Brzina svjetlosti je granica kojom se materijalni objekt može kretati u prostoru, osim ako, naravno, ne uzmemo u obzir hipotetske crvotočine, uz pomoć kojih se, prema pretpostavkama, predmeti mogu još brže kretati u prostoru. U idealnom vakuumu čestica svjetlosti, foton, može se kretati brzinom od 299.792 kilometara u sekundi, odnosno oko 1,097 milijardi kilometara na sat. Na prvi pogled, može se činiti iznenađujuće brzim. Ne, zapravo je brzo. Ali na kozmičkoj ljestvici, ta brzina može biti nevjerojatno mala, posebno kada je riječ o radio komunikaciji i letovima na druge planete, posebno one izvan našeg Sunčevog sustava.
Kako bi bilo lakše razumjeti ograničene mogućnosti brzine svjetlosti, planetarni znanstvenik iz NASA-inog centra za svemirske letove Goddard, James O'Donoghue, stvorio je niz animiranih video zapisa.
U razgovoru za Business Insider, O'Donoghue je rekao da je tek nedavno naučio kako napraviti ove animacije. Njegov prvi posao za NASA bio je priprema videozapisa o Saturnovim prstenima. Nakon toga počeo je animirati druge teško razumljive svemirske koncepte, primjerice, vizualnu usporedbu veličina i brzine rotacije planeta Sunčevog sustava. Prema njegovim riječima, ovo djelo, objavljeno na njegovoj osobnoj Twitter stranici, privuklo je veliko zanimanje.
Njegovo najnovije djelo je pokušaj da jasno pokaže kako brzi i istodobno spori fotoni mogu biti.
Vizualna demonstracija kretanja fotona oko Zemlje
U prvoj animaciji O'Donoghue je pokazao kako se brzo svjetlo može kretati u odnosu na Zemlju.
Promotivni video:
Ekvador našeg planeta dugačak je otprilike 40 tisuća kilometara. Da nije bilo atmosfere (čestice koje sadrži mogu malo usporiti svjetlost), tada bi foton koji klizne njegovom površinom napravio gotovo 7,5 punih okretaja u 1 sekundi (ili 0,13 sekunde po okretaju).
Iako se u ovom scenariju brzina svjetlosti čini nevjerojatno brzom, videozapis također pokazuje da je konačan.
Kako brzo svjetlost putuje između Zemlje i Mjeseca
U drugom videu O'Donoghue pokriva veću udaljenost - od Zemlje do Mjeseca.
Prosječno je udaljenost između našeg planeta i njegovog prirodnog satelita 384.000 kilometara. To znači da će mjesečeva svjetlost promatrana na nebu prijeći tu udaljenost za 1.255 sekundi, a putovanje naprijed-nazad, primjerice, pri prijenosu radio poruka između Zemlje i svemirskog broda, trajat će 2,51 sekunde.
Treba napomenuti da se ovo vrijeme svakim danom povećava, budući da se svake godine Mjesec udaljava od Zemlje za oko 3,8 centimetara (Mjesec neprestano smanjuje Zemljinu energiju rotacije putem gravitacijsko-plimne interakcije. Posljedice tog učinka su promjena u orbiti satelita).
Koliko brzo svjetlost prelazi udaljenost između Zemlje i Marsa
U trećem videu O'Donoghue je pokazao problem s kojim se svakodnevno moraju suočavati mnogi planetarni znanstvenici.
Kada zaposlenici NASA zrakoplovne agencije pokušaju preuzeti i primiti podatke s svemirskog broda, na primjer, iste InSight sonde koja trenutno djeluje na Marsu, poruke se prenose brzinom svjetlosti. Međutim, nije dovoljno kontrolirati uređaj u "stvarnom vremenu". Stoga ekipe moraju biti pažljivo osmišljene, što je moguće komprimirane i usmjerene u točno vrijeme i mjesto kako ne bi propustile cilj.
Najbrži prijenos poruka između Zemlje i Marsa moguć je u trenutku kada su planete na mjestu najbližeg približavanja. Međutim, to se događa samo otprilike jednom u dvije godine. Pored toga, čak i u ovom slučaju razdvojeni smo udaljenosti od oko 54,6 milijuna kilometara. Videozapis O'Donoghue pokazuje da na toj udaljenosti svjetlost treba 3 minute i 2 sekunde da bi se s jednog planeta prebacila na drugi, odnosno 6 minuta u oba smjera.
U prosjeku su Zemlja i Mars razdvojeni na udaljenosti od 254 milijuna kilometara, tako da u prosjeku dvosmjerni prijenos poruke traje oko 28 minuta i 12 sekundi.
Što je daljina udaljenost, smanjuje se "učinkovitost" brzine svjetlosti
Ograničenje brzine svjetlosti stvara još više problema svemirskim letjelicama udaljenim od Zemlje. Na primjer, ista sonda New Horizons, koja je sada udaljena 6,64 milijarde kilometara od nas, ili Voyager 1 i Voyager 2, koji su stigli do ruba Sunčevog sustava.
Ilustracija svemirske svemirske probojne "nanoprobele" ubrzava se vrlo snažnim laserskim snopom i usmerava prema zvjezdanom sustavu Alpha Centauri.
Situacija postaje prilično tužna kada je u pitanju prijenos poruke drugom sustavu zvijezda. Na primjer, najbliža egzoplaneta koju poznajemo, Proxima b, udaljena je oko 4,2 svjetlosne godine (oko 39,7 trilijuna kilometara). Čak i ako uzmemo najbržu svemirsku letjelicu u ovom trenutku, solarnu sondu Parker, sposobnu dostići brzinu od 343.000 kilometara na sat, čak bi i sada trebalo oko 13.211 godina da dosegnemo Proximu b.
Nikolaj Khizhnyak