Valguse kiirus on piir, millega materiaalne objekt võib ruumis liikuda, välja arvatud juhul, kui loomulikult võtame arvesse hüpoteetilisi ussiavasid, mille abiga vastavalt eeldustele saavad objektid kosmoses veelgi kiiremini liikuda. Ideaalses vaakumis võib valgusosake, footon, liikuda kiirusega 299 792 kilomeetrit sekundis ehk umbes 1,079 miljardit kilomeetrit tunnis. Esmapilgul võib see tunduda üllatavalt kiire. Ei, see on tegelikult kiire. Kuid kosmilises mastaabis võib see kiirus olla erakordselt aeglane, eriti raadioside ja muude planeetide, eriti väljaspool meie päikesesüsteemi asuvate planeetide puhul.
Neli Goddardi kosmoselennukeskuse planeediteadlane James O'Donoghue lõi valgusekiiruse piiratud võimalustest paremini aru lõimitud videote seeria.
Vestluses Business Insideriga ütles O'Donoghue, et sai alles hiljuti teada, kuidas neid animatsioone teha. Tema esimene töö NASAs oli video ettevalmistamine Saturni rõngastest. Pärast seda hakkas ta animeerima teisi raskesti mõistetavaid kosmosekontseptsioone, näiteks visuaalselt võrdlema Päikesesüsteemi planeetide suurusi ja pöörlemiskiirusi. Tema sõnul äratas see tema isiklikul Twitteri lehel avaldatud teos palju huvi.
Tema uusim töö on katse näidata selgelt, kui kiired ja samal ajal aeglased footonid võivad olla.
Visoonide liikumine Maa ümber
Esimeses animatsioonis näitas O'Donoghue, kui kiiresti võib valgus Maa suhtes liikuda.
Reklaamvideo:
Meie planeedi ekvaatori pikkus on umbes 40 tuhat kilomeetrit. Kui sellel poleks atmosfääri (selles sisalduvad osakesed võivad valgust pisut aeglustada), siis piki selle pinda libisev footon teeks sekundis peaaegu 7,5 täispööret (ehk 0,13 sekundit pöörde kohta).
Kuigi valguse kiirus näib selle stsenaariumi korral uskumatult kiire, näitab video siiski, et see on piiratud.
Kui kiiresti liigub valgus Maa ja Kuu vahel
Teises videos katab O'Donoghue suurema vahemaa - Maast Kuuni.
Keskmiselt on meie planeedi ja selle loodusliku satelliidi vahemaa 384 000 kilomeetrit. See tähendab, et taevas nähtav kuuvalgus läbib selle vahemaa 1,255 sekundiga ja teekond edasi-tagasi, näiteks Maa ja kosmoseaparaadi vahel raadiosõnumite edastamisel, võtab 2,51 sekundit.
Tuleb märkida, et see aeg suureneb iga päevaga, kuna igal aastal eemaldub Kuu Maast umbes 3,8 sentimeetri võrra (Kuu ammendab pidevalt Maa pöörlemisenergiat gravitatsiooni-loodete vastasmõju kaudu. Selle efekti tagajärjed on satelliidi orbiidi muutused).
Kui kiiresti läbib valgus Maa ja Marsi vahelist kaugust
Kolmandas videos demonstreeris O'Donoghue probleemi, millega paljud planeediteadlased peavad igapäevaselt silmitsi seisma.
Kui NASA kosmoseagentuuri töötajad proovivad alla laadida ja vastu võtta andmeid kosmoselaevadelt, näiteks samal Marsil töötaval InSight-sondil, edastatakse sõnumeid valguse kiirusel. Kuid seadme "reaalajas" juhtimisest ei piisa. Seetõttu tuleb meeskonnad hoolikalt läbi mõelda, võimalikult tihedalt kokku suruda ja suunata täpselt õigesse kohta ja kohta, et sihtmärgist mitte maha jääda.
Kiireim teadete edastamine Maa ja Marsi vahel on võimalik hetkel, kui planeedid on lähimas lähenemispunktis. Kuid seda juhtub ainult umbes kord kahe aasta jooksul. Lisaks eraldab meid isegi sel juhul umbes 54,6 miljoni kilomeetri pikkune vahemaa. O'Donoghue videost on näha, et sellel distantsil kulub valgusel ühelt planeedilt teisele jõudmiseks 3 minutit ja 2 sekundit ehk mõlemas suunas 6 minutit.
Keskmiselt eraldavad Maad ja Marssi 254 miljoni kilomeetri kaugus, seega võtab kahesuunaline sõnumi edastamine keskmiselt umbes 28 minutit ja 12 sekundit.
Mida kaugemale, seda kaugemale valguse kiiruse "efektiivsus" rõhub
Valguse kiirusepiirang tekitab Maast kaugemal asuvatele kosmoselaevadele veelgi rohkem probleeme. Näiteks see sama New Horizonsi sond, mis asub meist nüüd 6,64 miljardi kilomeetri kaugusel, või Voyager 1 ja Voyager 2, mis on jõudnud päikesesüsteemi servani.
Illustratsioon läbimurdega "Starhot" kosmose "nanopuust", mida kiirendab väga võimas laserkiir ja mis on suunatud Alpha Centauri tähesüsteemi poole.
Olukord muutub üsna kurvaks, kui on vaja sõnumit teisele tähesüsteemile edastada. Näiteks lähim eksoplaneet, mida me teame, Proxima b, asub umbes 4,2 valgusaasta kaugusel (umbes 39,7 triljonit kilomeetrit). Isegi kui võtame praegu kiireima kosmoselaeva - Parker Solar Probe, mis on võimeline saavutama kiirust 343 000 kilomeetrit tunnis, siis isegi Proxima b jõudmiseks oleks vaja umbes 13 211 aastat.
Nikolai Khizhnyak