ما المدة التي يستغرقها ضوء الشمس للوصول إلى الأرض؟ سيبدو هذا سؤالًا غريبًا من الوهلة الأولى، ولكن عند التفكير في الأمر؛ سنجد أنه من البديهي أن ضوء الشمس يسافر بسرعة الضوء. حيث تنبعث الفوتونات بسرعة الضوء من سطح الشمس لتقوم بالسفر عبر فراغ الفضاء حتى تصل إلى أعيننا.
مسافة أشعة الشمس للأرض
حسنًا، الإجابة المختصرة هي أن أشعة الشمس تستغرق في المتوسط 8 دقائق و 20 ثانية للسفر من الشمس إلى الأرض. والسبب هو أن ضوء الشمس مثله مثل أي شيءٍ آخر، يحتاج وقت لكي يقطع مسافة معينة.
وهنا يأتي دور الرياضيات؛ فنحن نبعد عن الشمس حوالي 150 مليون كم. وتبلغ سرعة الضوء 300000 كم/ ثانية. قم بقسمتهما على بعض، وستحصل على 500 ثانية، أو 8 دقائق و 20 ثانية. وبالتعويض بقانون الزمن، الذي يساوي:
الزمن = المسافة/ السرعة
فإن:
150.000.000/ 300.000= 500
أي أن الضوء يحتاج 500 ثانية حتى يصل إلى سطح الأرض، وهو ما يساوي ثمان دقائق، وعشرين ثانية. وهذا يعني أيضًا أن المسافة بين الأرض والشمس تساوي ثمان دقائق ضوئية تقريبًا.
ولذلك، فإنه إذا اختفت الشمس فجأة من الكون (لا يمكن أن يحدث هذا بالفعل، لا داعي للذعر)، فسيتطلب الأمر أكثر من 8 دقائق قبل أن تدرك ذلك.
لكن تذكر أن الأرض تتبع مدارًا بيضاويًا حول الشمس، يتراوح من 147 مليون إلى 152 مليون كيلو مترًا. وهذا يجعل الزمن الذي يستغرقه ضوء الشمس للوصول إلى الأرض في أقرب نقطة لها، هو 490 ثانية فقط. وفي أقصى نقطة، تستغرق رحلة أشعة الشمس 507 ثانية.
لكن ربما تصبح قصة الضوء أكثر إثارة للاهتمام، عندما تفكر في الرحلة التي يقوم بها الضوء داخل الشمس. فإذا كنت تعلم أن الفوتونات يتم إنشاؤها بواسطة تفاعلات الاندماج داخل قلب الشمس. وأن هذه الإشعاعات مثل إشعاع جاما تنبعث وتُمتص عدة مرات في المنطقة المشعة للشمس، وتتجول داخل النجم الهائل قبل أن تصل أخيرًا إلى السطح.
فما قد لا تعرفه، هو أن هذه الفوتونات التي تصيب مقل عينيك قد تم إنشاؤها فعليًا منذ عشرات الآلاف من السنين، يبدؤون كإشعاع جاما، ثم يصبحون فوتونات في انتظار إطلاقها داخل النجم العملاق، ويبلغ قطرها 109 أضعاف مساحة الأرض ، لكن بمجرد هروبها من السطح، لم تستغرق هذه الفوتونات سوى 8 دقائق فقط لتقطع مسافة شاسعة من الشمس إلى الأرض.
وقت وصول الضوء للكواكب
يبلغ الوقت الذي يقطعه الضوء للوصول إلى كوكب عطارد حوالي 3 دقائق، بينما حوالي 4 ساعات وربع بالنسبة إلى كوكب نبتون. أما بالنسبة لكوكب بلوتو، فإن ضوء الشمس يحتاج خمس ساعات ونصف حتى يصل إلى سطحه، أي أن الشمس إذا اختفت فجأة فإن هذا الكوكب سيستمر بتلقي ضوء الشمس بعد حدوث ذلك لمدة خمس ساعات ونصف. وهناك ما يستغرق وصول ضوئه إلى سطح الأرض 434 سنة، وهو ما يعرف بـ “نجم الشمال”، أي عندما ننظر إليه فإننا نراه كما كان منذ 434 سنة، وربما يكون قد اختفى الآن، وما نراه هو مجرد الإشعاعات المنبعثة منه من قديم الأزل. ونفس الحال بالنسبة لبقية الكواكب، فإن سرعة الضوء ثابتة، لكن ما يتحكم في الأمر هي المسافة التي تقطعها تلك الأشعة.
