سال نوری چیست؟

وقتی واحدهای آشنای مسافت در مقیاس نجومی کافی نیستند، باید معیارهای سنجش فاصله را بازتعریف کرد و این‌جاست که واحد سال نوری کاربرد پیدا می‌کند.

سال نوری شاید یکی از گیج‌کننده‌ترین واحدهای مسافت باشد چون بر خلاف نامش که به سال و در نتیجه یک بازه‌ی زمانی اشاره دارد، برای سنجش زمان به کار نمی‌رود و فاصله‌های نجومی با آن اندازه گرفته می‌شود. به همین دلیل هم نگاهی دقیق به آن می‌تواند کاربرد زیادی در درک مفاهیم کیهان‌شناسی داشته باشد.

«سال نوری» (Light Year) واحد اندازه‌گیری فاصله است و در حقیقت مسافتی است که یک پرتو نور در یک سال زمینی طی می‌کند؛ مقداری که تقریبا برابر با 9.5 تریلیون کیلومتر (6 تریلیون مایل) خواهد بود. در مقیاس کیهانی، اندازه‌گیری فاصله‌ها بر حسب کیلومتر یا مایل، با توجه به اعداد بسیار بزرگی که مورد بحث قرار می‌گیرند، بسیار دشوار است. بنابراین برای ستاره‌شناسان بسیار ساده‌تر است که فاصله‌ی ستارگان از ما یا میان یکدیگر را با مدت زمانی که طول می‌کشد تا نور آن مسافت را طی کند، اندازه بگیرند.

برای پیمایش در این مقیاس‌های کیهانی، ستاره‌شناسان از واحد سال نوری (ly) استفاده می‌کنند؛ واحدی که هم سرعت نور و هم گذر زمان را در بر می‌گیرد. برای نمونه نزدیک‌ترین ستاره به خورشید ما، یعنی «پروکسیما قنطورس» (Proxima Centauri) حدود 4.2 سال نوری از ما فاصله دارد و این یعنی نوری که از این ستاره می‌بینیم، کمی بیش از چهار سال طول می‌کشد تا به ما برسد.

یک سال نوری چقدر دور است؟

سرعت نور در سراسر کیهان ثابت است و با دقت بالایی شناخته شده است. نور در خلاء با سرعت 299,792,458 متر بر ثانیه (1,079,252,849 کیلومتر بر ساعت) حرکت می‌کند. برای یافتن فاصله‌ی یک سال نوری، باید این سرعت را در تعداد ساعت‌های یک سال یعنی 8766 ضرب کنید. بدین ترتیب این واحد برابر با 9.461 تریلیون کیلومتر خواهد بود.

یک سال نوری مسافتی است که نور در مدت یک سال زمینی می‌پیماید.
Credit: Kamran’s Science Substack
Kamran’s Science Substack

در نگاه اول، ممکن است فاصله‌ای بسیار زیاد به نظر برسد، اما مقیاس عظیم کیهان، حتی چنین طولی را هم کوچک جلوه می‌دهد. برای مثال یک تخمین صورت گرفته، قطر کیهان شناخته شده را 93 میلیارد سال نوری تخمین می‌زند.

چرا از سال نوری استفاده می‌کنیم؟

با توجه به مقیاس اعداد مورد استفاده، اندازه‌گیری فاصله‌ها در مقیاس نجومی بر حسب مایل یا کیلومتر عملی نیست. برای نمونه تنها با شروع از همسایگی کیهانی‌مان، نزدیک‌ترین منطقه‌ی ستاره‌زایی به ما یعنی سحابی جبار، 12,651,053,200,000,000 کیلومتر یا به بیان دیگر 1300 سال نوری از ما فاصله دارد. مرکز کهکشان راه شیری از ما حدود 27 هزار سال نوری فاصله دارد. فاصله‌ی نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی به کهکشان ما، یعنی کهکشان آندرومد به 2.5 میلیون ly می‌رسد و برخی از دورترین کهکشان‌هایی که می‌توانیم ببینیم، میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند. همچنین تصور می‌شود کهکشان GN-z11 با 13.4 میلیارد سال نوری، دورترین کهکشان قابل تشخیص از زمین باشد. بدین ترتیب نوشتن با واحدهای کوچک مانند کیلومتر در مقیاس نجومی کاربردی نخواهد بود.

