سال نوری چیست و چگونه محاسبه می‌شود؟

در همسایگی بین‌ستاره‌ای ما، در کهکشان راه شیری خودمان، نزدیکترین ستاره به ما آلفا-قنطورس (Alpha Centauri) است. اگر در همین لحظه این ستاره منفجر شود و یا هر اتفاق دیگری برای آن بیفتد، تقریبا ۴ سال بعد از آن متوجه خواهیم شد! این اتفاق به دلیل فاصله بین ما و ستاره می‌افتد که منجمان آن را با «سال نوری» محاسبه می‌کنند.

احتمالا می‌توانید حدس بزنید که بقیه ماجرا از چه قرار است. تمام ستاره‌هایی که در آسمان می‌بینیم با تاخیر به ما می‌رسد و حتی شاید بعضی از آن‌ها دیگر وجود نداشته باشند. به همین خاطر است که منجمان از آسمان شب به «ماشین زمان» یاد می‌کنند.

اندازه‌گیری فاصله‌های نجومی با واحدهایی مثل کیلومتر و یا مایل امکان‌پذیر است، اما این اعداد به قدری بزرگ هستند که بیان آن‌ها بسیار سخت است. در کنار آن می‌دانیم که سرعت نور پارامتری ثابت است و از هر جای جهان، با هر سرعتی و با هر ناظری بخواهیم آن را اندازه بگیریم، همچنان ثابت باقی می‌ماند. به علاوه، نور در طول مسیرش هیچ تغییری نمی‌کند و اگر نور ستاره‌ای ۴ سال طول کشیده باشد تا به ما برسد، وقتی که آن را می‌بینیم، مطمئن هستیم که تصویری از ۴ سال پیش این ستاره را دریافت کرده‌ایم.

محاسبه سال نوری

می‌دانیم سریع‌ترین چیزی که در جهان وجود دارد، نور است. نور در هر ثانیه حدود ۳۰۰ هزار کیلومتر را طی می‌کند. اگر بخواهید درک بهتری از این سرعت داشته باشید، باید گفت که اگر می‌توانستیم فضاپیمایی را با سرعت نور حرکت دهیم، فقط در یک ثانیه می‌تواند هفت بار دور زمین بچرخد.

منجمان از سرعت نور استفاده می‌کنند تا بتوانند فاصله اجرام آسمانی را اندازه‌گیری کنند. آن‌ها متوجه شدند که اگر یک پرتوی نور به مدت یک سال حرکت کند، می‌تواند ۹۴۶۰ میلیون کیلومتر را طی کند! عددی که از تصور ما فراتر است. به همین دلیل، متوجه شدند که استفاده از سال نوری برای اهداف علمی و عمومی بسیار راحت‌تر و حتی قابل قبول‌تر است.

البته که باید گفت سال نوری به واحدهای کوچکتر ساعت نوری (light-hour)، دقیقه نوری (light-minute) و ثانیه نوری (light-second) تقسیم می‌شود. برای مثال، فاصله خورشید تا زمین تقریبا ۸ دقیقه نوری است و همانطور که حدس می‌زنید، ۸ دقیقه طول می‌کشد تا نور خورشید به ما برسد. به عبارتی، تصویری که از خورشید در آسمان می‌بینیم، با ۸ دقیقه تاخیر به ما می‌رسد.

سال نوری از کجا آمده است؟

منجمی به نام فردریش بسل در سال ۱۸۳۸ میلادی/۱۲۱۷ خورشیدی توانست فاصله ستاره‌ای غیر از خورشید را اندازه‌گیری کند. در آن زمان، تنها واحد اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی واحد نجومی (AU - Astronomical Unit) بود که برابر با فاصله زمین تا خورشید یعنی ۱۵۰ میلیون کیلومتر است.

بسل فاصله ستاره ۶۱ قو (61 Cygni) را تقریبا ۶۶۰ هزار واحد نجومی اندازه‌گیری کرد. در کنار آن او در محاسبات خود نشان داد که نور ستاره از این فاصله حدود ۱۰.۳ سال طول می‌کشد تا به ما برسد. بسل به زودی متوجه شد که مخاطبان مقاله‌های او تصویری که از زمان انتقال نور ستاره را دارند، بهتر قبول می‌کنند، اما همچنان از استفاده از واحد سال نوری خودداری می‌کرد.

سال نوری همچنان بدون استفاده باقی ماند تا سال ۱۸۴۹ میلادی فیزیکدان فرانسوی، ایپولیت فیزو و در سال ۱۸۶۲ میلادی لئون فوکو از آن استفاده کردند. این واحد برای فاصله از آنجایی که به «سال» ختم می‌شد، واحد عجیبی بود که می‌توانست به کج‌فهمی منجر شود (البته که شد!). البته این عبارت تا اواخر قرن نوزدهم میلادی در بین دانشمندان جا افتاد، اما همچنان عجیب به نظر می‌رسید.

هنوز هم منجمان مدرن ترجیح می‌دهند از واحد «پارسک» (parsec) که برابر ۲۰۶ هزار واحد نجومی است، استفاده کنند. اما محبوبیت سال نوری در بین عموم مردم از آنجایی که تصویری از فاصله ستاره را به راحتی به مخاطب عرضه می‌کند، روز به روز افزایش پیدا کرده است.

جایگزین‌های سال نوری

همانطور که گفتیم، بیشتر منجمان حرفه‌ای (آکادمیک) ترجیح می‌دهند از واحد پارسک به جای سال نوری استفاده کنند. پارسک مخففی از عبارت «پارالاکس-ثانیه» (parallax-second) است که با اندازه‌گیری اختلاف‌منظر اجرام و نسبت‌های مثلثاتی سر و کار دارد.

اختلاف منظر یا پارالاکس زمانی به وجود می‌آید که موقعیت جرم ثابتی از دید ناظر، یعنی من و شما تغییر کند. همین حالا دستتان را عمود بر بدنتان بکشید و انگشت اشاره خودتان را بلند کنید و یکی از چشم‌هایتان را ببندید. انگشتتان را می‌بینید؟ حالا چشمتان را باز کنید و چشم دیگر را ببندید. متوجه تغییر موقعیت ظاهری انگشتتان شدید؟ این دقیقا اتفاقی است که با حرکت زمین در مدار خود به دور خورشید اتفاق می‌افتد. زمین با طی کردن نیمی از این مسیر خود هر شش ماه به بیشترین اختلاف منظر می‌رسد.

حالا که می‌دانید اختلاف منظر چیست، می‌توانیم بگوییم که هر پارسک برابر با تغییر در موقعیت ظاهری جرمی به اندازه یک ثانیه قوسی (یک ۳۶۰۰ام درجه) در آسمان، پس از طی کردن نیمی از مدار زمین به دور خورشید است. هر پارسک برابر با ۳.۲۶ سال نوری و ۲۰۶ هزار واحد نجومی است.

البته برای منجمان فرقی نمی‌کند که از سال نوری استفاده کنند یا پارسک، آن‌ها به مطالعات خود در اکتشافات فضایی ادامه می‌دهند و اطلاعات ما را از جهان اطراف بیشتر می‌کنند.