Objem vesmíru, jehož jsme součástí, nelze změřit jednotkami, které obvykle používáme zde na Zemi. Mluvíme samozřejmě o vesmíru par excellence, který je domovem nepopsatelného množství nebeských těles, jež prakticky nelze vědecky přesně kvantifikovat. Z této potřeby se zrodil světelný rok, který je v astronomii běžně používanou mírou vzdálenosti k nebeským objektům nacházejícím se mimo sluneční soustavu (a mezi nimi).
To znamená, že je vhodný zejména pro vzdálenosti v mezihvězdném měřítku, které jsou pro nás, kteří vnímáme prostor a čas pouze na naší planetě, nepředstavitelné. Proto se nyní společně pokusíme zjistit přesnou definici světelného roku, a zejména kolik by to odpovídalo, kdybychom to chtěli přepočítat na kilometry. Nejen to, ale prozkoumáme i další měrné jednotky, které astronomové běžně používají, abychom si udělali ucelený obrázek o nejvhodnějších nástrojích při stále aktuálním studiu vesmíru a jeho neobyčejných tajemství.
Co je to světelný rok
Světelný rok, zkráceně ly nebo al, je měrná jednotka vzdálenosti používaná v astronomii. Odpovídá vzdálenosti, kterou světlo urazí ve vakuu za jeden pozemský rok. Případně můžeme říci, že odpovídá vzdálenosti, kterou by objekt urazil, kdyby se pohyboval stejnou rychlostí jako světlo ve vakuu, tj. téměř 300 000 kilometrů za sekundu, za jeden tropický rok, tj. 365 dní, 5 hodin, 48 minut a 46 sekund.
Za určení rychlosti světla, jak už mnozí z vás vědí, vděčíme dánskému astronomovi Olemu Rømerovi, který v 17. století vyslovil hypotézu, že světlo má obrovskou, ale nikoli nekonečnou rychlost, jak se do té doby mylně myslelo. Byl to právě on, kdo v roce 1676 přesně definoval rychlost světla, když pracoval na Královské observatoři v Paříži, kterou tehdy řídil Giovanni Domenico Cassini.
Pokud se vrátíme ke světelnému roku, existuje přesná definice, kterou uvádí IAU, Mezinárodní astronomická unie: "Světelný rok je vzdálenost, kterou foton urazí v prázdném prostoru za nepřítomnosti gravitačního nebo magnetického pole za juliánský rok."
Přestože se jedná o světelný rok, je třeba říci, že světelný rok je vzdálenost, kterou foton urazí v prázdném prostoru za nepřítomnosti gravitačního nebo magnetického pole za juliánský rok. Pro úplnost je třeba upřesnit, že juliánský rok má délku 365,25 dne, který se v průměru skládá z 86 400 vteřin, což je celkem 31 557 600 vteřin.
Světelnému roku jsou však přiřazeny i další měrné jednotky délky, skutečné dílčí jednotky jako světelný měsíc, světelný týden, světelný den, světelná hodina, světelná minuta a světelná sekunda. Ačkoli to není příliš obvyklé, získávají se na základě vzdálenosti, kterou světlo urazí za určitou časovou jednotku. Pro příklad uveďme, že vzdálenost Země od Měsíce se rovná přibližně 1,282 světelné vteřiny, zatímco vzdálenost naší planety od Slunce se rovná 8 světelným minutám.
Kolik je světelný rok
Světelný rok, na rozdíl od toho, co by se na tomto místě mohlo zdát, a v souvislosti s jeho názvem, který může být zavádějící! však není jednotkou měření času, natož "množství" světla, ale pouze vzdálenosti, kterou elektromagnetické záření, tedy světlo samotné, urazí ve vakuu v intervalu jednoho roku. V každém případě je naprosto správné tvrdit, že přímé pozorování nebeského tělesa, které je vzdáleno určitý počet světelných let, nám může ukázat totéž nebeské těleso, jaké bylo před stejným počtem let, a nikoliv v přesném okamžiku pozorování.
Pokračujeme-li v technických detailech, jeden světelný rok přesně odpovídá přibližně 9 460 730 472 581 kilometrům. 9 460 miliard km, pokud by nás toto velmi dlouhé číslo mělo "vyděsit", neboli asi 63 241krát větší vzdálenost mezi Zemí a Sluncem, známá jako astronomická jednotka. Pak pochopíte, že v lidském měřítku máme co do činění s obrovskou vzdáleností, která se rovná více než 236milionovému obvodu Země a je vypočtena z rychlosti světla ve vakuu (c).
Počítáme-li, že se rovná 299 792,458 kilometrů za sekundu, je hodnota světelného roku dána následujícím vzorcem: 299 792,458 km/s - 355,25 d - 86 400 s/d ≃ 9 461 - 10^12 km. Abychom si udělali ještě konkrétnější představu, vzdálenost mezi Sluncem a Zemí odpovídá přibližně 8,3 světelné minuty, přičemž jedna světelná minuta je vzdálenost, kterou světlo urazí ve vakuu za jednu minutu.
