Laju cahaya
Menerima cahaya dan sinyal dari sumber astronomi jauh bahkan dapat memakan waktu lebih lama. Sebagai contoh, dibutuhkan 13miliar (13109) tahun untuk cahaya untuk melakukan perjalanan ke Bumi dari galaksi jauh dilihat dalam gambar Hubble Ultra Deep Field. Foto-foto itu, yang diambil hari ini, menangkap gambar galaksi seperti mereka tampak 13 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta
berusia kurang dari satu miliar tahun. Fakta bahwa objek yang lebih jauh tampak lebih muda, karena laju cahaya yang terbatas, memungkinkan para astronom untuk menyimpulkan evolusi bintang, galaksi, dan alam semesta itu sendiri.
Jarak astronomi kadang-kadang dinyatakan dalam tahun cahaya, terutama dalam publikasi sains populer dan media. Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun, sekitar 9461miliar kilometer, 5879miliar mil, atau 0.3066 parsec. Dalam angka bulat, satu tahun cahaya adalah hampir 10triliun kilometer atau hampir 6triliun mil. Proxima Centauri, bintang terdekat dengan Bumi setelah Matahari, sekitar 4.2 tahun cahaya.
Sistem radar mengukur jarak ke target dengan waktu yang dibutuhkan pulsa gelombang radio untuk kembali ke antena radar setelah dipantulkan oleh target: jarak ke target adalah setengah waktu transit pulang-pergi yang dikalikan dengan laju cahaya. Sebuah penerima Global Positioning System (GPS) mengukur jarak ke satelit GPS berdasarkan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk sinyal radio tiba dari setiap satelit, dan dari
jarak ini menghitung posisi penerima. Karena cahaya bergerak sekitar 300000kilometer (186000mils) dalam satu detik, pengukuran pecahan kecil dari detik harus sangat tepat. Lunar Laser Ranging Experiment, astronomi radar dan Deep Space Network menentukan jarak ke Bulan, planet dan pesawat ruang angkasa, secara berurutan, dengan mengukur waktu transit pulang-pergi.
Laju cahaya telah menjadi penting dalam perdagangan frekuensi tinggi, dimana para pedagang berusaha untuk mendapatkan keuntungan menit dengan memberikan perdagangan mereka untuk pertukaran pecahan detik lebih dulu dari pedagang lainnya. Misalnya, pedagang telah beralih ke komunikasi gelombang mikro antara hub perdagangan, karena keuntungan gelombang mikro bepergian di dekat laju cahaya di udara, lebih dari sinyal serat optik yang bepergian 30-40% lebih lambat dari laju cahaya melalui kaca.
Ada berbagai cara untuk menentukan nilai c. Salah satu cara adalah dengan mengukur laju yang sebenarnya dimana gelombang cahaya merambat, yang dapat dilakukan dengan berbagai setup astronomi dan berbasis-bumi. Namun, hal ini juga memungkinkan untuk menentukan c dari hukum fisika lainnya dimana ia muncul, misalnya, dengan menentukan nilai-nilai konstanta elektromagnetik
0 dan 0 dan menggunakan hubungan mereka dengan c. Secara historis, hasil yang paling akurat telah diperoleh dengan secara terpisah menentukan frekuensi dan panjang gelombang sinar, dengan produk mereka menyamai c.
Pada tahun 1983 meter didefinisikan sebagai "panjang jalan yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu dari 1299792458 detik", menetapkan nilai laju cahaya di 299792458 m/s dengan definisi, seperti yang dijelaskan di bawah ini. Akibatnya, pengukuran akurat dari kecepatan cahaya menghasilkan realisasi akurat dari meter daripada nilai yang akurat dari c.
Luar angkasa adalah pengaturan nyaman untuk mengukur laju cahaya karena skala besar dan vakum hampir sempurna. Biasanya, seseorang mengukur waktu yang dibutuhkan untuk cahaya untuk melintasi jarak referensi dalam tata surya, seperti jari-jari orbit bumi. Secara historis, pengukuran tersebut dapat dibuat cukup akurat, dibandingkan dengan seberapa akurat panjang jarak referensi dikenal di
unit berbasis Bumi. Sudah menjadi adat untuk mengekspresikan hasil dalam satuan astronomi (SA) per hari.
