一光年是什么概念?

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光年是天文宇宙学上常用的长度单位:比如太阳系直径约2光年;银河系直径约15万光年;宇宙可观测直径约930亿光年。1光年就是光在真空中走一年的距离,为9460730472580.8km,约是9.4607×10¹²km。



我们常用的长度单位有厘米、米、千米等,这些单位足以计算地球上物体的大小,如一个人的身高约1.7米,一间房子高约3米,一座山高约几十米~几百米,珠穆朗玛峰高约8848米…地球的直径约12742.02km。


随着科学的发展,人类对太空范围的认识逐渐扩大,千米已不能满足我们科学的计算。如果继续用千米计算,就会出现写不完的数字,于是天文学家发明了光年。光速是299792.458km/s,1光年就是9.4607×10¹²km。太阳到地球的距离约1.5亿千米,光要走8分钟,只有1.58×10⁻⁷光年,大约有500光秒。

而太阳系半径约1光年,这1光年的距离人类现在的飞行器“旅行者一号”以17.043km/s的速度,飞行了42年也没有飞出太阳系。现在大约飞到了太阳系最外层的日球层顶。据天文学家预测,旅行者一号要完全飞出太阳系还要3万年。到3万年后,人类制造的新型飞行器都能飞出太阳系了。


可见光年是天文学上用来计算宇宙中天体之间距离的天文长度单位,这个天文单位在人类看来长不可及,但在宇宙中却很短。宇宙的可观测直径就有930亿光年!


弄潮科学



笔者小时候以为一光年就是光过了一年的时间,那时候以为光年是时间单位,后来有人告诉我光年是距离单位,一光年就是光跑一年的距离,这时候我虽然知道了光年的正确含义,但是对一光年这个距离长度仍然没什么概念,其实不只是我,很多人都无法在脑子里想象一光年究竟有多长。

光速是每秒三十万公里,一秒可以绕地球七圈半,而现在人类在天上的卫星绕地球一圈得90分钟左右,和光速比起来差远。


每秒三十万公里的光跑一年大约是10万亿公里,而人类的旅行者一号以17km/s的速度飞了41年也才飞了211亿公里,换算下来也就是20光时左右,距离一光年还很遥远。

巧合的是我们太阳系的半径也是一光年,所以旅行者一号想要飞出太阳系就需要上万年才行,有可能在旅行者一号飞出太阳系之前人类就离开太阳系了。

太阳系内其实是用不上光年这种单位的,天文学家在计量太阳系内天体距离的时候往往用的是“天文单位”,一个天文单位就是1.5亿公里,也就是地球到太阳的平均距离,而一旦离开太阳系就需要用到光年单位了。

但是光年单位也不是顶级的,因为宇宙中动辄几十亿上百亿光年也是很常见的,所以天文学家们有发明了“秒差距”,秒差距等于3.261光年,用于测量恒星间的距离,千秒差距就是3261光年,用来测量星系内部天体距离,百万秒差距用来测量星系和星系之间的距离,十亿秒差距用来计算类星体之间的距离。


宇宙探索未解之迷


光年是用于表示天文距离的长度单位,其长度约为9.46万亿公里(9.46 x 10^12公里)。光年是光在一个朱利安年(或者恒星年,365.25天,注意不是太阳年365.24219879天)内在真空中传播的距离。因为它包含“年”这个词,所以“光年”这个词有时被误解为一个时间单位。

光年到底有多长?

光年是朱利安年与光速((299792458 m/s)的乘积。

1光年= 9460730472580800米

≈9.461万亿公里

≈63241.077天文单位(太阳到地球的距离)

≈0.306601秒差距

体会一下各种天体距离我们的距离

  • 4.04×10^-8 光年——从月球表面反射的太阳光需要1.2-1.3秒才能到达地球表面(行程大约350000到400000公里)。

  • 1.58×10^-5 光年——一个天文单位(从太阳到地球的距离)。光线在这个距离上行进大约需要499秒(8.32分钟)。

  • 1.27×10^-4 光年—— 惠更斯号探测器在土卫六上降落,并从距地球12亿公里的地面传输图像的距离。

  • 5.04×10^-4 光年—— New Horizons在距离47亿公里处遇到冥王星,通信需要4小时25分钟才能到达地球。

  • 2.04×10^-3 光年——截至2014年10月,最遥远的太空探测器“旅行者1号”离地球约18光时。以目前相对于太阳约17公里/秒的速度达到一个光年需要大约17500年。2013年9月12日,美国宇航局科学家宣布,旅行者1号于2012年8月25日进入星际空间,成为第一个离开太阳系的人造物体。截至2018年10月,旅行者1号,离地球近20光时。

