Wat is een lichtjaar?

M31 in Andromeda
M31 – de Andromeda-nevel – in het sterrenbeeld Andromeda

Het heelal is ontzettend groot. Door de eeuwen heen kunnen astronomen steeds verder het heelal in kijken en dat betekent dat ze ook steeds verder in het verleden kunnen kijken. Het laat ons zien hoe klein en onbelangrijk onze planeet en onze soort zijn. In dezelfde tijd hebben astronomen steeds meer geleerd over elektromagnetisme en verre sterren en daardoor hebben ze de snelheid van het licht leren bepalen. De lichtsnelheid is de grootste snelheid die we kennen.

Astronomen zijn de afstand die het licht in een jaar aflegt (een lichtjaar) gaan gebruiken om afstanden op interstellaire en galactische schaal te bepalen. Maar welke afstand legt het licht in een jaar af? Licht beweegt met een snelheid van 299.792.458 meter per seconde en dat komt overeen met 9.460,5 miljard kilometer per jaar.

De snelheid van het licht

Het berekenen van de lichtsnelheid is iets wat wetenschappers eeuwenlang heeft beziggehouden. Vóór de 17-de eeuw was er geen overeenstemming of de snelheid van het licht eindig was of dat het zich instantaan van de ene naar de andere plek verplaatste. In 1676 bewees de Deense astronoom Ole Romer met zijn waarnemingen van de schijnbare beweging van de Jupitermaan Io dat de snelheid van het licht eindig was.

Met behulp van zijn waarnemingen berekende de Nederlandse astronoom Christiaan Huygens de lichtsnelheid op 220.000 kilometer per seconde. In de loop van de volgende twee eeuwen werd de lichtsnelheid steeds nauwkeuriger bepaald en dat leverde getallen op tussen 299.000 en 315.000 kilometer per seconde.

In 1865 stelde James Clerk Maxwell dat licht een elektromagnetische golf is. In zijn theorie over het elektromagnetisme werd de lichtsnelheid als een constante voorgesteld. In 1905 stelde Albert Einstein zijn Speciale Relativiteitstheorie voor waarin hij stelde dat de snelheid van het licht constant was onafhankelijk van de positie van de waarnemer of de beweging van de lichtbron.

In 1975, nadat wetenschappers eeuwenlang bezig waren geweest de metingen van de snelheid van het licht te verfijnen, werd de lichtsnelheid in een vacuüm berekend op 299.792.458 meter per seconde. Verder onderzoek heeft ook aangetoond dat licht op verschillende golflengtes voortbeweegt en dat licht bestaat uit subatomaire deeltjes die we fotonen noemen en die geen massa hebben en zich zowel als deeltjes als golven gedragen.

Lichtjaar

Zoals al eerder opgemerkt betekent de lichtsnelheid (uitgedrukt in meters per seconde) dat licht in één jaar een afstand van 9.460.528.000.000 kilometer af legt. Deze afstand is bekend als een “lichtjaar” en wordt gebruikt om objecten in het heelal te meten die zich op een aanzienlijke afstand van ons bevinden.

Enkele voorbeelden:

  • de dichtstbijzijnde ster Proxima Centaur bevindt zich op een afstand van ongeveer 4,22 lichtjaar
  • het centrum van ons sterrenstelsel is 26.000 lichtjaar va ons verwijderd
  • het meest nabije sterrenstelsel, de Andromeda-nevel, bevindt zich op een afstand van 2,5 miljoen lichtjaar.
  • het verst verwijderde sterrenstelsel dat we op dit moment kennen is MACS0647-JD en dat bevindt zich op een afstand van ongeveer 13,3 miljard lichtjaar.

De kosmische achtergrondstraling, de straling waarvan men denkt dat die is overgebleven na de Oerknal bevindt zich op een afstand van ongeveer 13,8 lichtjaar. De ontdekking van deze straling verstevigde niet alleen de Oerknal-theorie maar gaf de astronomen ook sterke aanwijzingen over de leeftijd van het heelal. Dit brengt nog een ander belangrijk punt over het meten van kosmische afstanden in lichtjaren naar boven en dat is het feit dat ruimte en tijd met elkaar zijn verweven.

Schaal van het heelal
Voorbeelden van objecten in ons heelal an de schaal van hun afstanden gebaseerd op het lichtjaar als standaard maat. Credit: Bob King.

Als we een ver verwijderd object zien dan kijken we in feite terug in de tijd. Als we kijken naar een ster die 400 lichtjaar van ons is verwijderd dan zien we in feite licht dat 400 jaar geleden dor die ster is uitgezonden. We zien dus de ster zoals die er 400 jaar geleden uitzag en niet zoals die ster er nu uitziet. Kijken we naar een object dat miljarden lichtjaren van ons is verwijderd dan kijken we dus ook miljarden jaren terug in de tijd.

Licht reist met een ongelooflijk grote snelheid maar door de enorme grootte en schaal van het heelal duurt het vanuit bepaalde punten in het heelal toch miljarden jaren voordat dat licht de Aarde heeft bereikt. Daarom is het ook voor wetenschappers belangrijk te weten hoeveel licht in een jaar aflegt want dat helpt ons niet alleen de schaal van het heelal te begrijpen maar ook het proces van de kosmische evolutie.

 

Eerste publicatie: 15 september 2017

Bron: UniverseToday, NASA – How Fast is the Speed of Light?, NASA: Starchild – What is a Light-Year and How is it Measured?, Wikipedia – Speed of Light, UCR – How is the Speed of Light Measured?