Gaismas ātrums ir robeža, ar kādu materiāls objekts var pārvietoties telpā, ja vien, protams, mēs neņemsim vērā hipotētiskos wormholes, ar kuru palīdzību saskaņā ar pieņēmumiem objekti telpā var pārvietoties vēl ātrāk. Ideālā vakuumā gaismas daļiņa, fotons, var pārvietoties ar ātrumu 299,792 kilometri sekundē jeb aptuveni 1,079 miljardus kilometru stundā. No pirmā acu uzmetiena tas varētu šķist pārsteidzoši ātri. Nē, tas tiešām ir ātri. Bet kosmiskajā mērogā šis ātrums var būt ārkārtīgi lēns, it īpaši, ja runa ir par radio sakariem un lidojumiem uz citām planētām, jo īpaši tām, kas atrodas ārpus mūsu Saules sistēmas.
Lai ikvienam būtu vieglāk izprast ierobežotās gaismas ātruma iespējas, planētas zinātnieks NASA Goddard kosmosa lidojumu centrā Džeimss O'Donoghue izveidoja animētu video sēriju.
Sarunā ar Business Insider O'Donoghue sacīja, ka tikai nesen iemācījās veidot šīs animācijas. Viņa pirmais darbs NASA bija video sagatavošana par Saturna gredzeniem. Pēc tam viņš sāka atdzīvināt citus grūti saprotamus kosmosa jēdzienus, piemēram, Saules sistēmas planētu izmēru un griešanās ātrumu vizuālu salīdzinājumu. Pēc viņa teiktā, šis darbs, kas publicēts viņa personīgajā Twitter lapā, izraisīja lielu interesi.
Viņa jaunākais darbs ir mēģinājums skaidri parādīt, cik ātri un vienlaikus lēni fotoni var būt.
Vizuāls fotonu kustības demonstrējums ap Zemi
Pirmajā animācijā O'Donoghue parādīja, cik ātri gaisma var pārvietoties attiecībā pret Zemi.
Reklāmas video:
Mūsu planētas ekvators ir aptuveni 40 tūkstošus kilometru garš. Ja tam nebūtu atmosfēras (tajā esošās daļiņas var nedaudz palēnināt gaismu), tad fotons, slīdot gar tā virsmu, 1 sekundē (vai 0,13 sekundes vienā apgriezienā) veiktu gandrīz 7,5 pilnus apgriezienus.
Kaut arī šajā scenārijā gaismas ātrums šķiet neticami ātrs, videoklips arī parāda, ka tas ir ierobežots.
Cik ātri gaisma pārvietojas starp Zemi un Mēnesi
Otrajā video O'Donoghue aptver lielāku attālumu - no Zemes līdz Mēnesim.
Vidēji attālums starp mūsu planētu un tās dabisko satelītu ir 384 000 kilometru. Tas nozīmē, ka debesīs novērotā mēness gaisma šo attālumu novirza 1,255 sekundēs, un brauciens turp un atpakaļ, piemēram, pārraidot radio ziņojumus starp Zemi un kosmosa kuģi, prasīs 2,51 sekundi.
Jāatzīmē, ka šis laiks katru dienu palielinās, jo katru gadu Mēness attālinās no Zemes par aptuveni 3,8 centimetriem (Mēness pastāvīgi novāj Zemes rotācijas enerģiju, izmantojot gravitācijas-plūdmaiņu mijiedarbību. Šīs ietekmes sekas ir izmaiņas satelīta orbītā).
Cik ātri gaisma novirza attālumu starp Zemi un Marsu
Trešajā video O'Donoghue demonstrēja problēmu, ar kuru ikdienā nākas saskarties daudziem planētu zinātniekiem.
Kad NASA kosmosa aģentūras darbinieki mēģina lejupielādēt un saņemt datus no kosmosa kuģa, piemēram, tās pašas InSight zondes, kas šobrīd darbojas uz Marsa, ziņojumi tiek pārraidīti gaismas ātrumā. Tomēr nepietiek ar ierīces kontroli reālā laikā. Tāpēc komandas ir rūpīgi jāpārdomā, pēc iespējas saspiestas un jānovirza precīzi noteiktā laikā un vietā, lai nepalaistu garām mērķi.
Ātrākā ziņojumu pārraide starp Zemi un Marsu ir iespējama brīdī, kad planētas atrodas tuvākās pieejas punktā. Tomēr tas notiek tikai aptuveni reizi divos gados. Turklāt pat šajā gadījumā mūs šķir apmēram 54,6 miljoni kilometru. O'Donoghue video parāda, ka šajā attālumā gaisma prasa 3 minūtes un 2 sekundes, lai nokļūtu no vienas planētas uz otru, vai 6 minūtes abos virzienos.
Vidēji Zemi un Marsu atdala 254 miljonu kilometru attālums, tāpēc vidēji divvirzienu ziņojumu pārraide prasa apmēram 28 minūtes un 12 sekundes.
Jo lielāks attālums, jo nomāc gaismas ātruma "efektivitāte"
Gaismas ātruma ierobežojums rada vēl vairāk problēmu kosmosa kuģiem, kas atrodas tālāk no Zemes. Piemēram, tā pati New Horizons zonde, kas tagad atrodas 6,64 miljardu kilometru attālumā no mums, vai Voyager 1 un Voyager 2, kas ir sasnieguši Saules sistēmas malu.
Ilustrācijas zvaigznes šāviena kosmosa "nanoprobe" ilustrācija, kuru paātrina ļoti spēcīgs lāzera stars un ir vērsta uz Alpha Centauri zvaigžņu sistēmu.
Situācija kļūst diezgan skumja, kad nākas pārsūtīt ziņojumu uz citu zvaigžņu sistēmu. Piemēram, tuvākā eksoplaneta, kuru mēs zinām, Proxima b, atrodas aptuveni 4,2 gaismas gadu attālumā (apmēram 39,7 triljoni kilometru). Pat ja mēs paņemtu visātrāko kosmosa kuģi šobrīd - Pārkera saules zondi, kas spēj sasniegt ātrumu 343 000 kilometru stundā, tad pat Proxima b sasniegšanai būtu nepieciešami apmēram 13 211 gads.
Nikolajs Khizhnyak