一光年是什麼概念?

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光年是天文宇宙學上常用的長度單位:比如太陽系直徑約2光年;銀河系直徑約15萬光年;宇宙可觀測直徑約930億光年。1光年就是光在真空中走一年的距離,為9460730472580.8km,約是9.4607×10¹²km。



我們常用的長度單位有釐米、米、千米等,這些單位足以計算地球上物體的大小,如一個人的身高約1.7米,一間房子高約3米,一座山高約幾十米~幾百米,珠穆朗瑪峰高約8848米…地球的直徑約12742.02km。


隨著科學的發展,人類對太空範圍的認識逐漸擴大,千米已不能滿足我們科學的計算。如果繼續用千米計算,就會出現寫不完的數字,於是天文學家發明了光年。光速是299792.458km/s,1光年就是9.4607×10¹²km。太陽到地球的距離約1.5億千米,光要走8分鐘,只有1.58×10⁻⁷光年,大約有500光秒。

而太陽系半徑約1光年,這1光年的距離人類現在的飛行器“旅行者一號”以17.043km/s的速度,飛行了42年也沒有飛出太陽系。現在大約飛到了太陽系最外層的日球層頂。據天文學家預測,旅行者一號要完全飛出太陽系還要3萬年。到3萬年後,人類製造的新型飛行器都能飛出太陽系了。


可見光年是天文學上用來計算宇宙中天體之間距離的天文長度單位,這個天文單位在人類看來長不可及,但在宇宙中卻很短。宇宙的可觀測直徑就有930億光年!


弄潮科學



筆者小時候以為一光年就是光過了一年的時間,那時候以為光年是時間單位,後來有人告訴我光年是距離單位,一光年就是光跑一年的距離,這時候我雖然知道了光年的正確含義,但是對一光年這個距離長度仍然沒什麼概念,其實不只是我,很多人都無法在腦子裡想象一光年究竟有多長。

光速是每秒三十萬公里,一秒可以繞地球七圈半,而現在人類在天上的衛星繞地球一圈得90分鐘左右,和光速比起來差遠。


每秒三十萬公里的光跑一年大約是10萬億公里,而人類的旅行者一號以17km/s的速度飛了41年也才飛了211億公里,換算下來也就是20光時左右,距離一光年還很遙遠。

巧合的是我們太陽系的半徑也是一光年,所以旅行者一號想要飛出太陽系就需要上萬年才行,有可能在旅行者一號飛出太陽系之前人類就離開太陽系了。

太陽系內其實是用不上光年這種單位的,天文學家在計量太陽系內天體距離的時候往往用的是“天文單位”,一個天文單位就是1.5億公里,也就是地球到太陽的平均距離,而一旦離開太陽系就需要用到光年單位了。

但是光年單位也不是頂級的,因為宇宙中動輒幾十億上百億光年也是很常見的,所以天文學家們有發明了“秒差距”,秒差距等於3.261光年,用於測量恆星間的距離,千秒差距就是3261光年,用來測量星系內部天體距離,百萬秒差距用來測量星系和星系之間的距離,十億秒差距用來計算類星體之間的距離。


宇宙探索未解之迷


光年是用於表示天文距離的長度單位,其長度約為9.46萬億公里(9.46 x 10^12公里)。光年是光在一個朱利安年(或者恆星年,365.25天,注意不是太陽年365.24219879天)內在真空中傳播的距離。因為它包含“年”這個詞,所以“光年”這個詞有時被誤解為一個時間單位。

光年到底有多長?

光年是朱利安年與光速((299792458 m/s)的乘積。

1光年= 9460730472580800米

≈9.461萬億公里

≈63241.077天文單位(太陽到地球的距離)

≈0.306601秒差距

體會一下各種天體距離我們的距離

  • 4.04×10^-8 光年——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(行程大約350000到400000公里)。

  • 1.58×10^-5 光年——一個天文單位(從太陽到地球的距離)。光線在這個距離上行進大約需要499秒(8.32分鐘)。

  • 1.27×10^-4 光年—— 惠更斯號探測器在土衛六上降落,並從距地球12億公里的地面傳輸圖像的距離。

  • 5.04×10^-4 光年—— New Horizons在距離47億公里處遇到冥王星,通信需要4小時25分鐘才能到達地球。

  • 2.04×10^-3 光年——截至2014年10月,最遙遠的太空探測器“旅行者1號”離地球約18光時。以目前相對於太陽約17公里/秒的速度達到一個光年需要大約17500年。2013年9月12日,美國宇航局科學家宣佈,旅行者1號於2012年8月25日進入星際空間,成為第一個離開太陽系的人造物體。截至2018年10月,旅行者1號,離地球近20光時。

