Cos'è un anno-luce?
Oggi parliamo dell'anno-luce, ovvero della distanza che la luce percorre in un anno. Però prima di arrivare a vedere quanto vale un anno-luce cerchiamo di approfondire alcuni concetti ad esso relativi. Per prima cosa ci chiediamo:
Cos'è la luce?
Sbrigativamente, si potrebbe dire che la luce è quella parte della radiazione elettromagnetica visibile all'occhio umano1. Bhè grazie, direte, però stai solo spostando il problema perché allora ti chiediamo cos'è la radiazione elettromagnetica?
Eh, lo so. A volte si danno risposte sbrigative perché i concetti da spiegare sono intrinsecamente complessi. Infatti, spiegare la natura della radiazione elettromagnetica non è per nulla semplice.
Comunque ci proviamo, senza entrare troppo nel dettaglio:
Per non entrare troppo nei dettagli, in questo post considereremo la radiazione elettromagnetica come descritta da un'onda.
Cos'è un'onda?
Un'onda (periodica) è un movimento oscillatorio che si propaga nello spazio. Non si è capito nulla... Ecco alcuni esempi: sono onde quelle del mare, il suono, le vibrazioni, i terremoti, etc. Però, mentre queste onde hanno bisogno di un mezzo (un liquido, un gas o un solido) per propagarsi, le onde elettromagnetiche no, si propagano anche nel vuoto.
Le onde luminose (ma più in generale tutte le onde) possono essere descritte da quattro quantità2: l'ampiezza, la fase, la lunghezza d'onda e la velocità. L'ampiezza è la massima altezza che raggiunge l'onda durante il suo movimento oscillatorio ed è legata alla forza del campo elettromagnetico. La fase è una traslazione nel tempo della massima altezza dell'onda. La lunghezza d'onda è la distanza tra due massimi dell'onda. In fine, la velocità di propagazione è la distanza che l'onda percorre nell'unità di tempo.
Delle quattro quantità la più utile, in questo post, è la velocità.
La velocità con cui si muove un'onda dipende dal mezzo in cui si propaga. Per alcuni tipi di onde, come le onde sonore, più denso è il mezzo, maggiore è la velocità di propagazione; in altri casi vale è vero il contrario: meno è denso il mezzo, maggiore sarà la velocità di propagazione, come nel caso della luce. Questo cosa vorrà dire secondo voi? Vuol dire che, nel vuoto, la luce andrà alla massima velocità.
Eccoci arrivati al punto: la velocità della luce nel vuoto.
Bene, allora quanto vale? Ancora un pò di pazienza e ci arriviamo...
Fino a pochi secoli fa si credeva che la luce avesse una velocità infinita. Ovvero si pensava che la luce si propagasse istantaneamente. Sono stati necessari gli esperimenti compiuti nell'700 e 800 per avere una misura della velocità della luce e capire che non era infinita. Però, solo verso i primi del 900, grazie ad Einstein, si è iniziato a comprendere l'importanza della velocità della luce come fondamento della fisica.
Per farla breve, le misure più recenti dicono che:
Tutto ok? No? Allora vediamo alcuni esempi di tempi di percorrenza. La luce percorre:
Quanti chilometri percorre la luce in un anno?
Visto che conosciamo quanta strada fa la luce in un secondo (circa 300,000 km/s), dobbiamo solo sapere quanti secondi ci sono in un anno per determinare quanta strada fa la luce in questo stesso periodo. Ok? Premetto che dovremo fare alcuni semplici conticini. Non scappate... sono solo tre moltiplicazioni...
A prima vista può sembrare un'unità di misura molto grande. Certamente lo è per le cose di uso quotidiano per le quali vanno bene il metro o il chilometro ma, in astronomia, le distanze sono enormi, astronomiche appunto :).
Per capirlo, basta pensare che la stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, è a circa 4 anni-luce ovvero circa 40 miliardi di chilometri, Vega dista da noi 25 anni-luce che vogliono dire circa 250 miliardi di chilometri e se vi sembra poco.... la galassia di Andromeda (la galassia a spirale più vicina a noi) è lontana ben 2 milioni di anni luce quindi ben 18 milioni di miliardi di chilometri. Ecco come dovremmo scrivere questo numero 18,000,000,000,000,000.
Un passo nello spazio-tempo
Abbiamo detto che la luce ha una velocità finita. In astronomia, questo vuol dire che la luce che riceviamo da una stella, impiega un certo tempo ad arrivare a noi. Tempo che dipende dalla distanza a cui si trova la stella. Ribaltando il discorso, possiamo dire che, la luce che vediamo oggi di una stella è quello che la stella ha emesso diversi anni fa.
