تعليمنظريات علمية
المسافة التي يقطعها الضوء في السنة
ماهي السنة الضوئية
- تمثل المسافة التي يقطعها الضوء خلال السنة وحدة قياس مستخدمة في علوم الفيزياء.
- يطرح العديد من الطلاب أسئلة مختلفة حول المسافة التي يقطعها الضوء في السنة وكيفية استخدام هذه الوحدة في العلوم الفلكية ومختلف مجالات العلم.
- يُطلق على المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة واحدة اسم السنة الضوئية.
- المسافة التي يقطعها ضوء الشمس أو النجوم خلال سنة واحدة للوصول إلى المجرات والكواكب الأخرى يسمى السنة الضوئية في الفيزياء.
- يُستخدم سرعة الضوء فيزيائيًا لقياس المسافات البعيدة جدًا بين المجرات والكواكب المختلفة.
- يقع الكوكب الأرض على بعد حوالي 26 ألف سنة ضوئية عن مركز مجرتنا المعروفة باسم مجرة درب التبانة.
- عند استخدام السنة الضوئية لقياس المسافات الهائلة في الكون، يمكننا فهم الارتباط بين الأبعاد الثلاثة في الفضاء ومفهوم الزمن، وكيف يحدث الاندماج بينهما لتشكيل ما يعرف بالزمكان.
- عند رؤية الضوء القادم من مكان بعيد، فإن ذلك يمكننا من النظر إلى الماضي، وعند رؤية النجم المضيء على بعد حوالي 400 سنة ضوئية، فإننا في الواقع نرى هذا النجم المضيء قبل ما يقرب من 400 سنة.
ماهي سرعة الضوء
- يتم حساب المسافة التي يقطعها الضوء خلال عام بسرعة تسمى السرعة الضوئية أو سرعة الضوء.
- يتمثل مفهوم الضوء في علم الفيزياء في تدفق جسيمات، وهناك مفهوم آخر يصفه على أنه موجة كهرومغناطيسية أو إشعاع كهرومغناطيسي، وتعتبر سرعة الضوء ثابتة من الثوابت الأساسية في علم الفيزياء.
- تقدر هذه السرعة التي تعرف بسرعة الضوء بحوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية وهذا الرقم يساوي 18 كيلومتر خلال دقيقة واحدة فقط، هذه الدقيقة يطلق عليها اسم الدقيقة الضوئية.
أمثلة على استعمال المسافة التي يقطعها الضوء في السنة
- تعادل المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة واحدة، والتي تسمى الفرسخ السنوي، حوالي 3.3 سنوات ضوئية
- يستخدم علماء الفلك هذه الوحدة الفلكية التي تعادل 3.3 سنة ضوئية.
- المسافة بين البرج المعروف باسم برج السرطان وبيننا تبلغ حوالي أربعة آلاف سنة ضوئية.
- تُدعى المجرة التي ننتمي إليها بمجرة درب التبانة، وتمتد هذه المجرة على مسافة تقريباً 150 ألف سنة ضوئية بشكل رئيسي.
- تسمى المجرات القريبة من مجرة درب التبانة، التي ننتمي إليها، بأندروميدا، وتقدر المسافة بينها بحوالي 2.3 مليون سنة ضوئية تقريبًا.
- ضمن النظام الشمسي يستخدمون وحدة قياسية تقريبية تبلغ حوالي 150 كيلومترًا للوصول من كوكب الأرض إلى الشمس، وهذا المسافة القريبة هي الفارق بينها وبين النجم المعروف باسم الشمس.
- توجد مسافة بين كوكب عطارد والشمس تقدر بحوالي ثلث مسافة كوكب الأرض والشمس.
ماهي طريقة رومر
- رومر هو عالم قام بمحاولة قياس سرعة الضوء لأول مرة باستخدام الأرصاد الفلكية للقمر الذي ينتمي إلى كوكب المشتري.
- يحتاج القمر المرافق لكوكب المشتري إلى حوالي دورته الكاملة حول كوكبه الذي يُعرف باسم كوكب المشتري.
- هناك أيضا دورة حول الشمس بواسطة كوكب المشتري، وتستغرق هذه الدورة 12 سنة من سنوات كوكب الأرض.
- يجب على قمر المشتري الذي يسمى إيو أن يكمل دورته بثبات ويتم استخدام الوقت المناسب والتعديل ليتناسب مع سرعته وبطئه.
