چند دقیقه طول میکشد نور خورشید به زمین

چند دقیقه طول میکشد نور خورشید به زمین را از سایت اسک 98 دریافت کنید.

سرعت نور

سرعت نور در خلأ یک ثابت جهانی و دقیقاً برابر با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه است. علت دقت این است که تعریف متر براساس سرعت نور و تعریف ثانیه بنا شده‌است.^[۲]

این کمیت را در فیزیک و دیگر علوم با حرف c نشان می‌دهند. در محاسبات عادی که دقت زیادی مورد نیاز نیست، سرعت نور را برابر با ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۳‎×۱۰^۸ متر بر ثانیه) در نظر می‌گیرند. مقدار آن تقریباً برابر با ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه است. سرعت نور بیشینه سرعتی است که انرژی، ماده و اطلاعات در جهان می‌تواند مسافرت کند. این سرعت همچنان سرعت تمام ذرات بدون جرم و میدان‌های فیزیکی — شامل تابش الکترومغناطیسی که نور نیز جزو آن می‌شود — نیز هست. ذراتی که ذکر شد سرعتشان مستقل چارچوب مرجع است که گسترش این اصل به نسبیت خاص می‌انجامد. همچنین این سرعت در فرمول مشهور هم‌ارزی جرم و انرژی یعنی E = mc² ظاهر می‌شود.^[۳]

سرعت نور در اجسام شفاف کمتر از سرعت نور در خلأ است. سرعت نور در خلأ تقسیم بر سرعت نور در آن ماده شفاف (مانند شیشه یا هوا) به عددی بزرگ‌تر از یک می‌انجامد که به آن ضریب شکست (با نماد n نشان می‌دهند) می‌گویند و در فرمول‌های نور هندسی کاربرد دارد. برای مثال ضریب شکست نور مرئی برای شیشه معمولی حدود ۱٫۵ است و بدین معنی است که سرعت نور در شیشه، c / ۱٫۵ ≈ ۷۰۰۸۲۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۲۰۰۰۰۰ km/s است. ضریب شکست نور برای هوا ۱٫۰۰۰۳ (۱٫۰۰۰۳) است که نشان می‌دهد نور در هوا حدود ۷۰۰۴۹۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۹۰ km/s کندتر از c حرکت می‌کند.

برای بسیاری از کاربردها، نور و دیگر امواج الکترومغناطیسی بدون تأخیر جابجا می‌شوند اما برای فواصل زیاد و اندازه‌گیری‌هایی بسیار حساس، سرعت محدود نور اثرات ملموسی دارد. در ارتباطات با کاوشگران فضایی دور ممکن است بین دقایق تا ساعت‌ها طول بکشید تا یک پیام از زمین به کاوشگر برسید یا برگردد. نور ستارگان از سال‌های بسیار گذشته به زمین می‌رسد که اجازه می‌دهد تاریخچه جهان را با بررسی اجسام دور مطالعه کرد. سرعت محدود نور همچنین نظریات حد سرعت رایانه را نیز محدود می‌کند برای اینکه اطلاعاتی که داخل یک کامپیوتر از یک پردازنده به پردازنده دیگر منتقل می‌شود سرعت محدودی خواهد شد.

نخستین بار گالیلئو گالیله سرعت نور را اندازه گرفت. اما مقداری که او به دست آورد بسیار متفاوت‌تر از مقدار واقعی بود. بعدها ستاره‌شناس دانمارکی اوله رومر به کمک گرفت‌های مشتری سرعت نور را تا حد دقیقی اندازه گرفت

نقش بنیادی در فیزیک[ویرایش]

سرعت نور مستقل از سرعت ناظر و منبع است.^{[Note ۱]} این ثبات سرعت نور در سال ۱۹۰۵ توسط آلبرت انیشتین بیان شد.^[۴] که توسط آزمایش‌های بسیاری صحت آن تأیید شده‌است.^[۵][۶] اگرچه در اول مهرماه ۱۳۹۰ محققان مرکز تحقیقاتی سرن اعلام کردند که حرکت ذرات بنیادی نوترینو با سرعتی بالاتر از سرعت نور را مشاهده کرده‌اند. اما پس از مدت کوتاهی مشخص شد این تضاد به دلیل خطا در آزمایش بوده‌است.^[۷][۸]

نسبیت خاص در واقع بررسی قوانین فیزیک برای ناظر و مرجع است برای زمانی که فرض شود سرعت نور وابسته به سرعت منبع یا ناظر نیست.^[۹][۱۰] یکی از این قوانین این است که سرعت تمام ذرات بدون جرم برابر سرعت نور در خلأ است.

