Rýchlosť svetla je hranica, s ktorou sa hmotný objekt môže pohybovať v priestore, pokiaľ samozrejme nezohľadňujeme hypotetické červie diery, pomocou ktorých sa podľa predpokladov môžu objekty pohybovať v priestore ešte rýchlejšie. V ideálnom vákuu sa môže častica svetla, fotón, pohybovať rýchlosťou 299 792 kilometrov za sekundu alebo približne 1,079 miliárd kilometrov za hodinu. Na prvý pohľad sa to môže zdať prekvapivo rýchle. Nie, je to vlastne rýchle. Ale v kozmickom meradle môže byť táto rýchlosť nesmierne pomalá, najmä pokiaľ ide o rádiokomunikáciu a lety na iné planéty, najmä na tie, ktoré sú mimo našej slnečnej sústavy.
Aby pomohol každému porozumieť obmedzeným možnostiam rýchlosti svetla, vytvoril planetárny vedec Goddard Space Flight Center NASA James O'Donoghue sériu animovaných videí.
V rozhovore s Business Insider O'Donoghue povedal, že sa len nedávno naučil, ako robiť tieto animácie. Jeho prvé zamestnanie pre NASA pripravovalo video o Saturnových prstenoch. Potom začal animovať ďalšie ťažko pochopiteľné vesmírne koncepty, napríklad vizuálne porovnanie veľkostí a rýchlostí rotácie planét slnečnej sústavy. Podľa neho táto práca, zverejnená na jeho osobnej Twitter stránke, vzbudila veľký záujem.
Jeho najnovšou prácou je pokus jasne ukázať, ako rýchlo a súčasne môžu byť pomalé fotóny.
Vizuálna ukážka pohybu fotónov okolo Zeme
V prvej animácii O'Donoghue ukázal, ako rýchlo sa svetlo môže pohybovať relatívne k Zemi.
Propagačné video:
Rovník našej planéty je dlhý približne 40 tisíc kilometrov. Keby nemala atmosféru (častice, ktoré obsahuje, môžu trochu spomaliť svetlo), potom by fotón kĺzajúci sa po svojom povrchu urobil takmer 7,5 úplných otáčok za 1 sekundu (alebo 0,13 sekundy za otáčku).
Aj keď sa zdá, že v tomto scenári je rýchlosť svetla neuveriteľne vysoká, video tiež ukazuje, že je obmedzené.
Ako rýchlo svetlo prechádza medzi Zemou a Mesiacom
V druhom videu O'Donoghue pokrýva väčšiu vzdialenosť - od Zeme po Mesiac.
V priemere je vzdialenosť medzi našou planétou a jej prirodzeným satelitom 384 000 kilometrov. To znamená, že mesačný svit pozorovaný na oblohe prejde túto vzdialenosť za 1,255 sekundy a cesta tam a späť, napríklad pri prenose rádiových správ medzi Zemou a kozmickou loďou, bude trvať 2,51 sekundy.
Je potrebné poznamenať, že tento čas sa zvyšuje každý deň, pretože každý rok sa Mesiac pohybuje od Zeme približne o 3,8 centimetrov (Mesiac neustále vyčerpáva energiu rotácie Zeme prostredníctvom gravitačno-prílivovej interakcie. Dôsledky tohto účinku sú zmena na obežnej dráhe satelitu).
Ako rýchlo svetlo prechádza vzdialenosť medzi Zemou a Marsom
V treťom videu O'Donoghue demonštroval problém, ktorému musí veľa planetárnych vedcov čeliť každý deň.
Keď sa zamestnanci leteckej agentúry NASA pokúsia stiahnuť a prijať údaje z kozmickej lode, napríklad z tej istej sondy InSight, ktorá v súčasnosti funguje na Marse, správy sa prenášajú rýchlosťou svetla. Nestačí však ovládať zariadenie v „reálnom čase“. Preto musia byť tímy starostlivo premyslené, čo najviac stlačené a nasmerované v presný čas a na miesto, aby nepremeškali cieľ.
Najrýchlejší prenos správ medzi Zemou a Marsom je možný v okamihu, keď sú planéty najbližšie. Stáva sa to však iba raz za dva roky. Okrem toho, aj v tomto prípade, sme oddelení vzdialenosťou približne 54,6 milióna kilometrov. Video O'Donoghue ukazuje, že v tejto vzdialenosti trvá svetlo 3 minúty a 2 sekundy, kým sa dostane z jednej planéty na druhú, alebo 6 minút v oboch smeroch.
Priemerná vzdialenosť medzi Zemou a Marsom je 254 miliónov kilometrov, takže obojsmerný prenos správy trvá v priemere asi 28 minút a 12 sekúnd.
Čím ďalej sa vzdialenosť stáva, tým je znižovaná „účinnosť“rýchlosti svetla
Rýchlostný limit svetla vytvára ešte viac problémov pre kozmickú loď ďalej od Zeme. Napríklad rovnaká sonda New Horizons, ktorá je od nás teraz 6,64 miliárd kilometrov, alebo Voyager 1 a Voyager 2, ktoré dosiahli hranicu slnečnej sústavy.
Ilustrácia prielomového hviezdneho „nanoprobe“urýchleného veľmi silným laserovým lúčom a nasmerovaného na hviezdny systém Alpha Centauri.
Situácia sa stáva dosť smutnou, keď dôjde k prenosu správy na iný hviezdny systém. Napríklad najbližší exoplanet, ktorý poznáme, Proxima b, je vzdialený asi 4,2 svetelných rokov (asi 39,7 bilióna kilometrov). Aj keď v súčasnosti berieme najrýchlejšiu kozmickú loď, slnečnú sondu Parker, ktorá je schopná dosiahnuť rýchlosť 343 000 kilometrov za hodinu, potom by dosiahnutie Proximy b trvalo asi 13 211 rokov.
Nikolay Khizhnyak