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光年到底是什么?

2016-12-20 09:52:00         来源:怪罗科普  
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光年到底是什么?虽然宇宙的大部分仍然保持神秘且未探索过,但我们知道这是真的:空间广袤无垠。为了量化浩瀚的宇宙,天文学家通常用多少光年来表示天体距离我们有多远。那么,光年究竟是什么意思呢?

与乍一看相反,“光年”其实是一种距离单位,而非时间。光年是指光在一年中行进的距离。具体来说,国际天文联合会(IAU)把光年定义为光在真空中行进 365.25 天的距离。

同样,你可以把 100 公里描述为一个“车时”——即汽车在高速公路上行驶一小时的距离。事实上,我们经常以时间的方式来告诉人们距离,例如,“我还有 10 分钟的路程”。

光年到底是什么?

距离我们 250 万光年的仙女星系

简单来说,因为宇宙空间太过于浩瀚,用米、千米等单位来表述距离很不方便,于是天文学家发明了距离的一个较大单位:光年。

光年有多大?光以每秒 299,792.5 公里的速度运动,即时速为 10.8 亿公里。将光速与时间相乘即可得到光年,约为 9.46 万亿公里。到太阳最近恒星的距离是 4.3 光年,或 40.7 万亿公里。

第一次提到光年这个概念可追溯到 1838 年,当时一位名叫弗里德里希?贝塞尔(Friedrich Bessel)的德国科学家。他测量了一颗名为天鹅座 61(又称贝塞尔星)恒星的距离,并得到了其距离为地球轨道半径的 660,000 倍。他指出,光需要大约 10 年才能到达那里,但他不喜欢“光年”这个术语。其中一个原因是在当时,科学家并不清楚光速是宇宙的一个基本常数。

直到 1851 年,这个词在德国一个名为 Lichtjare 的天文学出版物中首次出现。后来,天文学家逐渐采用了它。现在,“光年”是一个常用的天文计量单位,包括在科学文献中。

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秒差距的定义

在天文学中,还有一个距离单位与光年相竞争,那就是秒差距,1 秒差距约等于 3.26 光年。这是利用三角视差法测量恒星距离时所使用的一种古老的天文距离单位。

20 世纪早期英国著名的天体物理学家亚瑟·爱丁顿(被认为首次证明了爱因斯坦的广义相对论)更喜欢秒差距,他称使用光年“不方便”。然而,他失利了。

光年还可以被分解为光天、光时或甚至光秒,虽然这些单位较少使用。太阳距离地球约 8.3 光分,这意味着太阳发出的光要传播 8.3 分钟才能到达地球(理想状态下)。

光年到底是什么?

所有这一切都取决于确定光速的大小,但这很难测量,因为光太快了。

在 17 世纪前,人们认为光速无限大。后来,科学家逐渐发现光是以有限速度传播,并测出了光速(详见我们的另一篇文章《科学家如何测量光速?》)。

最后,在 1905 年,爱因斯坦的狭义相对论认为无论从哪里观察,光总是以恒定相同的速度移动。这是一个很大的进步,因为突然光速成为宇宙的常数之一。因此,光年也就成为了一个很有用的天文距离单位。

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