Non si capisce nulla? Mmmm, vabbè allora faccio un esempio...
Prendiamo la stella più vicina al Sole, l'ormai nota Proxima Centauri. Essa dista 4 anni-luce. da noi il che vuol dire che se volessimo raggiungerla viaggiando alla velocità della luce c'impiegheremmo 4 anni. Ribaltando il discorso, possiamo anche dire che la luce che vediamo oggi di Proxima Centauri è quella che la stella ha prodotto 4 anni fa oppure che la luce che la stella sta irradiando adesso la vedremo tra 4 anni. Tutto chiaro? Noo??
Nessun problema, non è facile abituarsi all'idea che ciò che vediamo ora non accade adesso, anche perché l'esperienza quotidiana, viste le piccole distanze che entrano in gioco, ci abitua al contrario. Tenete presente che questo concetto è stato compreso dall'uomo solo di recente e ha bisogno di tempo per essere assimilato.
Note
1 A volte, gli scienziati usano il temine luce per indicare tutta la radiazione elettromagnetica e non solo quella visibile all'occhio umano.
2 Una volta note lunghezza d'onda e velocità si può ricavare la frequenza, ovvero il numero di oscillazioni che l'onda compie in un secondo.
Fonti e Approfondimenti
Cos'è la luce?
Sbrigativamente, si potrebbe dire che la luce è quella parte della radiazione elettromagnetica visibile all'occhio umano1. Bhè grazie, direte, però stai solo spostando il problema perché allora ti chiediamo cos'è la radiazione elettromagnetica?
Eh, lo so. A volte si danno risposte sbrigative perché i concetti da spiegare sono intrinsecamente complessi. Infatti, spiegare la natura della radiazione elettromagnetica non è per nulla semplice.
Comunque ci proviamo, senza entrare troppo nel dettaglio:
secondo la teoria classica dell'elettromagnetismo la radiazione elettromagnetica è un'onda generata dall'oscillazione di un campo elettrico ed uno magnetico.Vi starete chiedendo: sta luce è un'onda o una particella? Bella domanda. Ciò che si può dire è che la luce a volte si comporta come una particella, altre volte come un'onda. E' il cosiddetto dualismo onda-particella, tipico delle particelle elementari come il fotone, l'elettrone, il protone etc. La meccanica quantistica è quella teoria che spiega il comportamento di queste particelle.
Esiste anche una teoria corpuscolare della radiazione elettromagnetica, secondo la quale la Luce è una particella elementare detta fotone.
Per non entrare troppo nei dettagli, in questo post considereremo la radiazione elettromagnetica come descritta da un'onda.
Cos'è un'onda?
Un'onda (periodica) è un movimento oscillatorio che si propaga nello spazio. Non si è capito nulla... Ecco alcuni esempi: sono onde quelle del mare, il suono, le vibrazioni, i terremoti, etc. Però, mentre queste onde hanno bisogno di un mezzo (un liquido, un gas o un solido) per propagarsi, le onde elettromagnetiche no, si propagano anche nel vuoto.
Le onde luminose (ma più in generale tutte le onde) possono essere descritte da quattro quantità2: l'ampiezza, la fase, la lunghezza d'onda e la velocità. L'ampiezza è la massima altezza che raggiunge l'onda durante il suo movimento oscillatorio ed è legata alla forza del campo elettromagnetico. La fase è una traslazione nel tempo della massima altezza dell'onda. La lunghezza d'onda è la distanza tra due massimi dell'onda. In fine, la velocità di propagazione è la distanza che l'onda percorre nell'unità di tempo.
Delle quattro quantità la più utile, in questo post, è la velocità.
La velocità con cui si muove un'onda dipende dal mezzo in cui si propaga. Per alcuni tipi di onde, come le onde sonore, più denso è il mezzo, maggiore è la velocità di propagazione; in altri casi vale è vero il contrario: meno è denso il mezzo, maggiore sarà la velocità di propagazione, come nel caso della luce. Questo cosa vorrà dire secondo voi? Vuol dire che, nel vuoto, la luce andrà alla massima velocità.
Eccoci arrivati al punto: la velocità della luce nel vuoto.
Bene, allora quanto vale? Ancora un pò di pazienza e ci arriviamo...
Fino a pochi secoli fa si credeva che la luce avesse una velocità infinita. Ovvero si pensava che la luce si propagasse istantaneamente. Sono stati necessari gli esperimenti compiuti nell'700 e 800 per avere una misura della velocità della luce e capire che non era infinita. Però, solo verso i primi del 900, grazie ad Einstein, si è iniziato a comprendere l'importanza della velocità della luce come fondamento della fisica.
