سال نوری چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟
سال نوری چیست: به مقدار مسافتی که نور در مدت یک سال در خلأ می‌پیماید، یک سال نوری می‌گویند. باید توجه داشتم باشیم که سال نوری (light year)، نه مقیاس سنجش زمان بلکه واحد سنجش مسافت‌ها یا فاصله‌های کیهانی است. سرعت حرکت نور در خلأ ۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه (حدود ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه) است و طی یک‌سال می‌تواند حدود ۹.۵ تریلیون کیلومتر در فضا پیش برود. پس هر سال نوری حدود ۹.۵ تریلیون کیلومتر است. اما سال نوری چگونه محاسبه می‌شود و چگونه درمی‌یابیم که هر سال نوری چند کیلومتر است؟ این موارد در ادامه با جزییات بیشتری بررسی می‌شوند. همچنین، برای دانستن سرعت دقیق نور و نیز عدد دقیق سال نوری برحسب متر و کیلومتر با این مقاله همراه باشید.
سال نوری چیست: مقیاس سنجش مسافت در علم نجوم
سال نوری واحد سنجش مسافت است. در ستاره‌شناسی فاصله بین اجرام آسمانی مثل «ستاره‌ها» و یا «کهکشان‌ها» چنان زیاد است که نمی‌توان آن را با مقیاس‌های زمینی سنجید. مثلا ماه که نزدیک‌ترین جرم آسمانی به زمین است، حدود ۳۸۵,۰۰۰ کیلومتر با ما فاصله دارد. فاصله خورشید از زمین نیز حدود ۱۵۰,۰۰۰,۰۰۰ کیلومتر است اما نزدیک‌ترین ستاره به زمین پس از خورشید، موسوم به «پروکسیما قنطورس» ۴۰ تریلیون کیلومتر با زمین فاصله دارد. حالا تصور کنید که ستاره‌ها و یا کهکشان‌هایی که بسیار دورتر هستند، چقدر با ما فاصله دارند. بدیهی است که مقیاس‌هایی مثل کیلومتر برای سنجش چنین فواصلی کافی نیست.
به همین علت، هنگام سنجش فاصله‌های نجومی یا کیهانی، به‌جای استفاده از کیلومتر از واحد دیگری موسوم به سال نوری بهره می‌بریم. هر سال نوری مسافتی است که نور در مدت یک سال در خلأ می‌پیماید. سرعت نور در خلأ دقیقا ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه است. با ضرب این عدد در تعداد روزهای سال، عدد بزرگی معادل حدود ۹.۵ تریلیون کیلومتر (به‌عبارت دقیق‌تر ۹,۴۶۰,۷۳۰,۴۷۲,۵۸۱ کیلومتر) حاصل می‌شود. این فاصله را یک سال نوری می‌گوییم. اینک تصور کنید کهکشانی که میلیاردها سال نوری از زمین فاصله دارد چه‌قدر از ما دور است و این عالم شگفت‌انگیز، چه‌قدر بزرگ است.
تصویر ۱. پس از خورشید، نزدیک‌ترین ستاره به زمین (پروکسیما قنطورس) تقریبا ۴۰ تریلیون کیلومتر با ما فاصله دارد. چنین فواصلی را برحسب سال نوری اندازه می‌گیرند.
مطلب مرتبط: رنگ ستاره‌ها و ارتباط آن با دمای سطح ستاره
نحوه محاسبه سال نوری به کیلومتر: هر سال نوری چند کیلومتر است؟
یک سال نوری ۹,۴۶۰,۷۳۰,۴۷۲,۵۸۱ کیلومتر است. اما چگونه به این عدد رسیدیم یا چگونه می‌توانیم سال نوری را به کیلومتر تبدیل کنیم؟ ساده است؛ ابتدا باید محاسبه کنیم که هر سال چند ثانیه است. سپس چون سرعت نور در ثانیه را می‌دانیم با ضرب تعداد ثانیه‌های سال در سرعت نور، می‌توانیم مسافتی را که نور در یک سال می‌پیماید پیدا می‌کنیم:
هر سال تقریبا ۳۶۵ و دقیقا ۳۶۵.۲۵ روز است. هر روز ۲۴ ساعت است و هر ساعت ۶۰ دقیقه و هر دقیقه ۶۰ ثانیه است. پس:
۶۰ x 60 x 24 x 365.25 (تبدیل سال به ثانیه)
۶۰ x 60 x 24 x 365.25 x 299,792,458 (ضرب تعداد ثانیه‌های سال در سرعت نور)
= ۹,۴۶۰,۷۳۰,۴۷۲,۵۸۰,۸۰۰ متر
یا
= ۹,۴۶۰,۷۳۰,۴۷۲,۵۸۱ کیلومتر
اگر اعداد فوق را اصطلاحا گرد کنیم یعنی تقریبی در نظر بگیریم می‌توانیم بگوییم:
یک سال نوری به متر (تقریبا) = 10۱۵
یک سال نوری به کیلومتر (تقریبا) = 10۱۲
اما بشر یک‌شبه به این عدد دست نیافت. ابتدا لازم بود سرعت نور را اندازه بگیرد تا سپس بتواند مسافتی را که نور طی یک‌سال می‌پیماید محاسبه کند.
