Ученый из NASA наглядно показал, насколько медленной может быть скорость света

Скорость света – это предел, с которым может двигаться материальный объект в пространстве, если, конечно, не брать в расчет гипотетические кротовые норы, с помощью которых, согласно предположениям, объекты могут перемещаться в пространстве еще быстрее. В идеальном вакууме частица света, фотон, может двигаться со скоростью 299 792 километра в секунду или примерно 1,079 миллиарда километров в час. На первый взгляд может показаться, что это удивительно быстро. Нет, это на самом деле быстро. Но в масштабах космоса такая скорость может быть мучительно медленной, особенно, если речь идет о радиосообщениях и полетах на другие планеты, в частности, находящиеся за пределами нашей Солнечной системы.

Для того чтобы любому человеку было легче понять ограниченные возможности скорости света планетолог Центра космических полетов Годдарда NASA Джеймс О’Донохью создал серию анимационных роликов.

«Я делал эти анимации с прицелом на то, чтобы как можно понятнее и быстрее объяснить весь контекст того, что я хотел в них отразить. Когда я еще учился, мне приходилось вручную рисовать сложные концепции, чтобы самому понять, о чем вообще идет речь», — признается О’Донохью.

В разговоре с Business Insider О’Донохью рассказал, что только недавно научился делать эти анимации. Его первой работой для NASA стала подготовка ролика о кольцах Сатурна. После этого он начал анимировать другие сложные для понимания космические концепты, например, наглядное сравнение размеров и скорости вращения планет Солнечной системы. По его словам, эта работа, опубликованная на его личной страничке в «Твиттере», привлекла большой интерес.

Его последняя работа – попытка наглядно продемонстрировать насколько быстрыми и в то же время медленными могут быть фотоны.

Наглядная демонстрация движения фотонов вокруг Земли

В первом анимационном ролике О’Донохью показал, как быстро свет может двигаться относительно Земли.

Длина экватора нашей планеты составляет примерно 40 тысяч километров. Если бы у нее не было атмосферы (частицы, которые в ней содержатся, могут немного замедлять свет), то фотон, скользящий вдоль ее поверхности, совершал бы почти 7,5 полных оборота за 1 секунду (или 0.13 секунд на один оборот).

Несмотря на то, что при таком сценарии скорость света кажется невероятно быстрой, ролик также демонстрирует, что она конечна.

Насколько быстро свет преодолевает расстояние между Землей и Луной

Во втором ролике О’Донохью охватывает большее расстояние – от Земли до Луны.

В среднем дистанция между нашей планетой и ее естественным спутником составляет 384 000 километров. Это означает, что наблюдаемый на небе лунный свет преодолевает это расстояние за 1,255 секунды, а дорога туда и обратно, например, при передаче радиосообщений между Землей и космическими аппаратами, займет 2,51 секунды.

Следует учесть, что с каждым днем это время увеличивается, поскольку каждый год Луна удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра (Луна постоянно истощает энергию вращения Земли через гравитационно-приливное взаимодействие. Следствиями этого эффекта являются изменение орбиты спутника).

Как быстро свет преодолевает расстояние между Землей и Марсом

В третьем ролике О’Донохью продемонстрировал проблему, с которой многим планетологам приходится сталкиваться ежедневно.

Когда сотрудники аэрокосмического агентства NASA пытаются загрузить и получить данные с космического аппарата, например, того же зонда InSight, работающего сейчас на Марсе, то передача сообщений происходит со скоростью света. Однако ее недостаточно, чтобы управлять аппаратом в «режиме реального времени». Поэтому команды должны быть тщательно продуманы, максимально сжаты и направлены в точное время и место, чтобы не промахнуться мимо адресата.

Самая быстрая передача сообщений между Землей и Марсом возможна в тот момент, когда планеты находятся в точке максимального сближения. Однако происходит это всего лишь примерно раз в два года. Кроме того, даже в этом случае нас разделяет расстояние около 54,6 миллиона километров. В ролике О’Донохью показано, что при такой дистанции свету требуется 3 минуты и 2 секунды для того, чтобы добраться от одной планеты к другой или 6 минут в обе стороны.

В среднем Землю и Марс разделяет дистанция в 254 миллиона километров, поэтому в среднем двусторонняя передача сообщений занимает около 28 минут и 12 секунд.

Чем дальше расстояние, тем удручающей становится «эффективность» скорости света

Иллюстрация космического «нанозонда» Breakthrough Starshot, ускоряемого очень мощным лазерным лучом и направляющего к звездной системе Альфы Центавра

Предел скорости света создает еще больше проблем для космических аппаратов, находящихся еще дальше от Земли. Например, тому же зонду «Новые горизонты», который сейчас находится в 6,64 миллиарда километров от нас, или «Вояджеру-1» и «Вояджеру-2», которые достигли границы Солнечной системы.

Совсем печальной ситуация становится, если речь идет о передачи сообщения в другую звездную систему. Например, самая ближайшая из известных нам экзопланет, Проксима b, находится примерно в 4,2 световых годах от нас (около 39,7 триллиона километров). Даже если взять самый быстрый на данный момент космический аппарат, Солнечный зонд Паркер, способный достигнуть скорости в 343 000 километров в час, то даже ему потребуется около 13 211 лет лишь для того, чтобы долететь до Проксимы b.