بیگ بنگ: یک سری انیمیشن جدید که توسط دانشمند ناسا درست شده، نشان می‌دهد که سرعت نور تا چه اندازه آهسته است. سرعت نور سریعتر از هر چیزی است که می تواند در فضا حرکت کند. اما این سرعت بالا در مقیاس کیهانی شاید کمی آهسته به نظر برسد.

به گزارش بیگ بنگ، در یک خلأ کاملأ خالی، یک ذره‌ی نور که فوتون نامیده می‌شود می‌تواند با سرعت 299792 کیلومتر بر ثانیه یا تقریبأ 1.079 میلیارد کیلومتر بر ساعت حرکت کند. این سرعت خیلی بالاست. هرچند، اگر بخواهید با سیارات دیگر ارتباط برقرار کنید یا به آنها برسید، به ویژه جهان‌های فراتر از منظومه شمسی ما، سرعت نور می‌تواند به طرز نا امیدکننده‌ای آهسته باشد.

برای توصیف قابل فهمِ محدودۀ سرعت کیهان، “جیمز اودونوگ”، دانشمند علوم سیاره‌ای در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا این قضیه را بصورت انیمیشن نشان داد. اودونوگ گفت: «انیمیشن‌های من تمام چیزی که سعی دارم بگویم را به سرعت نشان می‌دهند. وقتی آزمایشاتم را بازبینی می‌کردم از مفاهیم پیچیده‌ای را برای درک این موضوع استفاده کردم.»

اودونوگ گفت که اخیرأ یاد گرفته چگونه این انیمیشن‌ها را بسازد – اولین انیمیشن‌ او برای انتشار اخبار ناسا در مورد حلقه‌های در حال محوِ زحل بود. سپس، او مفاهیم فضایی دیگری که درکشان دشوار بود را به شکل انیمیشن در آورد، از جمله یک ویدیو که سرعت‌های چرخش و اندازه‌های سیارات را نشان می‌دهد. او گفت که یک ویدیو در تویتر میلیون‌ها بار بازدید شد. آخرین تلاش اودونوگ به سه سناریوی سرعت نور می‌پردازد تا نشان دهد که فوتون‌ها با چه سرعتی (به طرز دردناکی آهسته) می‌توانند حرکت کنند.

نور نسبت به زمین با چه سرعتی حرکت می‌کند

یکی از اولین انیمیشن‌های اودونوگ نشان می‌دهد که نور با چه سرعتی به دور زمین می چرخد. اگر زمین ما هیچ جوی نداشت (هوا نور را منکسر کرده و سرعتش را کُند می‌کند)، آنگاه فوتونی که از سطح زمین فرار می‌کرد می‌توانست استوا را تقریبأ 7.5 بار در ثانیه سپری کند. در این نمایش، سرعت نور به نظر نسبتأ سریع است – گرچه در ادامه می بینید که این سرعت چقدر محدود است.

نور با چه سرعتی بین زمین و ماه طی می‌شود

دومین انیمیشن اودونوگ یک قدم بزرگ از زمین دور می‌شود تا به ماه برسد. به طور میانگین، فاصلۀ زمین تا ماه 384400 کیلومتر است. این یعنی تمام نور ماه که ما مشاهده می‌کنیم 1.255 ثانیه دیرتر به ما رسیده و یک سفر دایره‌ای بین زمین و ماه با سرعت نور تقریبأ 2.51 ثانیه طول می‌کشد.

هرچند، این زمانبندی هر روز بیشتر می‌شود، زیرا ماه هر سال 3.8 سانتیمتر از زمین دورتر می‌شود. (ماه از طریق جزر و مدهای اقیانوس، دائمأ انرژی چرخشی زمین را تضعیف می‌کند و مدارش را تا فاصلۀ بیشتری تقویت می‌کند).