یک روز نوری چند کیلومتر است؟
حالا که دانستیم هر سال نوری چند کیلومتر است، براحتی می‌توانیم محاسبه کنیم که یک روز نوری چند کیلومتر است. یک روز نوری حدود ۲,۹۵۰,۰۰۰,۰۰۰۰ (دو میلیارد و نهصدوپنجاه میلیون) کیلومتر است. محاسبه آن نیز ساده است. هر سال ۳۶۵ روز است. کافی است عدد سال نوری را بر ۳۶۵ تقسیم کنید تا عدد روز نوری به دست آید. با همین روش می‌توانید برای مثال هر هفته نوری یا هر ماه نوری را نیز بر حسب کیلومتر یا متر محاسبه کنید.
نحوه محاسبه سرعت نور: سال نوری چگونه محاسبه می‌شود؟
گفتیم که سرعت نور ۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه است. البته پیش از سال ۱۶۷۶ میلادی اکثر دانشمندان فکر می‌کردند که نور فوری و بی‌درنگ از نقطه‌ای به نقطه دیگر حرکت می‌کند. اما در سال ۱۶۷۶ فیزیکدانی موسوم به «اوله کریستنسن رومر» نشان داد که نور نیز سرعت مشخصی دارد.
او ابتدا در سال ۱۶۷۱ قمرهای مشتری را رصد کرد و تصمیم گرفت زمان پنهان شدن قمر آیو پشت سیاره مشتری تا آشکار شدن مجددش در سوی دیگر مشتری را اندازه بگیرد. او با بررسی داده‌های چندین ساله نشان داد وقتی که زمین به مشتری نزدیک‌تر است، زمان جدا شدن خسوف‌ها کوتاه‌تر است و وقتی زمین از مشتری دورتر است، این زمان بیشتر است.
در سال ۱۶۷۵ میلادی «ژان دومینیک کازینی» که رومر دستیارش بود، گفت این اختلاف زمانی بدین خاطر است که مدتی طول می‌کشد تا نور از مشتری به زمین برسد. اما او فوراً نظرش را تغییر داد و این دیدگاه درست را کنار نهاد. اما رومر آن دیدگاه را دنبال کرد. محاسبات رومر نشان داد که ۲۲ دقیقه طول می‌کشد تا نور مسافتی معادل قطر زمین را بپیماید (ما امروز می‌دانیم عدد دقیق حدود ۱۶ دقیقه و ۴۰ ثانیه است). اگر رومر سرعت نور را با استفاده از داده‌های خودش محاسبه کرده بود، به سرعت ۱۳۵۰۰۰ کیلومتر در ثانیه دست می‌یافت که حدود نصف سرعت واقعی نور است. نور با سرعت ۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. علت اصلی خطای محاسباتی رومر، ندانستن قطر واقعی مدار زمین بود، زیرا در آن زمان کسی به‌درستی این موضوع را نمی‌دانست.
اگر قطر مدار چرخش زمین دور خورشید را با داده‌های رومر ترکیب کنیم، به عدد ۲۱۴,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه می‌رسیم که به عدد واقعی نزدیک‌تر است.
نزدیک شدن به عدد واقعی
در سال ۱۷۲۹ میلادی اکثر ستاره‌شناسان سرانجام متقاعد شدند که نور نیز سرعت مشخص و محدودی دارد. جیمز برادلی (James Bradley) نتیجه مطالعات خود را منتشر کرد و نشان داد که اختلاف سالانه‌ی موقعیت ستاره‌ها در آسمانِ زمین با سرعت نور ارتباط دارد. او سرعت حرکت نور را ۳۰۱,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه برآورد کرد که به سرعت واقعی نور (۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه) خیلی نزدیک است.
