¿Qué es un año luz?

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¿Qué es un año luz?

 

Un año de luz o año luz (anglicismo por calco sintáctico) es una unidad de longitud que se usa en la divulgación para indicar distancias astronómicas, como la distancia entre estrellas y galaxias.

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Un año de luz equivale a la distancia que la luz recorre en un año, que es aproximadamente de 9,46 billones de kilómetros, esto es, 9,46 × 1015 metros. Más exactamente, un año de luz (o año luz, abreviado en [cita]) se define como la distancia que recorre un fotón, en vacío y sin la influencia de ningún campo gravitatorio o electromagnético, en un año juliano (365,25 días o 31.557.600 segundos). Dado que la velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 m / s, un año luz es aproximadamente igual a 9,46 × 1015 m = 9,46 petametros.

El año luz se usa, principalmente, en la divulgación de la astronomía. Los profesionales de esta ciencia, en cambio, usan el parsec y su múltiple, el megaparsecs, o también la unidad astronómica, tal como recomienda la UAI. El parsec se define como la distancia a la que un objeto se desplaza un segundo de arco de peraltaje cuando el observador se desplaza una unidad astronómica perpendicularmente a la línea de visión del observador; equivale aproximadamente a 3,26 años luz. La unidad correspondiente del mes luz es aproximadamente una doceava parte de un año luz, y también se utiliza ocasionalmente para medidas aproximadas.

Un año luz equivale a:

 

  • exactamente 9460730472580,8 km (unos 10 Pm)
  • unas 5.878.630.000.000 millas
  • unas 63.241,1 unidades astronómicas
  • unos 0,306601 parsecs

 

Los datos superiores están basadas en el año juliano (no en el año gregoriano) que tiene exactamente 365,25 días (cada uno de 86.400 segundos del SI, haciendo un total de 31.557.600 segundos) y una velocidad de la luz definida de 299.792.458 m / s, ambos estandarizados por la UAI (1976) Sistema de Constantes Astronómicas, utilizado desde 1984. El valor DE405 de la unidad astronómica, 149597870691 m, es usado para el año luz en unidades astronómicas y parsecs.

 

Historia del año luz

 

Antes de 1676, la mayoría de los científicos pensaban que la luz se movía instantáneamente de un lugar a otro. En ese mismo año, el físico danés Ole Rømer fue el primero en demostrar que la luz tiene una velocidad finita.

1671, Rømer empieza a observar los satélites de Júpiter y decidió medir el tiempo que le costaba a una de las lunas (concretamente Ión) en desaparecer detrás del planeta y reaparecer por el otro lado. En acumular datos durante muchos años, determinó que el tiempo entre eclipses era menor cuando la Tierra estaba cerca de Júpiter y mayor cuando estaba a más distancia.

En 1675, el astrónomo franco Giovanni Cassini, para quien Rømer era un asistente, propuso que la diferencia era causada por el tiempo que tomaba la luz en viajar de Júpiter a la Tierra. Sin embargo, cambió de idea y abandonó la hipótesis.

Rømer, por otra parte, continúa desarrollando la idea y estimó que la luz tarda 22 minutos a viajar una distancia igual al diámetro de la órbita de la Tierra (actualmente sabemos que el valor es próximo a 16 minutos y 40 segundos). Si Rømer hubiera calculado la velocidad de la luz usando sus datos, habría obtenido una velocidad de 135.000 kilómetros por segundo, que es la mitad del valor aceptado en la actualidad. La mayor fuente de error hubiera sido el diámetro de la órbita de la Tierra, que en ese momento no se conocía demasiado bien. Si el diámetro orbital de la Tierra tal como lo conocemos hoy el combinamos con los datos de Rømer, obtenemos una medida de 241.000 kilómetros por segundo que es un valor mucho más cercano a la velocidad aceptada.