  • 1.6 光年——奥尔特云的直径约为2光年。它的内部边界推测为50000天文单位,其外边缘为100000天文单位。

  • 2.0 光年——太阳引力势的最大范围(希尔球/洛奇球,125000天文单位)。之外是深外太阳引力星际介质。

  • 4.22 光年——距离最近的已知恒星(太阳除外),比邻星,距离我们大约4.22光年。

  • 8.6光年——天狼星,夜空中最亮的星星。它的质量是太阳的两倍,比太阳的亮度高25倍。

  • 11.9光年—— HD 10700e,一个宜居星球候选者。它是地球的6.6倍,位于恒星Tau Ceti的宜居区中间。

  • 20.5光年—— Gliese 581,一颗红矮星,带有几颗可探测的系外行星。

  • 310光年—— Canopus,在地球天空中亮度仅次于天狼星的A9型明亮巨星,比太阳亮10700倍。

  • 3000光年——最近的已知黑洞A0620-00距离我们大约3000光年。

  • 26000光年——银河系的中心距离我们大约26000光年。

  • 100000光年——银河系直径大约100000光年。

  • 165000光年—— R136a1,大麦哲伦星云中最明亮的恒星,以870万倍的太阳光度着称,具有12.77的亮度,比3C 273更亮。

  • 2500000光年——仙女座星系距离我们大约250万光年。

  • 3000000光年—— 三角座星系(M33),距离我们大约300万光年,是肉眼可见的最远物体。

  • 5.9×10^7 光年——最近的大型星系团,室女座星团距离我们大约5900万光年。

  • 1.5×10^8—2.5×10^8 光年—— 巨引源的距离大约在1.5亿到2.5亿光年之间(后者是最近的估计值)。

  • 1.2×10^9 光年—— 斯隆长城(宇宙墙)测量距离大约为10亿光年。

  • 2.4×10^9 光年——3C 273,光学上最明亮的类星体,视星等级12.9,比R136a1更暗。3C 273距离我们大约24亿光年。

  • 4.57×10^10 光年——从地球到可见宇宙边缘的任意距离约为457亿光年;这是可观察宇宙的可靠半径。这大于根据宇宙背景辐射所测得的宇宙年龄(因为宇宙还在不断膨胀)。


小宇堂


先说一下知识点,一光年是光一年所行进的距离,是个长度单位,一光年大约等于9460730472580.8公里,也就是9.46万亿公里。


而一光年是什么概念?我们换个角度去看。


比如说我们每天走路,也就是脚程,走快一些大概是每小时6公里。

假设我们这一天里,,把外界环境通通排除掉,不吃不喝不睡觉,每天能走24*6=144(公里);

然后9.46万亿要走多少天呢,计算一下是约等于657亿天,按每月30天计算是21.9亿个月,换成年是1.825亿年;

这里再说一个知识点,目前世界上研究到了人类有2.9亿年历史;

so,如果一个人要走一光年,大概要走三分之二人类史,那估计得用爬的,不对还要用游的,而且还要天天要唱向天再借五百年。


当然了,我们现在有汽车,也排除掉外界环境,速度按100公里/小时来算,计算一下,要1095千万年,想想吧,没边了都。


我们再接着来坐飞机,时速800千米/小时,需要122万年,这样想吧,你就坐在飞机上122万年,你能受了吗,不要抬杠,你在家里坐着呆一周,一月,一年,试试,非疯了不可。


那一光年到底是什么概念呢,就是没概念,知道个数字就可以了,中华上下才五千年,够长了吧,一光年的路程还是太远。


文学微赏析


我曾经看到过有人提出这样的一个问题:一光年等于我们地球上多长时间,或者一光年相当于我们认识的多少“年”!从这可以看出,他把光年认为是一个时间单位,下面我们来简单了解“光年”!

光年一词来源于英语的组合词“light-year”的翻译!

