Lysets hastighet er grensen som en materiell gjenstand kan bevege seg i rommet, med mindre vi selvfølgelig tar hensyn til hypotetiske ormehull, ved hjelp av hvilke gjenstander etter antakelser kan bevege seg i rommet enda raskere. I et ideelt vakuum kan en lyspartikkel, et foton, bevege seg med en hastighet på 299.792 kilometer i sekundet, eller omtrent 1.079 milliarder kilometer i timen. Ved første øyekast kan det virke overraskende raskt. Nei, det er faktisk raskt. Men i kosmisk skala kan denne hastigheten være uutholdelig langsom, spesielt når det gjelder radiokommunikasjon og flyreiser til andre planeter, spesielt de utenfor solsystemet vårt.
For å gjøre det lettere for alle å forstå de begrensede mulighetene for lysets hastighet, skapte planetforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center, James O'Donoghue, en serie animerte videoer.
I en samtale med Business Insider sa O'Donoghue at han bare nylig har lært hvordan du lager disse animasjonene. Hans første jobb for NASA var å forberede en video om ringene til Saturn. Etter det begynte han å animere andre vanskelige å forstå romkonsepter, for eksempel en visuell sammenligning av størrelsene og rotasjonshastighetene til planetene i solsystemet. Ifølge ham vakte dette arbeidet, publisert på hans personlige Twitter-side, mye interesse.
Hans siste arbeid er et forsøk på å tydelig demonstrere hvor raske og samtidig langsomme fotoner kan være.
Visuell demonstrasjon av bevegelse av fotoner rundt jorden
I den første animasjonen viste O'Donoghue hvor raskt lys kan bevege seg i forhold til jorden.
Salgsfremmende video:
Ekvator på planeten vår er omtrent 40 tusen kilometer lang. Hvis den ikke hadde en atmosfære (partiklene den inneholder kan bremse lyset litt), ville et foton som glir langs overflaten gjort nesten 7,5 fulle omdreininger på 1 sekund (eller 0,13 sekunder per omdreining).
Mens lysets hastighet ser ut til å være utrolig rask i dette scenariet, demonstrerer videoen også at den er endelig.
Hvor raskt lys beveger seg mellom Jorden og Månen
I den andre videoen dekker O'Donoghue større avstand - fra jorden til månen.
I gjennomsnitt er avstanden mellom planeten vår og dens naturlige satellitt 384 000 kilometer. Dette betyr at måneskinnet som er observert på himmelen reiser denne avstanden på 1.255 sekunder, og reisen frem og tilbake, for eksempel når du sender radiomeldinger mellom jorden og romfartøyet, vil ta 2,51 sekunder.
Det skal bemerkes at denne tiden øker hver dag, siden månen hvert år beveger seg bort fra jorden med rundt 3,8 centimeter (Månen tapper hele tiden jordas rotasjonsenergi gjennom gravitasjons-tidevannsinteraksjon. Konsekvensene av denne effekten er en endring i satellittens bane).
Hvor raskt lys beveger avstanden mellom Jorden og Mars
I den tredje videoen demonstrerte O'Donoghue et problem som mange planetforskere må møte på hver dag.
Når ansatte i NASAs flyfartsbyrå prøver å laste ned og motta data fra et romfartøy, for eksempel den samme InSight-sonden som nå opererer på Mars, blir meldinger overført med lysets hastighet. Det er imidlertid ikke nok å kontrollere enheten i "sanntid". Derfor må lagene være nøye gjennomtenkt, så komprimerte som mulig og rettet til det nøyaktige tidspunktet og stedet for ikke å gå glipp av målet.
Den raskeste overføringen av meldinger mellom Jorden og Mars er mulig i øyeblikket når planetene er på det punktet som er nærmest. Dette skjer imidlertid bare en gang hvert annet år. I tillegg er vi i dette tilfellet atskilt med en avstand på omtrent 54,6 millioner kilometer. O'Donoghues video viser at på denne avstanden tar lys 3 minutter og 2 sekunder å komme seg fra en planet til en annen, eller 6 minutter i begge retninger.
I gjennomsnitt skilles Jorden og Mars med en avstand på 254 millioner kilometer, så i gjennomsnitt tar toveis meldingsoverføring omtrent 28 minutter og 12 sekunder.
Jo lenger avstanden er, desto deprimerende blir "effektiviteten" av lysets hastighet
Lysets fartsgrense skaper enda flere problemer for romskip lenger fra Jorden. For eksempel den samme New Horizons-sonden, som nå ligger 6,64 milliarder kilometer fra oss, eller Voyager 1 og Voyager 2, som har nådd kanten av solsystemet.
Illustrasjon av Breakthrough Starshot-rommet "nanoprobe" som blir akselerert av en veldig kraftig laserstråle og rettet mot stjernesystemet Alpha Centauri.
Situasjonen blir ganske trist når det gjelder overføring av en melding til et annet stjernesystem. For eksempel er den nærmeste eksoplaneten vi kjenner til, Proxima b, omtrent 4,2 lysår unna (omtrent 39,7 billioner kilometer). Selv om vi tar det raskeste romfartøyet for øyeblikket, Parker Solar Probe, i stand til å nå hastigheter på 343 000 kilometer i timen, så vil det til og med ta omtrent 13 211 år bare for å nå Proxima b.
Nikolay Khizhnyak