我們知道光速極快,NASA科學家卻用3幅動圖論證光速實在太慢

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真空中的光速約為每秒299,792公里,美國NASA的一名科學家用動圖模擬展示了光環繞地球所需要的時間,同時還用另外兩幅動圖展示了光從地球到月球,以及地球到火星所需要的時間。

物理動畫向您展示了宇宙的速度極限可以有多快(或多慢),也許看圖後你會感慨宇宙空間的浩渺。

光速是任何物質物體在太空中所能達到的最快速度。除非在被稱為蟲洞的空間結構中存在理論上的捷徑,並且能夠在不被破壞的情況下通過它們。

每秒近30萬公里的速度在人類的眼界里肯定非常快,然而如果你試圖與其他星球交流或到達其他星球,尤其是太陽系以外的任何世界,光速可能會令你沮喪。

為了以任何人都能理解的方式展示宇宙中的速度極限,美國NASA戈達德太空飛行中心的行星科學家詹姆斯·奧多諾休親自動手製作了動畫。在此之前他剛剛學會製作動圖不久,他的第一幅動圖是關於土星環正在消失的新聞。他的作品在推特上發布後,獲得了數百萬的點擊量。

奧多諾試圖向讀者表達在三種不同的光速場景下,光子傳輸的速度。在參照背景的襯托下,光子的速度似乎讓我們產生了錯覺。第一張圖展示了光線相對於地球的移動速度。地球周長39841.6公里。如果我們的世界沒有大氣層(空氣會發生光的折射並且光速稍微減慢),沿其表面掠過的光子可以每秒繞赤道近7.5次,光的速度在途中看起來相當快。

第二圖描繪了光從地球到月球的時間。平均而言,我們的星球與它的大型天然衛星之間的距離約為384,400公里。這意味著我們看到的所有月光都是在1.255秒後,地球和月亮之間的光往返需要大約2.51秒。

然而這個時間每天都在變長,因為月球以每年大約3.8公分)的速度遠離地球。 因為月亮不斷通過海潮摧毀地球的旋轉能量,將其軌道推到到越來越遠的距離。

前兩幅圖我們是不是感覺光的速度非常快,第三幅圖試圖改變你的觀點,它描述了從地球、月亮到達火星之間的光的運動。這樣的參照圖告訴我們什麼呢?

當美國NASA試圖與太空器聯繫或下載數據時,例如火星上的洞見號探測器,它只能以光速進行。這對於在「實時模式」下運行的太空器來說太慢了,就像遙控汽車一樣。因此必須仔細編輯程序命令,預先打包,並在精確的時間瞄準太空中的精確位置,以便工作人員不會錯過目標。

地球和火星之間最快的對話發生在行星距離彼此在最近點的時候,這種現象被稱為「最接近」,大約每兩年發生一次。最近情況下的距離約為5460萬公里。上圖是最近距離下光運行一半花費的時間,如果走完地球到火星之間的全程需要3分2秒。所以對於光速往返的旅行來說,就要花費6分4秒。

火星距離地球平均距離是大約2.528億公里,所以往返通信大約需要28分12秒。

現在我們似乎可以明白了,為什麼科學家說光的速度慢地折磨人。我們或者我們的太空器在宇宙中走地越遠,光的速度就愈加顯得很慢。

光速有限這一障礙對新視野號、旅行者1號和旅行者2號等太空器構成了更大的挑戰。新視野號目前距離地球60多億公里,旅行者1號和旅行者2號都已抵達恒星間的星際空間。

當你開始在太陽系外面尋找目標時,情況會非常令人沮喪。最著名的系外行星叫做Proxima b,劇離我們大約4.2光年,相當於39.7萬億公里。

有史以來最快的宇宙飛船是美國NASA的派克太陽探測器,速度約為341,220公里/小時,以這樣的速度到達Proxima b需要13211年。沒錯!1萬多年!

宇宙空間不可思議。雖然宇宙大約有137.7億年的歷史,但它的邊緣距離任何方向約為453.4億光年,並且由於膨脹仍在增加。相比之下,您還認為光速很快嗎?

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