В новогоднюю ночь, пока дети ждут подарков, Санта-Клаус мчится на оленях с невероятной скоростью. А вы знали, что от скорости меняется цвет? Оказывается, с помощью обычного телескопа и эффекта Доплера можно определить скорость полёта Санты по... цвету носа его оленя Рудольфа. Как это работает и с какой же скоростью нужно лететь, чтобы успеть ко всем детям на Земле? На эти вопросы отвечает астроном из Австралии Лора Николь Дриссен (Laura Nicole Driessen).
Сколько километров нужно преодолеть Санте?
Чтобы рассчитать необходимую скорость Санты, Лора Николь Дриссен воспользовалась методом, предложенным ещё в 1998 году, и немного обновила его. Итак, в мире около 2 миллиардов детей младше 14 лет. Примерно 93% стран так или иначе отмечают Новый год, поэтому предположим, что подарки ждут 93% детей. Санта-Клаус дарит подарки только тем, кто в него верит. Если предположить, что процент верующих в Санту по возрастам такой же, как в США, то получится около 690 миллионов детей, утверждает учёный.
Учитывая, что в среднем в мире 2,3 ребёнка на семью, Санте нужно посетить примерно 300 миллионов домов. Распределив эти дома равномерно по 69 миллионам квадратных километров пригодной для жизни площади Земли (исключая океаны, пустыни, Антарктиду и горы), получаем, что Санта-Клаусу в праздник нужно преодолеть 144 миллиона километров — почти как от Земли до Солнца!
К счастью, у Санты есть преимущество в виде часовых поясов, что даёт ему 35 часов на доставку подарков. Допустим, половину этого времени (17,5 часов) он тратит на посещение каждого дома (получается 0,2 миллисекунды на дом), а вторую половину — на перелёты между домами.
По расчётам учёного, чтобы успеть доставить все подарки, Санте нужно двигаться со скоростью 8,2 миллиона километров в час, или 0,8% от скорости света.
Как нос Рудольфа поможет измерить скорость Санты?
Предположим, мы хотим измерить скорость Санты. Обычный радар не подойдёт, но у нас есть телескопы, которые могут определять цвет объекта с помощью спектроскопии. У Рудольфа, как известно, ярко-красный нос. Если бы мы могли наблюдать за Сантой в телескоп, то по изменению цвета носа Рудольфа, благодаря эффекту Доплера, смогли бы измерить его скорость.
Эффект Доплера в действии
Хороший пример эффекта Доплера — звук сирены скорой помощи. Когда она приближается, звук кажется выше, а когда удаляется — ниже. Это происходит потому, что звуковые волны сжимаются, когда машина едет к вам, и растягиваются, когда она удаляется. Сжатые волны дают более высокий тон, а растянутые — более низкий.
То же самое происходит и со светом. Если источник света удаляется, длина волны увеличивается, и свет становится более красным («красное смещение»). Если источник света приближается, длина волны уменьшается, и свет становится более синим («синее смещение»).
Какого цвета нос Рудольфа в полёте?
Длина волны красного света в состоянии покоя составляет 694,3 нанометра. Допустим, Санта-Клаус хочет раздать подарки побыстрее и мчится со скоростью 10% от скорости света (107 миллионов километров в час).
При такой скорости, когда Рудольф приближается к вашему дому, его нос из-за синего смещения будет казаться ярко-оранжевым (624 нанометра). А когда он улетает, из-за красного смещения нос будет казаться очень тёмно-красным (763 нанометра), почти чёрным, учитывая, что самый тёмный оттенок красного, который видит человеческий глаз, составляет около 780 нанометров.
Эффект Доплера на службе у астрономов
Астрономы используют эффект Доплера для измерения движения объектов в космосе. С его помощью можно определить, вращается ли звезда вокруг другой звезды, обнаружить экзопланеты (планеты, вращающиеся вокруг других звёзд) методом «радиальной скорости» и даже измерить расстояния до далёких галактик.
Как отметила Лора Николь Дриссен, наука не может объяснить магию Санта-Клауса, но, если астрономы когда-нибудь поймают Рудольфа в свои телескопы, они обязательно сообщат об этом.
Ранее Telegraf.news писал, что белорусу удалось запечатлеть пролёт яркого болида — траектория движения космического тела оказалась аккурат в объективе камеры видеорегистратора. Видео он опубликовал в TikTok.
