一光年是什麼概念?

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在我們的日常生活中,我們會經常用到“米”這個長度單位。比如一個人的身高大約是1.75米,一棵大樹高約10米,從這兒到到那邊大約100米等等。

在我們的日常生活中米作為長度單位也基本夠用了。如果再大一點我們就用千米(公里)來衡量。在地球上用千米就可以完全滿足人類衡量距離的需求了。比如,地球的直徑長度是12756千米,地球的赤道周長大約是40075千米。

圖示:長度國際標準米原器

如果離開了地球,再用千米來做距離單位來衡量太陽系中各個星球之間的距離的出來的結果就讓人很難理解了。比如,地球到月球之間的距離是384000公里。月球是距離地球最近的星球,這個距離還好理解。地球太陽的距離大約是149600000千米。這個距離就讓人有些匪夷所思了。如果是太陽系最邊緣的大行星海王星到太陽的距離用千米來表示的話,這個數字大約是4496000000千米。是不是讀起來很費勁了,不好理解。

這就是我們所說的天文數字了,大的沒邊沒沿的。因此科學家就有定義了一種新的長度衡量單位,叫做天文單位。1天文單位的距離就是地球到太陽平均距離,即1.496億千米。如果用天文單位來重新衡量一下海王星到太陽的距離那就是30個天文單位了。這樣衡量是不是簡單明瞭呢?

但是如果離開太陽系,擴大到整個宇宙範圍,天文單位也不夠用了。舉個例子,距離太陽最近的恆星是比鄰星。比鄰星到太陽的距離大約是40000000000000千米,用天文單位表示大約是63241天文單位。

圖示:地球到太陽的平均距離是1天文單位

這都是我們很難理解的距離。於是科學家又重新定義了一種新的距離單位。這就是光年。光年也是一個長度單位,它指的是光在一年當中走過的距離。大家都知道光速是宇宙中傳播速度最快的。光在真空中的傳播速度大約是每秒鐘30萬千米。因此1光年的距離就是:300000千米/秒×60秒×60分鐘×24小時×365天≈9.46×10^12千米。再用光年來表示一下比鄰星到太陽的距離,結果為4.22光年。這樣看上去是不是腦子是不是清爽了許多呢?

圖示:測量銀河系就得用光年作為衡量單位了

宇宙實在是太大了,一些天體已經大到無法用米和千米甚至是天文單位來描述了。因此科學家就使用了光年來作為衡量宇宙天體中的“尺子”。比如銀河系的直徑大約是16萬光年,仙女座星系距離地球254萬光年。可觀測宇宙直徑大約是930億光年等等。

用光年作衡量單位,宇宙還是大的讓我們無法理解!


兔斯基聊科學



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


一光年,就是光飛行一年的距離,大約10萬億公里。單看數字,可能大多數人並沒有什麼感覺,那麼就來實際對比一下!

一光年的距離非常長,太陽系半徑大約就是一光年。目前旅行者一號已經飛行了41年,但要想飛出太陽系還要繼續飛行將近兩萬年的時間!所以說,以目前人類科技水平,飛出太陽系是不可能的!

同時一光年也很短,當然這是相對於宇宙的浩瀚空間來說的。太陽系半徑一光年,距離我們最近的恆星(太陽除在)大約4.3光年遠,銀河系直徑20萬光年,銀河系的鄰居仙女座星系距離我們254萬光年!

銀河系所在的本星系群直徑1000萬光年,室女座超星系團2億光年,宇宙網100億光年,可觀測宇宙920億光年……

可觀測宇宙外面是什麼,很可能還是宇宙,只是無論如何我們觀察不到,因為那裡的光永遠達到不了地球!

還有更恐怖的多重宇宙……


所以你能夠看到一光年是多麼渺小的距離了吧?太陽系半徑大約一光年,但太陽系在銀河系是什麼樣子呢,基本上就是一個點,見上圖!(如果在宇宙地圖中根本就顯示不了)

宇宙如此大,我想去看看……


宇宙探索


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


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


在我們的日常生活中,我們會經常用到“米”這個長度單位。比如一個人的身高大約是1.75米,一棵大樹高約10米,從這兒到到那邊大約100米等等。

在我們的日常生活中米作為長度單位也基本夠用了。如果再大一點我們就用千米(公里)來衡量。在地球上用千米就可以完全滿足人類衡量距離的需求了。比如,地球的直徑長度是12756千米,地球的赤道周長大約是40075千米。



圖示:長度國際標準米原器

如果離開了地球,再用千米來做距離單位來衡量太陽系中各個星球之間的距離的出來的結果就讓人很難理解了。比如,地球到月球之間的距離是384000公里。月球是距離地球最近的星球,這個距離還好理解。地球太陽的距離大約是149600000千米。這個距離就讓人有些匪夷所思了。如果是太陽系最邊緣的大行星海王星到太陽的距離用千米來表示的話,這個數字大約是4496000000千米。是不是讀起來很費勁了,不好理解。

這就是我們所說的天文數字了,大的沒邊沒沿的。因此科學家就有定義了一種新的長度衡量單位,叫做天文單位。1天文單位的距離就是地球到太陽平均距離,即1.496億千米。如果用天文單位來重新衡量一下海王星到太陽的距離那就是30個天文單位了。這樣衡量是不是簡單明瞭呢?

但是如果離開太陽系,擴大到整個宇宙範圍,天文單位也不夠用了。舉個例子,距離太陽最近的恆星是比鄰星。比鄰星到太陽的距離大約是40000000000000千米,用天文單位表示大約是63241天文單位。



圖示:地球到太陽的平均距離是1天文單位

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。

這都是我們很難理解的距離。於是科學家又重新定義了一種新的距離單位。這就是光年。光年也是一個長度單位,它指的是光在一年當中走過的距離。大家都知道光速是宇宙中傳播速度最快的。光在真空中的傳播速度大約是每秒鐘30萬千米。因此1光年的距離就是:300000千米/秒×60秒×60分鐘×24小時×365天≈9.46×10^12千米。再用光年來表示一下比鄰星到太陽的距離,結果為4.22光年。這樣看上去是不是腦子是不是清爽了許多呢?



圖示:測量銀河系就得用光年作為衡量單位了

宇宙實在是太大了,一些天體已經大到無法用米和千米甚至是天文單位來描述了。因此科學家就使用了光年來作為衡量宇宙天體中的“尺子”。比如銀河系的直徑大約是16萬光年,仙女座星系距離地球254萬光年。可觀測宇宙直徑大約是930億光年等等。

用光年作衡量單位,宇宙還是大的讓我們無法理解!


123咔嚓


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。

時空通訊專注於老百姓通俗的科學話題,歡迎大家都來參與討論和點評。


時空通訊


一光年,顧名思義就是以光速移動一年的長度,那麼是多長呢?大約是9.46*10的15次方米。不夠直觀?

那就換個說法,這段長度如果讓孫悟空按照每秒翻一個跟頭,大聖得連續翻5.6年才能飛完(一個跟頭十萬八千里)。

不過現實中人類掌握的最快速度就更慢的,我們就以每秒200公里(大概是帕克太陽探測器的近日點速度,額,,這比大聖的速度還要慢好多),那麼一光年的距離就需要連續飛行1500年!

額,其實一光年在天文學中並不算多長的單位,比如秒差距這個長度單位:一秒差距就等於3.26光年。

估計這也是為什麼平時咱們形容一個事物數量繁多,會直接用“天文數字”這個詞來形容的緣故吧。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


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


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