La velocità della luce è il limite con cui un oggetto materiale può muoversi nello spazio, a meno che, ovviamente, non si tenga conto di ipotetici wormhole, con l'aiuto dei quali, secondo ipotesi, gli oggetti possono muoversi nello spazio ancora più velocemente. In un vuoto ideale, una particella di luce, un fotone, può muoversi a una velocità di 299.792 chilometri al secondo, ovvero circa 1.079 miliardi di chilometri all'ora. A prima vista, potrebbe sembrare sorprendentemente veloce. No, in realtà è veloce. Ma su scala cosmica, questa velocità può essere estremamente lenta, specialmente quando si tratta di comunicazioni radio e voli verso altri pianeti, in particolare quelli al di fuori del nostro sistema solare.
Per rendere più facile per chiunque comprendere le possibilità limitate della velocità della luce, lo scienziato planetario del Goddard Space Flight Center della NASA, James O'Donoghue, ha creato una serie di video animati.
In una conversazione con Business Insider, O'Donoghue ha affermato di aver imparato solo di recente come realizzare queste animazioni. Il suo primo lavoro per la NASA è stato preparare un video sugli anelli di Saturno. Successivamente, ha iniziato ad animare altri concetti spaziali di difficile comprensione, ad esempio un confronto visivo delle dimensioni e delle velocità di rotazione dei pianeti del sistema solare. Secondo lui, questo lavoro, pubblicato sulla sua pagina Twitter personale, ha suscitato molto interesse.
Il suo ultimo lavoro è un tentativo di dimostrare chiaramente quanto possono essere veloci e allo stesso tempo lenti i fotoni.
Dimostrazione visiva del movimento dei fotoni intorno alla Terra
Nella prima animazione, O'Donoghue ha mostrato la velocità con cui la luce può muoversi rispetto alla Terra.
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L'equatore del nostro pianeta è lungo circa 40mila chilometri. Se non avesse un'atmosfera (le particelle che contiene possono rallentare un po 'la luce), allora un fotone che scivola lungo la sua superficie compirebbe quasi 7,5 giri completi in 1 secondo (o 0,13 secondi per giro).
Anche se la velocità della luce sembra essere incredibilmente veloce in questo scenario, il video dimostra anche che è finita.
La velocità con cui la luce viaggia tra la Terra e la Luna
Nel secondo video, O'Donoghue copre una distanza maggiore, dalla Terra alla Luna.
In media, la distanza tra il nostro pianeta e il suo satellite naturale è di 384.000 chilometri. Ciò significa che la luce della luna osservata nel cielo percorre questa distanza in 1,255 secondi e il viaggio avanti e indietro, ad esempio, durante la trasmissione di messaggi radio tra la Terra e la navicella spaziale, richiederà 2,51 secondi.
Va notato che questo tempo aumenta ogni giorno, poiché ogni anno la Luna si allontana dalla Terra di circa 3,8 centimetri (la Luna esaurisce costantemente l'energia di rotazione della Terra attraverso l'interazione gravitazionale-marea. Le conseguenze di questo effetto sono un cambiamento nell'orbita del satellite).
La velocità con cui la luce percorre la distanza tra la Terra e Marte
Nel terzo video, O'Donoghue ha dimostrato un problema che molti scienziati planetari devono affrontare quotidianamente.
Quando i dipendenti dell'agenzia aerospaziale della NASA cercano di scaricare e ricevere dati da un veicolo spaziale, ad esempio, la stessa sonda InSight attualmente in funzione su Marte, i messaggi vengono trasmessi alla velocità della luce. Tuttavia, non è sufficiente controllare il dispositivo in "tempo reale". Pertanto, le squadre devono essere attentamente pensate, il più compresse possibile e indirizzate al momento e al luogo esatti per non mancare il bersaglio.
La trasmissione più veloce di messaggi tra la Terra e Marte è possibile nel momento in cui i pianeti sono nel punto di avvicinamento più vicino. Tuttavia, ciò accade solo circa una volta ogni due anni. Inoltre, anche in questo caso, siamo separati da una distanza di circa 54,6 milioni di chilometri. Il video di O'Donoghue mostra che a questa distanza, la luce impiega 3 minuti e 2 secondi per spostarsi da un pianeta all'altro, o 6 minuti in entrambe le direzioni.
In media, la Terra e Marte sono separate da una distanza di 254 milioni di chilometri, quindi in media la trasmissione del messaggio bidirezionale richiede circa 28 minuti e 12 secondi.
Più lontana è la distanza, più deprimente diventa l '"efficienza" della velocità della luce
Il limite di velocità della luce crea ancora più problemi per i veicoli spaziali più lontani dalla Terra. Ad esempio, la stessa sonda New Horizons, che ora è a 6,64 miliardi di chilometri da noi, o Voyager 1 e Voyager 2, che hanno raggiunto il confine del sistema solare.
Illustrazione della "nanosonda" spaziale Breakthrough Starshot accelerata da un raggio laser molto potente e diretta verso il sistema stellare di Alpha Centauri.
La situazione diventa piuttosto triste quando si tratta di trasmettere un messaggio a un altro sistema stellare. Ad esempio, l'esopianeta più vicino che conosciamo, Proxima b, dista circa 4,2 anni luce (circa 39,7 trilioni di chilometri). Anche se prendiamo il veicolo spaziale più veloce al momento, il Parker Solar Probe, in grado di raggiungere velocità di 343.000 chilometri all'ora, anche allora ci vorrebbero circa 13.211 anni solo per raggiungere Proxima b.
Nikolay Khizhnyak