelho

Distâncias em uma escala cosmológica são complicadas porque todo o tecido do espaço-tempo está em constante expansão. Assim, por exemplo, se um sinal de luz de uma galáxia distante chega em nossa direção, ele se move na velocidade da luz e provavelmente leva centenas de milhões de anos para concluir a jornada. Durante esse tempo, o próprio espaço se expandiu e, portanto, a distância é ainda maior do que teria sido no início da jornada. Isso torna muito difícil definir o que realmente significa para dizer que algo viajou uma certa distância através do espaço. A distância de "expansão" se expande junto com o espaço, portanto é responsável por esse problema, mas ainda não é adequado para todos os fins.

A medida mais objetiva da distância no espaço é o "desvio para o vermelho". Ele mede o quanto a onda de luz se estendeu (aproximando-a do extremo vermelho do espectro) por causa da expansão do espaço durante sua jornada. Se viajar mais longe, terá mudado mais o comprimento de onda da luz.

Redshift (z) é definido como:

z = (λ_obs – λ_descansar) / λ_descansar

Onde λ é o símbolo do comprimento de onda e os subscritos "obs" e "rest" significam o comprimento de onda que você observa e o comprimento de onda no quadro de referência onde foi emitido, respectivamente. Você pode encontrar o comprimento de onda quando ele foi emitido com base nos valores padrão obtidos em um laboratório, porque diferentes substâncias absorvem e emitem luz em partes específicas do espectro.

Encontrando a distância cosmológica

Encontrar distâncias cosmológicas é bastante desafiador. Embora você possa calculá-lo, a melhor abordagem é usar uma calculadora cosmológica com alguns parâmetros padrão já inseridos. Digite o desvio para o vermelho do objeto ao qual deseja encontrar a distância, usando os parâmetros sugeridos pela calculadora, e ele retornará muitas medidas de distância, incluindo a distância de deslocamento e o tempo de deslocamento da luz. Você pode multiplicar o tempo de deslocamento da luz (convertido em segundos, como na primeira seção) pela velocidade da luz para encontrar a distância percorrida pela própria luz.