光年是什么单位 天文单位光年的由来

在天文学中,天体(如恒星和星系)之间的距离非常大。举个例子,地球和它最近的卫星,月亮之间的距离约有385 000公里。而太阳距离我们1.5亿公里,我们和最近的恒星比邻星距离大约40万亿公里。

光年是什么单位 天文单位光年的由来-熊猫号

图解:比邻星,又称毗邻星,Proxima Centauri 半人马座α三合星的第三颗星

为了避免用太长的数字,科学家们必须使用一种可以和浩瀚的宇宙相符的距离单位来研究天文学。天文学中常用的距离单位是光年。光年是光在一年内所行走过的距离,即9,460,730,472,581公里,约10万亿公里。

这个距离单位不是一夜之间产生的。首先要测量出光的速度,才能确定它在一年所传播的距离。

在1676年之前,大多数科学家认为光会瞬间从一个点移动到另一个点。1676年,丹麦物理学家奥勒·罗默第一个证明,事实并非如此,光的速度是有限的。

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图解:奥勒·罗默,Ole Christensen Rømer,丹麦天文学家,1644-1710

奥勒从1671年开始观测木星的卫星,并测量他们(特别是木卫一)消失在巨大行星后面并重新出现在另一侧之间的时间。通过年复一年地积累数据,他发现,当地球靠近木星时,测量出的时间较短,而当地球远离木星时,时间较长。1675年,法国天文学家让·多米尼克·卡西尼(Jean-Dominique Cassini)提出,这种差异是由于光从木星到达地球需要一定时间造成的。然而,他很快改变了主意,放弃了这个假设。而奥勒从这个假设下手,并估计出光需要22分钟来走过地心轨道的直径(我们现在知道,准确的值是约16分40秒)。如果根据他自己的数据计算光速,他当时会获得光速为135 000公里/秒。不过那个时代测得的地心轨道直径并不准确:如果用今天的准确数据测量,奥勒应该会得到214 000公里/秒的结果,而如今的公认光速为299 792公里/秒,已经很接近准确数字了。

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图解:让-多米尼克·卡西尼,Jean-Dominique Cassini,奥勒曾任其助手

直到1729年,天文学界才承认光的速度是有限的。英国天文学家詹姆斯·布拉德利随后发表了一项研究,显示恒星位置的年变化与光速有关。他估算出光以每秒301 000公里的速度传播,非常接近目前的公认值。

1838年,德国天文学家弗里德里希·威廉·贝塞尔(而不是苏格兰天文学家托马斯·亨德森)首次将光年作为天文学的测量单位。他测量了地球和天鹅座61双星系统之间的距离,约为10.3光年。

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图解:欧洲南方天文台观测到的天鹅座61

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图解:贝塞尔(Bessel,Friedrich Wilhelm,1784~1846)德国天文学家,数学家,天体测量学的奠基人之一

光年作为测量单位的优点不仅在于它量化了距离,而且光年也侧面体现了光到达我们所花的时间。我们可以说天鹅座61距离地球10.3光年(97,445,523,867,584公里),也可以说,它发出的光花了10.3年才到达地球。因此,我们看到的是过去的星星。正因为光可以让我们回到过去,望远镜在某种程度上才被称为”时间机器”。

直至今日,距离我们100亿到120亿光年,非常遥远的星系同样适用于这个原理:在我们看来,它们的状态还停留在100亿到120亿年前,宇宙大爆炸刚结束的时候。

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光年小游戏:这些行星、星云或星系距离地球大概多少光年?

A.31-50 光年

B.4-20 光年

C.4100 光年

D.5-11 光年

E.6 光年

F.68-84光年

G.2-14光年

H.6300万光年

相关知识

光年(英语:light-year)是长度单位之一,指光在真空中一年时间内传播的距离,大约为9.46兆公里(9.46×10^12公里或5.88×10^12英里)。

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光年一般用于天文学中,是用来量长度很长的距离,如太阳系跟另一恒星的距离。天文学中另三个常用的单位是秒差距、天文单位与光秒,一秒差距等于3.26光年,一天文单位为149,597,870,700米(149,597,870.7公里,约149.598京米),一光秒是光一秒所走的距离为299,792,458米(299,792.458公里)。

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