Per farla breve, le misure più recenti dicono che:
la velocità della luce nel vuoto è di 299792.458 km/s.Il fatto che la velocità non sia infinita vuol dire che la luce impiega un tempo finito a percorrere una determinata distanza. Ovvero, più la distanza è grande, maggiore sarà il tempo che la luce impiega a percorrerla.
Tutto ok? No? Allora vediamo alcuni esempi di tempi di percorrenza. La luce percorre:
- 30 cm in circa 1 miliardesimo di secondo;
- 1 km in circa 3.33 milionesimi di secondo;
- 40,000 km (che è circa la circonferenza della Terra all'equatore) in 0.13 secondi;
- 380,000 km (la distanza Terra-Luna) in circa 1.2 secondi;
- 150,000,000 km (la distanza Terra-Sole) in circa 8 minuti e così via.
Quanti chilometri percorre la luce in un anno?
Visto che conosciamo quanta strada fa la luce in un secondo (circa 300,000 km/s), dobbiamo solo sapere quanti secondi ci sono in un anno per determinare quanta strada fa la luce in questo stesso periodo. Ok? Premetto che dovremo fare alcuni semplici conticini. Non scappate... sono solo tre moltiplicazioni...
- Partiamo da due nozioni facili facili.
- Prima: un anno è formato da 365 giorni. Semplice, no?
- Seconda: un giorno ha 24 ore. Questo è davvero facile... vero?
- Quindi ci chiediamo, quante ore contiene un anno? Moltiplicando i giorni in un anno per le ore che ci sono in un dì (365 x 24) abbiamo la risposta:
un anno possiede 8740 ore. Tante! - Altre informazioni semplici di base: i minuti in un'ora sono 60 tanti quanti i secondi in un minuto. Quindi, moltiplicando tra di loro le due quantità, troviamo che un'ora contiene 3600 secondi.
- Adesso, moltiplicando in numero di ore che ci sono in un anno per i secondi che ci sono in un'ora, possiamo sapere quanti secondi ci sono in un anno: 31.536.000 secondi.
in un anno la luce percorre circa 9,454,000,000,000 (novemila miliardi e mezzo) di chilometri.Questo è un anno-luce. Una delle unità di misura della distanza usate in astronomia.
A prima vista può sembrare un'unità di misura molto grande. Certamente lo è per le cose di uso quotidiano per le quali vanno bene il metro o il chilometro ma, in astronomia, le distanze sono enormi, astronomiche appunto :).
Per capirlo, basta pensare che la stella più vicina al Sole, Proxima Centauri, è a circa 4 anni-luce ovvero circa 40 miliardi di chilometri, Vega dista da noi 25 anni-luce che vogliono dire circa 250 miliardi di chilometri e se vi sembra poco.... la galassia di Andromeda (la galassia a spirale più vicina a noi) è lontana ben 2 milioni di anni luce quindi ben 18 milioni di miliardi di chilometri. Ecco come dovremmo scrivere questo numero 18,000,000,000,000,000.
Un passo nello spazio-tempo
Abbiamo detto che la luce ha una velocità finita. In astronomia, questo vuol dire che la luce che riceviamo da una stella, impiega un certo tempo ad arrivare a noi. Tempo che dipende dalla distanza a cui si trova la stella. Ribaltando il discorso, possiamo dire che, la luce che vediamo oggi di una stella è quello che la stella ha emesso diversi anni fa.
Non si capisce nulla? Mmmm, vabbè allora faccio un esempio...
Prendiamo la stella più vicina al Sole, l'ormai nota Proxima Centauri. Essa dista 4 anni-luce. da noi il che vuol dire che se volessimo raggiungerla viaggiando alla velocità della luce c'impiegheremmo 4 anni. Ribaltando il discorso, possiamo anche dire che la luce che vediamo oggi di Proxima Centauri è quella che la stella ha prodotto 4 anni fa oppure che la luce che la stella sta irradiando adesso la vedremo tra 4 anni. Tutto chiaro? Noo??
Nessun problema, non è facile abituarsi all'idea che ciò che vediamo ora non accade adesso, anche perché l'esperienza quotidiana, viste le piccole distanze che entrano in gioco, ci abitua al contrario. Tenete presente che questo concetto è stato compreso dall'uomo solo di recente e ha bisogno di tempo per essere assimilato.
Note
1 A volte, gli scienziati usano il temine luce per indicare tutta la radiazione elettromagnetica e non solo quella visibile all'occhio umano.
2 Una volta note lunghezza d'onda e velocità si può ricavare la frequenza, ovvero il numero di oscillazioni che l'onda compie in un secondo.
Fonti e Approfondimenti
- wikipedia: Il termine "luce" sull'enciclopedia libera.
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