  • 1.6 光年——奧爾特雲的直徑約為2光年。它的內部邊界推測為50000天文單位,其外邊緣為100000天文單位。

  • 2.0 光年——太陽引力勢的最大範圍(希爾球/洛奇球,125000天文單位)。之外是深外太陽引力星際介質。

  • 4.22 光年——距離最近的已知恆星(太陽除外),比鄰星,距離我們大約4.22光年。

  • 8.6光年——天狼星,夜空中最亮的星星。它的質量是太陽的兩倍,比太陽的亮度高25倍。

  • 11.9光年—— HD 10700e,一個宜居星球候選者。它是地球的6.6倍,位於恆星Tau Ceti的宜居區中間。

  • 20.5光年—— Gliese 581,一顆紅矮星,帶有幾顆可探測的系外行星。

  • 310光年—— Canopus,在地球天空中亮度僅次於天狼星的A9型明亮巨星,比太陽亮10700倍。

  • 3000光年——最近的已知黑洞A0620-00距離我們大約3000光年。

  • 26000光年——銀河系的中心距離我們大約26000光年。

  • 100000光年——銀河系直徑大約100000光年。

  • 165000光年—— R136a1,大麥哲倫星雲中最明亮的恆星,以870萬倍的太陽光度著稱,具有12.77的亮度,比3C 273更亮。

  • 2500000光年——仙女座星系距離我們大約250萬光年。

  • 3000000光年—— 三角座星系(M33),距離我們大約300萬光年,是肉眼可見的最遠物體。

  • 5.9×10^7 光年——最近的大型星系團,室女座星團距離我們大約5900萬光年。

  • 1.5×10^8—2.5×10^8 光年—— 巨引源的距離大約在1.5億到2.5億光年之間(後者是最近的估計值)。

  • 1.2×10^9 光年—— 斯隆長城(宇宙牆)測量距離大約為10億光年。

  • 2.4×10^9 光年——3C 273,光學上最明亮的類星體,視星等級12.9,比R136a1更暗。3C 273距離我們大約24億光年。

  • 4.57×10^10 光年——從地球到可見宇宙邊緣的任意距離約為457億光年;這是可觀察宇宙的可靠半徑。這大於根據宇宙背景輻射所測得的宇宙年齡(因為宇宙還在不斷膨脹)。


小宇堂


先說一下知識點,一光年是光一年所行進的距離,是個長度單位,一光年大約等於9460730472580.8公里,也就是9.46萬億公里。


而一光年是什麼概念?我們換個角度去看。


比如說我們每天走路,也就是腳程,走快一些大概是每小時6公里。

假設我們這一天裡,,把外界環境通通排除掉,不吃不喝不睡覺,每天能走24*6=144(公里);

然後9.46萬億要走多少天呢,計算一下是約等於657億天,按每月30天計算是21.9億個月,換成年是1.825億年;

這裡再說一個知識點,目前世界上研究到了人類有2.9億年曆史;

so,如果一個人要走一光年,大概要走三分之二人類史,那估計得用爬的,不對還要用遊的,而且還要天天要唱向天再借五百年。


當然了,我們現在有汽車,也排除掉外界環境,速度按100公里/小時來算,計算一下,要1095千萬年,想想吧,沒邊了都。


我們再接著來坐飛機,時速800千米/小時,需要122萬年,這樣想吧,你就坐在飛機上122萬年,你能受了嗎,不要抬槓,你在家裡坐著呆一週,一月,一年,試試,非瘋了不可。


那一光年到底是什麼概念呢,就是沒概念,知道個數字就可以了,中華上下才五千年,夠長了吧,一光年的路程還是太遠。


文學微賞析


我曾經看到過有人提出這樣的一個問題:一光年等於我們地球上多長時間,或者一光年相當於我們認識的多少“年”!從這可以看出,他把光年認為是一個時間單位,下面我們來簡單瞭解“光年”!

光年一詞來源於英語的組合詞“light-year”的翻譯!

光年是天文學上常用的一個長度單位,是光在真空中一年的時間內所走的路程,代入相關的數據可得:

1光年=3×10(8次方)×365×24×3600m

大約為149600000(一億四千九百六十萬)公里

宇宙的空間尺度非常大(我不知道用什麼更好的詞來形容了)!所以,用我們之前常用的千米等長度單位將會非常的不方便!所以我們引入光年這個長度單位,因為光速是目前人類所知道的最大速度值!