- عند تخفيض سرعة هذا القمر، سيسقط مباشرةً على كوكب المشتري.
- وعندما يسرع هذا القمر، سوف يتحرر بشكل كامل من جاذبية كوكب المشتري في الفضاء الخارجي.
- على الرغم من ذلك، فإن هذا القمر يتميز بدورة كاملة مستقرة ومنتظمة حول كوكب المشتري.
- بعد مرور حوالي سنة، قام العالم رومر بجمع كل البيانات الفلكية المتعلقة بالقمر إيو ولاحظ الاختلاف الذي يحدث عند دورانه في التوقيت عن التوقيت المتوسط المتوقع.
- يشير هذا الاختلاف إلى أن الدورة التي يقوم بها القمر إيو تستغرق وقتًا طويلًا عندما يكون كوكب الأرض وكوكب المشتري بعيدين جدًا عن بعضهما البعض.
- تتغير مدة هذه الدورة الخاصة بالقمر إيو قليلاً عندما يقترب كوكب الأرض وكوكب المشتري من بعضهما البعض.
- بسبب وجود القمر الثابت المعروف باسم إيو المنتمي لكوكب المشتري، يمكن بسهولة توقع حدوث خسوف له، ولكن عالم رومر لم يتمكن من ذلك.
- نظرًا لاختلاف توقيت الدورة لهذا القمر عند ابتعاد واقتراب كوكب الأرض من كوكب المشتري، فإن العالم لم يتمكن من تحديد ذلك.
- تم استخدام بيانات الرصد التي جمعها رومر والعالم هويجنس لتحديد سرعة الضوء وإثبات أنها ليست غير محدودة.
المحاولة التي قام بها جاليليو
- قام عالم يدعى جاليلو وفريقه بوضع شخصين على جبلين بمسافة تبلغ 10 كيلومترات بينهما لإجراء تجربة.
- تم توزيع كشافات أو فوانيس مضيئة على كل شخص منهم، حيث يتم تغطيتها، وعند فتح أحد الفوانيس، يجب على شخص آخر فتح فانوسه الخاص أيضًا، وذلك لتسجيل الوقت بين فتح الفانوس الأول والفانوس الثاني.
- لم يكن الأمر ثابتًا، إنه لمجرد حدث لحظي، ولم يستطع جاليليو القيام بهذا الأمر، مما جعله يتأكد من أن عملية قياس سرعة الضوء أمر مستحيل الحدوث.
كم تساوي السنة الضوئية سنة أرضية
- تستخدم السنة الضوئية في العلوم الفلكية، لأن المسافات الشاسعة الكبيرة في الفضاء الخارجي تحتاج إليها.
- يتم استخدام السنة الضوئية لأن الكواكب والعديد من الأجرام السماوية يكونون على بعد آلاف الأميال من بعضهم البعض.
- يمكن احتساب طول السنة الضوئية والسنة العادية من خلال معرفة أن المسافة التي يقطعها الضوء خلال عام واحد تساوي عشرة تريليون كيلومتر سنة أرضية
قياس سرعة الضوء
- هناك عدة محاولات عبر التاريخ لقياس هذه السرعة الضوئية.
- إذا قمنا بالتفكير بشكل منطقي، ندرك أن أي سرعة يُمكن حسابها عن طريق قسمة المسافة على الزمن. ولكن سرعة الضوء تختلف تماماً عن أي سرعة عادية، ويعود ذلك إلى أن الضوء يسير بسرعة فائقة جداً والأمر ليس بسيطاً لهذا الحد.
سرعة الضوء في الفراغ
- قام العديد من علماء الفلك المختلفين بمحاولات عديدة لقياس السرعة الضوئية عبر الزمن.
- يعتبر العالم الإيطالي جاليليو جاليلي أول من حاول قياس سرعة الضوء، ولكن كانت النتائج غير دقيقة بسبب عدم توفر الأدوات المطلوبة في العصر الذي عاشه.
- بعد فيزو، أصبحت العديد من النتائج الفيزيائية دقيقة للغاية في هذا العالم.
- في العصر الحالي، وصل العلماء المختصون في دراسة الأمور الفلكية إلى أقل نسبة خطأ ممكنة والتي تبلغ حوالي واحد في المائة فقط من الخطأ، وهذا أمر يبدو جيدًا للغاية.
- تقدر سرعة الضوء بحوالي 299,792,458 م/ثانية.