光の距離を計算する方法

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著者: John Stephens
作成日: 26 1月 2021
更新日: 19 5月 2024
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多くの人が「光年」とは何かを誤解しています。時間の尺度のように聞こえますが、年が含まれているため、実際には距離です。ある意味では、距離は光の速度で表されるので、光の日や光の秒のような他の測定値を持つこともできます。しかし、これは物語の一部に過ぎません。宇宙規模の距離は時空の構造の拡大によって複雑になるためです。光年の計算は簡単です。光の速度に1年の秒数を掛けるだけですが、宇宙距離の計算はそれほど簡単ではありません。オブジェクトの赤方偏移は客観的に定義するのが最も簡単ですが、移動距離などの概念も他にもあります。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

次の式を使用して、光の観点から距離を求めます。

dL = ct

どこ c 光の速度です dL は距離であり、 t 期間です。光年の場合:

光年=光の速度×1年の秒数

宇宙論的距離は、宇宙論的計算機と問題の物体の赤方偏移を使用して見つけることができます。

光年またはその他の光距離を計算する方法

簡単な式を使用して光年を計算します。

光年=光の速度×1年の秒数

通常、光の速度には記号が与えられます c、および任意の長さで乗算する場合(t)、その「光の距離」(dL)計算外。だからあなたは書くことができます:

dL = ct

光の速度は約2.998×108 メートル/秒なので、光年は:

光年= 2.998×108 m / s×365.25日/年×24時間/日×60分/時間×60秒/分

= 9.46 × 1015 m

この計算では、うるう年を説明するために年間365.25日を使用しました。同様に、光の日は次のとおりです。

光の日= 2.998×108 m / s×24時間/日×60分/時間×60秒/分

= 2.59 × 1013 m

宇宙距離と赤方偏移

時空の構造全体が絶えず拡大しているため、宇宙スケールでの距離は複雑です。そのため、たとえば、遠方の銀河からの光信号が私たちに向かってくると、光の速度で移動し、おそらく数億年かけて旅を完了します。その間、空間自体が拡大したため、距離は旅行の開始時よりもさらに遠くなります。これにより、実際に何を定義するのが非常に難しくなります 手段 何かが空間を一定の距離を移動したと言うことです。 「comoving」距離はスペースとともに拡大するため、この問題の原因となりますが、それでもすべての目的に適しているわけではありません。

宇宙での距離の最も客観的な測定値は「赤方偏移」です。これは、移動中に空間が拡大するために、光波が「伸びる」(スペクトルの赤い端に近づける)量を測定します。さらに遠くに進むと、光の波長がさらにシフトします。

赤方偏移(z) と定義されている:

z = (λobsλ残り) / λ残り

どこ λ は波長の記号であり、「obs」および「rest」の下付き文字はそれぞれ観測する波長、およびそれが放出された参照フレームの波長を意味します。異なる物質がスペクトルの特定の部分の光を吸収および放出するため、ラボで得られた標準値に基づいて放出された波長を見つけることができます。

宇宙距離を見つける

宇宙距離を見つけることは非常に困難です。計算することはできますが、最良のアプローチは、すでに入力されているいくつかの標準パラメーターで宇宙論的計算機を使用することです。電卓によって提案されたパラメーターを使用して、距離を検索するオブジェクトの赤方偏移を入力すると、移動距離や光の移動時間など、多くの距離測定値が返されます。光の移動時間(最初のセクションのように秒に変換)に光の速度を掛けて、光自体が移動した距離を見つけることができます。