1729 la mayor parte de la comunidad astronómica estaba finalmente convencida de que la luz tiene una velocidad finita. El astrónomo inglés James Bradley publicó un estudio demostrando que la variación anual observada en la posición de las estrellas es relacionada con la velocidad de la luz. Estimó que la velocidad viaja a 301.000 kilómetros por segundo, que es aún un valor más próximo.

1838 el astrónomo alemán Friedrich Bessel fue el primero en usar el año luz como unidad de medida en la astronomía. Midió la distancia que nos separa de la estrella binaria 61 Cygni como 10,3 años luz (el valor actual es 11,36 ± 0,06 años luz).

Antes de 1984, el año trópico (no Juliano) y una medida (no definida) velocidad de la luz era incluida en la IAU (1964) Sistema de Constantes Astronómicas, empleada desde 1968 hasta 1983. El producto del año tropical medio J1900.0 de 31556925.9747 segundos de efemérides de Simon Newcomb y una velocidad de la luz de 299.792,5 km / s dieron un año luz de 9,460530 × 1015 metros (redondeado a los siete dígitos significativos), que es el que se presenta en diversas fuentes modernas, derivaba probablemente de una fuente antigua, como una referencia reputada de 1973 que no fue actualizada hasta el 2000.

 

Medida de años luz

 

Para medir las distancias entre objetos cósmicos se utilizan métodos que reciben el nombre de escala de distancias cósmicas. Una medida directa sólo es posible con los objetos que se encuentran relativamente cerca (en el orden de miles de parsecs). Las técnicas varían dependiendo de la distancia del objeto. Algunos métodos utilizan lo que se llama candelas canónicas, que son objetos astronómicos con una luminosidad conocida.

 

Paralaje

La técnica del paralaje trigonométrico, es decir, los cambios aparentes en las estrellas al cambiar nuestra perspectiva al orbitar alrededor del Sol, puede servir para medir distancias de estrellas relativamente cercanas. De hecho, algunas de las mejores datos de posiciones estelares provienen de la nave Hipparcos, que midió los paralaje trigonométricos de borde 10 000 estrellas con una precisión mayor que el 10% en distancias de unos 300 años luz. Nuestra galaxia mide unos 100.000 años luz, por tanto esta técnica resulta inefectiva.

 

Cefeidas variables

La manera tradicional de medir distancias a galaxias cercanas es observando las estrellas variables, especialmente el tipo de estrella brillante conocido como cefeida variable. A principios del siglo XX Henrietta Swan Leavitt descubrió que cuanto mayor es el período de variación de una cefeida, mayor es luminosidad. Otro astrónomo americano, Harlow Shapley, fue entonces capaz de correlacionar el brillo de las cefeidas con la de las estrellas ordinarias, uniendo la escala de distancia relativa de Levitt a una absoluta. De esta manera, se puede observar una cefeida, descubrir cuando tarde el brillo a cambiar y representar esta información en una gráfica predeterminada para encontrar luminosidad intrínseca. Comparar la verdadera brillo (“magnitud absoluta”) con el brillo observable en el cielo (“magnitud aparente”) nos permite calcular cuán lejos se encuentra usando la ley de la inversa del cuadrado de la luminosidad.

En la década de 1920 Edwin Hubble utilizó la relación período-luminosidad de las estrellas variables para determinar las distancias de diferentes galaxias y probó que están mucho más allá de la Vía Láctea. Durante este trabajo, descubrió lo que hoy se conoce como ley de Hubble, que las galaxias muestran una relación lineal entre la distancia y el corrimiento al rojo (este desplazamiento es el cambio en la posición de las líneas del espectro de las galaxias hacia la parte roja). La ley de Hubble es la herramienta que demuestra la expansión del universo. Midiendo el corrimiento al rojo, el cual se puede hacer con un espectrograma, se deduce la distancia con la ley de Hubble. Este es el método más usado por los astrónomos hoy en día.

