La luce che vediamo dalle stelle è estremamente vecchia?

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La nostra stella più vicina Proxima Centauri è a 4.243 anni luce dalla Terra.

Significa che stiamo vedendo luce che ha 4.243 anni ogni giorno?

— Giri
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Alcuni punti interessanti: alcune entità distano 4000-6000 anni luce, ciò significa che la luce che vediamo da loro oggi si è formata quando stavamo ancora usando strumenti di pietra qui sulla terra

— RhysW,

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4000 anni luce sarebbero per lo più ancora nella nostra galassia, che è di circa 100.000 anni luce e 3000-6000 anni luce di spessore. La maggior parte delle galassie sono lontane almeno milioni di anni luce.

— Arne,

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Sì, la velocità della luce nel vuoto (o c ) è di 299.792.458 m / se un anno luce è la distanza percorsa dalla luce in un anno giuliano (365,25 giorni), che risulta 9,4605284 × 10 ¹⁵ metri. Poiché c è la velocità massima alla quale tutta l'energia, la materia e le informazioni nell'Universo possono viaggiare, è la costante fisica universale su cui si basa l' anno luce ( ly ) come una delle unità astronomiche di lunghezza.

Ciò significa che la luce visibile come radiazione elettromagnetica non può viaggiare più velocemente di c e in un anno giuliano può attraversare una distanza massima di

d = t * c

d è la distanza in metri

t tempo in secondi

c la velocità della luce nel vuoto in metri al secondo

Se calcoliamo questa distanza per un 4,243 LY oggetto distante, che viene fuori come 4.243 * 365.25 * 86,400 s * 299,792,458 m * sˉ¹o esattamente 40,141,879,395,160,334.4 metri (circa 40 trilioni di chilometri o 25 trilioni di miglia).

Questa è la distanza percorsa dalla luce dall'ultima volta in cui è stata riflessa (o nel nostro caso emessa da, poiché Proxima Centauri è una stella nana rossa ) la superficie di un oggetto celeste per essere 4.243 anni giuliani dopo visibile al nostro punto di osservazione, in questo caso il nostro pianeta Terra da dove è stata misurata la distanza da Proxima Centauri che hai citato.

Più potente è il telescopio, più nel passato possiamo vedere perché la luce è molto più vecchia! Questo vale lo stesso indipendentemente dalla distanza dell'oggetto che stai osservando, ma l'astronomia è particolarmente accurata in questo senso e possiamo osservare oggetti così distanti da vederli dal momento in cui si stavano ancora formando.

Per ulteriori letture su altre unità utilizzate per misurare oggetti lontani, potresti essere interessato a leggere questa domanda sul parsec.

— TildalWave
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Quindi, quando guardiamo il cielo notturno, guardiamo al passato. Diciamo che una delle stelle che vediamo nel cielo è diventata supernova e non c'è più e diciamo che questa supernova era "piccola" e avrebbe potuto essere vista solo se fossi letteralmente vicino alla stella. Diciamo che questa stella è a circa 4 miglia di distanza. Quindi tra 4 anni non vedremo più la stella, giusto?

— NuWin,

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@NuWin Non esiste una supernova così piccola. In quattro anni vedresti la supernova (dopo che la luce ha già viaggiato per quattro anni dalla prospettiva di un osservatore sulla Terra) che gradualmente svanirebbe fino a quando non sarà più visibile ad occhio nudo. Inoltre, tutti moriranno.

— Aurast,

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Una risposta più profonda è "sì e no". Nel quadro di riferimento della luce stessa il viaggio da Proxima a qui è istantaneo. Nel nostro quadro di riferimento ci vogliono quattro anni: tutto ciò è legato alla relatività e alla natura dello spaziotempo.

Ma nel senso quotidiano guardiamo indietro nel tempo alla luce delle stelle.

— adrianmcmenamin
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"Nel quadro di riferimento della luce stessa il viaggio da Proxima a qui è istantaneo." Potresti approfondire questo con qualche spiegazione per favore?

