Vlevo svítí hvězda a od ní se jedna za druhou šíří barevné vlny — růžová, azurová, fialová —, každá se svým vlastním zpožděním, takže se kruhy nikdy nekryjí. Nad nimi doutnají dvě mlhoviny, které pomalu mění obrys, a kolem blikají hvězdy, jejichž periody jsou zvoleny jako nesouměřitelné. Po spodní stupnici běží od hvězdy azurová značka a dojde přesně k rysce jednoho světelného roku, kde na ni čeká růžová čárka: to je samo měření — dráha světla za rok nanesená na pravítko. Písmena uprostřed jsou ve všech jazycích stejná; název v každém jazyce stojí pod deskou.
Jednotka mimo SI · astronomie · délka
Světelný rok, ly
Pravítko, jehož dílky odměřuje světlo
Jednotka délky · dráha světla ve vakuu za juliánský rok · 9 460 730 472 580 800 m
Toto slovo nevymysleli astronomové, ale popularizátoři, a odborníci se zprvu mračili: zdálo se jim nesmyslné měřit vzdálenost časem, a navíc rokem, který každý kalendář počítá po svém. Zvítězila však názornost, protože větu „k nejbližší hvězdě letí světlo čtyři roky“ pochopí každý, kdo někdy čekal na dopis, kdežto číslo v milionech milionů kilometrů nic neřekne představivosti.
Výhodou této jednotky je, že spolu se vzdáleností sděluje stáří obrazu. Když se díváme na Proximu, vidíme ji takovou, jaká byla před čtyřmi a čtvrt roky, a když se díváme na mlhovinu v Andromedě — takovou, jaká byla, když se na Zemi ještě neobjevil ani jeden člověk moderního typu. Dalekohled v tomto smyslu není ani tak zvětšovací sklo jako stroj, který ukazuje minulost, a různé části oblohy ukazuje v různých epochách najednou.
Přesná hodnota jednotky nepochází z měření, ale ze dvou dohod: rychlost světla ve vakuu je stanovena jako přesný počet metrů za sekundu a rok se k tomu bere juliánský, přesně třicet jedna milionů pět set padesát sedm tisíc šest set sekund. Vynásobte jedno druhým a dostanete délku světelného roku do poslední číslice, bez jakékoli nejistoty. Nejistota se objeví až potom, když se tímto pravítkem začne měřit skutečná obloha.
Mezinárodní značkou jsou dvě malá latinská písmena ly bez teček a bez mezery mezi nimi; česky se píše „světelný rok“ nebo zkratkou „sv. r.“, ale v tabulkách a popiscích grafů se dává právě ly, protože tak se popisek přečte v kterékoli zemi. Násobky se tvoří obvyklými předponami: kly, Mly, Gly — tisíc, milion a miliarda světelných let.
Světelný rok je vzdálenost a přítomnost slova „rok“ na tom nic nemění: říct „letěli jsme dvanáct světelných let“ je stejně nesmyslné jako říct „šli jsme dvanáct kilometrů za hodinu dlouho“. Nemá se zaměňovat ani s parsekem, který je o něco delší než tři a čtvrt světelného roku, ani s rokem jako časovým úsekem: v definici je juliánský rok o délce přesně tři sta šedesát pět a čtvrt dne, nikoli tropický ani kalendářní.
01 · Definice
dráha světla za rok · stáří obrazu · doba cesty pro loďSvětelný rok je vzdálenost, kterou světlo urazí ve vakuu za jeden juliánský rok, tedy za tři sta šedesát pět a čtvrt dne po osmdesáti šesti tisících čtyřech stech sekundách. Definice obsahuje dvě veličiny, obě stanovené přesně, a proto je přesný i jejich součin: není tu etalon, měření ani opravy — je tu jen násobení dvou čísel přijatých dohodou.
Slova „ve vakuu“ nejsou v definici ozdobou. Ve vzduchu, ve skle a v mezihvězdném plynu se světlo šíří pomaleji, a kdyby se jednotka definovala skutečným paprskem, její délka by závisela na tom, jakým úsekem oblohy prošel. Astronomické vakuum je téměř dokonalé, ale oprava na látku zůstává pro rádiové vlny znatelná, a proto je v definici zakotvena právě rychlost ve vakuu.
Druhou jemností je, který rok se bere. Tropický rok je o zhruba jedenáct minut kratší než juliánský, kalendářní co chvíli mění délku a siderický je delší; rozdíl vychází v milióntinách, což pro astronomii není málo. Mezinárodní astronomická unie zvolila juliánský rok právě pro jeho stálost: není vázán ani na rotaci Země, ani na její oběh kolem Slunce, a proto se s časem nemění.
