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光年(長度單位)

光年是長度單位,用來計量光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間的距離 ,一般被用于衡量天體間的時空距離,其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間所經過的距離,為9,460,730,472,580,800米,是時間和光速計算出來的單位。

“年”是時間單位,但“光年”雖有個“年”字卻不是時間單位,而是天文學上一種計量天體時空距離的單位。宇宙中天體間的距離很遠很遠,如果采用我們日常使用的米、千米(公里)作計量單位,那計量天體距離的數字動輒十幾位、幾十位,很不方便。于是天文學家就創造了一種新的計量單位光年,即光在真空中用去一年時間所走過的距離。距離=速度×時間,光速約為每秒30萬千米(每秒299,792,458米),1光年為9,460,730,472,580,800米。讀作:九千四百六十兆七千三百零四億七千二百五十八萬零八百米。

在一儒略年(定義值為365.25日)的時間中,在自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠的地方,一個光子所行走的距離。因為真空中的光速是每秒299,792,458米(準確值),所以一光年等于9460730472580800米(準確值),或者,5878625373183.608英里,或5108385784330.886海里,或約9.46×10米或約9.46×10千米

光年一般是用來量度很大的距離,如太陽跟另一恒星的距離。光年不是時間單位。在天文學,秒差距是另一個常用的距離單位,1秒差距=3.26光年。

宇宙中天體間的距離非常大,如果以最常見的千米為單位計算非常麻煩,以光年為單位來計量就容易多了。光在真空中一年所經過的距離稱為一個光年。光速在真空中約為30萬千米每秒,也就是3×10米每秒(儒略年長度約等于365.25日,以2000年1月1日(記作J2000.0)為標準歷元)所以,一光年就是9.4607×10米。

例如,世界上最快的飛機可以達到每小時11260千米的時速(2004年11月16日,美國航空航天局(NASA)的飛機最高速度紀錄是11260千米/小時)。依照這樣的速度,飛越1光年的距離需要用95848年。而常見的客機時速大約是每小時885千米,這樣飛1光年則需要1220330年。目前人造的最快物體是1970年代聯邦德國和美國NASA聯合建造并發射的Helio-2衛星,最高速度為每秒70.22千米(即每小時252792千米),這樣的速度飛越1光年的距離大約需要4000年的時間。

1676年以前,人們普遍相信光的傳播是不需要時間的。1676年,丹麥科學家O.C.羅默首先作出了光的傳播需要時間的設想。1671年,羅默開始觀測木星的衛星(木衛一)。他發現木星掩衛的時間(由木衛一躲到木星背對地球的一面開始到它再次出現在地球上可觀測到的區域之間的時間間隔)并不是一個定值。當木星離地球較遠時,掩衛過程所用的時間更長。1675年,法國的天文學家喬凡尼多美尼科卡西尼開始設想這種現象產生的原因可能是光的傳播需要時間。然而,他在不久后就放棄了這個想法。

當時擔任卡西尼的科學助手的羅默則沒有放棄。他堅持假設光的速度是有限的,并計算出以光的速度,要穿越相當于地球公轉軌道直徑的距離需要22分鐘的時間。以今天的數據來看,他的結果等價于說光的速度是214000公里每秒(羅默當年對地球公轉軌道的直徑計算有誤)。

但是直到18世紀上半葉,主流科學界才逐漸接受了光速有限的想法。1728年,英國天文學家詹姆斯布拉德雷給出了另一種測量光速的方法,得出光的速度大約是301000公里每秒。1838年,德國天文學家弗里德里希威廉貝塞爾首先使用“光年”一詞,作為天文學測量上的單位。他測量出天鵝座61與地球之間的距離是10.3光年。

太陽與最近的恒星半人馬座α星相距43萬億千米,人類觀察到的最遠的星星,是這個數字的30多億倍。這種情況下使用光年就容易多了,太陽到半人馬座α星的距離為4.545光年,與最亮的恒星天狼星為8.6光年,與牛郎星和織女星的距離分別為16.63和26.3光年,與參宿七的距離為850光年,銀河系的跨度達10萬光年。目前人類探知的最遙遠的星,距離地球已達150億光年人類觀測到此光已是150億年前的事情了(宇宙大爆炸的時間是恒定的,不能說因為它距離我們150億光年就說我們看到了150億年前的宇宙大爆炸)。

另外,為了方便起見,科學家把地球到太陽的平均距離定義為“1天文單位”。用這個單位來度量太陽系的距離就方便多了。太陽與地球的距離為1天文單位,與水星為0.4天文單位,與金星為0.7天文單位,與冥王星為40天文單位,等等。

光年的準確長度:以1年=31556925.9747秒,光速=299,792,458米/秒來計算,1光年=9 460 730 472 580.8千米。(9.4607×10km)

與天文學中其它常用長度單位的換算:

一秒差距約等于3.26光年;

一光年約等于63240天文單位。

光由太陽到達地球約八分鐘(即地球跟太陽的距離為八“光分”)。

已知距離太陽系最近的恒星為半人馬座比鄰星,距離約4.22光年。

我們所處的星系銀河系的直徑約有十萬光年。假設有一近光速的宇宙船從銀河系的一端到另一端,它將需要多于十萬年的時間。但這只是對于(相對于銀河系)靜止的觀測者而言,船上的人員感受到的旅程實際只有數分鐘。這是由于狹義相對論中的移動時鐘的時間膨脹現象。

天文觀測范圍已經擴展超過100億光年的廣闊空間(稱為總星系)。

因為帶有“年”字,它常常被誤以為是時間單位,以致于有時會產生誤用。例某些流行歌曲中可能誤用它來比喻時間的長久,如“一轉眼/一瞬間,一光年。”

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