Perjalanan Cahaya melalui Animasi NASA

Pada skala galaksi, kecepatan cahaya adalah perayapan yang nyaris tidak dapat dilihat. Kecepatan cahaya, yang hanya 300 juta meter per detik, adalah batas kecepatan teoretis dari alam semesta. Dibandingkan dengan apa pun yang kita jumpai setiap hari, cahaya bergerak sangat cepat sehingga tampak instan.

Serangkaian animasi baru yang dilakukan ilmuwan NASA, James O'Donoghue menunjukkan betapa lambatnya kecepatan cahaya dibandingkan dengan skala laporan Solar System Business Insider.

"Video-video itu, yang pertama menunjukkan seberkas cahaya yang mengorbit Bumi 7,5 kali per detik, menunjukkan mengapa perlu waktu lama untuk berkomunikasi dengan penemu Mars dan mengapa para ilmuwan tidak memiliki sarana yang layak untuk mencapai atau bahkan berkomunikasi dengan penduduk hipotetis dari planet luar yang jauh," ungkapnya.

Hanya memandang planet kita sendiri, cahaya masih terlihat cukup cepat. Sebagai perbandingan, pesawat tercepat di dunia, X-15, mencapai kecepatan tertinggi 2.000 meter per detik. Pada kecepatan itu, dibutuhkan pesawat 5,5 jam untuk mengelilingi Bumi.

"Tetapi begitu Anda mulai memperkecil, menjadi seberapa lambat kecepatan cahaya dibandingkan dengan skala kosmik apa pun," tambahnya.

O 'Donoghue menunjukkan berapa lama waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan antara Bumi dan Bulan. Tapi kemudian O 'Donoghue memperbesar untuk menunjukkan jarak antara Bumi dan Mars.

Dalam animasi, sinar cahaya membutuhkan waktu lebih dari tiga menit untuk melakukan perjalanan dari Bumi ke Mars, kemudian membutuhkan waktu lama untuk kembali ke rumah. Itulah sebabnya banyak penemu Mars memiliki perilaku yang terprogram, seperti bagaimana InSight NASA secara otomatis menyebarkan prosedur pendaratannya sendiri - kendali jarak jauh dari para ilmuwan di Bumi akan terlalu lama untuk tiba.

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sekitar 186.282 mil per detik (299.792 kilometer per detik).

Seorang ilmuwan di NASA menganimasikan berapa lama waktu yang dibutuhkan cahaya untuk mengelilingi Bumi, juga antara planet, Bulan, dan Mars.

Animasi fisika menunjukkan seberapa cepat (dan lambat) batas kecepatan alam semesta mempunyai kemampuan untuk itu. pur/R-1

Skenario yang Berbeda

Kecepatan cahaya adalah yang tercepat yang bisa dilalui benda apa pun melalui ruang angkasa. Itu, tentu saja, menghalangi keberadaan jalan pintas teoritis dalam jalinan ruang yang disebut lubang cacing dan kemampuan untuk melewatinya tanpa dihancurkan.

Dalam ruang hampa yang benar-benar kosong, sebuah partikel cahaya, yang disebut foton, dapat bergerak 186.282 mil per detik (299.792 kilometer per detik), atau sekitar 670,6 juta mph (1,079 miliar kilometer per jam).

Ini sangat cepat. Namun, kecepatan cahaya bisa sangat lambat jika Anda mencoba untuk berkomunikasi dengan atau mencapai planet lain, terutama dunia di luar tata surya kita.

"Animasi saya dibuat untuk menunjukkan sesegera mungkin seluruh konteks dari apa yang saya coba sampaikan. Ketika saya merevisi untuk ujian saya, saya biasa menggambar konsep yang rumit dengan tangan hanya untuk benar-benar mengerti, jadi itulah yang saya lakukan di sini," ujar O'Donoghue.

Upaya terbaru O'Donoghue melihat pada tiga skenario kecepatan cahaya yang berbeda untuk menyampaikan seberapa cepat (dan seberapa lambatnya) foton dapat.

Salah satu animasi pertama O'Donoghue menunjukkan seberapa cepat cahaya bergerak dalam kaitannya dengan Bumi.