— vascowhite,

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Nella realtà generale lo spazio e il tempo fanno parte di un singolo "spaziotempo" e se un oggetto viaggia attraverso lo spaziotempo alla velocità della luce, allora non sperimenta il tempo. Questo en.wikipedia.org/wiki/World_line potrebbe aiutare, anche se come molti articoli di Wikipedia sulla scienza non ci vogliono molti prigionieri quando si tratta di introdurre un argomento.

— Adrianmcmenamin,

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Diventa strano (in un modo normale di relatività generale del tamburo ronzio) quando pensi alla prospettiva del fotone. Il fotone viene emesso dalla stella e ricevuto dall'occhio istantaneamente. In un certo senso, quel fotone non avrebbe potuto essere emesso se "l'universo non avesse saputo" (o "strutturato tale ...") che il tuo occhio sarebbe stato lì a guardarlo esattamente nel momento in cui lo hai guardato. Ogni fotone deve avere sia un inizio che una fine "già in atto". Quindi un universo con una sola stella non potrebbe emettere fotoni perché non ci sarebbe nulla per riceverli.

— CoolHandLouis,

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In realtà, la luce che ci colpisce da Proxima Centauri non ha necessariamente 4.243 anni. Forse alcuni dei fotoni che arrivano qui sono stati creati nella fotosfera di Proxima. Ma alcuni di essi saranno stati creati al centro della stella e questi fotoni potrebbero impiegare molti anni per arrivare alla fotosfera, dove vengono poi "emessi".

Per il nostro sole, è scritto (nell'articolo di Wikipedia sul nostro sole ):

"I raggi gamma (fotoni ad alta energia) rilasciati nelle reazioni di fusione vengono assorbiti in pochi millimetri di plasma solare e quindi riemessi di nuovo in una direzione casuale e ad energia leggermente inferiore. Pertanto, la radiazione impiega molto tempo a raggiungere la superficie del Sole. Le stime del tempo di viaggio del fotone variano tra 10.000 e 170.000 anni. "

Allo stesso modo, molti dei fotoni che arrivano da Proxima potrebbero avere molte decine di migliaia di anni. Il loro tempo di viaggio dalla fotosfera di Proxima è solo una piccola parte del loro viaggio sulla Terra.

— Cyberherbalist
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Penso che sia utile e interessante menzionare (+1), ma questo tipo di idealizzazione della "camminata casuale" mi sembra più che un po 'strana e fuorviante. È difficile dare molto senso all'affermazione secondo cui qualsiasi fotone vicino alla fotosfera è in realtà lo "stesso" fotone che produce vicino al nucleo in un lontano passato, poiché il numero di fotoni è drasticamente non conservato durante il processo di assorbimento / emissione. D'altro canto, poiché i fotoni sono identici in un modo più forte di qualsiasi altro oggetto classico, la distinzione di "stessi fotoni" rispetto a "fotoni diversi" non è molto significativa in primo luogo.

— Stan Liou,

Sì, @StanLiou, questa è una stranezza, ma come dici tu, almeno un po 'interessante. Quanto agli "stessi" vs "diversi" fotoni, beh, ci sono molti misteri nell'universo, e questo è uno di questi.

— Cyberherbalist,

Si potrebbe anche parlare di fotoni di luce che hanno viaggiato migliaia di anni da un'altra stella prima di colpire Proxima Centauri e successivamente emessi verso il nostro pianeta. Ma non credo che tali meandri di fotoni prima che l'emissione verso la terra abbiano a che fare con l'OP.

— CoolHandLouis,

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No, non sono davvero d'accordo. Quei fotoni che vengono assorbiti e riemessi non sono realmente gli stessi fotoni. Hanno energie diverse e una direzione diversa (casuale). Si potrebbe dire che l'energia che viene emessa dal nucleo della stella impiega 100.000 anni per raggiungere la fotosfera, ma non i fotoni.

— Dieudonné,

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Non corretto. I fotoni che arrivano sulla Terra vengono emessi (per definizione) dalla fotosfera. I fotoni emessi nel nucleo sono raggi X duri con percorsi liberi medi di un mm.