我們可以舉些例子,加強對這個長度的理解

(1)離我們最近的天體是月球,距離約為38萬公里,光需要1秒從地球就能到達月球!

(2)太陽離我們大約有1.5億公里,太陽光到達地球大約需要13分鐘!



(3)最近熱門的人類得到首張黑洞照片,主角是M87星系中心的超大質量黑洞,它的質量是太陽的65億倍,距離地球5500萬光年,也就是這裡的光到達地球需要5500萬年,OMGD!



以宇宙的大尺度看來,光速是在是太蝸牛了!😂


大熊高中物理


光年是一個距離單位,不是時間單位。而光年產生的意義就是計算宇宙中天體的距離。晚上下班回家最遠也就是坐地鐵30千米,而地球上一個國家當中城市到城市之間只需要幾百千米就可以了,如果是國家到國家也就是幾千千米,所以在我們的地球上計算的單位都是千米,或者是英里等等。



但是宇宙之大,天體與天體之間相距甚遠,距離我們太陽最近的一顆恆星是半人馬座α星,半人馬座α星距離我們大概有4.3光年。那麼一光年等於多少公里呢?

一光年=94607億千米

光年顧名思義就是光走一年的距離,將太空光速每秒速度乘一年的秒數就是這個數字啦,也就是大約9萬5000億千米。

只看數字大家可能感覺不到天文數字的“巨大”,如果你每20分鐘走完1.6公里,那麼你走完一光年需要2.25億年,這相當於從恐龍誕生之初到現在,你才走了一光年而已。



現在人造探測器最快的是去年發射的帕克太陽探測器,它最高可達到每秒230公里,如果按照這樣計算,即使是帕克探測器一刻不歇的情況下也需要飛行1300年左右才能到達1光年的尺度。美國宇航局的旅行者二號的速度也非常快,每秒可達70公里,它飛完一光年則需要4000年才可以。

那麼在太陽系內部我們需不需要光年作為單位呢?答案是遠遠用不上,在太陽系當中我們一般使用地球和太陽之間的距離作為單位,也就是1.5億公里,記作AU,冥王星軌道和太陽的平均距離是40AU,而水星也是三分之一AU。一光年等於63241AU。

那麼接下來,到了真正的光年尺度環節,知道了1光年的你一定會感嘆宇宙之大。

距離我們最近的恆星是半人馬座α星,4.3光年

蟹狀星雲距離我們4000光年

M16創世之柱星雲距離我們7000光年

銀河系直徑15至20萬光年

仙女座星系距離我們253萬光年

最大的星系IC1101,200萬光年

史隆長城(宇宙中超大的絲狀結構),近14億光年

宇宙直徑940至960億光年之間

……等等等等



宇宙實在是太大了,光年感覺都不夠用,喜歡科學和宇宙知識的朋友,歡迎大家訂閱哦,我是宇宙與科學,你的科普小編


宇宙與科學


我覺得只要避開3個誤區,就能全面、透徹的理解光年的概念。

談誤區前,先來了解光年的基本概念

光年的定義是光在真空中一年時間內傳播的距離。從定義看,這是一個距離,所以,它是長度單位,根據定義計算,1光年大約為9.46兆公里。

9.46兆公里是什麼概念呢?我們用身邊事物比較一下,以加深認知。

誤區一

距離對比我們只說到日-地距離,因為接下來,我們要引入新的長度單位以及相關的誤區。

一般人可能會認為,到了太空領域,米、千米這樣的單位就沒用了,全部採用光年為單位了。這是對光年理解的一個誤區。

米和千米確實不用了,但直接跳到光年的話,跨度太大。比如剛才最後一個距離對比,日-地距離約1.49億公里,如果換算成光年,約為0.000016光年,這種數值很不方便直觀感受,所以,這種單位明顯是不適合在這個長度級別使用的。



因此,我們引入了一個新的長度單位:天文單位,並且把日-地平均距離定義為1個天文單位的長度,具體就是1.49億公里。(有趣的是,使用英語的國家,普遍把天文單位縮寫為AU,而國際計量局卻推薦ua,我們暫且用前者吧)

有了這個長度單位,太陽系內各種天體距離情況就變成100以內的數字變化了。

這樣的變化,好像瞬間打開了新的視野,原來太陽系各個天體的相對距離是這樣的啊!

