Rychlost světla je limit, s nímž se může hmotný objekt pohybovat v prostoru, pokud ovšem samozřejmě nezohledňujeme hypotetické červí díry, pomocí kterých se podle předpokladů mohou objekty v prostoru pohybovat ještě rychleji. V ideálním vakuu se částice světla, foton, může pohybovat rychlostí 299 792 kilometrů za sekundu, nebo asi 1,079 miliard kilometrů za hodinu. Na první pohled se to může zdát překvapivě rychlé. Ne, je to vlastně rychlé. Ale v kosmickém měřítku může být tato rychlost nesnesitelně pomalá, zejména pokud jde o rádiové komunikace a lety na jiné planety, zejména na ty, které jsou mimo naši sluneční soustavu.
Aby usnadnil komukoli porozumění omezeným možnostem rychlosti světla, vytvořil planetární vědec Goddard Space Flight Center NASA James O'Donoghue řadu animovaných videí.
V rozhovoru s Business Insider O'Donoghue řekl, že se teprve nedávno naučil, jak tyto animace vytvářet. Jeho první práce pro NASA připravovala video o Saturnových prstenech. Poté začal animovat další obtížně pochopitelné vesmírné koncepty, například vizuální srovnání velikostí a rychlostí rotace planet sluneční soustavy. Podle něj tato práce, zveřejněná na jeho osobní Twitter stránce, vzbudila velký zájem.
Jeho nejnovější práce je pokusem jasně ukázat, jak rychle a současně mohou být pomalé fotony.
Vizuální demonstrace pohybu fotonů kolem Země
V první animaci O'Donoghue ukázal, jak rychle se světlo může pohybovat vzhledem k Zemi.
Propagační video:
Rovník naší planety je dlouhý přibližně 40 tisíc kilometrů. Pokud by neměla atmosféru (částice, které obsahuje, mohou trochu zpomalit světlo), pak by foton posuvný po jeho povrchu činil téměř 7,5 plných otáček za 1 sekundu (nebo 0,13 sekundy za otáčku).
I když se rychlost světla v tomto scénáři jeví neuvěřitelně rychle, video také ukazuje, že je omezené.
Jak rychle se světlo pohybuje mezi Zemí a Měsícem
Ve druhém videu O'Donoghue pokrývá větší vzdálenost - od Země k Měsíci.
V průměru je vzdálenost mezi naší planetou a jejím přirozeným satelitem 384 000 kilometrů. To znamená, že měsíční svit pozorovaný na obloze prochází touto vzdáleností za 1,255 sekund a cesta tam a zpět, například při přenosu rádiových zpráv mezi Zemí a kosmickou lodí, bude trvat 2,51 sekund.
Je třeba poznamenat, že tento čas se zvyšuje každý den, protože každý rok se Měsíc pohybuje od Země asi o 3,8 centimetrů (Měsíc neustále vyčerpává energii rotace Země prostřednictvím gravitační-přílivové interakce. Důsledky tohoto účinku jsou změna na oběžné dráze satelitu).
Jak rychle světlo prochází vzdálenost mezi Zemí a Marsem
Ve třetím videu O'Donoghue ukázal problém, kterému musí denně čelit mnoho planetárních vědců.
Když se zaměstnanci letecké agentury NASA pokusí stáhnout a přijmout data z kosmické lodi, například ze stejné sondy InSight, která v současné době působí na Marsu, zprávy se přenášejí rychlostí světla. Nestačí však ovládat zařízení v „reálném čase“. Proto musí být týmy pečlivě promyšleny, co nejkomprimovanější a nasměrované v přesný čas a místo, aby nezmeškal cíl.
Nejrychlejší přenos zpráv mezi Zemí a Marsem je možný v okamžiku, kdy jsou planety v nejbližším bodě. Stává se to však pouze jednou za dva roky. Kromě toho, i v tomto případě, jsme odděleni vzdáleností asi 54,6 milionu kilometrů. Video O'Donoghue ukazuje, že v této vzdálenosti trvá 3 minuty a 2 sekundy, než se z jedné planety na druhou dostane, nebo 6 minut v obou směrech.
V průměru jsou Země a Mars odděleny vzdáleností 254 milionů kilometrů, takže v průměru trvá obousměrný přenos zpráv přibližně 28 minut a 12 sekund.
Čím větší je vzdálenost, tím se snižuje „účinnost“rychlosti světla
Omezení rychlosti světla vytváří ještě více problémů pro kosmickou loď dále od Země. Například stejná sonda New Horizons, která je nyní 6,64 miliard kilometrů od nás, nebo Voyager 1 a Voyager 2, které dosáhly okraje sluneční soustavy.
Ilustrace průlomového „nanoprobe“kosmického prostoru Starshot, který je urychlován velmi výkonným laserovým paprskem a směřován k hvězdnému systému Alpha Centauri.
Situace se stává velmi smutnou, pokud jde o přenos zprávy do jiného hvězdného systému. Například nejbližší exoplanet, který známe, Proxima b, je vzdálený asi 4,2 světelných let (asi 39,7 bilionů kilometrů). I když vezmeme v tuto chvíli nejrychlejší kosmickou loď, sluneční sondu Parker, která je schopna dosáhnout rychlosti 343 000 kilometrů za hodinu, pak by i dosažení Proximy b trvalo asi 13 211 let.
Nikolay Khizhnyak