مانند «درجه» (Degree)، سال نوری را هم می‌توان به واحدهای کوچک‌تر ساعت نوری، دقیقه نوری یا ثانیه نوری تقسیم کرد. برای نمونه خورشید بیش از 8 دقیقه نوری از زمین فاصله دارد، در حالی که ماه کمی بیش از 1 ثانیه نوری با زمین فاصله دارد. دانشمندان از این اصطلاحات به ویژه هنگام صحبت درباره‌ی ارتباط با ماهواره‌های اعماق فضا یا کاوشگرها استفاده می‌کنند. مثلا به دلیل سرعت محدود نور، فرستادن سیگنال به کاوشگر کنجکاوی در مریخ می‌تواند بیش از 20 دقیقه طول بکشد.

فاصله متوسط زمین تا خورشید

اندازه‌گیری بر حسب سال نوری همچنین به اخترشناسان امکان می‌دهد که تعیین کنند در چه زمانی به عقب نگاه می‌کنند. با توجه به اینکه رسیدن نور به چشمان ما زمان می‌برد، می‌توان گفت که هر چیزی که در آسمان شب می‌بینیم، مربوط به گذشته است. به عبارت دیگر، وقتی چیزی را در فاصله‌ی 1 سال نوری مشاهده می‌کنید، آن را دقیقا طوری می‌بینید که یک سال پیش بوده است. مثلا کهکشان آندرومدا را همان‌طور که 2.5 میلیون سال پیش بوده است، می‌بینیم. دورترین جسمی که می‌توانیم ببینیم، تابش زمینه‌ی کیهانی، قدیمی‌ترین دیده ما به جهان است که درست پس از مه‌بانگ (بیگ بنگ) و حدود 13.8 میلیارد سال پیش روی داده است. این دوگانگی، درک ما را از هر دو جنبه‌ی مکان و زمان در کیهان افزایش می‌دهد.

سال نوری و مفهوم نگاه به گذشته

همان‌طور که اشاره شد، مشاهده‌ی اجرام آسمانی دوردست، مانند نگاه کردن به گذشته است. چون نور برای سفر به زمان نیاز دارد، مشاهده‌ی ستاره‌ای در فاصله‌ی 1000 سال نوری به معنای دیدن وضعیت آن در 1000 سال پیش است. این پدیده به ستاره‌شناسان امکان می‌دهد تا تاریخچه و روند تکامل جهان را مطالعه کنند.

این جنبه‌ی زمانی سفر نور، به دانشمندان کمک می‌کند تا شکل‌گیری و توسعه ساختارهای کیهانی را بررسی کنند و بینش‌هایی در مورد جهان اولیه و فرآیندهایی که آن را در طول میلیاردها سال شکل داده‌اند، ارائه دهند.

نور پروکسیما قنطورس از چهار سال پیش به ما می‌رسد.
Credit: Physics Fox

جهان قابل مشاهده در هر جهت از زمین حدود 46.5 میلیارد سال نوری امتداد دارد و قطر آن تقریبا 93 میلیارد سال نوری است. این وسعت، کاربرد سال نوری را در اندازه‌گیری فواصل کیهانی برجسته می‌کند. اصطلاح «قابل مشاهده» به بخشی از جهان اشاره دارد که نور از زمان بیگ بنگ فرصت رسیدن به ما را داشته است. ممکن است فراتر از این افق، جهان ادامه داشته باشد، اما محتویات آن فراتر از توانایی‌های مشاهده‌ی کنونی ما باقی می‌ماند.

اندازه‌گیری فاصله در فضا

تعیین فاصله‌ها در فضا روش‌های مختلفی دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

اختلاف منظر

روش اختلاف منظر (دیدگشت) شامل مشاهده‌ی تغییر ظاهری یک ستاره‌ی نزدیک در برابر ستارگان پس‌زمینه‌ی دوردست هنگام چرخش زمین به دور خورشید می‌شود و برای اندازه‌گیری فواصل تا ستارگان نسبتا نزدیک کاربردی است.

روش اختلاف منظر
Credit: Ohio State University

شمع‌های استاندارد

این روش از اجرام با درخشندگی شناخته شده، مانند متغیرهای قیفاووسی یا ابرنواخترهای نوع Ia، برای تخمین فاصله‌ها بر اساس روشنایی آن‌ها استفاده می‌کند. این اجرام به عنوان شاخص‌های قابل اعتمادی برای اندازه‌گیری فاصله تا کهکشان‌های دوردست عمل می‌کنند.

انتقال به سرخ

اندازه‌گیری کشیده شدن طول موج نور برای تعیین سرعت دور شدن یک جرم فضایی هم که به دلیل انبساط جهان، با فاصله‌ی آن مرتبط است، روش دیگری برای اندازه‌گیری فاصله‌ها در کیهان به شمار می‌رود. این تکنیک برای درک ساختار بزرگ‌مقیاس کیهان بسیار مهم است.