در سال ۱۸۳۸ فردریش ویلهلم باسل (Friedrich Wilhelm Bassel) نخستین کسی بود که «سال نوری» را به‌عنوان واحد سنجش نجومی به کار برد. او فاصله جدا شدن زمین از ستاره‌های دوگانه ۶۱ Cygni را ۱۰.۳ سال نوری محاسبه کرد.
عکس ۲. عکسی از مشتری و ۳ قمر آن، یکی در سمت راست و دیگری در پایین و سومی مقابل مشتری متمایل به سمت راست آن مشاهده می‌شود.
وقتی به ستاره‌ها می‌نگرید، در واقع گذشته آن‌ها را تماشا می‌کنید!
سال نوری نه تنها فاصله‌های نجومی را با عدد مشخص می‌کند، بلکه زمان لازم برای رسیدن نور به زمین را نیز نشان می‌دهد. مثلا وقتی می‌گوییم فاصله جفت‌ستاره‌های ۶۱ Cygni از زمین ۱۰.۳ سال نوری (۹۷,۴۴۵,۵۲۳,۸۶۷,۵۸۴ کیلومتر) است، یعنی ۱۰.۳ سال طول می‌کشد تا نور آن ستاره‌ها به زمین برسد. پس هر گاه که با تلسکوپ به ستاره ۶۱ Cygni می‌نگرید، در واقع ۱۰.۳ سال پیشِ این ستاره‌ها را می‌بینید و اگر می‌خواهید بدانید که همین لحظه ستاره مذکور در چه وضعیتی است، باید ۱۰.۳ سال بعد به‌آن بنگرید! این یعنی، نور کمک‌مان می‌کند تا زمان گذشته را ببینیم. به‌همین علت تلسکوپ‌ها و حتی چشمی که به آسمان می‌نگرد گویی نوعی ماشین زمان است که گذشته ستاره‌ها و کهکشان‌ها را تماشا می‌کند. اجرام آسمانی آن‌قدر از ما دورند که نورشان همین لحظه به ما نمی‌رسد و لذا ما همواره گذشته آن‌ها را می‌بینیم.
وقتی درباره ستاره‌ها، سحابی‌ها، کهکشان‌ها یا سیاه‌چاله‌های بسیار دورتر حرف می‌زنیم، موضوع عجیب‌تر می‌شود. مثلا برخی از کهکشان‌ها ۱۰ تا ۱۲ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارند. پس اگر همین حالا یکی از آن کهکشان‌ها را با تلسکوپ‌های قدرتمند فضایی رصد کنید، در واقع به ۱۰ تا ۱۲ میلیارد سال قبل سفر کرده‌اید و دارید ۱۰ تا ۱۲ میلیارد سال پیشِ آن کهکشان را نظاره می‌کنید؛ یعنی زمانی نه چندان دراز پس از وقوع مهبانگ و آفرینش این عالم حیرت‌انگیز را!
نکات تکمیلی و جمع‌بندی: سال نوری چیست و چگونه محاسبه می‌شود
در این مطلب، گفته شد که سال نوری چیست و چگونه محاسبه می‌شود. به یاد داشته باشیم که سال نوری، واحد سنجش مسافت یا فاصله است. برای سنجش فاصله بین ستاره‌ها و کهکشان‌ها از واحد سال نوری استفاده می‌شود. سرعت نور ۲۹۹,۷۹۲ کیلومتر در ثانیه یا به عبارت دقیق‌تر ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر در ثانیه است (لذا گاهی سرعت تقریبی نور را ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه نیز ذکر می‌کنند). نور در هر ثانیه حدود ۹.۵ تریلیون کیلومتر در خلأ راه می‌پیماید. پس هر سال نوری معادل تقریبا ۹.۵ تریلیون کیلومتر است. نور با چنین سرعتی می‌تواند در هر ثانیه ۷ بار زمین را دور بزند.
- تقریبا ۳ ثانیه طول می‌کشد تا نور ماه به زمین برسد
- حدود ۸ دقیقه طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد
- تقریبا ۲ سال طول می‌کشد تا نور نزدیک‌ترین ستاره به زمین، یعنی پروکیسما قنطورس به ما برسد.
- حدود ۳,۰۰۰ سال طول می‌کشد تا نور مرکز کهکشان راه شیری به زمین برسد
- تقریبا ۲.۵ میلیون سال طول می‌کشد تا نور نزدیک‌ترین کهکشان به ما یعنی کهکشان آندرومدا به زمین برسد.
موضوع مقاله:
- سال نوری چیست
- سال نوری چگونه محاسبه می‌شود
- سرعت نور
- تبدیل سال نوری به کیلومتر
