แสงที่เราเห็นจากดาวอายุมาก ๆ

ดาวพร็อกซิมาที่ใกล้ที่สุดของเราคือ 4.243 ปีแสงห่างจากโลก

หมายความว่าเรากำลังมองเห็นแสงที่มีอายุ 4.243 ปีทุกวันหรือไม่?

ใช่ความเร็วของแสงในสุญญากาศ (หรือc ) คือ 299,792,458 m / s และหนึ่งปีแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปีจูเลียน (365.25 วัน) ซึ่งออกมาเป็น 9.4605284 × 10 ¹⁵เมตร เนื่องจากคเป็นความเร็วสูงสุดที่พลังงานสสารและข้อมูลทั้งหมดในจักรวาลสามารถเดินทางได้มันเป็นค่าคงที่ทางกายภาพสากลที่ปีแสง ( เหมือน ) เป็นหนึ่งในหน่วยความยาวทางดาราศาสตร์ที่มีพื้นฐานมาจาก

ซึ่งหมายความว่าแสงที่มองเห็นได้ในขณะที่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าcและในหนึ่งปีจูเลียนมันสามารถเคลื่อนที่เป็นระยะทางสูงสุด

d = t * c

d คือระยะทางเป็นเมตร

t เวลาเป็นวินาที

c ความเร็วของแสงเป็นสูญญากาศในหน่วยเมตรต่อวินาที

ถ้าเราคำนวณระยะนี้สำหรับ 4.243 Lyวัตถุที่ห่างไกลที่ออกมาเป็น4.243 * 365.25 * 86,400 s * 299,792,458 m * sˉ¹หรือว่า 40,141,879,395,160,334.4 เมตร (ประมาณ 40 ล้านล้านกิโลเมตรหรือ 25000000000000 ไมล์)

นั่นคือระยะทางที่แสงเดินทางผ่านเนื่องจากสะท้อนออกมาครั้งสุดท้าย (หรือในกรณีของเราที่ปล่อยออกมาเนื่องจาก Proxima Centauri เป็นดาวแคระแดง ) พื้นผิวของวัตถุท้องฟ้าเป็น 4.243 จูเลียนในเวลาต่อมาที่จุดสังเกตของเราในเรื่องนี้ กรณีดาวเคราะห์โลกของเราจากระยะทางถึง Proxima Centauri ที่คุณยกมานั้นถูกวัด

ยิ่งกล้องโทรทรรศน์มีประสิทธิภาพมากเท่าไหร่เราก็ยิ่งมองเห็นอดีตได้มากขึ้นเพราะแสงนั้นเก่ากว่ามาก! สิ่งนี้จะเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงระยะทางของวัตถุที่คุณสังเกต แต่ดาราศาสตร์นั้นประณีตมากในเรื่องนี้และเราสามารถสังเกตวัตถุที่อยู่ห่างไกลจนเราเห็นพวกมันตั้งแต่เวลาที่มันยังก่อตัวอยู่

สำหรับการอ่านเพิ่มเติมในหน่วยอื่น ๆ ที่ใช้ในการวัดวัตถุที่อยู่ไกลคุณอาจสนใจอ่านคำถามนี้ในพาร์เซก

คำตอบที่ลึกกว่าคือ "ใช่และไม่ใช่" ในกรอบอ้างอิงแสงนั้นการเดินทางจาก Proxima ไปที่นี่นั้นเป็นไปอย่างรวดเร็ว ในกรอบอ้างอิงเราใช้เวลาสี่ปีทั้งหมดนี้สัมพันธ์กันในทฤษฎีสัมพัทธภาพและธรรมชาติของกาลอวกาศ