A konečně má tato veličina vlastnost, kterou nemá metr ani parsek: hned říká, o kolik jsme se opozdili. Vzdálenost ve světelných letech je stářím obrazu a každá mapa oblohy se ukazuje jako mapa různých epoch sešitých do jednoho obrazu. Kvůli této vlastnosti odborníci jednotku snášejí, i když v článcích dávají přednost parseku: je odvozen přímo z měřeného úhlu, nikoli z času.
Koho vidíme a ke komu doletíme
V horní polovině scény svítí objekt a od něj k nám jde vlna: dokud je na cestě, nevidíme hvězdu, ale její minulost, a popisek u okuláru ukazuje rok, v němž světlo vyrazilo. Posuvník vzdálenosti přesouvá objekt od okraje Sluneční soustavy k sousedním galaxiím a spolu s ním se mění epocha, kterou pozorujeme. V dolní polovině letí k témuž objektu loď a má dvoje hodiny: fialové zůstávají na Zemi, růžové jdou na palubě. Druhý posuvník loď zrychluje, a čím víc se blíží rychlosti světla, tím víc se údaje rozcházejí — až se cesta, která ze Země trvá staletí, pro posádku smrskne na několik let. Všimněte si, že loď nemůže předběhnout světlo při žádném nastavení: růžová značka zůstává vždy za azurovou.
02 · Převod
vzdálenosti · světlo na cestě · let rychlostí blízkou světluJedna vzdálenost v šesti podobách
První karta převádí zadanou vzdálenost na jiné jednotky — od parseků a astronomických jednotek po světelné dny a obyčejné kilometry. Druhá ukazuje, světlo kterých epoch k nám přichází od známých objektů. Třetí počítá let: kolik let potrvá podle hodin Země a kolik podle hodin lodi při různých rychlostech.
Pravidlo pro paměť: parsek je o něco víc než tři světelné roky, světelný rok o něco víc než šedesát tři tisíc astronomických jednotek a od Slunce k nám světlo letí osm minut a něco.
Samotná jednotka je přesná, ale vzdálenosti v ní vyjádřené přesné zdaleka vždy nejsou: k sousedním hvězdám je známe s přesností na zlomky procenta, k jasným veleobrům s rozptylem desítek procent a u vzdálených galaxií závisejí navíc na zvoleném modelu rozpínání. Počet světelných let v příručce téměř vždy nese nejistotu, kterou populární popisky vynechávají.
| Veličina | Hodnota | Poznámka |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Měřicí přístroje
laserová lokace · astrometrická družice · cefeida · supernovaŽebřík, jehož každá příčka stojí na předchozí
Jediný případ, kdy je pravítko poctivé
Do koutových odražečů, které zůstaly na Měsíci, se dodnes střílí laserovými impulzy a zachycují se vracející se fotony, kterých přijde jeden na několik výstřelů. Vzdálenost vychází přímo z doby letu, měří se tedy doslova ve světelných sekundách a přesnost dosahuje centimetrů. Metoda funguje v rámci Sluneční soustavy — dál už nemá kdo postavit odražeč a pravítko ustupuje řetězci nepřímých postupů.
Kývání místo pravítka
Nejbližší hvězdy se měří geometricky: za půl roku se pozorovatel spolu se Zemí přesune o dvojnásobek vzdálenosti ke Slunci a blízká hvězda se nepatrně posune vůči vzdáleným. Úhel tohoto posunu činí zlomek úhlové vteřiny a jeho převrácená hodnota dává hned vzdálenost v parsecích, které se pak převádějí na světelné roky. Moderní astrometrická družice takto změřila přes miliardu hvězd a posunula horizont přímé metody až k několika tisícům světelných let.
Hvězda, která sama sděluje svou jasnost
Proměnné cefeidy pulzují a perioda jejich pulzace je pevně svázána s jejich skutečnou svítivostí: když astronom zjistí periodu stopkami, ví, jak jasná hvězda doopravdy je, a srovnáním s tím, jak slabě vypadá, dostane vzdálenost. Právě tak se ve dvacátých letech minulého století ukázalo, že mlhovina v Andromedě leží daleko za hranicemi naší Galaxie, a rozměry světa vzrostly přes noc mnohonásobně.
Tam, kde světelný rok přestává být pohodlný
Na velkých vzdálenostech přicházejí na řadu výbuchy supernov určitého druhu, jejichž svítivost je téměř stejná, a rudý posuv čar ve spektru. Tady však jednotka začíná mít potíže: zatímco bylo světlo na cestě, prostor se rozpínal, a „vzdálenost“ se rozpadá na několik různých veličin — jak dlouho světlo letělo a jak daleko je objekt nyní. Proto kosmologie raději hovoří o rudém posuvu a světelné roky přenechává populárním popiskům.
