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光到底跑多快?NASA科学家自製动画告诉你

2020-06-18

光到底跑多快?NASA科学家自製动画告诉你
如果不谈哆啦 A 梦的任意门,或理论上太空可能有虫洞这种可快速传递物质的捷径,光在真空行进的速度是目前已知宇宙中最快的,但光速到底有多快?
最近一名 NASA 科学家就用动画让大家很有感。
光速到底有多快?
光在真空行进的速度为每秒 29 万 9,792 公里,是目前宇宙所有物质中,传递速度最快的。
对地球上的我们来说,光行进的速度已是超乎想像的快,但这个速度如果放到宇宙来看,光速似乎又没有大家想像中快。
NASA 科学家欧‧杜诺休便决定,他要用动画让大家感受一下,光速到底有多快。
在这 24 秒的影片,可看到一道光不断绕着赤道转。大家可试试看自己的眼睛能不能跟上光速,理论上影片中,光点回到正面的次数有 180 次。
光一秒绕地球 7 圈半
地球赤道一圈的长度约为 4 万 75 公里。如果地球没有大气层阻挡光,那幺光每秒可绕地球 7.5 圈,相当于 0.13 秒就绕一圈!
不过现实生活中,地球大气层会折射光线,让光绕地球一圈的速度稍微慢一点。
这 15 秒的短片,光线会不断在地球─月球─地球间以光速移动。理论上光从地球表面抵达月球,单趟只要 1.255 秒。
从地球到月球要 1.255 秒
地球到月球的平均距离为 38 万 4,400 公里,所以光从地球到月球单趟要 1.255 秒,来回一趟约 2.51 秒。换言之,我们在地球看到的月光,其实是 1.255 秒前的月亮。
欧‧杜诺休补充,由于月球每年会以 3.8 公分的速度远离地球,所以光每次来回地球─月球的时间也会越来越长。
这 6 分 4 秒的影片中,可看到光从地球表面抵达火星再回到地球的传递过程。为了让大家清楚看到地球、月球和火星的大小,所以星体体积和长度的比例尺相比,放大了 20 倍。
从地球到火星要 3 分 2 秒
地球到火星的平均距离为 5,460 万公里,所以光从地球到火星单趟要 3 分 2 秒,来回一趟就是 6 分 4 秒。即使人类可用光传递讯息,如果在地球的我们想要远端操控火星探测器,从收到来自火星的资料、下指令、再将指令传到火星,也会出现 6 分 4 秒的误差。
所以科学家如果要「远端即时操控」火星探测器,其实需要预先设定好指令,才能让探测器在对的时间做出设定好的事。
光到底跑多快?NASA科学家自製动画告诉你
2018 年 11 月,工程师在 NASA 喷射推进实验室得知洞察号成功登陆火星后,开心地鼓掌欢呼。
距离越远越困难
但 3 分 2 秒还只是光速从地球到火星所需的时间而已,比起近期刚登上火星的 NASA 洞察号探测器,还有新视野号、航海家 1 号和 2 号,都在距离地球更遥远的地方进行宇宙探险。
这些都会大大加剧人类想在地球「远端即时操控」这些探测器的难度。
这支影片是欧‧杜诺休发表在 Twitter 后,获得广大迴响的太阳系八大行星自转方向、自转一周的时间及相对速度。从左到右第一排为:水星、金星、地球和火星,紧接着第二排从左到右则为:木星、土星、天王星和海王星,这个顺序是和太阳距离从近到远的行星排序。
最近刚学会做动画
当被问起製作这 3 支动画的起因,欧‧杜诺休表示,是因为他最近才学会如何做动画。欧‧杜诺休做的第一部动画是为了 NASA 要发表一篇土星环消失的新闻稿。接着他又做了几支动画,解释太阳系的星体如何自转,还有这些星体的相对大小,这支影片在 Twitter 获得数百万次观看,让他想继续做动画。
欧‧杜诺休说,他之前複习考试时,都会将这些複杂的概念用手画一遍,这样才好理解。所以他希望自己做的动画也能如此,一支影片就能清楚讲出所有要解释的观念。
[YoutubeI2cyTZHm2vY[/Youtube]
这支影片和前一支一次列出太阳系八大行星自转方向、自转一周的时间及相对速度的影片有点像,不过这支影片少了数字,让人能更清楚看出太阳和八大行星的体积差异。影片一开始出现的 4 个星体从左到右分别是:水星、金星、地球、火星,紧接着出现的是木星,以及土星、天王星和海王星,最后登场的则是太阳。


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