光年是一種長度單位,那麼1光年有多遠?又是怎樣計算出來的?

2020-12-03 天文在線

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首先你需要了解光年是個長度單位而不是什麼所謂的時間單位,1光年也就是光一年內傳播的距離,光的速度在真空中每秒大約30萬千米,1年約等於3000萬秒,由此可以算出1光年約等於9萬億千米。

也許用數字講,你根本無法理解這樣的距離。我們來舉個例子,太陽與地球的平均距離約為1.5億千米。這是什麼概念呢?如果您現在乘坐最快的民航飛機(普通飛機),日夜兼程都需要花費約20多年的時間才可以達到太陽。如果您選擇現在走路去太陽,那麼在1000多年後,你才可以抵達太陽。可想而知1光年有多遠,太遙遠了。就拿1億千米來計算的話,飛機都需要花費180萬年!!

圖解:地圖顯示的是位於太陽12.5光年內的恆星,圖:Richard Powel

簡單了解下光年

光年是用於表示天文距離的長度單位,長度約為9.46萬億千米或5.88萬億英裡。根據國際天文學聯合會(IAU)的定義,光年是光在真空中1個儒略年(365.25天)傳播的距離。因為它包含了「年」這個詞,所以術語「光年」有時被誤解為是一種時間單位。

光年最常用於表示與恆星的距離和在銀河系尺度上的其他距離,特別是在非專業和科普出版物中最為常見。 專業天體測量中最常用的單位是parsec(符號:pc,大約3.26光年;一個天文單位與圓弧1秒夾角的距離)。

關於光年的定義

根據IAU的定義,光年是儒略年(365.25天而不是格里曆年中的365.2425天)和光速(299792458米/秒)的乘積。這兩個值都包含在自1984年以來使用的IAU(1976年)天文常數系統中。由此,可以導出以下轉換。 IAU認可的光年縮寫是ly,不過其他標準如ISO 80000使用的是「l.y.」並且和本地化符號是常見的,例如法語中的「al」(來自année-lumière)和 西班牙語(來自ao luz),以及德語中的「Lj」(來自Licht jahr)等等。

1光年= 9460730472580800米(精確值)

1光年≈9.461拍米

1光年≈9.461萬億千米

1光年≈587862525萬億英裡

1光年≈63241.077個天文單位

1光年≈0.306601秒差距

在1984年之前,回歸年(不是儒略年)和測量的(未定義的)光速被包括在1968年至1983年的IAU(1964)天文常數系統中。西蒙·紐康(Simon Newcomb)的J1900.0平回歸年份為31556925.9747星曆秒,光速為299792.5公裡/秒,結果的光年數值為9.460530×10的15次方米(四捨五入到光速的七位有效數)。幾個現代的資料數據可能來自於一個古老的資料數據,如克拉本沃爾特艾倫(Clabon Walter Allen)在1973年的天體物理量參考資料,於2000年更新,包括上面引用的IAU(1976年)值(截斷為 10位有效數字)。

其他高精度值不是來自相干IAU系統。在一些現代資料中發現的值為9.460536207×10的15次方米,是平儒略年(365.2425天或31556952秒)和其所定義的光速(299792458米/秒)的乘積。 另一個值為9.460528405×10的15次方米,是J1900.0平回歸年和定義光速的乘積。

用於光年和光年的倍數的縮寫是:

「ly」表示為1光年「kly」表示為1千光年(1000光年)「Mly」表示為1百萬光年(1000000光年)「Gly」表示為10億光年(1000000000光年)

關於光年的歷史

1838年弗裡德裡希·貝塞爾(Friedrich Bessel)首次成功測量到太陽以外的恆星的距離,幾年後就出現了光年這個單位。這顆恆星是天鵝座61,他使用了由約瑟夫·馮·夫琅(Joseph von Fraunhofer)設計的6.2英寸(160毫米)的量日儀。當時表示空間距離的最大單位是天文單位,等於地球軌道半徑(1.50×10的8次方千米或9.30×10的7次方英裡)。在這些方面,基於天鵝座61的0.314弧秒的視差的三角法計算表明,到恆星的距離為660000個天文單位(9.9×10的13 次方千米或6.1×10的13 次方英裡)。

貝塞爾補充說,光線需要10.3年才能穿過這個距離。他認識到他的讀者會欣賞到光的大致傳輸時間的心理畫面,但他不把光年作為一個單位。他可能不太喜歡用光年來表示距離,因為這樣會因為乘以光速的不確定性參數而降低視差數據的精度。光速在1838年尚未確切知曉; 其故值在1849年(阿曼德·斐索)和1862年(萊昂·傅科)發生了變化。 它還沒有被認為是自然界中的一種基本常數,光通過以太或太空的傳播仍然是神秘的。

不過,在1851年,奧託·烏爾(Otto Ule)在德國流行的天文文章中出現了光年單位這一天文術語。烏爾通過將其與徒步旅行時間(Wegstunde)進行比較來解釋以「年」結尾的距離單位名稱的悖論。 當代德國流行天文書也注意到光年是一個奇怪的名字。1868年,一本英文期刊將光年標記為德國人使用的單位。愛丁頓稱光年是一個不方便且無關緊要的單位,它有時會從大眾使用中滲透到技術調查中去。

雖然現代天文學家通常更喜歡使用秒差距(1秒=3.26光年),但光年也被廣泛用於測量星際和星系際空間的廣闊空間。

術語的用法

以光年表示的距離包括同一一般區域內的恆星之間的距離,例如屬於同一螺旋臂或球狀星團的恆星。 星系本身的直徑從幾千到幾十萬光年不等,與相鄰的星系和星系團相隔數百萬光年。 與類星體和史隆長城等物體的距離達到了數十億光年。

長度的數量級列表

40.4×10的9次方光年:來自月球表面的反射太陽光需要1.2-1.3秒才能到達地球表面(行程大約350000到400000公裡)。

45.7×10的9次方光年:從地球到可見宇宙邊緣的任意(共動參考系)距離約為457億光年; 這是可觀察宇宙的可靠(共動參考系)半徑。 這大於宇宙背景輻射所規定的宇宙年齡。

圖解:以太陽為中心的微弱黃色球體的半徑為1光分。 為了比較,參宿七(左上角的藍色星)和畢宿五(右上方的紅色星)的大小按比例顯示。 大黃色橢圓代表水星的軌道。圖 :Paul Stansifer

參考資料

WJ百科-英文版本(Light-year)天文學名詞

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