05 · Pravidla zápisu
ly bez teček · předpony násobků · je to délkaRok v názvu, metry v podstatě
Téměř všechny chyby s touto jednotkou pocházejí z jejího názvu: slovo „rok“ s sebou táhne čas a do textu pronikají obraty, v nichž se vzdálenost měří hodinami a rychlost kilometry.
První zápis dosazuje dobu trvání na místo vzdálenosti, a proto je nesmyslný, jako „dvanáct kilogramů cesty“. Druhý a čtvrtý porušují podobu značky: dvě malá písmena, bez teček a bez mezery. Třetí bere kalendářní rok místo juliánského a tím mění hodnotu jednotky na šestém místě. Pátý zaměňuje vzdálenost se stářím: světlo šlo čtyři roky, kdežto hvězda existuje miliardy let. Šestý je právě ta původní chyba, z níž vyrůstají všechny ostatní, a bohužel se s ní lze setkat i v popiscích docela vážných ilustrací.
06 · Sousední jednotky
parsek · astronomická jednotka · světelná sekundaTři sousední jednotky si dělí jeden a týž rozsah vzdáleností a liší se tím, odkud je míra vzata: u parseku je to úhel, u astronomické jednotky oběžná dráha Země, u světelného roku a světelné sekundy doba cesty.
Jednotka odborných článků: je odvozena přímo z měřeného úhlu, nikoli z času, a proto do ní není třeba dosazovat cizí dohodu o délce roku.
Míra vnitřních záležitostí Sluneční soustavy: vzdálenost Země od Slunce stanovená jako přesný počet metrů. Za oběžnou dráhou Neptunu už je nepohodlná.
Mladší sestra téhož rodu, pohodlná pro spojení: k Měsíci letí světlo sekundu a čtvrt a rozhovor s ním už nelze vést bez znatelných pauz.
Mezi pasy Simetrium stojí vedle parsek, a v základu obou jednotek leží táž rychlost světla, kterou se měří i doba průchodu signálu v pozemních spojích.
07 · Historický oddíl
archiv · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Jak se ze zpoždění světla stalo pravítko
{title}
{text}
Výška sloupců ukazuje, do jaké vzdálenosti se v různých epochách dalo dosáhnout přímým geometrickým měřením, a bílá značka projde celou tuto cestu. Všimněte si, že každý skok souvisí ne s novou teorií, ale s novým přístrojem: nejprve heliometr, pak fotografická deska, pak družice vynesená nad atmosféru.
Přesná jednotka pro nepřesné vzdálenosti
Zvláštností této jednotky je, že je známa naprosto přesně, kdežto všechno, co se jí měří, je známo jen přibližně. Přesnost přišla zadarmo: rychlost světla se přestala měřit ve chvíli, kdy se přes ni definoval metr, a juliánský rok se dohodou počítá jako přesně třicet jedna a půl milionu sekund, a součin dvou přesných čísel nemůže dát nic jiného než třetí přesné číslo.
Nejistota se objeví v dalším kroku, když se pravítko přiloží k obloze. Vzdálenosti k nejbližším hvězdám jsou známy s přesností na setiny procenta, ale už u jasných veleobrů, jako je Betelgeuze, dosahuje rozptyl odhadů desítek procent, protože u takových hvězd je rozmazaný už sám povrch a paralaxu je třeba vyčistit z roztřeseného obrazu. Na galaktických vzdálenostech nastupuje řetězec nepřímých metod a každá jeho příčka přidává vlastní nejistotu k té zděděné po předchozí.
Odtud pravidlo dobrého tónu: počet světelných let je třeba uvádět spolu s nejistotou a způsobem, jakým byl získán, protože „dva a půl tisíce světelných let“ z paralaxy a totéž číslo z rudého posuvu jsou veličiny různé povahy. Jednotka přitom za nic nemůže: je přesně taková, jak byla definována, a veškerá nejistota nepochází z pravítka, ale z toho, co se jím měří.
Katalog veličin
astronomie a vzdálenostiZákladní jednotky SI
zvýrazněny jsou metr a sekunda — z nich je světelný rok složenKam se díváme a co vidíme
rok vyražení světla se počítá od letošního roku| Objekt | Vzdálenost | V parsecích | Světlo na cestě | Světlo vyrazilo | Co se tehdy dělo |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
Poslední sloupec je hlavním argumentem pro tuto jednotku: mění vzdálenost v datum, a tím pozorování připodobňuje ke čtení dopisů odeslaných v různých stoletích. Je však třeba pamatovat, že u vzdálených objektů jsou tato data smluvní: zatímco bylo světlo na cestě, prostor se stihl rozepnout, a „kolik let letělo“ se už nekryje s „jak daleko je objekt teď“.