نسبیت خاص اثبات‌های بسیار زیاد آزمایشگاهی دارد.^[۱۱] این شامل هم‌ارزی جرم و انرژی (E = mc²)، انقباض لورنتزی (کوتاه‌شدن اجسام در راستای حرکت)، اتساع زمان (کندتر شدن زمان) و افزایش جرم نیز هست. همه این موارد از فاکتور لورنتز بدست می‌آیند γ = (۱ − v²/c²)^−1/2، که در آن v سرعت جسم است.
تفاوت γ از یک در سرعت‌های کم نسبت به c یعنی تقریباً تمام حرکت‌های روزانه انسان ناچیز است. اما در سرعت‌های نزدیک به نور به مقادیر بسیار بزرگ میل می‌کند. طول جسمی که انقباض لورنتزی دارد و زمانی که در یک متحرک می‌گذرد از تقسیم طول در حالت سکون و زمان در حالت سکون بر فاکتور لورنتز بدست می‌آید. اما جرم یک شی متحرک از ضرب فاکتور لورنتز در جرم سکون آن جسم بدست می‌آید.

سرعت نور به عنوان حد بالای سرعت[ویرایش]

بنابر نسبیت خاص، انرژی یک جسم با سرعت v و جرم سکون m با γmc² بدست می‌آید که در آن γ فاکتور لورنتز است. هنگامی که سرعت برابر صفر است فاکتور لورنتز برابر یک بوده و انرژی جسم برابر با E = mc² است که همان هم‌ارزی جرم و انرژی است. اما هنگامی که سرعت جسم به سرعت نور نزدیک می‌شود این مقدار به سمت بی‌نهایت می‌رود بنابرین برای رساندن سرعت جسمی که جرم غیرصفر دارد به سرعت نور؛ نیاز به بی‌نهایت انرژی است. به همین دلیل سرعت نور، حد بالای سرعت در طبیعت است. این موضوع در تعداد زیادی پژوهش و آزمایش به اثبات رسیده‌است.^[۱۲]

تاریخچه[ویرایش]

منابع[ویرایش]

یادداشت‌ها[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

چقدر طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد؟

30 مرداد ماه 1388 (مطلب شماره 233)
تنها 8 دقیقه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بطور متوسط، زمین 150 میلیون کیلومتر از خورشید فاصله دارد. مدار زمین در عین حال تا حدودی بیضوی است؛ پس برخی اوقات از این میزان به خورشید نزدیکتر بوده و برخی اوقات نیز فاصله اش تا خورشید بیشتر است. مسیر بسیار طولانی ای به نظر می رسد. اما نور فوق العاده سریع حرکت می کند. سرعت نور در خلأ، 300,000 کیلومتر بر ثانیه است. حالا چقدر طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد؟ فقط 8 دقیقه.

تصویری از خورشید در یکی از طول موج های غیرمرئی که توسط تلسکوپ فضایی خورشیدی آمریکایی SOHO تهیه شده است. عارضه حلقوی سمت پایین-راست خورشید، یک زبانه خورشیدی است. عکس از : ناسا

به عبارت دیگر، اگر شراره ای* روی سطح خورشید رخ دهد، مقادیر عظیمی نور از خورشید منتشر می شود. این نور ظرف مدت 3.22 دقیقه به عطارد، 6.01 دقیقه به زهره و 8.32 دقیقه به زمین می رسد. این نور بایستی 4.16 ساعت در راه باشد تا به نپتون، دورترین سیاره منظومه شمسی از خورشید برسد. این در حالی است که 4.3 سال طول می کشد تا این فوتون های نوری به نزدیکترین ستاره تا خورشید، یعنی پروکسیما-قنطورس برسند.
سریعترین فضاپیمایی که تاکنون توسط بشر به فضا پرتاب شده است، مأموریت افق های نو (New Horizons) وابسته به سازمان فضایی آمریکا، ناسا بوده است که قرار است در سال 2015 از نزدیکی پلوتو و قمرهایش عبور کند. سرعت افق های نو، 75,000 کیلومتر بر ساعت است و 82 روز طول می کشد تا از زمین به خورشید برسد. یکی از راه های جذاب برای تصور بزرگی سرعت نور، این است که فرض کنیم خورشید آناً و در جا ناپدید شود. چون 8.32 دقیقه طول می کشد تا نور آن به زمین برسد، برای 8 دقیقه نخواهیم فهمید که خورشید ناپدید شده است!