Ole Christensen Rmer menggunakan pengukuran astronomis untuk membuat estimasi kuantitatif pertama dari laju cahaya. Ketika diukur dari Bumi, periode bulan yang mengorbit sebuah planet lebih pendek saat Bumi mendekati planet daripada ketika bumi sedang menjauhinya. Jarak yang ditempuh oleh cahaya dari planet (atau bulannya) ke Bumi lebih pendek saat Bumi berada pada titik di orbitnya yang paling dekat
dengan planet dibandingkan saat Bumi berada pada titik terjauh di orbitnya, perbedaan jarak adalah diameter orbit Bumi mengelilingi Matahari. Perubahan yang diamati dalam periode orbit bulan disebabkan oleh perbedaan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melintasi jarak yang lebih pendek atau lebih panjang. Rmer mengamati efek ini untuk bulan terdalam Yupiter Io dan menyimpulkan bahwa cahaya memerlukan 22 menit untuk menyeberangi diameter orbit bumi.
Cara lain adalah dengan menggunakan aberasi cahaya, ditemukan dan dijelaskan oleh James Bradley pada abad ke-18. Efek ini hasil dari penjumlahan vektor dari laju cahaya yang datang dari sumber yang jauh (seperti bintang) dan kecepatan pengamat (lihat diagram di sebelah), sehingga seorang pengamat yang bergerak melihat cahaya yang datang dari arah yang sedikit berbeda dan akibatnya melihat sumber
di posisi yang bergeser dari posisi semula. Karena arah kecepatan bumi berubah terus-menerus ketika Bumi mengorbit Matahari, efek ini menyebabkan posisi tampak bintang untuk bergerak. Dari perbedaan sudut dalam posisi bintang (maksimal 20.5 detik busur) adalah mungkin untuk mengekspresikan laju cahaya dalam hal kecepatan Bumi mengelilingi matahari, yang dengan panjang
diketahui dari setahun dapat dikonversi ke waktu yang dibutuhkan untuk perjalanan dari Matahari ke Bumi. Pada 1729, Bradley menggunakan metode ini untuk mendapatkan bahwa cahaya melakukan perjalanan 10210 kali lebih cepat dari Bumi di orbitnya (angka modern 10066 kali lebih cepat) atau, secara setara, bahwa cahaya membutuhkan 8 menit 12 detik untuk melakukan perjalanan dari Matahari ke Bumi.
Satuan astronomi (SA) adalah kira-kira jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. SA didefinisikan kembali pada tahun 2012 sebagai persis 149597870700 m. Sebelumnya SA tidak didasarkan pada Sistem Satuan Internasional tetapi dalam hal gaya gravitasi yang diberikan oleh Matahari dalam mekanika klasik.[Note 7] Definisi saat ini menggunakan nilai yang direkomendasikan
dalam meter untuk definisi satuan astronomi sebelumnya, yang ditentukan oleh pengukuran. Redefinisi ini analog dengan meter, dan juga memiliki efek menetapkan laju cahaya ke nilai yang tepat dalam satuan astronomi per detik (melalui laju cahaya yang tepat dalam meter per detik).
Sebelumnya, kebalikan daric dinyatakan dalam detik per satuan astronomi diukur dengan membandingkan waktu untuk sinyal radio untuk mencapai pesawat ruang angkasa yang berbeda di Tata Surya, dengan posisi mereka dihitung dari efek gravitasi Matahari dan berbagai planet. Dengan menggabungkan banyak pengukuran tersebut, nilai terbaik untuk waktu cahaya per satuan jarak dapat diperoleh.
Misalnya, pada tahun 2009, estimasi terbaik, yang disetujui oleh International Astronomical Union (IAU), adalah:
Waktu cahaya untuk satuan jarak: 499.004783836 (10) s c=0.00200398880410 (4) SA/s=173.144632674 (3) SA/hari.
Ketidakpastian relatif dalam pengukuran ini adalah 0.02 bagian per miliar (21011), setara dengan ketidakpastian dalam pengukuran panjang berbasis Bumi dengan interferometri. Sejak meter didefinisikan sebagai jarak tempuh cahaya dalam interval waktu tertentu, pengukuran waktu cahaya dalam hal definisi sebelumnya satuan astronomi juga dapat diartikan sebagai mengukur panjang satu SA (definisi lama) dalam meter.[Note 8]
alt=Sebuah sinar cahaya melewati horizontal melalui setengah cermin dan roda gigi berputar, dipantulkan kembali oleh cermin, melewati roda gigi, dan ini tercermin dari setengah cermin menjadi bermata satu. Diagram aparatus Fizeau