Слева горит звезда, и от неё одна за другой расходятся цветные волны — розовая, голубая, лиловая, — каждая со своим запозданием, так что круги никогда не совпадают. Над ними тлеют две туманности, медленно меняющие очертания, а вокруг мигают звёзды, у которых периоды взяты несоизмеримыми. По нижней шкале от звезды бежит голубая метка и доходит ровно до отметки в один световой год, где её ждёт розовая черта: это и есть измерение — путь света за год, отложенный на линейке. Буква в середине одинакова во всех локалях, русское название стоит под плитой.
Внесистемная единица · астрономия · длина
Световой год, ly
Линейка, у которой деления отмеряет свет
Единица длины · путь света в пустоте за юлианский год · 9 460 730 472 580 800 m
Слово это придумали не астрономы, а популяризаторы, и профессионалы поначалу морщились: им казалось нелепым мерить расстояние временем, да ещё и годом, который у всякого календаря свой. Победила, однако, наглядность, потому что фраза «до ближайшей звезды четыре года пути для света» понятна всякому, кто хоть раз ждал письма, а число в миллионах миллионов километров не говорит воображению ничего.
Выгода этой единицы в том, что вместе с расстоянием она сообщает возраст картинки. Глядя на Проксиму, мы видим её такой, какой она была четыре года с четвертью назад, а глядя на туманность Андромеды — такой, какой она была, когда на Земле ещё не появилось ни одного человека современного вида. Телескоп в этом смысле не столько увеличительное стекло, сколько машина, показывающая прошлое, причём разные участки неба она показывает в разные эпохи сразу.
Точное значение единицы получено не измерением, а двумя соглашениями: скорость света в пустоте закреплена как точное число метров в секунду, а год для этой цели взят юлианский, ровно в тридцать один миллион пятьсот пятьдесят семь тысяч шестьсот секунд. Перемножьте одно на другое — и получите длину светового года до последней цифры, без всякой погрешности. Погрешность появляется потом, когда этой линейкой начинают мерить настоящее небо.
Международное обозначение — две строчные латинские буквы ly без точек и без пробела между ними; по-русски пишут «св. год» либо «световой год», но в таблицах и подписях к графикам принято ставить именно ly, поскольку так подпись читается в любой стране. Кратные образуются обычными приставками: kly, Mly, Gly — тысяча, миллион и миллиард световых лет.
Световой год — расстояние, и никакое присутствие слова «год» этого не меняет: сказать «мы летели двенадцать световых лет» так же нелепо, как сказать «мы шли двенадцать километров в час». Не следует путать его и с парсеком, который короче трёх с четвертью световых лет, и с годом как промежутком времени: в определении взят юлианский год ровно в триста шестьдесят пять с четвертью суток, а не тропический и не календарный.
01 · Определение
путь света за год · возраст картинки · время в пути для корабляСветовой год есть расстояние, которое свет проходит в пустоте за один юлианский год, то есть за триста шестьдесят пять с четвертью суток по тридцать шесть тысяч четыреста секунд. Определение содержит две величины, и обе закреплены точно, а потому и произведение их точно: тут нет ни эталона, ни измерения, ни поправок — есть перемножение двух чисел, принятых по соглашению.
Слово «в пустоте» в определении не украшение. В воздухе, в стекле и в межзвёздном газе свет идёт медленнее, и если бы единицу определяли по настоящему лучу, её длина зависела бы от того, какой участок неба он пересёк. Астрономическая пустота почти идеальна, но сама поправка на вещество остаётся заметной для радиоволн, и потому в определение заложена скорость именно в вакууме.
Вторая тонкость — какой из годов взят. Тропический год короче юлианского примерно на одиннадцать минут, календарный то и дело меняет длину, а сидерический длиннее; разница в итоге выходит в миллионные доли, что для астрономии немало. Международный астрономический союз выбрал юлианский год именно за постоянство: он не привязан ни к вращению Земли, ни к её обращению вокруг Солнца, и потому не меняется со временем.