誤區二

除了天文單位,在研究太空時,科學家還定義了另外兩個長度單位:光秒和秒差距。光秒類似於光年,就是光走一秒的距離,這個沒問題,而秒差距,一般人可能就不清楚了。這也是對光年這個概念存在的第二個誤區:差不多量級的長度單位,也非“光年”一枝獨秀。

其實秒差距與天文單位是有一定聯繫的。上文提到,在太陽系內,用天文單位可以很好的理解太陽系內天體的距離關係,但太陽系以外的天體距離如果還用天文單位衡量,數值又會非常大,於是,秒差距就出現了。

秒差距最初的定義是某一天體與1天文單位的對角為1角秒時的距離,到2015年,這個定義被修改為648000/π天文單位。


這個數是怎麼來的呢?我們先把秒差距的定義畫成圖,就是一個直角三角形,其中一個角是1角秒,這個角的對角邊長是1天文單位,秒差距就是另一條直角邊的長;另外,我們知道一圓周是360度,1度等於60角分,1分等於60角秒,而用弧度表示角度時,360度就是2π。

根據三角形正切(tan)公式,tan(1角秒)=天文單位/秒差距,再根據小角度近似原理(極端小角度的正切值近乎等同於該角度本身(以弧度表示)),把等式左側改為2π/(360×60×60),再進行等式變換就得到:秒差距=648000/π天文單位。

經過計算,1秒差距約為3.26光年。這裡就有一個疑惑,秒差距與光年的數量級差別不大,不像天文單位與光年差幾十萬倍,為什麼這個數量級的測量不直接採用光年,而要定義一個非常複雜的單位呢?


這就要說到天文觀測了。在地面觀測太空時,想要測量天體距離,直接測量多少光年是非常困難的,這與我們用尺子測量距離不同,沒有這麼大的尺子能夠量出天體距離。而用秒差距,也就是測量角度的方法,天文學家可以只從原始觀測數據,就能夠進行天文距離的快速計算,非常方便。

那為什麼秒差距不直接取代光年呢?因為光年已經廣泛的為人們所接受(比如題目問的是光年的理解,而不是角差距的理解),很多文獻都是以光年為單位,好像光年更官方。

總的來說,這兩個量級差不多的單位各有優點及適應範圍,所以才會並行使用。


另外,比光年、角差距更宏觀的距離單位還沒有定義,所以,在角差距(符號是pc)的基礎上,還有kpc、Mpc、Gpc,有點像電腦數據大小分級。不過光年還沒有類似的定義,熱心的小夥伴們,有沒有興趣去定義一下呢?

誤區三

除了以上2點,還有第三個誤區:1光年真的需要光走一年才行。

這個誤區其實很容易想明白,我們先舉個例子。我們畫一段1米長的線,成年男性一個大步就能從線的一端邁到另一端,這裡畫的1米長的線是一個靜態事物,1米是它的屬性,無論我們有沒有從一端邁到另一端,1米是不受影響的,並不是說我們邁過去之後,才有1米這個屬性。光年也是這樣,兩個天體距離是1光年是它們自身的位置關係屬性,並不是光走了一年後,這兩個天體才有這個屬性。


為什麼會出現這樣的誤區呢?個人認為是斷章取義的原因。光年的定義是光在真空中一年時間內傳播的距離,很多人簡單的把它記成“光走一年”,久而久之,就產生了“1光年真的需要光走一年”的誤解。如果用語法分析光年的定義,把定義的那句話簡化成“主謂賓”結構,就是:光年是距離,而“光在真空中一年時間內傳播”只是距離的定語。

所以,光年只是一個距離,並不是“光走一年”這個過程。

讀到這裡,你對光年的認識是不是已經非常深刻、透徹了呢?如果還有疑惑,歡迎留言討論,我會及時回答您的問題。


俗雅科學


1光年是一個距離概念,一般用在太陽系以外的大尺度天體距離的表示上面。

鑑於光速在真空中不受慣性系和參考系限制而恆定不變的性質,人類把光速作為衡量距離的精準工具。

現在精確的測量光速為299792458 m/s,就是每秒鐘約30萬公里。1光年就是光運行1年的距離,科學界把這個光年定為儒略年,為365.25天,這樣1光年的準確距離為9460730472580800米,約等於9.46萬億千米(公里)。

人類的長度概念有很多等級,一般我們日常生活中有釐米、米、千米(公里)等等,這些都是我們在地球上使用的,現在1米最精準的尺度國際上確定為光行駛1/299792458秒的距離。

