一光年是什么概念?

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在我们的日常生活中,我们会经常用到“米”这个长度单位。比如一个人的身高大约是1.75米,一棵大树高约10米,从这儿到到那边大约100米等等。

在我们的日常生活中米作为长度单位也基本够用了。如果再大一点我们就用千米(公里)来衡量。在地球上用千米就可以完全满足人类衡量距离的需求了。比如,地球的直径长度是12756千米,地球的赤道周长大约是40075千米。

图示:长度国际标准米原器

如果离开了地球,再用千米来做距离单位来衡量太阳系中各个星球之间的距离的出来的结果就让人很难理解了。比如,地球到月球之间的距离是384000公里。月球是距离地球最近的星球,这个距离还好理解。地球太阳的距离大约是149600000千米。这个距离就让人有些匪夷所思了。如果是太阳系最边缘的大行星海王星到太阳的距离用千米来表示的话,这个数字大约是4496000000千米。是不是读起来很费劲了,不好理解。

这就是我们所说的天文数字了,大的没边没沿的。因此科学家就有定义了一种新的长度衡量单位,叫做天文单位。1天文单位的距离就是地球到太阳平均距离,即1.496亿千米。如果用天文单位来重新衡量一下海王星到太阳的距离那就是30个天文单位了。这样衡量是不是简单明了呢?

但是如果离开太阳系,扩大到整个宇宙范围,天文单位也不够用了。举个例子,距离太阳最近的恒星是比邻星。比邻星到太阳的距离大约是40000000000000千米,用天文单位表示大约是63241天文单位。

图示:地球到太阳的平均距离是1天文单位

这都是我们很难理解的距离。于是科学家又重新定义了一种新的距离单位。这就是光年。光年也是一个长度单位,它指的是光在一年当中走过的距离。大家都知道光速是宇宙中传播速度最快的。光在真空中的传播速度大约是每秒钟30万千米。因此1光年的距离就是:300000千米/秒×60秒×60分钟×24小时×365天≈9.46×10^12千米。再用光年来表示一下比邻星到太阳的距离,结果为4.22光年。这样看上去是不是脑子是不是清爽了许多呢?

图示:测量银河系就得用光年作为衡量单位了

宇宙实在是太大了,一些天体已经大到无法用米和千米甚至是天文单位来描述了。因此科学家就使用了光年来作为衡量宇宙天体中的“尺子”。比如银河系的直径大约是16万光年,仙女座星系距离地球254万光年。可观测宇宙直径大约是930亿光年等等。

用光年作衡量单位,宇宙还是大的让我们无法理解!


兔斯基聊科学



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


一光年,就是光飞行一年的距离,大约10万亿公里。单看数字,可能大多数人并没有什么感觉,那么就来实际对比一下!

一光年的距离非常长,太阳系半径大约就是一光年。目前旅行者一号已经飞行了41年,但要想飞出太阳系还要继续飞行将近两万年的时间!所以说,以目前人类科技水平,飞出太阳系是不可能的!

同时一光年也很短,当然这是相对于宇宙的浩瀚空间来说的。太阳系半径一光年,距离我们最近的恒星(太阳除在)大约4.3光年远,银河系直径20万光年,银河系的邻居仙女座星系距离我们254万光年!

银河系所在的本星系群直径1000万光年,室女座超星系团2亿光年,宇宙网100亿光年,可观测宇宙920亿光年……

可观测宇宙外面是什么,很可能还是宇宙,只是无论如何我们观察不到,因为那里的光永远达到不了地球!

还有更恐怖的多重宇宙……


所以你能够看到一光年是多么渺小的距离了吧?太阳系半径大约一光年,但太阳系在银河系是什么样子呢,基本上就是一个点,见上图!(如果在宇宙地图中根本就显示不了)

宇宙如此大,我想去看看……


宇宙探索


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


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


在我们的日常生活中,我们会经常用到“米”这个长度单位。比如一个人的身高大约是1.75米,一棵大树高约10米,从这儿到到那边大约100米等等。

在我们的日常生活中米作为长度单位也基本够用了。如果再大一点我们就用千米(公里)来衡量。在地球上用千米就可以完全满足人类衡量距离的需求了。比如,地球的直径长度是12756千米,地球的赤道周长大约是40075千米。



图示:长度国际标准米原器

如果离开了地球,再用千米来做距离单位来衡量太阳系中各个星球之间的距离的出来的结果就让人很难理解了。比如,地球到月球之间的距离是384000公里。月球是距离地球最近的星球,这个距离还好理解。地球太阳的距离大约是149600000千米。这个距离就让人有些匪夷所思了。如果是太阳系最边缘的大行星海王星到太阳的距离用千米来表示的话,这个数字大约是4496000000千米。是不是读起来很费劲了,不好理解。

这就是我们所说的天文数字了,大的没边没沿的。因此科学家就有定义了一种新的长度衡量单位,叫做天文单位。1天文单位的距离就是地球到太阳平均距离,即1.496亿千米。如果用天文单位来重新衡量一下海王星到太阳的距离那就是30个天文单位了。这样衡量是不是简单明了呢?

但是如果离开太阳系,扩大到整个宇宙范围,天文单位也不够用了。举个例子,距离太阳最近的恒星是比邻星。比邻星到太阳的距离大约是40000000000000千米,用天文单位表示大约是63241天文单位。



图示:地球到太阳的平均距离是1天文单位

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。

这都是我们很难理解的距离。于是科学家又重新定义了一种新的距离单位。这就是光年。光年也是一个长度单位,它指的是光在一年当中走过的距离。大家都知道光速是宇宙中传播速度最快的。光在真空中的传播速度大约是每秒钟30万千米。因此1光年的距离就是:300000千米/秒×60秒×60分钟×24小时×365天≈9.46×10^12千米。再用光年来表示一下比邻星到太阳的距离,结果为4.22光年。这样看上去是不是脑子是不是清爽了许多呢?



图示:测量银河系就得用光年作为衡量单位了

宇宙实在是太大了,一些天体已经大到无法用米和千米甚至是天文单位来描述了。因此科学家就使用了光年来作为衡量宇宙天体中的“尺子”。比如银河系的直径大约是16万光年,仙女座星系距离地球254万光年。可观测宇宙直径大约是930亿光年等等。

用光年作衡量单位,宇宙还是大的让我们无法理解!


123咔嚓


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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时空通讯


一光年,顾名思义就是以光速移动一年的长度,那么是多长呢?大约是9.46*10的15次方米。不够直观?

那就换个说法,这段长度如果让孙悟空按照每秒翻一个跟头,大圣得连续翻5.6年才能飞完(一个跟头十万八千里)。

不过现实中人类掌握的最快速度就更慢的,我们就以每秒200公里(大概是帕克太阳探测器的近日点速度,额,,这比大圣的速度还要慢好多),那么一光年的距离就需要连续飞行1500年!

额,其实一光年在天文学中并不算多长的单位,比如秒差距这个长度单位:一秒差距就等于3.26光年。

估计这也是为什么平时咱们形容一个事物数量繁多,会直接用“天文数字”这个词来形容的缘故吧。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


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



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