* شراره های خورشیدی، پدیده های فوق العاده سریع و پرانرژی در سطح خورشیدند که در نتیجه تخلیه انرژی میدان های مغناطیسی محلی روی سطح خورشید بوجو می آیند.

منبع : Universetoday

***

مدت زمان رسیدن فتون های نور از مرکز خورشید به زمین چقدر است؟

نور باستانی خورشید:
شاید بسیاری از دوستان بدانند که نور برای پیمودن مسیر بین «سطح» خورشید تا زمین حدود هشت دقیقه زمان نیاز دارد. از طرفی می دانیم که این نور در واقع در هسته ی خورشید تولید می شود و اینکه این نور برای رسیدن به سطح خورشید چه مسافتی باید طی کند و چقدر زمان می برد تا خود را از لابلای دیگر ذرات باردار و چگالی بسیار بالای خورشید عبور دهد، موضوعی بسیار جالب است و مدت زمان محاسبه شده برای آن بسیار دور از ذهن.

آفتاب (نور خورشید) توسط فعل و انفعالات اتمی در هسته ی خورشید تولید می شود. در اصل نوری که ما می بینیم در ابتدا به صورت امواج گاما تولید شده و سریع پس از تولد سفر طولانی! خود را به سمت سطح خورشید آغاز می کند، ولی این راه راهی آسان و بی دردسر نیست، فتون نور پیش از رسیدن به سطح، باید میلیاردها تصادم با ذرات باردار را تجربه کند تا از میان این چگالی عظیم و شلوغی و ترافیک، کوره راهی به سمت بیرون پیدا کند، از آنجا به بعد دیگر به راحتی در فضا پراکنده شده و به سمت ما می آید.
هنگامی که فتون نوری به وجود می آید با سرعتی در حدود 300 هزار کیلومتر در ثانیه سفر خود را آغاز می کند و البته با همین سرعت به ذارت باردار اطراف خود برخورد می کند، هر برخورد مسیر فتون را عوض کرده و او را به سمت دیگر ذرات سوق می دهد. به این پدیده «مشکل پیمایش تصادفی»( Random Walk Problem) می گویند. با توجه به شعاع خورشید و چگالی آن و این موضوع مهم که «چگالی خورشید ده ها هزار بار از هسته تا سطح رقیق آن کاهش می یابد»، می توان زمان مسافرت این فتون ها را محاسبه کرد.
ضمنا میانگین حرکت فتون بین ذرات باردار از یک صدم سانتیمتر در هسته، تا سه دهم سانتیمتر نزدیک سطح خورشید، بیشتر می شود.
اگر یک سری حرکات تصادفی از N حالت را در نظر بگیریم، به ازایي برای مثال یک متر طول، مسافتی که در واقع حرکت می کنید جذر N خواهد بود. برای مثال پس از 100 حرکت تصادفی شما فقط 10 متر حرکت کرده اید، برای سفر 100 متری باید 10 هزار حرکت تصادفی داشته باشید و برای یک کیلومتر حرکات تصادفی شما یک میلیون خواهد بود و …
پس وقتی پیمایش تصادفی در هسته ی خورشید آغاز می شود، نور بین 10.000 تا 170.000 سال زمان می برد تا خود را به سطح خورشید برساند!!! و البته از آنجا هشت دقیقه ای خود را به ما می رساند.

پی نوشت:
در برخی از کتاب های درسی و منابع اینترنتی میلیون سال و این گونه ارقام نوشته شده که اشتباه محاسباتی ست، در واقع نوشتار پیوند نخست که در پایین می بینید پاسخی به این سوال است که چرا بعضی اعداد میلیونی محاسبه می کنند.

برای اطلاعات بیشتر بنگرید به:

http://sunearthday.gsfc.nasa.gov/2007/locations/ttt_sunlight.php
و
http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sun.html#center

با تشكر از دوست عزيزم بهزاد

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.