"Bumi berada 24,901 mil di sekitar pusatnya. Jika dunia kita tidak memiliki atmosfer (udara membiaskan dan memperlambat cahaya sedikit), foton yang meluncur di sepanjang permukaannya dapat melingkari khatulistiwa hampir 7,5 kali setiap detik," katanya.

Animasi kedua, O'Donoghue mengambil langkah mundur dari Bumi untuk memasukkan Bulan.

Rata-rata, ada sekitar 238.855 mil (384.400 kilometer) jarak antara Bumi dan Bulan.

Ini berarti semua cahaya Bulan yang kita lihat berumur 1,255 detik, dan perjalanan bolak-balik antara Bumi dan Bulan dengan kecepatan cahaya memakan waktu sekitar 2,51 detik.

"Namun, waktu ini bertambah setiap hari, karena Bulan melayang lebih jauh dari Bumi dengan laju sekitar 1,5 inci (3,8 sentimeter) per tahun. Bulan terus-menerus menyedot energi rotasi Bumi melalui pasang surut laut, meningkatkan orbitnya ke jarak yang lebih jauh dan lebih besar," ujarnya. pur/R-1

Tantangan Ilmuwan Angkasa

Animasi kecepatan cahaya ketiga O 'Donoghue menggambarkan tantangan yang dihadapi banyak ilmuwan planet setiap hari.

Ketika NASA mencoba berbicara atau mengunduh data dari pesawat ruang angkasa, seperti probe InSight on Mars, ia dapat melakukannya hanya dengan kecepatan cahaya. Ini terlalu lambat untuk mengoperasikan pesawat ruang angkasa dalam "mode hidup" seperti yang Anda lakukan pada mobil yang dikendalikan dari jarak jauh.

Jadi, perintah harus dipikirkan, dikemas, dan diarahkan ke lokasi yang tepat di luar angkasa pada waktu yang tepat sehingga mereka tidak kehilangan target mereka.

"Percakapan tercepat yang pernah terjadi antara Bumi dan Mars adalah ketika planetplanet berada pada titik terdekat mereka satu sama lain, suatu peristiwa yang disebut pendekatan terdekat yang terjadi kira-kira setiap dua tahun sekali. Rata-rata, jarak skenario terbaik adalah sekitar 33,9 juta mil (54,6 juta kilometer)," katanya.

Tetapi rata-rata, Mars berjarak sekitar 158 juta mil dari Bumi - sehingga komunikasi pulang-pergi rata-rata membutuhkan waktu sekitar 28 menit dan 12 detik.

Rintangan kecepatan terbatas cahaya semakin menantang bagi pesawat ruang angkasa seperti New Horizons, yang sekarang lebih dari 4 miliar mil dari Bumi, dan pesawat ruang angkasa Voyager 1 dan 2, yang masing-masing telah mencapai ruang antar bintang.

"Situasi menjadi sangat menyedihkan ketika Anda mulai mencari di luar tata surya. Planet ekstrasurya yang paling dikenal, yang disebut Proxima b, berjarak sekitar 4,2 tahun cahaya dari kita (jarak sekitar 24,7 triliun mil atau 39,7 triliun kilometer)," tambahnya.

Proyek terobosan Starshot miliarder Rusia-AS membayangkan cara untuk mengatasi masalah kecepatan ini. Rencana multidecade adalah untuk membangun dan menerbangkan "nanocraft" kecil melewati exoplanet semacam itu melalui ledakan laser ultrapowerful, idealnya pada kecepatan jelajah terencana 20 persen dari kecepatan cahaya. Namun seluruh konsep masih teoritis, mungkin akhirnya tidak berfungsi, dan akan beroperasi di sebagian kecil dari kecepatan cahaya.

Ruang angkasa luar biasa luas. Meskipun alam semesta berusia sekitar 13,77 miliar tahun, ujungnya sekitar 45,34 miliar tahun cahaya ke segala arah dan meningkat karena ekspansi.

Itu terlalu besar untuk diilustrasikan dalam animasi sederhana. Namun, satu ilustrasi mendekati gambar ini dibuat oleh musisi Pablo Carlos Budassi, yang menggabungkan peta logaritmik alam semesta dari Princeton dan gambar dari NASA untuk menangkap semuanya dalam satu gambar. pur/R-1