— Rob Jeffries,

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Tutta la luce che vediamo proviene dal passato. La luce di una lampadina a una distanza di 3 metri arriva a 10 ns dopo aver lasciato la lampadina nell'occhio. Per brevi distanze questo ritardo è trascurabile (10 ns è 10 miliardesimi di secondo), ma su scala astronomica diventa significativo. La luce del Sole impiega 8 minuti e 20 secondi per raggiungere la Terra, quindi quando vediamo il Sole è il Sole come era 8 minuti fa. Se il Sole morisse improvvisamente non lo noteremmo per 8 minuti.

Lo stesso vale per altre stelle nella nostra galassia. La luce di una stella a 4 anni luce impiega 4 anni per raggiungerci; è la definizione di un anno luce.

Si potrebbe fare il seguente confronto: supponiamo che ci sia una città a 100 anni di auto da dove vivi. Ciò significa che un'auto impiega 100 anni per raggiungerti. Quando un'auto di quella città ti raggiunge oggi è partita nel 1914. Non sarà una berlina del 2010, ma una Ford T. All'arrivo dell'auto, stai guardando 100 anni fa.

Questo sguardo nella storia è molto conveniente per i cosmologi. Volete sapere che aspetto avevano le galassie 13,5 miliardi di anni fa, quando l'Universo era ancora giovane? Bene, cerca la luce che è stata avviata per quel tempo. Ha lasciato la galassia sotto studio 13,5 miliardi di anni fa e ti mostra com'era quella galassia in quel momento. Non ti dice nulla sullo stato attuale di esso. Potrebbe essersi scontrato con un'altra galassia o assorbito da un buco nero. Non c'è altro modo di sapere se non aspettare altri 13,5 miliardi di anni, fino a quando la luce emessa non ci raggiungerà.

Un'altra cosa interessante da osservare da quel lontano passato è la Cosmic Microwave Background Radiation (CMB). Sono le radiazioni del Big Bang, in corso da 13,8 miliardi di anni. Ovviamente oggi il Big Bang è storia, ma grazie alla velocità della luce "limitata" questa storia è continuamente in corso per noi.

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Inserisci la relatività. Quindi diciamo che la luce di Proxima Centauri è in corso da 4,2 anni, ma solo dal nostro punto di vista . Man mano che gli oggetti si avvicinano alla velocità della luce, il loro tempo rallenta e alla fine quando si raggiunge la velocità della luce il tempo si ferma completamente. Ora i fotoni viaggiano alla velocità della luce, quindi per loro il tempo è fermo. Dal punto di vista del fotone percorre istantaneamente l'intera distanza da Proxima Centauri alla Terra : arriva sulla Terra nello stesso momento in cui lascia Proxima Centauri! (Non puoi farlo con oggetti che hanno massa.)

— stevenvh
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C'è un po 'troppo di sofferenza in alcune delle risposte a questa domanda. Mentre è vero che un fotone non vive il tempo, l'OP stava chiedendo della luce emessa da Proxima Centuri come osservato dalla Terra. Poiché il PC è a 4 anni luce di distanza, la luce ha impiegato 4 anni per raggiungerci - dal momento che né noi né il sistema Centuri stiamo viaggiando, l'uno rispetto all'altro, a velocità relativistiche (vicino alla velocità della luce; da qualche parte, a seconda del contesto, tra ~ Il 5% di c e il 20% di c è dove iniziamo a parlare della velocità relativistica). Parte della luce è stata assorbita (da polvere o ioni) tra lì e qui e probabilmente è stata riemessa come luce infrarossa, ma la maggior parte di essa (la parte visibile) ha viaggiato ininterrottamente, quindi sì ha iniziato il suo viaggio 4 anni fa. Ma nota che Proxima non è visibile ad occhio nudo,

— Li Zhi
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— Ironia della sorte

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Viaggiare alla velocità della luce ha implicazioni sia per lo spazio che per il tempo. Oltre a nessuna esperienza del tempo, i fotoni non percepiscono spazio nella direzione del loro viaggio. Pertanto il loro viaggio nello spazio "istantaneo" copre la distanza zero. In altre parole, ogni fotone percepisce il tuo bulbo oculare attaccato alla fotosfera di Alpha Centauri, consentendo così un tempo di viaggio molto breve ...

— Yaron
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