แต่ในความรู้สึกในชีวิตประจำวันเราจะมองย้อนกลับไปในเวลาที่แสงจากดวงดาว

ที่จริงแล้วแสงกระทบเราจาก Proxima Centauri ไม่จำเป็นต้องเป็น 4.243 ปี บางทีโฟตอนที่มาถึงที่นี่อาจถูกสร้างขึ้นในโฟโตสเฟียร์ของพร็อกซิมา แต่บางส่วนจะถูกสร้างขึ้นในใจกลางดาวและโฟตอนเหล่านี้อาจใช้เวลาหลายปีกว่าจะมาถึงโฟโตสเฟียร์ซึ่งจะถูกปล่อยออกมา

สำหรับดวงอาทิตย์ของเราจะเขียน (ในบทความวิกิพีเดียเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ของเรา ):

"รังสีแกมม่า (โฟตอนพลังงานสูง) ที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาฟิวชั่นจะถูกดูดซับในพลาสมาแสงอาทิตย์เพียงไม่กี่มิลลิเมตรจากนั้นปล่อยออกมาอีกครั้งในทิศทางที่สุ่มและที่พลังงานต่ำกว่าเล็กน้อยดังนั้นจึงใช้เวลานานในการเข้าถึงรังสี พื้นผิวของดวงอาทิตย์การ ประมาณเวลาการเดินทางโฟตอนอยู่ระหว่าง 10,000 ถึง 170,000 ปี "

ในทำนองเดียวกันโฟตอนจำนวนมากที่มาจาก Proxima อาจมีอายุหมื่นปี เวลาในการเดินทางจากโฟโตสเฟียร์เป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของการเดินทางสู่โลก

แสงทั้งหมดที่เราเห็นมาจากอดีต แสงจากหลอดไฟที่ระยะ 3 เมตรมาถึง 10 ns หลังจากที่ทิ้งหลอดไฟไว้ในดวงตาของคุณ สำหรับระยะทางสั้น ๆ ความล่าช้านี้เล็กน้อยมาก (10 ns คือ 10 billionths ของวินาที) แต่ในระดับดาราศาสตร์มันจะกลายเป็นสิ่งสำคัญ แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลา 8 นาที 20 วินาทีในการมาถึงโลกดังนั้นเมื่อเราเห็นดวงอาทิตย์มันคือดวงอาทิตย์เหมือนเมื่อ 8 นาทีก่อน หากดวงอาทิตย์ตายทันทีเราจะไม่สังเกตเห็นเป็นเวลา 8 นาที

เช่นเดียวกันกับดาวดวงอื่นใน Galaxy ของเรา แสงจากดาวเมื่อ 4 ปีแสงใช้เวลา 4 ปีในการเข้าถึงเรา มันเป็นคำจำกัดความของปีแสง

เราสามารถทำการเปรียบเทียบดังต่อไปนี้: สมมติว่ามีเมืองอยู่ที่ 100 ปีรถจากที่คุณอาศัยอยู่ นั่นหมายความว่าใช้เวลา 100 ปีในการเข้าถึงรถของคุณ เมื่อรถยนต์จากเมืองนั้นมาถึงคุณวันนี้มันจะเหลืออยู่ในปี 1914 มันจะไม่เป็นซีดานปี 2010 แต่ Ford T ในขณะที่รถมาถึงคุณกำลังมอง 100 ปีในอดีต

การมองประวัติศาสตร์นี้สะดวกมากสำหรับนักดาราศาสตร์วิทยา คุณต้องการที่จะรู้ว่ากาแลคซีดูเหมือนว่า 13.5 พันล้านปีที่ผ่านมาเมื่อจักรวาลยังเด็ก มองหาแสงที่กำลังดำเนินการอยู่ในขณะนั้น มันออกจากกาแลคซีภายใต้การศึกษาเมื่อ 13.5 พันล้านปีก่อนและแสดงให้คุณเห็นว่ากาแลคซีนั้นเป็นอย่างไรในเวลานั้น มันไม่ได้บอกอะไรคุณเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของมัน มันอาจชนกับกาแลคซีแห่งอื่นหรือถูกดูดกลืนโดยหลุมดำ ไม่มีทางรู้เลยนอกจากรออีก 13.5 พันล้านปีจนกระทั่งแสงที่ปล่อยออกมาจะมาถึงเรา

สิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างที่ต้องสังเกตจากอดีตที่ผ่านมาก็คือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (CMB) มันคือการแผ่รังสีจากบิกแบงซึ่งอยู่ระหว่างดำเนินการ 13.8 พันล้านปี แน่นอนว่าวันนี้บิ๊กแบงเป็นประวัติศาสตร์ แต่ต้องขอบคุณความเร็วแสงที่ "จำกัด " ประวัตินี้ยังคงดำเนินต่อไปสำหรับเรา

แก้ไข
ใส่ความสัมพันธ์ ดังนั้นเราจึงบอกว่าแสงจาก Proxima Centauri ดำเนินมาเป็นเวลา 4.2 ปีแล้ว แต่จากมุมมองของเราเท่านั้น เมื่อวัตถุเข้าใกล้ความเร็วแสงจะช้าลงและในที่สุดเมื่อคุณถึงเวลาความเร็วแสงก็จะหยุดอย่างสมบูรณ์ ตอนนี้โฟตอนเดินทางด้วยความเร็วแสงดังนั้นเวลาสำหรับพวกเขาจึงหยุดนิ่ง จากมุมมองของโฟตอนมันเดินทางไปทั้งระยะทางจาก Proxima Centauri ไปยังโลกทันที : มันมาถึงโลกในเวลาเดียวกับที่มันออกจาก Proxima Centauri! (คุณไม่สามารถทำสิ่งนี้กับวัตถุที่มีมวลมาก)

คำตอบบางส่วนของคำถามนี้มีความซับซ้อนมากเกินไปเล็กน้อย ในขณะที่เป็นจริงโฟตอนไม่ได้มีประสบการณ์, OP ได้ถามเกี่ยวกับแสงที่ปล่อยออกมาจาก Proxima Centuri ตามที่สังเกตจากโลก เนื่องจากพีซีอยู่ห่างออกไป 4 ปีแสงแสงใช้เวลา 4 ปีในการติดต่อเรา - เนื่องจากทั้งเราและระบบ Centuri กำลังเดินทางสัมพันธ์กันด้วยความเร็วสัมพัทธภาพ (ใกล้ความเร็วแสง; ที่ไหนสักแห่งขึ้นอยู่กับบริบทระหว่าง ~ 5% ของ c และ 20% ของ c เป็นจุดที่เราเริ่มพูดถึงความเร็วที่สัมพันธ์กัน) บางส่วนของแสงถูกดูดซับ (โดยฝุ่นหรือไอออน) ระหว่างที่นี่และที่นี่และอาจถูกปล่อยออกมาอีกครั้งเป็นแสงอินฟราเรด แต่ส่วนใหญ่ (ส่วนที่มองเห็นได้) เดินทางตลอดทางอย่างต่อเนื่องดังนั้นใช่มันเริ่มต้นการเดินทาง 4 ปีที่แล้ว แต่โปรดทราบว่าพร็อกซิมาไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

การเดินทางด้วยความเร็วแสงนั้นมีผลกระทบต่อทั้งอวกาศและเวลา นอกเหนือจากเวลาที่ไม่มีประสบการณ์โฟตอนรับรู้ไม่มีที่ว่างในทิศทางของการเดินทางของพวกเขา ดังนั้นการเดินทางในอวกาศ "ทันที" ของพวกเขาจึงครอบคลุมระยะทางศูนย์ กล่าวอีกนัยหนึ่งโฟตอนแต่ละคนมองว่าลูกตาของคุณติดอยู่กับโฟโตสเฟียร์ของอัลฟาเซ็นทอรีจึงทำให้ใช้เวลาเดินทางสั้นมาก ...