واحدهای نجومی مرتبط با سال نوری

در حالی که سال نوری به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد، ستاره‌شناسان از واحدهای دیگری نیز برای اندازه‌گیری فواصل کیهانی استفاده می‌کنند.

واحد نجومی (AU)

یک «واحد نجومی» (Astronomical Unit) میانگین فاصله‌ی بین زمین و خورشید یعنی تقریبا 149.6 میلیون کیلومتر است. واحد نجومی بسیار کم‌تر از سال نوری است و در درجه‌ی اول برای اندازه‌گیری فواصل درون منظومه‌ی شمسی ما استفاده می‌شود اما اگر فاصله‌های بسیار بیشتر از سال نوری مد نظر باشد باید از واحد کاربردی دیگری استفاده کرد.

پارسک (pc)

منجمان همچنین از «پارسک» (Parsec) به عنوان جایگزینی برای سال نوری استفاده می‌کنند. پارسک که کوتاه شده‌ی «اختلاف منظر-ثانیه» (parallax-second) است، از استفاده از مثلث‌بندی برای تعیین فاصله‌ی ستارگان برگرفته شده است. فاصله‌ای که در آن یک واحد نجومی (AU) زاویه‌ای به اندازه‌ی یک ثانیه قوسی را تشکیل می‌دهد.

تعریف 1 پارسک
Credit: Astronomy

به عبارت دیگر، 1 پارسک فاصله‌ی ستاره‌ای است که موقعیت ظاهری آن پس از نیم‌دور گردش زمین به دور خورشید، 1 ثانیه‌ی قوسی (1/3600 درجه) در آسمان تغییر می‌کند. یک پارسک برابر با 3.26 سال نوری است.

استفاده از واحد پارسک اغلب در نجوم حرفه‌ای به دلیل ارتباط مستقیم آن با اندازه‌گیری‌های رصدی، به ویژه هنگام تعیین فاصله تا ستارگان و کهکشان‌ها، ترجیح داده می‌شود. ‌همچنین پژوهشگران برای اشاره به مسافت‌های طولانی‌تر از واحدهای کیلوپارسک، مگاپارسک و گیگاپارسک استفاده می‌کنند.

در هر حال چه سال نوری باشد و چه پارسک و واحدهای برگرفته از آن، ستاره‌شناسان همچنان از هر دو برای اندازه‌گیری فاصله‌ها در جهان گسترده و بزرگ ما استفاده خواهند کرد.

سال نوری و فرهنگ عامه

اصطلاح «سال نوری» و دیگر واحدهای نجومی، اغلب در داستان‌های علمی-تخیلی و رسانه‌های عمومی زیاد به کار می‌رود اما گاهی اوقات به اشتباه هم استفاده می‌شود. برای نمونه، در فیلم اصلی جنگ ستارگان، «هان سولو» به پرواز فضاپیمای میلینیوم فالکون در «کمتر از دوازده پارسک» افتخار می‌کند و واحد فاصله (پارسک) را با زمان اشتباه می‌گیرد. چنین مواردی، اهمیت درک دقیق اصطلاحات نجومی را نشان می‌دهد.

اما از سوی دیگر حتی با وجود نادرستی‌های گاه به گاه، استفاده از اصطلاحاتی مانند سال نوری و پارسک در فرهنگ عامه، باعث برانگیختن علاقه‌ی عمومی به نجوم و کاوش در فضا شده است. در مجموع می‌توان گفت واحد سال نوری تا حد زیادی در فرهنگ عامه هم کاربردی شده است و حتی به عنوان کنایه، برای اشاره به فاصله‌های طولانی در مقیاس زمینی هم مورد استفاده قرار می‌گیرد اما همچنان باید به کاربرد درست آن در موقعیت‌های مختلف دقت داشت.

جمع‌بندی

سال نوری چیزی بیش از یک واحد اندازه‌گیری است و پنجره‌ای به سوی وسعت و تاریخچه‌ی کیهان است که مفهوم زمان و مکان را با هم پیوند می‌دهد. می‌توان گفت که با آگاهی درست از مفهوم سال نوری، درک عمیق‌تری از مقیاس کیهان و جایگاه خود در آن خواهیم داشت.

عکس کاور: جریان جت خروجی از یک سیاهچاله کلان‌جرم که تقریبا با سرعت نور حرکت می‌کند.
Credit: NASA / JPL-Caltech illustration

منابع: Space, Britanica, NASA