Ако Слънцето можеше да изчезне в този миг, Земята няма да го забележи веднага. Последните слънчеви лъчи, които вече са в полет, щяха да продължат да пристигат. Едва след като тези последни фотони преминат през пропастта Слънце–Земя, осветената от деня страна на нашата планета ще загуби пряка слънчева светлина.

Познатият отговор е осем минути. По-точна средна стойност е осем минути и 19 секунди. Сравнението на звука разтяга същото разстояние в години: при 343 метра в секунда, стандартна стойност за звук във въздуха при 20 °C, пътуването би отнело около 13.82 години. Светлината във вакуум пътува около 874 030 пъти по-бързо.

Това е изчисление, а не прогноза или физически възможно слънчево събитие. Звукът не може да пътува от Слънцето до Земята през почти вакуума на междупланетното пространство. Мисленият експеримент е полезен, защото поставя две много различни скорости на разпространение на едно астрономическо разстояние, но думата „ако“ върши почти цялата работа. Основното ръководство на НАСА за разстоянията в Слънчевата система дава средното разстояние между Слънцето и Земята приблизително 149.6 милиона километра, а светлинното време – 8.3 минути. Астрономите наричат ​​това разстояние една астрономическа единица или 1 au. Официалната дължина е 149 597 870 700 метра.

Скоростта на светлината във вакуум е точно 299 792 458 метра в секунда. Делението на астрономическата единица на тази скорост дава 499.0048 секунди, или осем минути и 19.0048 секунди. Следователно редът от осем минути в заглавието е съкратен, а не точно време на пристигане.

Орбитата на Земята също е леко елиптична. Реалното разстояние варира в рамките на една година, така че еднопосочното светлинно време варира с няколко секунди около средната стойност. Ако въображаемото изчезване се е случило близо до перихелия, сигналът би пристигнал малко по-рано, отколкото би пристигнал близо до афелия. Нищо в мисловния експеримент не се нуждае от милисекундна точност; средната стойност разкрива мащаба.

Сега заменете скоростта на светлината с 343 метра в секунда. Образователната таблица на Националната океанска администрация на САЩ за звук във въздуха дава тази стойност при 20 °C. Делението на 149 597 870 700 метра на 343 метра в секунда дава 436 145 396 секунди. Това е малко повече от 5048 дни, или 13.82 години, използвайки година от 365.25 дни. Второто число в заглавието е резултат от друго деление: 299 792 458, делено на 343, е равно на 874 030.49. Закръглено до три значещи цифри, светлината е 874 000 пъти по-бърза.

Мисля, че аритметиката е най-полезна, когато нейните предположения остават видими. Скоростта на звука не е универсална константа. Тя се променя в зависимост от материала, а в газ – и от условията, включително температурата. При 0 °C обичайната стойност е около 331 метра в секунда, което би удължило въображаемото пътуване до приблизително 14.3 години. Заглавието от близо 14 години се отнася конкретно до конвенцията от 343 метра в секунда.

Звукът е механична вълна. Той се движи, когато смущение кара частиците да се тласкат към съседни частици, пренасяйки енергия през твърдо тяло, течност, газ или плазма. Светлината е електромагнитно излъчване. Както е посочено в обяснението на НАСА за механичните и електромагнитните вълни, светлината може да преминава през вакуум, но звукът изисква среда.

Междупланетното пространство не е математически празно. То съдържа плазма от слънчев вятър, прах и редки неутрални частици. Но то не е нищо подобно на непрекъсната колона от обикновен въздух. Частиците близо до земната орбита са твърде тънко разпръснати, за да предадат обикновена акустична вълна от Слънцето до човешкото ухо.

Представата, че въздух със стайна температура запълва една астрономическа единица, създава проблеми, далеч по-големи от времето за пътуване. Толкова много газ би имал маса и гравитация, би се нагрявал и йонизирал и няма да остане неподвижен или равномерен. Вълна от налягане би се разпространила, пречупила и загубила енергия. Резултатът от 13.82 години замразява цялата тази физика и пита само колко време би било необходимо на маркер, движещ се с 343 метра в секунда, да премине разстоянието.

Наричането на крайния сигнал рев не е напълно произволно. Слънцето съдържа реални вълни на налягане. Конвекцията близо до видимата му повърхност непрекъснато възбужда трептения, които преминават през слънчевата вътрешност и се връщат към повърхността.

Слънчевата и хелиосферна обсерватория на НАСА и ЕКА описва слънчеви звукови вълни с периоди близо до пет минути. Само определени комбинации от период и хоризонтална дължина на вълната резонират. Техният модел носи информация за иначе скритата структура, състав и движение вътре в Слънцето.

