Calculadora de tempo de viagem da luz

Insira uma distância e uma unidade para calcular quanto tempo a luz leva para percorrer esse trajeto.

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Uma fotografia do céu mostra muitas datas ao mesmo tempo 🖖

Aponte uma câmera para cima e cada objeto no quadro aparece com uma idade diferente, porque a luz de cada um levou um tempo diferente para chegar à lente. A Lua nessa imagem tem 1,28 segundo. O Sol tem 8 minutos e 19 segundos — tempo suficiente para que, se ele parasse de brilhar, continuássemos em plena luz do dia até o fim desta frase. Próxima Centauri tem 4,2 anos, e a galáxia de Andrômeda na mesma exposição cerca de 2,5 milhões de anos, mais que a nossa espécie. Não há um instante único que a imagem retrate. Toda imagem astronômica de campo largo é uma colagem de datas, e é por isso que a pergunta de como o universo é agora não tem resposta observável.

Um ano-luz é uma distância, não um tempo 🖖

É fácil ouvir 'ano-luz' e imaginar um intervalo de tempo, mas ele nomeia uma distância: o quanto a luz percorre em um ano. Como a luz viaja a uma velocidade fixa, c, qualquer distância pode ser reescrita como o tempo que a luz leva para atravessá-la, e é exatamente isso que esta ferramenta faz: divide a sua distância por c. Assim, a Lua fica a cerca de 1.28 segundo-luz e o Sol a cerca de 8.3 minutos-luz, de modo que todo o Sistema Solar interior pode ser medido em segundos e minutos de luz.

O atraso que cronometrou a luz 🖖

Em 1676, Ole Rømer percebeu que os eclipses de Io, a lua de Júpiter, chegavam atrasados sempre que a Terra estava no lado de sua órbita oposto a Júpiter, e compreendeu que o atraso não era senão o tempo de viagem adicional da luz ao longo da largura da órbita terrestre. Ele estimou essa travessia em cerca de 22 minutos. O valor real é de 16,7 minutos, de modo que sua velocidade da luz saiu cerca de um quarto baixa demais — mas finita, que era o essencial. Esse mesmo atraso que esta ferramenta calcula foi o que provou que a luz não chega instantaneamente.

Problema resolvido na íntegra

  1. Idade da luz solar ao chegar até si e o controlo de um rover em Marte 5 passos

    Qual é a idade da luz do Sol quando chega até si — e o que faz isso à ideia de controlar um rover em Marte? Considere 1 AU = 1.496 × 10¹¹ m.

    1. A luz viaja a uma velocidade fixa, pelo que o tempo é simplesmente a distância a dividir pela velocidade. Não é necessária mais nenhuma física para além disso; todo o problema reside no tamanho do número.

    2. Converta para algo que uma pessoa consiga apreender. A calculadora acima mostra exatamente isto: o Sol que vê é sempre o Sol de há oito minutos, e se ele deixasse de brilhar teria primeiro oito minutos de luz do dia normal.

    3. A mesma relação define o ano-luz, que é uma distância apesar do nome — a velocidade da luz multiplicada por um ano.

    4. Portanto, uma AU é uma fração minúscula de um ano-luz. Essa razão é o motivo pelo qual as distâncias interestrelares são indicadas em anos-luz enquanto as distâncias no Sistema Solar não o são: as unidades são escolhidas para que o número permaneça legível.

    5. Agora a consequência que a ferramenta não calcula. Marte varia entre 0.52 e 2.52 AU da Terra, pelo que um sinal demora entre 4.3 e 21 minutos em cada sentido.

    Resposta

    8 minutos e 19 segundos. O valor para Marte é o que realmente tem impacto: uma viagem de ida e volta demora entre cerca de 9 e 42 minutos, pelo que ninguém na Terra jamais conduziu um rover de Marte no sentido de o guiar em tempo real. Quando a imagem de um obstáculo chega, o rover já está junto a esse obstáculo há muitos minutos, e qualquer comando enviado de volta chega ainda muitos minutos mais tarde. É por isso que os rovers possuem desvio autónomo de perigos e recebem comandos para um dia inteiro de cada vez — uma limitação que decorre diretamente da divisão de uma distância por uma velocidade.

Referências (1)
  • Rømer's announcement, and the 22 minutes block 3 corrects: "Démonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Rŏmer de l'Académie Royale des Sciences." Journal des Sçavans, 7 December 1676, 233–236 — the delay is given as 22 minutes for light to cross the diameter of Earth's orbit; the modern value is 16.7.

Problemas de exemplo

  • Lua - A distância até a Lua corresponde a cerca de 1.28 segundos de tempo de luz de ida.
  • Sol (1 UA) - O tempo de viagem da luz do Sol até a Terra é de cerca de 8.3 minutos.
  • Alfa Centauri - Alfa Centauri está a mais de 4 anos de distância, à velocidade da luz.
  • Andrômeda - A luz de Andrômeda leva milhões de anos para chegar.