Lysets hastighed er den grænse, hvormed et materielt objekt kan bevæge sig i rummet, medmindre vi selvfølgelig tager højde for hypotetiske ormehuller, ved hjælp af hvilke objekter ifølge antagelser kan bevæge sig i rummet endnu hurtigere. I et ideelt vakuum kan en lyspartikel, en foton, bevæge sig med en hastighed på 299.792 kilometer i sekundet eller ca. 1.079 milliarder kilometer i timen. Ved første øjekast kan det virke overraskende hurtigt. Nej, det er faktisk hurtigt. Men i en kosmisk skala kan denne hastighed være uhyggeligt langsom, især når det kommer til radiokommunikation og flyvninger til andre planeter, især dem uden for vores solsystem.
For at gøre det lettere for nogen at forstå de begrænsede muligheder for lysets hastighed oprettede planetarisk videnskab ved NASA's Goddard Space Flight Center, James O'Donoghue, en række animerede videoer.
I en samtale med Business Insider sagde O'Donoghue, at han kun for nylig lærte, hvordan man laver disse animationer. Hans første job for NASA forberedte en video om Saturns ringe. Derefter begyndte han at animere andre vanskelige at forstå rumkoncepter, for eksempel en visuel sammenligning af størrelserne og omdrejningshastighederne for solsystemets planeter. Ifølge ham tiltrakkede dette arbejde, der blev offentliggjort på hans personlige Twitter-side, stor interesse.
Hans seneste arbejde er et forsøg på klart at demonstrere, hvor hurtigt og på samme tid langsomme fotoner kan være.
Visuel demonstration af bevægelsen af fotoner rundt om i Jorden
I den første animation viste O'Donoghue, hvor hurtigt lys kan bevæge sig i forhold til Jorden.
Salgsfremmende video:
Ekvator på vores planet er cirka 40 tusinde kilometer lang. Hvis den ikke havde en atmosfære (partiklerne, den indeholder, kan bremse lyset lidt), ville en foton, der glider langs dens overflade, foretage næsten 7,5 fulde omdrejninger på 1 sekund (eller 0,13 sekunder pr. Omdrejning).
Mens lysets hastighed ser ud til at være utrolig hurtig i dette scenarie, viser videoen også, at den er endelig.
Hvor hurtigt lys bevæger sig mellem Jorden og Månen
I den anden video dækker O'Donoghue en større afstand - fra Jorden til Månen.
I gennemsnit er afstanden mellem vores planet og dens naturlige satellit 384.000 kilometer. Dette betyder, at måneskinnet, der ses på himlen, bevæger sig denne afstand på 1.255 sekunder, og rejsen frem og tilbage, for eksempel når det transmitterer radiobeskeder mellem Jorden og rumfartøjet, vil tage 2,51 sekunder.
Det skal bemærkes, at denne tid forøges hver dag, da månen hvert år bevæger sig væk fra Jorden med ca. 3,8 centimeter (Månen udtømmer konstant energien fra Jordens rotation gennem gravitations-tidevandsinteraktion. Konsekvenserne af denne effekt er en ændring i satellitens bane).
Hvor hurtigt lys rejser afstanden mellem Jorden og Mars
I den tredje video demonstrerede O'Donoghue et problem, som mange planetariske videnskabsmænd skal møde på daglig basis.
Når medarbejdere i NASA-luftfartsagentur prøver at downloade og modtage data fra et rumfartøj, for eksempel den samme InSight-sonde, der i øjeblikket opererer på Mars, overføres meddelelser med lysets hastighed. Det er dog ikke nok til at kontrollere enheden i "realtid". Derfor skal holdene være nøje gennemtænkte, så komprimerede som muligt og rettet til det nøjagtige tidspunkt og sted for ikke at gå glip af målet.
Den hurtigste transmission af meddelelser mellem Jorden og Mars er mulig i det øjeblik, hvor planeterne befinder sig på det nærmeste punkt. Dette sker dog kun ca. en gang hvert andet år. Derudover er vi også i dette tilfælde adskilt med en afstand på ca. 54,6 millioner kilometer. O'Donoghues video viser, at lyset tager 3 minutter og 2 sekunder på denne afstand at komme fra den ene planet til den anden eller 6 minutter i begge retninger.
I gennemsnit er Jorden og Mars adskilt med en afstand på 254 millioner kilometer, så gennemsnitligt tager tovejsmeddelelser ca. 28 minutter og 12 sekunder.
Jo længere afstand der er, jo nedsættende bliver "effektiviteten" af lysets hastighed
Lysets hastighedsgrænse skaber endnu flere problemer for rumfartøjer længere væk fra Jorden. For eksempel den samme New Horizons-sonde, der nu ligger 6,64 milliarder kilometer fra os, eller Voyager 1 og Voyager 2, som har nået kanten af solsystemet.
Illustration af gennembrud Starshot-rummet "nanoprobe", der accelereres af en meget kraftig laserstråle og dirigeres mod stjernesystemet Alpha Centauri.
Situationen bliver ret trist, når det kommer til at overføre en besked til et andet stjernesystem. For eksempel er den nærmeste exoplanet, vi kender til, Proxima b, ca. 4,2 lysår væk (ca. 39,7 billioner kilometer). Selv hvis vi tager det hurtigste rumfartøj i øjeblikket, Parker Solar Probe, der er i stand til at nå hastigheder på 343.000 kilometer i timen, vil det endda tage ca. 13.211 år bare for at nå Proxima b.
Nikolay Khizhnyak