從這點可以看出,光速已經是人類最精確的距離尺度了。

在地球上所有的長度距離就不會以光速來丈量了,因為這個尺度太小了,整個地球繞一圈也就4萬公里,如果用光速表示,就是約0.1333333光秒,很麻煩。

出了地球在太陽系,這個距離就大很多了,太陽到我們地球的平均距離約1.496億公里,如果用光速表示就是496.6667光秒,或者8.3光分,也還是很麻煩。因此人們把太陽到地球平均距離定為一個天文單位,符號為AU。

在太陽系,科學界就用天文單位來表示天體之間的距離,比如太陽到各個行星之間的平均距離為: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。

但出了太陽系,這個天文單位就小了,丈量起天體之間的距離就麻煩了,用光年計算比較方便。

比如到距離我們最近的一顆恆星為4.22光年,如果用天文單位來表示的話就是266141.3333AU。這個還是很麻煩,因此在太陽系外天體之間一般就用光年作為距離單位。

但宇宙範圍太大了,因此除了光年,人們還制定了更大的距離單位,叫秒差距,表示符號為pc。

這種單位是建立在三角視差基礎上。具體方法就是以地球公轉的平均半徑(1個AU)為底邊,對應的三角內角為視差。1個秒差距等於206265AU,約為3.26光年。

從以上比較,我們就更清楚的瞭解了光年的概念,不知道這樣解釋大家明白了沒有。

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時空通訊


雖然從宇宙尺度來講,一光年近在咫尺,但對於人類來說,這就是遙不可及。光速是物體的運動速度極限,宇宙中沒有物體的速度可以與之相比。只要一秒鐘,光就能行進將近30萬千米的距離。如果讓光在空間中傳播一年,它走過的距離將高達10萬億千米,這就是一光年的長度。

關於一光年是什麼概念的問題,可以通過對比加以說明。

一光年的距離相當於地球和月球距離的2500萬倍,太陽和地球距離的6.3萬倍。一光年的距離可以並排放下7.4億個地球,680萬個太陽。

如果一個人以10米/秒的速度奔跑,那他需要將近三千萬年的時間才能跑完一光年。如果一輛車以120千米/小時(33.3米/秒)的速度行駛,則需要將近九百萬年的時間才能行駛完一光年。如果一架飛機以900千米/小時(250米/秒)的速度飛行,則飛完一光年所需的時間為120萬年。如果以旅行者1號17千米/秒的速度飛行,所需的時間約為1.8萬年。即便以人造飛行器目前所能達到的最快速度——192千米/秒(帕克太陽探測器在最接近太陽時的速度),所需的時間也要1560年。

一光年是太陽系半徑的偏低估值,這意味著人類在可見的未來是無法離開太陽系的,而飛到遙遠的系外行星更是天方夜譚。

至於那些距離我們幾十億甚至上百億光年的河外星系,那是我們無法想象的遙遠。


火星一號


謝謝題主的提問。光年是長度單位而不是時間單位,想必這一點絕大多數人都瞭解。首先,直觀感受一下光年的長度。1光年= 9,460,730,472,580,800米,是指光在宇宙真空中沿直線傳播一年所經過的距離。

我們感受到的太陽光,都是8分鐘之前發出的。

本人經常跑步。本人慢跑的速度大約為10千米每小時,光速為30萬千米每秒,也就是說光速比我快了約(30萬/10)*3600=10800萬倍。

如果我有著無限的生命,一刻不停的跑步,想要跑出一光年的距離,也需要一億零八百萬年的時間。把地球的時間往前推一億年是什麼時候呢,人類還沒有出現,恐龍還要將近三千五百萬年才會滅絕。

如果我一天只跑八個小時,約為兩個馬拉松的距離,跑出一光年需要三億二千四百萬年。根據維基百科,約在3億8000萬年至3億7500百萬前首個四足動物由魚類進化而成。

換句話說,當地球上出現了第一隻四足動物沒多久,我就開始跑步,每天跑上兩個馬拉松,當我經歷了恐龍的誕生,大陸的分離,恐龍的滅絕,哺乳類的崛起,人類的誕生,文明的出現,一直到了2015年,我才跑出了一光年的距離,而這段距離光只要從去年開始跑就行了。

由此可見,一光年真的是一段很長的距離。

上述個人觀點難免膚淺偏頗,歡迎各位留言發表您的觀點。原創和碼字不易,若有所啟發敬請點贊或轉發。我是漫步世界遺產,喜歡獨立思考,遠離人云亦云,專注文化領域,探究傳統文化,每日分享美文美圖。斧正更多拙作,歡迎點擊右上角添加關注。謝謝。




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