光年是天文学上常用的一个长度单位,是光在真空中一年的时间内所走的路程,代入相关的数据可得:

1光年=3×10(8次方)×365×24×3600m

大约为149600000(一亿四千九百六十万)公里

宇宙的空间尺度非常大(我不知道用什么更好的词来形容了)!所以,用我们之前常用的千米等长度单位将会非常的不方便!所以我们引入光年这个长度单位,因为光速是目前人类所知道的最大速度值!

我们可以举些例子,加强对这个长度的理解

(1)离我们最近的天体是月球,距离约为38万公里,光需要1秒从地球就能到达月球!

(2)太阳离我们大约有1.5亿公里,太阳光到达地球大约需要13分钟!



(3)最近热门的人类得到首张黑洞照片,主角是M87星系中心的超大质量黑洞,它的质量是太阳的65亿倍,距离地球5500万光年,也就是这里的光到达地球需要5500万年,OMGD!



以宇宙的大尺度看来,光速是在是太蜗牛了!😂


大熊高中物理


光年是一个距离单位,不是时间单位。而光年产生的意义就是计算宇宙中天体的距离。晚上下班回家最远也就是坐地铁30千米,而地球上一个国家当中城市到城市之间只需要几百千米就可以了,如果是国家到国家也就是几千千米,所以在我们的地球上计算的单位都是千米,或者是英里等等。



但是宇宙之大,天体与天体之间相距甚远,距离我们太阳最近的一颗恒星是半人马座α星,半人马座α星距离我们大概有4.3光年。那么一光年等于多少公里呢?

一光年=94607亿千米

光年顾名思义就是光走一年的距离,将太空光速每秒速度乘一年的秒数就是这个数字啦,也就是大约9万5000亿千米。

只看数字大家可能感觉不到天文数字的“巨大”,如果你每20分钟走完1.6公里,那么你走完一光年需要2.25亿年,这相当于从恐龙诞生之初到现在,你才走了一光年而已。



现在人造探测器最快的是去年发射的帕克太阳探测器,它最高可达到每秒230公里,如果按照这样计算,即使是帕克探测器一刻不歇的情况下也需要飞行1300年左右才能到达1光年的尺度。美国宇航局的旅行者二号的速度也非常快,每秒可达70公里,它飞完一光年则需要4000年才可以。

那么在太阳系内部我们需不需要光年作为单位呢?答案是远远用不上,在太阳系当中我们一般使用地球和太阳之间的距离作为单位,也就是1.5亿公里,记作AU,冥王星轨道和太阳的平均距离是40AU,而水星也是三分之一AU。一光年等于63241AU。

那么接下来,到了真正的光年尺度环节,知道了1光年的你一定会感叹宇宙之大。

距离我们最近的恒星是半人马座α星,4.3光年

蟹状星云距离我们4000光年

M16创世之柱星云距离我们7000光年

银河系直径15至20万光年

仙女座星系距离我们253万光年

最大的星系IC1101,200万光年

史隆长城(宇宙中超大的丝状结构),近14亿光年

宇宙直径940至960亿光年之间

……等等等等



宇宙实在是太大了,光年感觉都不够用,喜欢科学和宇宙知识的朋友,欢迎大家订阅哦,我是宇宙与科学,你的科普小编


宇宙与科学


我觉得只要避开3个误区,就能全面、透彻的理解光年的概念。

谈误区前,先来了解光年的基本概念

光年的定义是光在真空中一年时间内传播的距离。从定义看,这是一个距离,所以,它是长度单位,根据定义计算,1光年大约为9.46兆公里。

9.46兆公里是什么概念呢?我们用身边事物比较一下,以加深认知。

误区一

距离对比我们只说到日-地距离,因为接下来,我们要引入新的长度单位以及相关的误区。

一般人可能会认为,到了太空领域,米、千米这样的单位就没用了,全部采用光年为单位了。这是对光年理解的一个误区。

米和千米确实不用了,但直接跳到光年的话,跨度太大。比如刚才最后一个距离对比,日-地距离约1.49亿公里,如果换算成光年,约为0.000016光年,这种数值很不方便直观感受,所以,这种单位明显是不适合在这个长度级别使用的。



因此,我们引入了一个新的长度单位:天文单位,并且把日-地平均距离定义为1个天文单位的长度,具体就是1.49亿公里。(有趣的是,使用英语的国家,普遍把天文单位缩写为AU,而国际计量局却推荐ua,我们暂且用前者吧)

有了这个长度单位,太阳系内各种天体距离情况就变成100以内的数字变化了。

这样的变化,好像瞬间打开了新的视野,原来太阳系各个天体的相对距离是这样的啊!

