تعد المسافة التي يقطعها الضوء خلال السنة وحدة من وحدات القياس التي تستخدم في علوم الفيزياء.
يقوم العديد من الطلاب بطرح العديد من مختلف الأسئلة حول المسافة التي يقطعها الضوء في السنة وكيف تستخدم هذه الوحدة في العلوم الفلكية ومختلف مجالات العلم.
يطلق على المسافة التي يجتازها الضوء خلال السنة اسم السنة الضوئية.
التي يقوم ضوء الشمس بقطعها أو يقوم ضوء النجوم بقطعها خلال سنة واحدة حتى يصل إلى الباقي من المجرات والكواكب وغيرها يطلق على هذه المسافة اسم السنة الضوئية.
سرعة الضوء تستعمل بشكل فيزيائي لقياس المسافات التي تتميز ببعدها الشديد بين مختلف المجرات والكواكب المتباينة.
يقع كوكب الأرض بعيد عن مركز مجرتنا المعروفة باسم مجرة درب التبانة بحوالي 26 ألف سنة ضوئية.
عند قياس المسافات الشاسعة الموجودة في الكون باستعمال السنة الضوئية يمكن أن ندرك من خلال هذا الأمر حقيقة ارتباط الأبعاد الثلاثة المكانية بما يعرف بالزمن، وحدوث عملية الاندماج بين بعضهما البعض حتى يتشكل ما يعرف باسم الزمكان.
عند رؤية الضوء قادم من مكان بعيد فهذا يمكننا من النظر إلى الماضي، عند رؤية النجم المضيء على بعد حوالي 400 سنة ضوئية ففي الحقيقة نحن نرى هذا النجم المضيء قبل ما يقرب ل400 سنة قد مضت.[1]
ماهي سرعة الضوء
يتم معرفة المسافة التي يقطعها الضوء في خلال السنة على سرعة تعرف باسم السرعة الضوئية أو سرعة الضوء.
مفهوم الضوء عند علام الفيزياء هو عبارة عن تدفق من الجسيمات، ويوجد له مفهوم أخر يعبر عنه عن طريق تعريفه كأنه موجة كهرومغناطيسية أو إشعاع كهرومغناطيسي، وتعد سرعة الضوء ثابت من أهم الثوابت الموجودة في علم الفيزياء.
تقدر هذه السرعة التي تعرف بسرعة الضوء بحوالي 300 ألف كيلو متر على الثانية وهذا الرَّقَم يساوي 18 كيلو متر خلال دقيقة واحدة فقط، هذه الدقيقة يطلق عليها اسم الدقيقة الضوئية.[2]
أمثلة على استعمال المسافة التي يقطعها الضوء في السنة
يعادل ما يعرف بالفرسخ الفكي حوالي 3.3 سنة ضوئية (المسافة التي يقطعها الضوء خلال السنة)
يقوم علماء الفلك باستخدام هذا الفرسخ الفلكي الذي يعادل 3.3 من السنة الضوئية.
المسافة التي توجد بين البرج الذي يطلق عليه برج السرطان وبيننا نحن حوالي أربع آلاف سنة ضوء.
المجرة التي ننتمي إليها تعرف باسم مجرة درب التبانة وهذه المجرة على امتداد يصل إلى حوالى مئة وخمسين ألف سنة ضوئية في الأغلب.
المجرات القريبة من مجرة درب التبانة التي ننتمي إليها تعرف باسم أندروميدا والمسافة بينهم تقدر بحوالي 2.3 مليون سنة ضوئية في الأغلب.
داخل النظام الشمسي يتم استخدام وحدة من الوحدات الفلكية المقدرة بحوالي مئة وخمسين كيلو متر بشكل تقريبي، ويعد هذا الرَّقَم التقريبي المسافة الفارقة بين كل من كوكب الأرض والنجم الذي يطلق عليه اسم الشمس.
يوجد أيضا مسافة بين كل من كوكب عطارد والشمس مقدرة بحوالي الثلث من المسافة بين كل من كوكب الأرض والشمس.[3]
ماهي طريقة رومر
يوجد عالم يدعى رومر قام لأول مرة بمحاولة لقياس الضوء وسرعته، عن طريق استعمال الأرصاد التي تدعى الأرصاد الفلكية للقمر المنتمي لكوكب المشتري.
يحتاج القمر المنتمي لكوكب المشتري إلى حوالي دورة كُلََّها حول كوكبه المسمى بكوكب المشتري.
يوجد أيضا دورة حول نجم الشمس بواسطة كوكب المشتري أيضا، هذه الدورة محتاجة إلى 12 سنة من سنوات كوكب الأرض.
