Единицы расстояния.

[Atandakil]

Решил я напомнить о единицах измерения расстояния в астрономии.

Метр - расстояние, пройденное фотоном в вакууме при отсутствии влияния гравитационных полей за 1 / 299 792 458 секунды.

Для справки: секунда - это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного (квантового) состояния атома цезия-133 в покое при 0 К при отсутствии возмущения внешними полями. Можно считать, что метр - это расстояние, которое фотон в вакууме при отсутствии гравитационного поля успевает преодолеть за 30,663318988498369762190615215544 переходов между указанными уровнями...
Километр - тысяча метров.
Астрономическая единица (а.е., AU) - грубо говоря, радиус земной орбиты. Менее грубо - среднее расстояние между центрами масс Земли и Солнца. Строго говоря - расстояние, равное радиусу круговой орбиты в изотропных координатах, период обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, был бы точно равен периоду обращения Земли. Еще более точно - Международный астрономический союз принял решение считать астрономическую единицу строго равной 149 597 870 700 метров.

Для справки - большая полуось земной орбиты равна 1,000000036406 а. е.
Световой год (св. г., ly) - расстояние, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год. Примерно равен 9 460 730 472 580,82 километрам или 63 241,1 а.е.

Производные единицы - тысяча световых лет (kly), миллион световых лет (Mly), миллиард световых лет (Gly).
Парсек (параллакс-секунда, параллакс угловой секунды, пк, пс, pc) - расстояние, с которого расположенный перпендикулярно лучу зрения объект длиной в одну астрономическую единицу виден под углом в одну угловую секунду (1″ ). Смысл единицы - в том, что астрономическая единица практически равна радиусу орбиты Земли и, соответственно, если мы наблюдаем объект, удаленный на один парсек, то его видимое положение на небесной сфере за полгода изменится за счет параллакса (изменения положения наблюдателя, вызванного вращением Земли вокруг Солнца) на две угловых секунды. Один парсек - это примерно 3,2616 светового года или 206 264,8 астрономических единицы или 30,8568 триллиона километров.
Производные единицы парсека:
- килопарсек (кпк) - тысяча парсек. Используется для галактических расстояний. Так, расстояние от Солнца до центра Галактики - около восьми кпк, диаметр Млечного пути - около 30 кпк;
- мегапарсек (Мпк) - миллион парсек. Используется для измерения расстояний до недалеких галактик. Так, расстояние от нашей Галактики до галактики Андромеды - 0,77 Мпк;
- гигапарсек (Гпк) - миллиард парсек. Используется для исчисления расстояний до дальних космических объектов. При этом следует четко представлять себе, что расстояние, измеренное по красному смещению света, испущенного наблюдаемым объектом и зависящее от длины пройденного этим светом пути, оказывается меньшим, чем современное расстояние до этого объекта за счет расширения Вселенной. При этом первое определяется с учетом изменения темпа расширения Вселенной (постоянной Хаббла) за время распространения света, а второе еще и зависит от принятой в расчете модели Вселенной. Например, расстояние до самых удаленных объектов, наблюдаемых в настоящее время, равно примерно четырем гигапарсекам, если под расстоянием подразумевается путь, пройденный светом от этого объекта до нас за тринадцать с лишком миллиардов лет. В то же время в рамках наиболее распространенной модели Вселенной "современное" расстояние до этих объектов (в тех пределах, в которых это понятие имеет смысл) условно равно 14 Гпк (сопутствующее расстояние). Именно поэтому для столь удаленных объектов понятие расстояния, как правило, не используется, а их удаленность характеризуется либо параметром красного смещения z, либо временем, которое согласно современным представлениям прошло от момента излучения этим объектом света, который мы наблюдаем, до настоящего времени. То есть, говорится, например, о временном удалении на 13,25 миллиарда лет или параметре красного смещения z=10, а не о расстоянии в 4,06 Гпк (по времени распространения) или 14 Гпк (сопутствующее расстояние).

Еще одной неожиданной единицей измерения самых больших расстояний в астрономии является километр в секунду.

Как километр в секунду может оказаться единицей измерения расстояни?

В принципе, просто. Вселенная расширяется, и скорость ее расширения определяется постоянной Хаббла. При этом в ней непрерывно появлется новое пространство, в результате чего любой отрезок длиной миллион световых лет за каждую секунду увеличивается примерно на 21,6 километра. Или, что то же самое, любой отрезок длиной 46330 световых лет увеличивается за секунду на километр. А следовательно, при измерении размеров объектов отрезок в 46330 световых лет можно обозвать километром в секунду - и дальше пользоваться такой единицей измерения. При этом она имеет большое достоинство по сравнению с обычными метрами, километрами и им подобными мегапарсеками - постоянная Хаббла определена не слишком точно, и расстояние в километрах при ее уточнении может измениться, а вот расстояние, определенное в километрах в секунду, можно измерить с высокой точностью по красному смещению объекта.
Повторю, эту величину используют только для определения расстояний крупнейших структур. Для измерения всякой мелочи типа галактик используют привычные световые годы и парсеки, и никто не скажет, что поперечник диска нашей Галактики равен двум с половиной километрам в секунду. Хотя это правда.
А вот фразы типа "Крупнейшие структурные элементы Вселенной достигают размеров 8-15 тысяч километров в секунду", "Крупнейший известный структурный элемент Вселенной, Великая стена Слоан, достигает длины 30000 км/с", "Характерные диаметры войдов колеблются от двух до пяти тысяч километров в секунду, иногда достигая 10000 км/с" или "В масштабах, больших 25 - 30 тысяч километров в секунду, структура Вселенной может считаться однородной" широко распространены.

@темы: наука/открытия