误区二

除了天文单位,在研究太空时,科学家还定义了另外两个长度单位:光秒和秒差距。光秒类似于光年,就是光走一秒的距离,这个没问题,而秒差距,一般人可能就不清楚了。这也是对光年这个概念存在的第二个误区:差不多量级的长度单位,也非“光年”一枝独秀。

其实秒差距与天文单位是有一定联系的。上文提到,在太阳系内,用天文单位可以很好的理解太阳系内天体的距离关系,但太阳系以外的天体距离如果还用天文单位衡量,数值又会非常大,于是,秒差距就出现了。

秒差距最初的定义是某一天体与1天文单位的对角为1角秒时的距离,到2015年,这个定义被修改为648000/π天文单位。


这个数是怎么来的呢?我们先把秒差距的定义画成图,就是一个直角三角形,其中一个角是1角秒,这个角的对角边长是1天文单位,秒差距就是另一条直角边的长;另外,我们知道一圆周是360度,1度等于60角分,1分等于60角秒,而用弧度表示角度时,360度就是2π。

根据三角形正切(tan)公式,tan(1角秒)=天文单位/秒差距,再根据小角度近似原理(极端小角度的正切值近乎等同于该角度本身(以弧度表示)),把等式左侧改为2π/(360×60×60),再进行等式变换就得到:秒差距=648000/π天文单位。

经过计算,1秒差距约为3.26光年。这里就有一个疑惑,秒差距与光年的数量级差别不大,不像天文单位与光年差几十万倍,为什么这个数量级的测量不直接采用光年,而要定义一个非常复杂的单位呢?


这就要说到天文观测了。在地面观测太空时,想要测量天体距离,直接测量多少光年是非常困难的,这与我们用尺子测量距离不同,没有这么大的尺子能够量出天体距离。而用秒差距,也就是测量角度的方法,天文学家可以只从原始观测数据,就能够进行天文距离的快速计算,非常方便。

那为什么秒差距不直接取代光年呢?因为光年已经广泛的为人们所接受(比如题目问的是光年的理解,而不是角差距的理解),很多文献都是以光年为单位,好像光年更官方。

总的来说,这两个量级差不多的单位各有优点及适应范围,所以才会并行使用。


另外,比光年、角差距更宏观的距离单位还没有定义,所以,在角差距(符号是pc)的基础上,还有kpc、Mpc、Gpc,有点像电脑数据大小分级。不过光年还没有类似的定义,热心的小伙伴们,有没有兴趣去定义一下呢?

误区三

除了以上2点,还有第三个误区:1光年真的需要光走一年才行。

这个误区其实很容易想明白,我们先举个例子。我们画一段1米长的线,成年男性一个大步就能从线的一端迈到另一端,这里画的1米长的线是一个静态事物,1米是它的属性,无论我们有没有从一端迈到另一端,1米是不受影响的,并不是说我们迈过去之后,才有1米这个属性。光年也是这样,两个天体距离是1光年是它们自身的位置关系属性,并不是光走了一年后,这两个天体才有这个属性。


为什么会出现这样的误区呢?个人认为是断章取义的原因。光年的定义是光在真空中一年时间内传播的距离,很多人简单的把它记成“光走一年”,久而久之,就产生了“1光年真的需要光走一年”的误解。如果用语法分析光年的定义,把定义的那句话简化成“主谓宾”结构,就是:光年是距离,而“光在真空中一年时间内传播”只是距离的定语。

所以,光年只是一个距离,并不是“光走一年”这个过程。

读到这里,你对光年的认识是不是已经非常深刻、透彻了呢?如果还有疑惑,欢迎留言讨论,我会及时回答您的问题。


俗雅科学


1光年是一个距离概念,一般用在太阳系以外的大尺度天体距离的表示上面。

鉴于光速在真空中不受惯性系和参考系限制而恒定不变的性质,人类把光速作为衡量距离的精准工具。

现在精确的测量光速为299792458 m/s,就是每秒钟约30万公里。1光年就是光运行1年的距离,科学界把这个光年定为儒略年,为365.25天,这样1光年的准确距离为9460730472580800米,约等于9.46万亿千米(公里)。

人类的长度概念有很多等级,一般我们日常生活中有厘米、米、千米(公里)等等,这些都是我们在地球上使用的,现在1米最精准的尺度国际上确定为光行驶1/299792458秒的距离。