Наконец, у величины есть свойство, которого нет ни у метра, ни у парсека: она сразу говорит, насколько мы опоздали. Расстояние в световых годах и есть возраст изображения, и всякая карта неба оказывается картой разных эпох, сшитых в одну картинку. Профессионалы ради этого свойства единицу и терпят, хотя в статьях предпочитают парсек: он выведен из непосредственно измеряемого угла, а не из времени.
Кого мы видим и до кого долетим
В верхней половине сцены светит объект, и от него к нам идёт волна: пока она в пути, мы видим не звезду, а её прошлое, и подпись у окуляра показывает год, в котором свет отправился. Ползунок расстояния передвигает объект от края Солнечной системы до соседних галактик, и вместе с ним меняется эпоха, которую мы наблюдаем. В нижней половине к тому же объекту летит корабль, и у него двое часов: лиловые остаются на Земле, розовые идут на борту. Второй ползунок разгоняет корабль, и чем ближе он подбирается к скорости света, тем сильнее расходятся показания — до тех пор, пока путь, на который с Земли уходят столетия, для экипажа не сожмётся в несколько лет. Заметьте, что обогнать свет корабль не может ни при какой настройке: розовая метка всегда остаётся позади голубой.
02 · Пересчёт
расстояния · свет в пути · полёт с околосветовой скоростьюОдно расстояние в шести видах
Первая вкладка переводит введённое расстояние в прочие единицы — от парсеков и астрономических единиц до световых суток и обычных километров. Вторая показывает, свет каких эпох приходит к нам от известных объектов. Третья считает полёт: сколько лет он займёт по земным часам и сколько по корабельным при разных скоростях.
Правило для памяти: парсек чуть больше трёх световых лет, световой год чуть больше шестидесяти трёх тысяч астрономических единиц, а до Солнца свет идёт восемь минут с небольшим.
Сама единица точна, а вот расстояния, выраженные в ней, точны далеко не всегда: до соседних звёзд их знают с точностью в доли процента, до ярких сверхгигантов — с разбросом в десятки процентов, а до далёких галактик расстояния зависят ещё и от выбранной модели расширения. Число световых лет в справочнике почти всегда несёт при себе погрешность, которую в популярных подписях опускают.
| Величина | Значение | Пояснение |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Приборы измерения
лазерная локация · астрометрический спутник · цефеида · сверхноваяЛестница, у которой каждая ступень стоит на предыдущей
Единственный случай, когда линейка честная
По уголковым отражателям, оставленным на Луне, до сих пор бьют лазерным импульсом и ловят вернувшиеся фотоны, которых приходит по одному на несколько выстрелов. Расстояние получается прямо из времени полёта, то есть измеряется буквально в световых секундах, и точность доходит до сантиметров. Метод работает в пределах Солнечной системы — дальше отражатель ставить некому, и линейка сменяется цепочкой косвенных приёмов.
Качание вместо линейки
Ближайшие звёзды меряют геометрически: за полгода наблюдатель вместе с Землёй переезжает на два расстояния до Солнца, и близкая звезда чуть смещается относительно далёких. Угол этого смещения — доли секунды дуги, и обратная его величина сразу даёт расстояние в парсеках, которые затем переводят в световые годы. Современный астрометрический спутник измерил так более миллиарда звёзд, доведя горизонт прямого метода до нескольких тысяч световых лет.
Звезда, которая сама сообщает свою яркость
Переменные-цефеиды пульсируют, и период их пульсации жёстко связан с истинной светимостью: узнав период по секундомеру, астроном узнаёт, насколько ярка звезда в действительности, а сравнив с тем, насколько тускло она выглядит, получает расстояние. Именно так в двадцатых годах прошлого века выяснилось, что туманность Андромеды лежит далеко за пределами нашей Галактики, и размеры мира выросли в одночасье во много раз.
Там, где световой год перестаёт быть удобным
На больших расстояниях в ход идут вспышки сверхновых определённого рода, светимость которых почти одинакова, и красное смещение линий в спектре. Но здесь у единицы начинаются трудности: пока свет шёл, пространство расширялось, и «расстояние» распадается на несколько разных величин — то, сколько свет летел, и то, как далеко объект находится сейчас. Поэтому в космологии предпочитают говорить о красном смещении, а световые годы оставляют популярным подписям.