Měli bychom si proto položit otázku, jak rychle dnes můžeme překonat vzdálenost 9 460 miliard km. K odpovědi na tuto otázku potřebujeme vědět, že úniková rychlost ze Země je přibližně 40 000 km/h. Využitím efektu praku při průletech našich sond kolem různých planet jsme schopni vypustit sondu rychlostí až 60 000 km/h, a dokonce překročit rychlost 80 000 km/h jako ve známém případě sondy New Horizons. Rychlým výpočtem zjistíme, že urazit jeden světelný rok rychlostí 80 000 kilometrů za hodinu by nám trvalo přibližně 13 500 pozemských let.
Konkrétní příklady světelných let
Když jsme si uvedli definici světelného roku a objasnili, kolik světelných let odpovídá kilometrům, tedy 9 460 miliard km, je vhodné uvést několik konkrétních příkladů, které tuto jedinečnou a užitečnou měrnou jednotku dále kvantifikují. Za prvé, světelný rok urazí vzdálenost mezi Zemí a Měsícem za přibližně 1,28 sekundy. Navíc v měřítku, kde má Země průměr 1 cm, by jeden světelný rok odpovídal vzdálenosti 7 423,80 km.
Nejen to, víme, že cesta světla od Slunce k naší planetě trvá přibližně 8,33 minuty, tedy 8 minut a 20 sekund. Jedna světelná hodina navíc odpovídá přibližně 1,08 miliardy kilometrů, což je vzdálenost mezi Sluncem a Saturnem, zatímco nejbližší hvězda k Zemi kromě Slunce je Proxima Centauri, která je vzdálená 4,23 světelného roku.
Disk naší galaxie, Mléčné dráhy, má průměr asi 100 000 světelných let. Nejbližší velkou galaxií k té naší je galaxie v Andromedě, která se nachází ve vzdálenosti 2,5 milionu světelných let. Kromě toho vědci zjistili, že Místní skupina má průměr asi 10 milionů světelných let a že nejbližší kvazar k Zemi, známý jako 3C 273, je vzdálen asi 3 miliardy světelných let.
Jelikož se všeobecně předpokládá, že k velkému třesku došlo asi před 14 miliardami let, pozorovatelný vesmír, o němž se předpokládá, že má kulovitý tvar a že se nerozpíná, by měl poloměr asi 13 820 000 000 světelných let. A konečně, nejvzdálenější pozorovatelné objekty ve vesmíru jsou od nás vzdáleny 13,2 miliardy světelných let.
Všechna tato čísla znamenají pro člověka ohromující úvahy. Není náhoda, že když se díváme na hvězdu vzdálenou od Země 20 světelných let, vidíme světlo, které tato hvězda vyzařovala přesně před 20 lety. Kdyby zhaslo přesně v tomto okamžiku, viděli bychom, jak za 20 let zmizí.
Jelikož je Slunce od Země vzdáleno 8 milionů světelných let, sluneční světlo, které vidíme a vnímáme, je světlo, které Slunce vydalo přesně před 8 minutami. Dalším příkladem je galaxie v Andromedě, která se nám jeví taková, jaká byla před 2,5 miliony let, protože její vzdálenost od nás je asi 2,5 milionu světelných let.
Alternativní měrné jednotky
Kromě běžnějšího světelného roku používají astronomové dvě další měrné jednotky, a to astronomické jednotky (AU) a parsecky. Astronomické jednotky se používají zejména k měření vzdáleností ve sluneční soustavě. Jedna astronomická jednotka je podle vědecké literatury průměrná vzdálenost mezi naší Zemí a její nejbližší hvězdou, Sluncem. Mluvíme o téměř 150 milionech kilometrů, nebo chcete-li 149 597 870 kilometrů. Vědci používají parsek k vyjádření vzdálenosti mezi hvězdami.
Parsek, jehož název je zkratkou pro "paralaxní sekundu", odpovídá 3,26 světelného roku. To znamená, že odpovídá vzdálenosti, ze které by hypotetický pozorovatel viděl střední poloměr dráhy Země, tj. jednu astronomickou jednotku pod úhlem jedné obloukové sekundy. Pojmy, které rozhodně nejsou příliš jednoduché, ale které definují pozorování hvězd, planet a nebeských těles obecně.
Shrneme-li tedy, můžeme říci, že jedna astronomická jednotka odpovídá přibližně 150 milionům kilometrů, což ve faktické rovině znamená měřitelnou vzdálenost mezi Zemí a Sluncem. Jeden světelný rok logicky odpovídá 63 067 AU, tedy 9 460 000 000 km. Jeden parsek naproti tomu odpovídá 3,26 světelného roku.
V UA je to 205 597 UA, což je 30 840 miliard kilometrů. Přesto zůstává al nejpoužívanější a pravděpodobně nejsnadněji vysvětlitelnou a pochopitelnou měrnou jednotkou. A hodí se na většinu vesmírných objektů, které "obývají" oblohu.