从这点可以看出,光速已经是人类最精确的距离尺度了。

在地球上所有的长度距离就不会以光速来丈量了,因为这个尺度太小了,整个地球绕一圈也就4万公里,如果用光速表示,就是约0.1333333光秒,很麻烦。

出了地球在太阳系,这个距离就大很多了,太阳到我们地球的平均距离约1.496亿公里,如果用光速表示就是496.6667光秒,或者8.3光分,也还是很麻烦。因此人们把太阳到地球平均距离定为一个天文单位,符号为AU。

在太阳系,科学界就用天文单位来表示天体之间的距离,比如太阳到各个行星之间的平均距离为:水星0.38AU;金星0.72AU;地球1.0AU;火星1.52AU;木星5.2AU;土星9.54AU;天王星19.22AU;海王星30.06AU。

但出了太阳系,这个天文单位就小了,丈量起天体之间的距离就麻烦了,用光年计算比较方便。

比如到距离我们最近的一颗恒星为4.22光年,如果用天文单位来表示的话就是266141.3333AU。这个还是很麻烦,因此在太阳系外天体之间一般就用光年作为距离单位。

但宇宙范围太大了,因此除了光年,人们还制定了更大的距离单位,叫秒差距,表示符号为pc。

这种单位是建立在三角视差基础上。具体方法就是以地球公转的平均半径(1个AU)为底边,对应的三角内角为视差。1个秒差距等于206265AU,约为3.26光年。

从以上比较,我们就更清楚的了解了光年的概念,不知道这样解释大家明白了没有。

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虽然从宇宙尺度来讲,一光年近在咫尺,但对于人类来说,这就是遥不可及。光速是物体的运动速度极限,宇宙中没有物体的速度可以与之相比。只要一秒钟,光就能行进将近30万千米的距离。如果让光在空间中传播一年,它走过的距离将高达10万亿千米,这就是一光年的长度。

关于一光年是什么概念的问题,可以通过对比加以说明。

一光年的距离相当于地球和月球距离的2500万倍,太阳和地球距离的6.3万倍。一光年的距离可以并排放下7.4亿个地球,680万个太阳。

如果一个人以10米/秒的速度奔跑,那他需要将近三千万年的时间才能跑完一光年。如果一辆车以120千米/小时(33.3米/秒)的速度行驶,则需要将近九百万年的时间才能行驶完一光年。如果一架飞机以900千米/小时(250米/秒)的速度飞行,则飞完一光年所需的时间为120万年。如果以旅行者1号17千米/秒的速度飞行,所需的时间约为1.8万年。即便以人造飞行器目前所能达到的最快速度——192千米/秒(帕克太阳探测器在最接近太阳时的速度),所需的时间也要1560年。

一光年是太阳系半径的偏低估值,这意味着人类在可见的未来是无法离开太阳系的,而飞到遥远的系外行星更是天方夜谭。

至于那些距离我们几十亿甚至上百亿光年的河外星系,那是我们无法想象的遥远。


火星一号


谢谢题主的提问。光年是长度单位而不是时间单位,想必这一点绝大多数人都了解。首先,直观感受一下光年的长度。1光年= 9,460,730,472,580,800米,是指光在宇宙真空中沿直线传播一年所经过的距离。

我们感受到的太阳光,都是8分钟之前发出的。

本人经常跑步。本人慢跑的速度大约为10千米每小时,光速为30万千米每秒,也就是说光速比我快了约(30万/10)*3600=10800万倍。

如果我有着无限的生命,一刻不停的跑步,想要跑出一光年的距离,也需要一亿零八百万年的时间。把地球的时间往前推一亿年是什么时候呢,人类还没有出现,恐龙还要将近三千五百万年才会灭绝。

如果我一天只跑八个小时,约为两个马拉松的距离,跑出一光年需要三亿二千四百万年。根据维基百科,约在3亿8000万年至3亿7500百万前首个四足动物由鱼类进化而成。

换句话说,当地球上出现了第一只四足动物没多久,我就开始跑步,每天跑上两个马拉松,当我经历了恐龙的诞生,大陆的分离,恐龙的灭绝,哺乳类的崛起,人类的诞生,文明的出现,一直到了2015年,我才跑出了一光年的距离,而这段距离光只要从去年开始跑就行了。

由此可见,一光年真的是一段很长的距离。

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