05 · Правила записи
ly без точек · кратные приставки · это длинаГод в названии, метры в существе
Почти все ошибки с этой единицей происходят из названия: слово «год» тянет за собой время, и в текст просачиваются обороты, в которых расстояние измеряют часами, а скорость — километрами.
Первая запись подменяет расстоянием длительность и потому бессмысленна, как «двенадцать килограммов пути». Вторая и четвёртая нарушают форму обозначения: две строчные буквы, без точек и без пробела. Третья берёт календарный год вместо юлианского и тем самым меняет значение единицы в шестом знаке. Пятая путает расстояние с возрастом: свет шёл четыре года, а звезда существует миллиарды лет. Шестая — та самая исходная ошибка, из которой вырастают все остальные, и встречается она, к сожалению, и в подписях к вполне серьёзным иллюстрациям.
06 · Соседние единицы
парсек · астрономическая единица · световая секундаТри соседние единицы делят между собой один и тот же диапазон расстояний, и различаются они тем, откуда взята мера: у парсека это угол, у астрономической единицы — орбита Земли, у светового года и световой секунды — время в пути.
Единица профессиональных статей: она выведена прямо из измеряемого угла, а не из времени, и потому в неё не приходится подставлять чужое соглашение о длине года.
Мера внутренних дел Солнечной системы: расстояние от Земли до Солнца, закреплённое точным числом метров. Дальше орбиты Нептуна ею уже неудобно пользоваться.
Младшая сестра той же породы, удобная для связи: до Луны свет идёт секунду с четвертью, и разговор с ней уже невозможно вести без заметных пауз.
Из паспортов Simetrium рядом стоит парсек, а в основании обеих единиц лежит та же скорость света, которой измеряется и время прохождения сигнала в земных линиях связи.
07 · Исторический раздел
архив · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Как опоздание света стало линейкой
{title}
{text}
Высота столбиков показывает, до какого расстояния удавалось дотянуться прямым геометрическим измерением в разные эпохи, а белая метка проходит этот путь целиком. Заметьте, что каждый рывок связан не с новой теорией, а с новым прибором: сперва гелиометр, затем фотопластинка, затем вынесенный за атмосферу спутник.
Точная единица для неточных расстояний
Странность этой единицы в том, что она известна абсолютно точно, а всё, что ею измерено, известно приблизительно. Точность далась даром: скорость света перестали измерять в тот момент, когда через неё определили метр, а юлианский год условились считать равным ровно тридцати одному миллиону с половиной секунд, и перемножение двух точных чисел не может дать ничего, кроме третьего точного числа.
Погрешность появляется на следующем шаге, когда линейку прикладывают к небу. До ближайших звёзд расстояния известны с точностью в сотые доли процента, но уже для ярких сверхгигантов вроде Бетельгейзе разброс оценок достигает десятков процентов, поскольку у таких звёзд размыта сама поверхность и параллакс приходится вычищать из дрожащего изображения. На галактических расстояниях вступает цепочка косвенных методов, и каждая её ступень добавляет собственную неопределённость к унаследованной от предыдущей.
Отсюда и правило хорошего тона: число световых лет следует приводить вместе с погрешностью и способом, которым оно получено, потому что «две с половиной тысячи световых лет» по параллаксу и то же число по красному смещению — величины разной природы. Единица при этом остаётся ни в чём не виноватой: она ровно такая, какой её определили, и всякая неопределённость приходит не от линейки, а от того, что ею меряют.
Каталог величин
астрономия и расстоянияБазовые единицы СИ
подсвечены метр и секунда — из них и собран световой годКуда мы смотрим и что видим
год отправления света посчитан от нынешнего года| Объект | Расстояние | В парсеках | Свет в пути | Свет вышел | Что тогда происходило |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
Последний столбец и есть главный довод в пользу этой единицы: она превращает расстояние в дату и тем самым делает наблюдение похожим на чтение писем, отправленных в разные века. Стоит, однако, помнить, что даты эти условны для далёких объектов: пока свет шёл, пространство успело расшириться, и «сколько лет он летел» перестаёт совпадать с «как далеко объект сейчас».