光年

光在真空中走一年的距离

光年(light year,缩写ly),长度单位,常用于表示天文学距离,约为9.46×1012千米 (精确值为9,460,730,472,580,800米)。光年是光在真空中传播一儒略年(365.25天)所经过的距离,由于带有“年”字,常被误认为是时间单位。

定义
根据国际天文学联合会(International Astronomical Union,缩写IAU)的定义,光年是光速(299,792,458米/秒)与一儒略年(365.25日=31,557,600秒)的乘积,英文缩写为“ly”,也曾缩写为“l.y.”。这些常数收录于1984年启用的IAU(1976)天文常数系统中。在1983年之前(具体为1968~1983年),曾短暂使用过包含太阳年(地球绕太阳一周的平均时间,约365.242189日)和测量光速(而非现在的定义光速)的IAU(1964)天文常数系统。
单位换算
1光年=9,460,730,472,580,800米≈63241.077天文单位≈0.306601秒差距
天文单位和秒差距是天文学中常用的距离单位,天文单位定义为太阳到地球的平均距离,秒差距定义为一个弧长为1天文单位,弧度为1角秒的圆弧所对应的圆半径。
历史
“光年”这一称呼发明自德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bessel),他在1838年首次测量了除太阳以外的恒星的距离,当时空间距离的最大单位是天文单位(AU),即地球绕日轨道半径(约1.5亿公里)。他用约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫(Joseph von Fraunhofer)设计的160毫米量日仪观测了天鹅座61(61 Cygni)恒星,并用三角视差法,根据天鹅座61的0.314角秒视差计算出与该恒星的距离为660,000天文单位(9.9×1013公里)。贝塞尔计算得到,光需要走10.3年才能穿越这个距离。他当时意识到相比庞大的数字,读者们可能更喜欢想象光穿越了多长时间,但他没有将光年作为一个单位来使用。他可能反对用光年作为标准的距离单位,因为与光速这一不确定的参数相乘将会降低视差数据的准确性。
在贝塞尔的年代,人们对光速的理解并不完善,法国科学家斐索(Fizeau)和傅科(Foucault)分别在1849年和1862年测量的光速也不相同。当时,光速尚未被认为是自然界的基本常数,光在以太或空间中的传播过程还很神秘。现在,由于“米”这一单位是根据光速和秒来定义的,光速成为了一个常数(299,792,458米/秒)。在1851年德国科普作家奥托乌勒的一篇天文科普文章中使用了“光年” ,乌勒(Otto Ule)通过将其与徒步时(徒步一小时走过的距离,德语Wegstunde)进行比较,解释了以“年”结尾的距离单位名称的奇怪之处。英国天文学家爱丁顿(Eddington)声称光年是一个不方便和无关紧要的单位,但有时会从科普用途沿用到科学技术用途上。虽然现代天文学家通常更喜欢用秒差距,但光年也被普遍用于测量星际和星系间空间的尺度。
用法
一般用光年表示的距离包括某一区域内恒星之间的距离,例如同属于一个旋臂或球状星团的恒星间距离。星系本身的直径从几千到几十万光年不等,与邻近的星系和星系团则相隔数百万光年。类星体和斯隆长城等天体结构到地球的距离长达数十亿光年。
相关单位
恒星系统内天体之间的距离往往只有一光年的一小部分,通常以天文单位表示。然而,通过将时间单位乘以光速,也可以产生较小的长度单位。例如,在天文学、相对论物理中常用的光秒等于299792458米或1/31557600光年。流行科学出版物中有时会使用光分、光时和光日等单位。光月大约是光年的十二分之一,偶尔也用于近似测量。美国纽约的海登天文馆(Hayden Planetarium)将光月更准确地定义为30天的光行时间。因为光在一纳秒内大约传播一英尺,“光尺”一词有时被用作非正式的时间度量单位。
对于更遥远的天体,天文学家有时也用红移z来表示距离,它表示光子在宇宙中穿行时由于宇宙膨胀而使光子波长增大的倍数。
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