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光年

（光在真空中走一年的距離）

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光年（light year，縮寫ly），長度單位，常用於表示天文學距離，約為9.46×1012千米 （精確值為9,460,730,472,580,800米)。光年是光在真空中傳播一儒略年（365.25天）所經過的距離，由於帶有“年”字，常被誤認為是時間單位。
世界上最快的⻜機可以達到每小時1萬1260公里的時速（2004年11月16日，美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，縮寫NASA）的⻜機最高速度紀錄是1萬1260公里/小時），依照這樣的速度，⻜越一光年的距離需要用9萬5800年。而常⻅的客機大約是885公里/小時，這樣⻜行1光年則需要122萬年。目前最快的人造物體是2016年7月5日抵達木星極軌道的朱諾號（2011年8月5日發射升空），最高速度為73.61公里/秒(約26萬5000公里/小時)，這樣的速度⻜越1光年的距離約需要4073年的時間。
光年一般在科普讀物、科幻小説等非專業場景中用於描述恆星或星系之間的距離。專業的天文學家往往用來自於天測學的單位秒差距（parsec，縮寫pc，約3.26光年）作為天文學中的距離單位，它是一天文單位張角為一角秒時的距離。
中文名
光年
外文名
light-year
定    義
光在真空中走一年的距離
符    號
ly
換    算
1ly=9.46×1012km

目錄

  1. 1 定義
  2. 2 單位換算
  3. 3 歷史
  4. 4 用法
  5. 5 相關單位

光年定義

根據國際天文學聯合會（International Astronomical Union，縮寫IAU）的定義，光年是光速（299,792,458米/秒）與一儒略年（365.25日=31,557,600秒）的乘積，英文縮寫為“ly”，也曾縮寫為“l.y.”。這些常數收錄於1984年啓用的IAU（1976）天文常數系統中。 [2]  在1983年之前（具體為1968～1983年），曾短暫使用過包含太陽年（地球繞太陽一週的平均時間，約365.242189日）和測量光速（而非現在的定義光速）的IAU（1964）天文常數系統。 [3] 
距離太陽12.5光年內的恆星 距離太陽12.5光年內的恆星 [1]

光年單位換算

1光年=9,460,730,472,580,800米≈63241.077天文單位≈0.306601秒差距
天文單位和秒差距是天文學中常用的距離單位，天文單位定義為太陽到地球的平均距離，秒差距定義為一個弧長為1天文單位，弧度為1角秒的圓弧所對應的圓半徑。

光年歷史

“光年”這一稱呼發明自德國天文學家弗里德里希·貝塞爾（Friedrich Bessel），他在1838年首次測量了除太陽以外的恆星的距離，當時空間距離的最大單位是天文單位（AU），即地球繞日軌道半徑（約1.5億公里）。他用約瑟夫·馮·弗勞恩霍夫（Joseph von Fraunhofer）設計的160毫米量日儀觀測了天鵝座61（61 Cygni）恆星，並用三角視差法，根據天鵝座61的0.314角秒視差計算出與該恆星的距離為660,000天文單位（9.9×1013公里）。貝塞爾計算得到，光需要走10.3年才能穿越這個距離。 [4]  他當時意識到相比龐大的數字，讀者們可能更喜歡想象光穿越了多長時間，但他沒有將光年作為一個單位來使用。他可能反對用光年作為標準的距離單位，因為與光速這一不確定的參數相乘將會降低視差數據的準確性。
在貝塞爾的年代，人們對光速的理解並不完善，法國科學家斐索（Fizeau）和傅科（Foucault）分別在1849年和1862年測量的光速也不相同。當時，光速尚未被認為是自然界的基本常數，光在以太或空間中的傳播過程還很神秘。現在，由於“米”這一單位是根據光速和秒來定義的，光速成為了一個常數（299,792,458米/秒）。在1851年德國科普作家奧托烏勒的一篇天文科普文章中使用了“光年” [5]  ，烏勒（Otto Ule）通過將其與徒步時（徒步一小時走過的距離，德語Wegstunde）進行比較，解釋了以“年”結尾的距離單位名稱的奇怪之處。英國天文學家愛丁頓（Eddington）聲稱光年是一個不方便和無關緊要的單位，但有時會從科普用途沿用到科學技術用途上。 [6]  雖然現代天文學家通常更喜歡用秒差距，但光年也被普遍用於測量星際和星系間空間的尺度。