وبشكل عام، لا يوجد شيء في الفضاء لمنع ضوء الشمس من الذهاب بلا حدود، لكن علميًا: يبلغ عمر الشمس 4.5 مليارات سنة فقط، لذلك يمكن أن يمتد ضوءها فقط عن 4.5 مليار سنة ضوئية منا الآن. ولكن لا يوجد ما يمنع هذا الضوء من الانتشار إلى الخارج إلى الأبد، مع مرور الوقت.
كما توجد مجرات على بعد ملايين السنين، مما يعني أن الضوء الذي نراه منها قد غادر سطح تلك النجوم منذ ملايين السنين. وعلى سبيل المثال، تقع المجرة M109 على بعد حوالي 83.5 مليون سنة ضوئية.
وهذا يعني أنه إذا كان هناك أشخاصًا يعيشون في تلك المجرات، وكان لديهم تلسكوبات قوية بما فيه الكفاية، فسوف يرون الأرض كما كانت في الماضي. أي ربما يرون الديناصورات تمشي على السطح.
ماذا لو كان الضوء يسافر بنفس السرعة التي نسافر بها؟
بالطبع كلما كان الشيء يتحرك بسرعة أكبر فإنه سيستغرق وقتًا أقصر في الوصول، وذلك يرجع للعلاقة العكسية بين الزمن والسرعة. فإذا سافرت بسرعة 1 ميل في الساعة، فسوف يستغرق ذلك 93 مليون عام حتى تقطع مسافة 150 مليون كيلو متر، وهي المسافة بين الأرض والشمس. ولكن إذا سافرت بسرعة الضوء، فسوف يستغرق ذلك 8 دقائق وعشرين ثانية.
ويتبع كل شيء نفس المعيار؛ فالسرعة التي يتحرك بها والمسافة التي يقطعها هما المتحكمان الرئيسيان في الزمن المستغرق.
فالضوء الذي تراه من جهاز الكمبيوتر الخاص بك هو نانو ثانية قديمة. ويستغرق الضوء المنعكس من سطح القمر ثانية واحدة فقط للوصول إلى الأرض. وتبعد الشمس أكثر من 8 دقائق ضوئية. وهكذا، إذا استغرق الضوء من أقرب نجم (Alpha Centauri) أكثر من 4 سنوات للوصول إلينا، فسنرى ذلك النجم في حالته التي كان عليها منذ 4 سنواتٍ في الماضي.
مسافة أشعة الشمس للأرض
حسنًا، الإجابة المختصرة هي أن أشعة الشمس تستغرق في المتوسط 8 دقائق و 20 ثانية للسفر من الشمس إلى الأرض. والسبب هو أن ضوء الشمس مثله مثل أي شيءٍ آخر، يحتاج وقت لكي يقطع مسافة معينة.
وهنا يأتي دور الرياضيات؛ فنحن نبعد عن الشمس حوالي 150 مليون كم. وتبلغ سرعة الضوء 300000 كم/ ثانية. قم بقسمتهما على بعض، وستحصل على 500 ثانية، أو 8 دقائق و 20 ثانية. وبالتعويض بقانون الزمن، الذي يساوي:
الزمن = المسافة/ السرعة
فإن:
150.000.000/ 300.000= 500
أي أن الضوء يحتاج 500 ثانية حتى يصل إلى سطح الأرض، وهو ما يساوي ثمان دقائق، وعشرين ثانية. وهذا يعني أيضًا أن المسافة بين الأرض والشمس تساوي ثمان دقائق ضوئية تقريبًا.
ولذلك، فإنه إذا اختفت الشمس فجأة من الكون (لا يمكن أن يحدث هذا بالفعل، لا داعي للذعر)، فسيتطلب الأمر أكثر من 8 دقائق قبل أن تدرك ذلك.
لكن تذكر أن الأرض تتبع مدارًا بيضاويًا حول الشمس، يتراوح من 147 مليون إلى 152 مليون كيلو مترًا. وهذا يجعل الزمن الذي يستغرقه ضوء الشمس للوصول إلى الأرض في أقرب نقطة لها، هو 490 ثانية فقط. وفي أقصى نقطة، تستغرق رحلة أشعة الشمس 507 ثانية.
