Das Universum ist ein extrem großer Ort. Als Astronomen im Laufe der Jahrhunderte weiter in den Weltraum und tiefer in die Vergangenheit blickten, erkannten sie, wie klein und unbedeutend unser Planet und unsere Spezies im Vergleich dazu erscheinen. Gleichzeitig führten laufende Untersuchungen zum Elektromagnetismus und zu entfernten Sternen dazu, dass die Wissenschaftler die Lichtgeschwindigkeit ableiteten – und dass dies die schnellste erreichbare Geschwindigkeit ist.
Daher haben sich Astronomen angewöhnt, die Entfernung, die das Licht innerhalb eines einzigen Jahres (auch bekannt als Lichtjahr) zurücklegt, zu verwenden, um Entfernungen auf der interstellaren und intergalaktischen Skala zu messen. Aber wie weit reist Licht in einem Jahr? Grundsätzlich bewegt es sich mit einer Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde (1080 Millionen km/h; 671 Millionen mph), was etwa 9.460,5 Milliarden km (5.878,5 Milliarden Meilen) pro Jahr entspricht.
Die Lichtgeschwindigkeit:
Die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit beschäftigt Wissenschaftler seit vielen Jahrhunderten. Und vor dem 17. Jahrhundert herrschte Uneinigkeit darüber, ob die Lichtgeschwindigkeit endlich war oder sich augenblicklich von einem Ort zum nächsten bewegte. 1676 legte der dänische Astronom Ole Romer den Streit bei, als seine Beobachtungen der scheinbaren Bewegung des Jupitermondes das ergab, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist.
Licht bewegt sich mit unterschiedlichen Wellenlängen, die hier durch die verschiedenen Farben in einem Prisma dargestellt werden. Bildnachweis: NASA/ESA
Aus seinen Beobachtungen stammt der berühmte niederländische Astronom Christian Huygens berechnete die Lichtgeschwindigkeit mit 220.000 km/s (136.701 mi/s). Im Laufe der zwei Jahrhunderte des Nestes wurde die Lichtgeschwindigkeit immer weiter verfeinert, was Schätzungen zwischen 299.000 und 315.000 km/s (185.790 bis 195.732 Meilen/s) ergab.
Darauf folgte James Clerk Maxwell, der 1865 vorschlug, dass Licht eine elektromagnetische Welle sei. In seiner Theorie des Elektromagnetismus wurde die Lichtgeschwindigkeit dargestellt alsC.Und dann, im Jahr 1905, stellte Albert Einstein seine Theorie der Spezielle Relativität , die postuliert, dass die Lichtgeschwindigkeit (C) konstant war, unabhängig vom Trägheitsbezugssystem des Beobachters oder der Bewegung der Lichtquelle.
1975, nach Jahrhunderten verfeinerter Messungen, wurde die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auf 299.792.458 Meter pro Sekunde berechnet. Laufende Forschungen haben auch gezeigt, dass sich Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen ausbreitet und aus subatomaren Teilchen besteht, den sogenannten Photonen, die keine Masse haben und sich sowohl als Teilchen als auch als Wellen verhalten.
Lichtjahr:
Wie bereits erwähnt, bedeutet die Lichtgeschwindigkeit (ausgedrückt in Metern pro Sekunde), dass das Licht in einem einzigen Jahr eine Strecke von 9.460.528.000.000 km (oder 5.878.499.817.000 Meilen) zurücklegt. Diese Entfernung wird als „Lichtjahr“ bezeichnet und wird verwendet, um Objekte im Universum zu messen, die sich in beträchtlicher Entfernung von uns befinden.
Beispiele von Objekten in unserem Universum und der Maßstab ihrer Entfernungen, basierend auf dem Lichtjahr als Standardmaß. Bildnachweis: Bob King.
Zum Beispiel ist der der Erde am nächsten gelegene Stern (Proxima Centauri) ungefähr 4,22 Lichtjahre entfernt. Das Zentrum der Milchstraße ist 26.000 Lichtjahre entfernt, während die nächste große Galaxie (Andromeda) 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Bis heute ist der Kandidat für die am weitesten von der Erde entfernte Galaxie MACS0647-JD , die ungefähr 13,3 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt.
Und der Kosmischer Mikrowellen-Hintergrund , die Reliktstrahlung, von der angenommen wird, dass sie vom Urknall übrig geblieben ist, befindet sich etwa 13,8 Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Entdeckung dieser Strahlung stärkte nicht nur die Urknalltheorie y, sondern gab Astronomen auch eine genaue Einschätzung des Alters des Universums. Dies führt zu einem weiteren wichtigen Punkt bei der Messung kosmischer Entfernungen in Lichtjahren, nämlich der Tatsache, dass Raum und Zeit miteinander verflochten sind.
Sehen Sie, wenn wir das Licht eines entfernten Objekts sehen, blicken wir tatsächlich in die Vergangenheit. Wenn wir das Licht eines 400 Lichtjahre entfernten Sterns sehen, sehen wir tatsächlich Licht, das vor 400 Jahren von dem Stern emittiert wurde. Daher sehen wir den Stern so, wie er vor 400 Jahren aussah, nicht wie er heute aussieht. Wenn man sich Objekte in Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt ansieht, sieht man daher Milliarden Lichtjahre in der Zeit zurück.
Ja, Licht bewegt sich mit extrem hoher Geschwindigkeit. Aber angesichts der schieren Größe und Größe des Universums kann es von bestimmten Punkten im Universum immer noch Milliarden von Jahren dauern, um uns hier auf der Erde zu erreichen. Daher ist es für Wissenschaftler so nützlich zu wissen, wie lange es dauert, bis das Licht in einem Jahr reist. Es erlaubt uns nicht nur, die Skala des Universums zu verstehen, sondern erlaubt uns auch, den Prozess der kosmischen Evolution aufzuzeichnen.
Wir haben hier bei Universe Today viele Artikel über die Lichtgeschwindigkeit geschrieben. Hier ist Wie weit ist ein Lichtjahr? , Was ist die Lichtgeschwindigkeit ?, Wie viel Stoff hat ein Lichtjahr? , Wie reist Licht? , und Wie weit können Sie im Universum sehen?
Möchten Sie weitere Informationen zu Lichtjahren? Hier ist ein Artikel über Lichtjahre für HowStuffWorks , und hier ist eine Antwort von PhysLink .
Wir haben auch eine Folge von Astronomy Cast zu diesem Thema aufgenommen. Hör zu, Folge 10: Entfernungsmessung im Universum .
Quellen:
