Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 14

Artykuły

Jak szybko poruszamy się w kosmosie?

9th Sty '17

W kosmosie wszystko się porusza. Było to pewnie jedno z pierwszych spostrzeżeń człowieka pierwotnego. Podziwiał niebo, ale nie mógł przepuszczać z jak niedorzecznie wielkimi prędkościami pędzą przez przestrzeń planety, komety, czy nawet on sam.

Podobno bez­za­ło­gowy samolot X-43 zdołano roz­pę­dzić do 11 tysięcy km/h. Mógłby okrążyć naszą planetę w zaledwie 3,5 godziny. Nieźle, jednak pręd­kości, które imponują na Ziemi, wydają się wręcz śmiesznie niskie w odnie­sieniu do prze­strzeni kosmicznej. Wiele popu­la­ry­za­tor­skich książek i filmów ilu­strując odbiorcy potęgę wszech­świata, skupia się na nie­bo­tycz­nych masach i roz­mia­rach obiektów, zapo­mi­nając, że olbrzymim dystansom i szo­ku­jącym energiom, towa­rzyszą równie efek­towne pręd­kości. Wyrzućmy więc na moment pospo­lite kilo­metry na godzinę, zastę­pując je prak­tycz­niej­szymi kilo­me­trami na sekundę, i spójrzmy na kilka przy­kładów kosmicznej dynamiki. Żeby wszystko było czytelne, użyjemy pręd­ko­ścio­mierza ze skalą od 0 do 300 km/s, tj. tysięcznej części pręd­kości światła.

ISS – 27 743 km/h

iss-predkosciomierzNajpierw coś bli­skiego, czyli Mię­dzy­na­ro­dowa Stacja Kosmiczna znaj­du­jąca się zaledwie 400 kilo­me­trów nad naszymi głowami. Ważąca niecałe 500 ton struk­tura, zamiesz­kała przez sześciu loka­torów, okrąża naszą planetę aż pięt­na­ście razy na dobę. Jej średnia prędkość względem powierzchni Ziemi wynosi 7,7 km/s, czyli 27 tys. km/h. 

Wyprawa Apollo 10 – 39 896 km/h

saturn5-predkosciomierzTyle wynosi rekord pręd­kości z jaką podró­żo­wali ludzie. Usta­no­wiony bardzo dawno bo w 1969 roku, jeszcze w epoce księ­ży­co­wego programu Apollo, i do dziś nie­po­bity. Stafford, Cernan i Young wyru­szyli w kierunku Srebr­nego Globu dwa miesiące przed pamiętnym lotem Apollo 11. Oczy­wi­ście nie wylą­do­wali na Księżycu, tra­fiając jedynie na jego orbitę, ale jak widać zapisali się w historii w inny sposób. W drodze powrotnej statek osiągnął prędkość 11,1 km/s, czyli nie­ca­łych 40 tys. km/h. To akurat tyle, aby w godzinkę obiec Ziemię na wyso­kości równika.

Voyager 1 – 61 200 km/h

voyager1-predkosciomierzWystrze­lony w 1977 roku Voyager to sonda nie­zwykła z wielu względów. Przede wszystkim, uważana jest za naj­bar­dziej oddalone od Ziemi dzieło ludzkich rąk, być może pierwsze, które opuściło Układ Sło­neczny (zależnie od tego jak zde­fi­niu­jemy granicę Układu). W tym momencie urzą­dzenie znajduje się w odle­głości ponad 20 miliardów kilo­me­trów od Słońca, a więc 137 razy dalej niż Ziemia i 3,5 raza dalej niż zmar­z­nięty Pluton. Zasuwa z pręd­ko­ścią 17 km/s, czyli ponad 61 tys. km/h, jednak nawet przy takich osiągach, dotarcie do którejś z sąsied­nich gwiazd zabierze jej kil­ka­dzie­siąt tysięcy lat.

Ziemia – 109 033 km/h

ziemia-predkosciomierzNie zapo­mi­najmy, że my sami również dry­fu­jemy przez prze­strzeń kosmiczną i to na kilka sposobów. Sam ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca odbywa się z niemałą pręd­ko­ścią, wahającą się od 29,2 km/s do 30,2 km/s, czyli 109 tys. km/h. Właśnie taka prędkość jest konieczna aby planeta przebyła drogę 940 milionów kilo­me­trów w 365 dni i zato­czyła pełne koło… To znaczy elipsę. 

Juno – 262 800 km/h

juno-predkosciomierzChoć sonda ta została wystrze­lona w 2011 roku, dopiero w roku ubiegłym osią­gnęła swój cel. Właśnie obiega Jowisza, dzielnie walcząc z jego nisz­czącą magne­tos­ferą i prze­sy­łając nam nie­zwykle cenne infor­macje. Wszystko dlatego, że Juno bardzo zbliżyła się do gazowego olbrzyma, sunąc zaledwie 5 tys. kilo­me­trów nad amo­nia­kową atmos­ferą. O tym wszystkim pisałem już w tym tekście, jednak nie wspo­mniałem wtedy, że latem 2016 roku sonda wyśru­bo­wała rekord pręd­kości. Podczas usta­lania orbity, przy gra­wi­ta­cyjnej pomocy rozdętej planety, Juno osią­gnęła wynik 73,7 km/s, czyli ponad 262 tys. km/h. Jest to, na tę chwilę, naj­większa prędkość osią­gnięta przez produkt ludzkich rąk.

Zbliżanie Andromedy i Drogi Mlecznej – 400 000 km/h

andromeda-predkosciomierzZnów wracamy do naszego mimo­wol­nego ruchu „własnego”. Zapewne sły­sze­li­ście o tym, że dwie naj­większe galak­tyki Grupy Lokalnej – galak­tyka M31 oraz Droga Mleczna – poważnie mają się ku sobie. Obecnie od Andro­medy dzieli nas 2,5 miliona lat świetl­nych, jednak nie­ustę­pliwa gra­wi­tacja szybko ten dystans zmniejsza. No dobrze, to czy tempo zbli­żania uznamy za szybkie, zależy od punktu widzenia. W rzeczy samej, przy pręd­kości wyno­szącej około 111 km/s, do zde­rzenia nie dojdzie szybciej niż za 3,5 miliarda lat. 

Solar Probe Plus – 720 000 km/h

solar-probe-predkosciomierzZapewne jeszcze będę miał spo­sob­ność wiele razy wspo­mnieć o tej sondzie w przy­szłości. Pla­no­wana na 2018 rok misja, ma pozwolić na dokład­niejsze niż kie­dy­kol­wiek badania naszej gwiazdy, zbli­żając się doń na odle­głość zaledwie 6 milionów kilo­me­trów(!). Jed­no­cze­śnie Solar Probe Plus pobije kosmiczne rekordy pręd­kości, w tym ten osią­gnięty przez Juno. Skoro masa Jowisza pozwo­liła wykręcić 73 km/s, to nie powinno dziwić, że Słońce pomoże roz­pę­dzić pół­to­nowy przyrząd do pręd­kości bliskich 200 km/s, czyli 720 tys. km/h. W takim tempie można by prze­mie­rzyć drogę z Ziemi do Marsa (przy korzystnym ułożeniu obu planet) w trzy i pół dnia. 

Układ Słoneczny – 792 000 km/h

uklad-predkosciomierzNie dość, że poru­szamy się dość szybko na wymę­czonym grzbiecie naszej planety wokół Słońca, to jeszcze kłu­su­jemy przez prze­strzeń wraz z całym Układem Sło­necznym. Tak jak Ziemia okrąża Słońce, tak Słońce z całym systemem obiega masywne centrum Drogi Mlecznej. Ten swoisty rok galak­tyczny, podczas którego ramię Oriona (to w nim siedzimy) wraca do punktu wyjścia, trwa około ćwierć miliarda lat. Oznacza to, że właśnie w tym momencie prujemy przez kosmos z pręd­ko­ścią 220 km/s, czyli jakiś 792 tys. km/h.

Na zakoń­czenie warto zestawić powyższe przy­kłady z naj­wyższą dostępną pręd­ko­ścią, czyli pręd­ko­ścią światła. Jak wiadomo, żaden obiekt posia­da­jący masę nie jest w stanie osiągnąć magicz­nego pułapu 300 000 km/s, czyli 1,08 miliarda km/h. Przy takiej wartości nasz pręd­ko­ścio­mierz by eks­plo­dował, więc nieco zmieńmy skalę. Oto jak ma się prędkość 220 km/s (ruch Układu Sło­necz­nego) wobec osiągów fotonu. W żadnym z powyż­szych przy­padków nie się­gnięto nawet 0,1% c.
predkosc-swiatla2podpis-czarny


Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • sdx

    czuję pewien niedosyt…

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Marek Andrzejak

      Ja też…

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • kuba_wu

    Zabrakło mi istotnej infor­macji: względem czego (jakiego układu) jest dana prędkość okre­ślona. W nie­któ­rych przy­pad­kach nie jest to wcale oczy­wiste…

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Adam

    To skoro już o pręd­ko­ściach – Adamie, potra­fiłbyś wyjaśnić, dlaczego prędkość światła jest różna, w różnych ośrod­kach? Z jednej strony jest to oczy­wiste, z drugiej – przy­najm­niej dla mnie – fakt ten powoduje nie­zro­zu­miałe kon­se­kwencje, np. to że jakiś obiekt nie­bę­dący fotonem, może wyprze­dzić lecą rów­no­legle foton światła. Czy to nie powoduje jakichś dziwnych impli­kacji?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Tomasz Ste­plowski

      Poczytaj o pro­mie­nio­waniu Cze­rym­kowa.

      Tak naprawdę prędkość światła jest cały czas taka sama. W ośrodku dochodzi do absorpcji i emisji fotonów – stąd opóź­nienia.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Adam

        Dziękuję kolegom za wska­zówki. Więc zro­zu­miałem tak: kwanty (fotony) światła, prze­cho­dząc przez jakiś ośrodek, są pochła­niane w wyniki inte­rakcji z atomami materii. Następnie nastę­puje reemisja fotonów, zapewne w celu zacho­wania energii czy czegoś podob­nego (zgaduję: powrotu elek­tronów na swoją orbitę?). I to właśnie fakt, że od pochło­nięcia do reemisji fotonu upływa jakiś czas powoduje spo­wol­nienie „światła”. Jednak fotony po przej­ściu przez taki ośrodek, nie są już tymi samymi fotonami, które do niego wleciały.

        Czy tak?

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • yaxoo

        He he, po pierwsze, nie Cze­rym­kowa, tylko Cze­ren­kowa, Pawła Alek­sie­jo­wicza. I nie chodzi o żadną absorbcję/emisję tylko o to, że światło się załamuje, kiedy prze­chodzi przez coś innego, niż próżnia. Nigdy się chłopie nie kąpałeś? Nie widziałeś, jak coś wsadzone do wody nagle „zmienia” rozmiary? Każda sub­stancja ma jakiś współ­czynnik zała­mania światła. Prędkość fazowa światła w danym ośrodku to słynne c (wartość bez­względna pręd­kości światła w próżni) podzie­lona przez ów współ­czynnik. Co z tego wynika? Ano to, że w przy­najm­niej nie­któ­rych ośrod­kach, np. w wodzie, prędkość fazowa światła jest nieco mniejsza od owego magicz­nego c. I tyle. Tym samym dowolna cząstka może być roz­pę­dzona do szalonej wartości bardzo bliskiej c i wsz­cze­lona w jakiś ośrodek (np. wodę), prze­la­tując przez niego z większą pręd­ko­ścią, niż wynosi prędkość fazowa światła dla tegoż ośrodka. Pro­mie­nio­wanie narodzi się wówczas, kiedy elek­trycznie nała­do­wana cząstka prze­mknie przez ośrodek z pręd­ko­ścią większą niż prędkość fazowa światła w tymże ośrodku, bowiem tylko wówczas fale pól elek­tro­ma­gne­tycz­nych powsta­łych w wyniku joni­zacji tegoż ośrodka się nie wygaszą i obser­wator będzie mógł podzi­wiać piękną nie­bie­skawą poświatę. Sęk w tym, że ten przykład nijak ma się do problemu. No, chyba że chodzi o to, aby nie mylić pojęcia „stałej wartości pręd­kości światła w próżni” z pojęciem „pręd­kości fazowej światła w danym ośrodku”. Chyba że tak.
        Tak przy­najm­niej wynika z wiki­pedii https://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_Czerenkowa

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Dokładnie tak jak napisał Tomasz. Potra­fimy w spe­cjal­nych krysz­ta­łach bardzo spo­wal­niać wiązkę światła, ale sztuczka polega na tym, że wchodzi ona w inte­rakcję z atomami danego ośrodka co utrudnia jej przej­ście. W rze­czy­wi­stości same fotony zawsze poru­szają się z tą samą pręd­ko­ścią.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://jacek-belof.blogspot.com/ Jacek

    Hmm… zabrakło mi „rekordów” z LHC – przy­najm­niej wtedy ten ostatni licznik nie byłby tak bez­na­dziejnie martwy 😉

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Marek Jaros

    hellou! prędkość światła to 300 000 m/s a nie km…

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • taranssj4

      Eee, chyba uciąłeś trzy zera:)

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Marek Jaros

    oje­zu­sie­ma­ryjo… prze­pra­szam… to ja już się nie będę odzywał.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Marek

    Co do Solar Probe Plus. Zasta­nawia mnie jak słońce ma roz­pę­dzić sonde to takiej pręd­kości zakła­dając wyko­rzy­stanie asysty gra­wi­ta­cyjnej skoro w punkcie odnie­sienia do całego układu sło­necz­nego jest ono nie­ru­chomo…

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Już za czasów Keplera zauwa­ży­liśmy, że im bliższą Słońcu planetę roz­pa­tru­jemy, tym większa jest jej prędkość liniowa. Jeżeli obiekt zacznie śmigać tuż nad powierzchnią naszej – bardzo masywnej – gwiazdy, to jego prędkość będzie odpo­wiednio wysoka.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0