 

que es un año luz

 

Crítica a las medidas del orden de años luz

 

Algunos han intentado argumentar que realmente no estamos viendo tan lejos en el espacio. Por ejemplo, Harold Camping critica que sólo el método del paralaje es el único válido y que las estrellas que vemos están tan sólo unos año luz más allá de los más cercanos. Esto requeriría que las estrellas con poca intensidad lumínica, que parecen estar muy lejos, están en realidad próximos pero son más pequeños. Sin embargo, Camping no explica cómo esos cometas podrían mantenerse estables (dado que tendrían poca masa para mantener el gas) ni cómo pueden brillar (ya que las reacciones nucleares que hacen las estrellas brillantes requiere grandes cantidades de masa para que el interior tenga la temperatura suficientemente elevada). El argumento de Camping puede considerarse como un intento de evitar la conclusión natural de un Universo antiguo sin aportar evidencia (Newman, 1982).

Otra propuesta, con el trabajo de Moon y Spencer como base, declara que la luz viaja por una ruta diferente para el espacio a la que lo hace un meteoro o una nave espacial. La luz viajaría en curvas de 5 años luz de radio en lugar de en línea recta, por lo tanto los objetos distantes que vemos estarían realmente a sólo 10 años luz de distancia, y que realmente en cuenta de tantos objetos celestes lo que vemos son imágenes múltiples los mismos. El trabajo de Moon y Spencer es erróneo en este aspecto (Phillips, 1988). Incluso si no lo fuera, no resolvería el problema de la necesidad de tiempo para que la luz se desplace, ya que las estrellas más lejanas serían imágenes de estrellas cercanas para las que la luz ha viajado en círculo millones de veces y por lo tanto habría necesidad de millones de años para hacerlo. Tampoco es creíble que todas las galaxias, clusters de estrellas y de galaxias sean imágenes múltiples de las mismas estrellas.

 

Representación de años luz en otras escalas

 

En el ámbito de la divulgación científica se han usado distintos métodos para hacer comprensibles magnitudes cósmicas, ya sea tiempo o espacio. El primero en utilizar el concepto de “año cósmico” fue Carl Sagan. Según este concepto, si consideramos que la historia del Universo es de un solo año, entonces la historia humana consiste en una fracción del último segundo.

Una posible analogía para las distancias cósmicas es representar un año luz como un milímetro. Dado que la circunferencia de la tierra es de 40.000 kilómetros y la edad del Universo es aproximadamente 13.700 años, con esta escala de 1 año luz = 1 milímetro podemos hacer caber distancias galácticas en la superficie de la tierra.

De esta manera, la estrella más cercana a nuestro sistema solar, Alpha Centauri, se encontraría a 4.3 milímetros de distancia. Si tomamos la Vía Láctea, esta mediría 100 metros de diámetro y la galaxia más cercana, la gran galaxia de Andrómeda, estaría a 2.5 kilómetros.

 

Distancias en años luz

 

Las distancias medidas en fracciones de años luz normalmente se utilizan en objetos de un sistema estelar. Las distancias medidas en años luz se utiliza para distancias con estrellas vecinas como las del mismo brazo espiral o el cúmulo globular.

Un kilo-año luz, abreviado “kal”, es un millar de años luz, o 307 parsecs. Los kiloaños de luz se utilizan normalmente para medir distancias entre partes de una galaxia.

Un mega-año luz, abreviado “Mal”, es un millón de años luz o 306.600 parsecs. Los mega-años luz se utilizan normalmente para medir las distancias entre galaxias vecinas y cúmulos de galaxias.

Un giga-año luz, abreviado “Gal”, son mil millones de años luz – una de las unidades de medida más grandes que se pueden utilizar. Un giga-año luz es unos 306,6 millones de parsecs. Los giga-años luz se utilizan normalmente para medir distancias a estructuras supergalácticas o muy lejanas, incluyendo cuásares y la Gran Barrera.

No hay un símbolo estandarizado para el año luz. Es frecuente encontrarlo representado por la abreviatura inglesa ly (light year) y los correspondientes múltiples kly, Mly y Gly.

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