يجب أن يتمتع قمر المشتري الذي يطلق عليه اسم إيو دورة كاملة وتتمتع بثباتها واستعمال الوقت المناسب وتغيير ليطابق عملية البطء أو السرعة لهذا القمر.
عند حدوث تقليل لسرعة هذا القمر فإنه سوف يقع على كوكب المشتري بشكل مباشر.
وعندما يسرع هذا القمر فإنه سوف يتمتع بالحرية بعيدا عن كوكب المشتري تماما في الفضاء الخارجي.
لكن هذا القمر يمتلك دورة كاملة تتمتع بثباتها وانتظامها بشكل أساسي حول الكوكب الذي يدعى المشتري.
بعد مرور حوالي سنة قام العالم الذي يعدى رومر بعملية تجميع لكل الأرصاد الفلكية التي تخص هذا القمر الملقب باسم إيو واستطاع ملاحظة الاختلاف الذي أحدثه هذا القمر عند دورانه في التوقيت عن التوقيت المتوسط المتوقع.
هذا الاختلاف يشير إلى أن الدورة التي يقوم بها القمر إيو تستغرق وقت طويل عندما يكون كوكب الأرض وكوب المشتري مبتعدين بشكل كبير عن بعضهما البعض.
تحدث هذه الدورة الخاصة بالقمر إيو بشكل أقصر قليلا عند اقتراب كل من كوكب الأرض وكوكب المشتري من بعضهما البعض.
بسبب وجود الدورة الثابتة للقمر المعروف باسم إيو المنتمي لكوكب المشتري، فمن السهل توقع الخسوف الذي يحدث له، ولكن العالم الذي يعدى رومر لم يستطع التمكن من ذلك الأمر.
لم يستطع العالم معرفة ذلك لاختلاف التوقيت الدوري لهذا القمر عند ابتعاد واقتراب كوكب الأرض من كوكب المشتري.
وتم استعمال الأرصاد التي قام رومر بجمعها بواسطة العالم الذي يدعى هويجنس لتحديد سرعة الضوء واثبات محدوديتها وأنها ليست لا نهائية.[4]
المحاولة التي قام بها جاليليو
قام العالم الذي يدعى جاليلو من أشخاص من فريقه حوالي شخصين ان يقف كل شخص منهم على جبل وتكون المسافة بين الجبلين لهذين الشخصين تعادل 10 كيلو مترات.
وقام بإعطاء كل شخص منهم كشاف أو فانوس مضيء تم تغطيته، عند فتح أحد الفوانيس يجب على الشخص الآخر أن يفتح الفانوس الخاص به أيضا، وذلك حتى يتمكن من تسجيل الزمن بين فتح الفانوس الأول والفانوس الثاني.
لم يكن الأمر ثابت، كام مجرد حدث لحظي، ولم يستطيع جاليليو القيام بهذا الأمر مما جعله يتأكد أن عملية قياس السرعة الضوئية أمر مستحيل الحدوث.[1]
في العلوم الفلكية، وذلك لوجود المسافات الكبيرة الشاسعة في الفضاء الخارجي.
ويتم استعمال السنة الضوئية أيضا لأن الكواكب والعديد من الأجرام السماوية تكون على بعد آلاف الأميال من بعضهم البعض.
تكون المسافة التي يقطعها الضوء خلال السنة تعادل 10 تريليون كيلومتر سنة أرضية. ومن خلال هذه المعلومات يمكن معرفة
كم تبلغ السنة الضوئية والسنة العادية
.
[5]
قياس سرعة الضوء
يوجد محاولات عدة عبر التاريخ لقياس هذه السرعة الضوئية.
عند التفكير بشكل منطقي نري أن أي سرعة يمكن حسابها عن طريق المسافة وقسمتها على الزمن، ولكن سرعة الضوء تختلف تماما عن أي سرعة عادية أخرى، ويرجع ذلك إلى أن الضوء سريع للغاية والأمر معه ليس بسيط إلى هذه الدرجة.[6]
سرعة الضوء في الفراغ
توالت المحاولات العديدة لقياس السرعة الضوئية بواسطة العديد من علماء الفلك المختلفين.
يعد العالم الذي يعدى فيزو أول من حاول قياس سرعة الضوء، ولكن كانت بنسبة بها القليل من الأخطاء، لعدم وجود الإمكانات المطلوبة بشكل كافي في العصر الذي كان يعيش فيه.
من بعد هذا العالم الذي يدعى فيزو أصبح العديد من النتائج الفيزيائية تتمتع بدقة شديدة.
في العصر الحالي قام العلماء المختصون بدراسة الأمور الفلكية بالوصول إلى أقل نسبة خطأ يمكن أن يتم ذكرها وهي حوالي واحد بالمئة فقط من الخطأ، وهذا أمر يبدو جيد للغاية.