نور با چه سرعتی بین زمین و مریخ حرکت می‌کند

سومین انیمیشن چالشی را نشان می‌دهد که بسیاری از دانشمندان به طور روزانه با آن مواجه می‌شوند. وقتی ناسا سعی می‌کند داده‌هایی را از یک سفینه فضایی دانلود کند، مثل کاوشگر اینسایت در مریخ، فقط می‌تواند این کار را با سرعت نور انجام دهد. اجرای عملیات یک فضاپیما در «حالت زنده» خیلی آهسته است، همانند یک خودروی کنترل از راه دور. بنابراین، باید با دقت به پیشنهادات فکر کرد، از قبل آنها را بسته‌بندی کرد و در زمان دقیق و مکان دقیقی در فضا قرار داد تا هدفشان را گم نکنند.

سریعترین ارتباط بین زمین و مریخ وقتی صورت می‌گیرد که سیارات در نزدیکترین فاصله تا یکدیگر قرار دارند، رویدادی که بیشترین نزدیکی نامیده می‌شود و تقریبأ هر دو سال یکبار رخ می‌دهد. به طور میانگین، بهترین فاصله تقریبأ 54.6 میلیون کیلومتر است. همانطور که کلیپ 60 ثانیه‌ای اودونوگ نشان می‌دهد، 3 دقیقه و 2 ثانیه طول می‌کشد تا نور بین زمین و مریخ در بیشترین فاصله حرکت کند. این زمان شش 6 دقیقه و 4 ثانیه برای یک سفر دایره‌ای با سرعت نور است. اما به طور میانگین، مریخ 240 میلیون کیلومتر با زمین فاصله دارد – بنابراین میانگین ارتباط یک سفر دایره‌ای تقریبأ 28 دقیقه و 12 ثانیه طول می‌کشد.

هرچه دورتر می‌روید، سرعت نور افسرده‌کننده‌تر می‌شود

مانعِ سرعت محدود نور برای فضاپیمایی مثل افق رویداد که اکنون در فاصلۀ بیش از 4 میلیارد مایل تا زمین قرار دارد و فضاپیمای ویجر 1 و 2 که هریک به فضای میان ستاره‌ای رسیده‌اند، چالش‌برانگیزتر می‌شود. وقتی به خارج از منظومه‌ شمسی نگاه می‌کنید، وضعیت افسرده‌کننده‌تر می‌شود. نزدیکترین سیارۀ فراخورشیدی شناخته شده به نام پروکسیما b تقریبأ 4.2 سال نوری با ما فاصله دارد (فاصله‌ای که تقریبأ 39.7 تریلیون کیلومتر است).

هرچند، سریعترین فضاپیمایی که تاکنون به فضا رفته کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا با سرعت ۳۴۲ هزار کیلومتر بر ساعت است؛ و با این سرعت، 13211 سال طول می‌کشد تا به پروکیسما b برسد. پروژۀ استارشات “یوری میلنر” میلیاردر روسی یک روش برای حل این مسئله‌ ارائه داده است. این ماموریت چنددهه‌ای سعی دارد یک ماهواره کوچک بسازد و آن را از طریق پرتو لیزر شتاب دهد (به طور ایده‌آل با سرعت برنامه‌ریزی شدۀ 20% از سرعت نور). با این حال، کل این مفهوم هنوز نظری است و  ممکن است بخوبی کار نکند.

فضا به طرز غیرممکنی عظیم است. اگرچه جهان تقریبأ 13.77 میلیارد سال قدمت دارد، لبۀ آن تقریبأ 45.34 میلیارد سال نوری در یک جهت فاصله دارد(شعاع جهان قابل مشاهده) و به دلیل انبساط کیهان در حال افزایش است. این مقدار به حدی بزرگ است که نمی‌توان آن را در یک انیمیشن ساده نشان داد. اگرچه یک نمایش نزدیک بود: این تصویر را هنرمند “پابلو کارلوس بوداسی” طراحی کرده است؛ این تصویر نقشه‌های لگاریتمی جهان از پرینستون و تصاویر ناسا را با هم ترکیب می‌کند تا تمام آنها را در یک تصویر بگنجاند.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com