Хелиосеизмолозите не поставят микрофон в междупланетното пространство. Инструментите измерват малки доплерови отмествания, повърхностни скорости и промени в яркостта, кодирани в слънчевата светлина. След това изследователите могат да преведат тези данни в чуваеми честоти, като ги ускорят или променят височината на звука. Резултатът е сонификация, а не запис на вълни на налягане, които са преминали вакуума. Забележителните петминутни трептения съответстват само на няколко хилядни от цикъла в секунда, далеч под долния край на човешкия слух. Дори до хипотетична среда думата рев все още би крила въпроси относно честотата, амплитудата и как е реагирал слушателят или инструментът.

В продължение на около 499 секунди видимото Слънце ще изглежда непроменено, защото всеки фотон, достигащ до нас, вече го е напуснал преди въображаемото събитие. Когато последната пряка светлина пристигне, яркото дневно небе ще се срути заедно с нея. Земята няма да стане абсолютно черна: звездите, изкуствените светлини и забавената отразена светлина ще останат. Но източникът на дневна светлина и почти цялата входяща повърхностна енергия ще изчезнат.

Сравнението също така разделя светлината от материята. Частиците от слънчевия вятър се движат много по-бавно от светлината, като обикновено им отнемат дни, за да преминат през същата дистанция. Космическите кораби биха продължили да се срещат с частици, които вече са на път, дори след като последната слънчева светлина е пристигнала. Изчезващо Слънце не може да се случи, така че няма пълна физическа последователност за моделиране, но различните пратеници не биха спрели едновременно.

Това забавяне не е специфично за Слънцето. По-ранният анализ върху времето на сигнала между Земята и Титан показа същото правило на по-голямо и променящо се разстояние. Космическите мисии работят на базата на стара информация, защото дори радиото, друга форма на светлина, не може да пристигне мигновено.

Често срещан последващ въпрос е дали Земята би напуснала орбитата си незабавно. В опростената картина на Нютон гравитацията изглежда действа мигновено. Общата теория на относителността не позволява информацията за променено гравитационно поле да се разпространява безкрайно бързо. Физическото обяснение на НАСА отбелязва, че промените в гравитацията се разпространяват със скоростта на светлината. При невъзможното условие Земята би продължила да реагира на старото гравитационно поле на Слънцето за около същите осем минути и 19 секунди. Промяната в светлината и промяната в гравитацията биха се случили едновременно.

След това Земята вече няма да има Слънце, което да извива пътя си в орбита. Тя ще се движи приблизително по допирателна към предишната си орбита, с по-малки смущения от останалите планети и други тела. Това все още е само начин за изследване на теорията на относителността. Една звезда не може просто да изчезне без физически механизъм, закони за запазване и обяснение къде е отишла нейната маса-енергия.

Изчислението на времето за разпространение не казва нищо за силата на звука. Нивото на звука изисква амплитуда на налягането при слушателя, докато времето за разпространение зависи от геометрията, поглъщането, разсейването и свойствата на средата. Нито една от тези променливи не се появява в делението, което дава 13.82 години.

Това също не означава, че Земята би чула един непрекъснат звук от момента, в който Слънцето изчезне. В изобретената система Земята би продължила да приема акустичното минало, вече разпространено по маршрута. Последният вълнов фронт, излъчен преди изчезването, би пристигнал в края на 13.82-годишното закъснение. Какво съдържа този сигнал, би зависело от хипотетичния източник и среда.

Думата „рев“ дава на числото човешки мащаб, но не бива да се бърка с мярка. Измерили сме слънчевите трептения чрез тяхното въздействие върху светлината. Не сме измервали силата на звука на Слънце, чута през обикновения въздух, простиращ се до Земята.

Ежедневната версия е мълния и гръм. И двете започват почти по едно и също време, но светкавицата пристига първа, защото светлината преминава през атмосферата много по-бързо от звука. Разтегнете този контраст от буреносен облак до една астрономическа единица и забавянето от секунди се превръща в забавяне от години. Това е полезната част от мисловния експеримент. Той превръща съотношението на скоростта във време на изчакване. Виждаме миналото на Слънцето с малко над осем минути. При измислени акустични правила бихме чули миналото му с близо 14 години. Истинската Слънчева система осигурява само първото забавяне. Второто е аритметика, поставена върху вакуум, който отказва да носи вълната.

Снимка: Unsplash/NASA/GSFC/Conceptual Image Lab; Earth photo courtesy NASA/ISS Expedition 13.

Виж още: Този мистериозен обект като от научна фантастика, заснет на Марс, разпали въображението, но обяснение има