光年用法

一般用光年表示的距離包括某一區域內恆星之間的距離，例如同屬於一個旋臂或球狀星團的恆星間距離。星系本身的直徑從幾千到幾十萬光年不等，與鄰近的星系和星系團則相隔數百萬光年。類星體和斯隆長城等天體結構到地球的距離長達數十億光年。
尺度（ly）
距離
實例
10-9
4.04×10-8ly
從月球表面反射的太陽光需要1.2-1.3秒才能到達地球表面（大約穿越35萬至40萬公里）。
10-6
1.58×10−5 ly
一天文單位（從太陽到地球的距離）。光大約需要499秒（8.32分鐘）才能傳播這個距離。
1.27×10−4 ly
降落在土衞六的惠更斯號探測器從距離地球12億公里處傳輸圖像。
5.04×10−4 ly
新視界號在距地球47億公里處遇上冥王星，通信需要4小時25分鐘才能到達地球。
10−3
2.04×10−3 ly
截至2014年10月，最遙遠的太空探測器旅行者1號距地球約18光時（130天文單位AU，194億公里）。26]以目前相對於太陽約17公里/秒（61 200公里/小時）的速度，大約需要17500年才能到達一光年。2013年9月12日，美國宇航局NASA宣佈，旅行者1號進入星際空間，成為第一個離開太陽系的人造物體。
2.28×10−3 ly
截至2018年10月，旅行者1號距離地球近20光小時（144 AU，216億公里）。
100
1.6×100 ly
奧爾特雲直徑約為兩光年。經推測，其內部邊界為50000 AU，外邊界為100000 AU。
2.0×100 ly
太陽引力主要影響的最大範圍（希爾球/羅什球，125000 AU）。在這之外還有太陽外引力星際介質。
4.24×100 ly
比鄰星，除太陽外已知的最近恆星，距離約4.24光年。
8.6×100 ly
天狼星，夜空中最亮的星星。它的質量是太陽的兩倍，光度是太陽的25倍，由於距離很近，它比那些光度更高的恆星要亮。
1.19×101 ly
行星HD 10700 e，宜居系外行星的候選者。它的質量是地球的6.6倍，位於鯨魚座τ恆星的宜居帶中。
2.05×101 ly
格利澤581，一顆紅矮星，帶有幾顆可探測的系外行星。
3.1×102 ly
老人星在天空中的亮度僅次於天狼星，A9型亮巨星，光度是太陽的10700倍。
103
3×103 ly
A0620-00是已知第二近的黑洞，距離約3000光年。
2.6×104 ly
銀河系的中心距地球約26000光年。
1×105 ly
銀河系的直徑約為10萬光年。
1.65×105 ly
R136a1位於大麥哲倫星雲中，光度為太陽的870萬倍，是已知光度最高的恆星，視星等為12.77。
106
2.5×106 ly
仙女座星系，距離大約250萬光年。
3×106 ly
三角座星系（M33），距離約300萬光年，是肉眼可見的最遙遠的物體。
5.9×107 ly
最近的星系團，處女座星系團，距離大約5900萬光年。
1.5×108 ～ 2.5×108 ly
巨引源，位於1.5億到2.5億光年的距離（後者是最新的估計）。
109
1.2×109 ly
斯隆長城，距離約10億光年。
2.4×109 ly
3C 273，光學波段最亮的類星體，視星等為12.9，僅次於R136a1，距離約24億光年。
4.57×1010 ly
從地球到可見宇宙邊緣的共動距離約為457億光年，這也是可觀測宇宙的共動半徑。

光年相關單位

恆星系統內天體之間的距離往往只有一光年的一小部分，通常以天文單位表示。然而，通過將時間單位乘以光速，也可以產生較小的長度單位。例如，在天文學、相對論物理中常用的光秒等於299792458米或1/31557600光年。流行科學出版物中有時會使用光分、光時和光日等單位。光月大約是光年的十二分之一，偶爾也用於近似測量。美國紐約的海登天文館（Hayden Planetarium）將光月更準確地定義為30天的光行時間。 [7]  因為光在一納秒內大約傳播一英尺，“光尺”一詞有時被用作非正式的時間度量單位。
對於更遙遠的天體，天文學家有時也用紅移z來表示距離，它表示光子在宇宙中穿行時由於宇宙膨脹而使光子波長增大的倍數。
參考資料
  • 1.    The Universe within 12.5 Light Years  ．The Nearest stars
  • 2.    "Selected Astronomical Constants Archived 2014-07-26 at the Wayback Machine" in Astronomical Almanac, p. 6.
  • 3.    P. Kenneth Seidelmann, ed. (1992), Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, Mill Valley, California: University Science Books, p. 656, ISBN 978-0-935702-68-2
  • 4.    Bessel, Friedrich (1839). "On the parallax of the star 61 Cygni". London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science. 14: 68–72. Bessel's statement that light employs 10.3 years to traverse the distance.
  • 5.    Ule, Otto (1851). "Was wir in den Sternen lesen". Deutsches Museum: Zeitschrift für Literatur, Kunst und Öffentliches Leben. 1: 721–738.
  • 6.    "Stellar movements and the structure of the universe". Retrieved 1 November 2014.
  • 7.    Light-Travel Time and Distance by the Hayden PlanetariumAccessed October 2010.