لكن ربما تصبح قصة الضوء أكثر إثارة للاهتمام، عندما تفكر في الرحلة التي يقوم بها الضوء داخل الشمس. فإذا كنت تعلم أن الفوتونات يتم إنشاؤها بواسطة تفاعلات الاندماج داخل قلب الشمس. وأن هذه الإشعاعات مثل إشعاع جاما تنبعث وتُمتص عدة مرات في المنطقة المشعة للشمس، وتتجول داخل النجم الهائل قبل أن تصل أخيرًا إلى السطح.
فما قد لا تعرفه، هو أن هذه الفوتونات التي تصيب مقل عينيك قد تم إنشاؤها فعليًا منذ عشرات الآلاف من السنين، يبدؤون كإشعاع جاما، ثم يصبحون فوتونات في انتظار إطلاقها داخل النجم العملاق، ويبلغ قطرها 109 أضعاف مساحة الأرض ، لكن بمجرد هروبها من السطح، لم تستغرق هذه الفوتونات سوى 8 دقائق فقط لتقطع مسافة شاسعة من الشمس إلى الأرض.
وقت وصول الضوء للكواكب
يبلغ الوقت الذي يقطعه الضوء للوصول إلى كوكب عطارد حوالي 3 دقائق، بينما حوالي 4 ساعات وربع بالنسبة إلى كوكب نبتون. أما بالنسبة لكوكب بلوتو، فإن ضوء الشمس يحتاج خمس ساعات ونصف حتى يصل إلى سطحه، أي أن الشمس إذا اختفت فجأة فإن هذا الكوكب سيستمر بتلقي ضوء الشمس بعد حدوث ذلك لمدة خمس ساعات ونصف. وهناك ما يستغرق وصول ضوئه إلى سطح الأرض 434 سنة، وهو ما يعرف بـ “نجم الشمال”، أي عندما ننظر إليه فإننا نراه كما كان منذ 434 سنة، وربما يكون قد اختفى الآن، وما نراه هو مجرد الإشعاعات المنبعثة منه من قديم الأزل. ونفس الحال بالنسبة لبقية الكواكب، فإن سرعة الضوء ثابتة، لكن ما يتحكم في الأمر هي المسافة التي تقطعها تلك الأشعة.
وبشكل عام، لا يوجد شيء في الفضاء لمنع ضوء الشمس من الذهاب بلا حدود، لكن علميًا: يبلغ عمر الشمس 4.5 مليارات سنة فقط، لذلك يمكن أن يمتد ضوءها فقط عن 4.5 مليار سنة ضوئية منا الآن. ولكن لا يوجد ما يمنع هذا الضوء من الانتشار إلى الخارج إلى الأبد، مع مرور الوقت.
كما توجد مجرات على بعد ملايين السنين، مما يعني أن الضوء الذي نراه منها قد غادر سطح تلك النجوم منذ ملايين السنين. وعلى سبيل المثال، تقع المجرة M109 على بعد حوالي 83.5 مليون سنة ضوئية.
وهذا يعني أنه إذا كان هناك أشخاصًا يعيشون في تلك المجرات، وكان لديهم تلسكوبات قوية بما فيه الكفاية، فسوف يرون الأرض كما كانت في الماضي. أي ربما يرون الديناصورات تمشي على السطح.
ماذا لو كان الضوء يسافر بنفس السرعة التي نسافر بها؟
بالطبع كلما كان الشيء يتحرك بسرعة أكبر فإنه سيستغرق وقتًا أقصر في الوصول، وذلك يرجع للعلاقة العكسية بين الزمن والسرعة. فإذا سافرت بسرعة 1 ميل في الساعة، فسوف يستغرق ذلك 93 مليون عام حتى تقطع مسافة 150 مليون كيلو متر، وهي المسافة بين الأرض والشمس. ولكن إذا سافرت بسرعة الضوء، فسوف يستغرق ذلك 8 دقائق وعشرين ثانية.
ويتبع كل شيء نفس المعيار؛ فالسرعة التي يتحرك بها والمسافة التي يقطعها هما المتحكمان الرئيسيان في الزمن المستغرق.
فالضوء الذي تراه من جهاز الكمبيوتر الخاص بك هو نانو ثانية قديمة. ويستغرق الضوء المنعكس من سطح القمر ثانية واحدة فقط للوصول إلى الأرض. وتبعد الشمس أكثر من 8 دقائق ضوئية. وهكذا، إذا استغرق الضوء من أقرب نجم (Alpha Centauri) أكثر من 4 سنوات للوصول إلينا، فسنرى ذلك النجم في حالته التي كان عليها منذ 4 سنواتٍ في الماضي.
