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  • 1 # 俗雅科學

    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。

    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絡的。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。

    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?

    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。

    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。

    所以,光年只是一個距離,並不是“光走一年”這個過程。

  • 2 # 兔斯基聊科學

    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

    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!

  • 3 # 寒蕭99

    首先,光年是一種長度單位,通常用在天文學上,來表示宇宙間天體之間的距離。

    其次,我們怎麼定義光年的概念呢?簡單說就是光線在一年中走過的距離,我們知道光速是宇宙中物質能達到的最快的速度了,以這個速度走上一年,可以知道這是一個非常遠的距離了。但是,要科學定義這個概念,就要確定兩個數值,那就是年和光速。

    我們先說下年,在通常人的概念中,年就是365天,然後閏年366天。但是在天文學上,這種概念顯然太粗獷了。天文學上年的概念是:1年通常是地球繞太陽公轉一週的時間,或者說是太陽在天球上沿黃道從某一定標點再回到同一定標點所經歷的時間間隔。根據選擇的座標和起點不同,還可細分為:

    1 迴歸年(太陽年) = 365.242199174日

    1 恆星年 = 365.25636日

    1 交點年 = 346.62003日

    1 近點年 = 365.25964日

    現在天文學上採用的叫做儒略年,其準確數值為365.25日,每天為86400秒,總數為31,557,600秒。

    確定了年,然後再確定光速。光速的測量歷史已經有幾百年,最早對光速進行測量的是伽利略,但真正意義上的光速測量是從丹麥天文學家奧勒·羅默開始的。我們現在知道光速是每秒30萬千米,科學上的光速是299792458米。那麼這個數字是怎麼來的呢?我們在科學上對光速的定義是這樣的:真空中光1/299792458秒內通過的距離。因此,光速的定義與秒的定義是相關的。

    最後,我們說下為什麼要用光年這個單位。我們根據對年和光速的科學定義可以得出,一光年等於9460730472580800米,或約9.46×10^12千米,或者說約10萬億千米。這是個相當遠的距離了,但是在宇宙中,這又是個非常近的距離了。我們來看下資料:

    地球到太陽的距離:1.5億千米

    最近的恆星到太陽的距離:42萬億千米

    緊緊是最近的恆星,用千米做單位就已很不方面,所以在天文學上,只能使用光年這種單位了。

    除了光年,還有其他幾個常用的天文單位。

    天文單位(AU),即日地距離,1.5億千米

    秒差距(PC),以一個天文單位距離為底邊所對應的三角形內角為1角秒時所對應的直角邊距離,約為3.26光年。

  • 4 # 科技之人0

    一光年是9460730472580800米的意思。

    光年是長度單位,用來計量光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間的距離,一般被用於衡量天體間的時空距離,其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間所經過的距離。

    距離=速度×時間,光速約為每秒30萬千米(每秒299,792,458米),1光年為9460730472580800米。讀作:九千四百六十兆七千三百零四億七千二百五十八萬零八百米。

    擴充套件資料

    其他天文長度單位:

    1、秒差距(pc)

    秒差距是一種最古老的,同時也是最標準的測量恆星距離的方法。1 秒差距等於3.26164光年,或206265天文單位,或30.8568萬億千米。

    在測量遙遠星系時,秒差距單位太小,常用千秒差距(Kpc)和百萬秒差距(Mpc)為單位。

    (1)、千秒差距:天文長度單位,縮寫為Kpc,常用。1千秒差距(Kpc)=1000秒差距。

    (2)、百萬秒差距:天文長度單位,縮寫為Mpc,常用。

    (3)、吉秒差距:吉秒差距比Mpc還大的單位,天文長度單位,縮寫為Gpc。較不常用。

    2、天文單位(AU、au 或 ua.)

    天文單位是一個長度的單位,約等於地球跟太陽的平均距離。天文常數之一。天文學中測量距離,特別是測量太陽系內天體之間的距離的基本單位,地球到太陽的平均距離為一個天文單位。一天文單位約等於1.496億千米。

    3、月距(LD)

    LD≈384402千米,指地球中心與月亮中心之間的平均距離。

    4、地徑(R⊕)

    R⊕≈6371千米,指地球半徑的距離。

    5、太米(Tm)

    太米是一個極其罕用的長度單位,1Tm=1012米=6.7天文單位,在這個數量級的長度,通常使用科學計數法或者其他單位如天文單位來表示。

    6、光分

    指光在真空中行走的距離,它是由時間和速度計算出來的,光行走一分鐘的時間叫“一光分”。因為真空中的光速是每秒299792458米,所以一光分就等於17987547.5公里。

    7、光秒

    光秒,長度單位,指光在真空中行走的距離,它是由時間和速度計算出來的,光行走一秒鐘的距離叫“一光秒”。一光秒接近30萬公里,即3.0×10⁸米。更正式的定義為:在一秒鐘的時間裡,在自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠的地方,一光子所行走的距離。

    8、京米

    京米,又稱吉米,是公制的長度單位之一。為10的9次方米,這個單位對於地理學來說太大,但在天文學上偶爾與天文單位一起被用作表示諸如行星及其恆星的距離。

  • 5 # 想法捕手

    光年的概念本身非常簡單,之所以一些人感覺困惑,是因為經常把光作為參照物,這是對光年概念的最大誤讀。

    關於光年的定義。

    我們常說的光年是指光走一年的距離,大概是9.5萬億公里。而這個距離是針對於地球上的觀察者而言,光年也僅僅是以這個距離為尺度的測量單位。

    為什麼需要光年這個測量單位?

    簡單來說,就是為了方便計算。因為,宇宙實在是太大了,要測量宇宙內的天體距離,僅靠地球上的測量單位顯然不夠用,而且計算的數字會非常大,不便於運算。

    在天文學上有大量的、適合宇宙尺度的計算單位。光年(ly)只是其中之一,大多用於科普書籍。

    除了光年之外,最常用的是天文單位(AU)和秒差距。 一天文單位1AU約等於1.5億公里。它是以地球到太陽的平均距離,為基本單位的。它常用來測量較近的天文距離。

    而另一種比較專業的測量單位叫做秒差距。1秒差距=3.26光年。這裡所說的秒,並不是我們傳統意義上所認為的時、分、秒。這個秒,指的是角秒,它是一種基於三角視差的距離測算方法。

    就像上圖,利用地日距離與觀測天體形成一個三角形。對應的角度就是角秒。

    1角秒=1/3600度。也就是說,它是一個非常非常非常小的角度。正因為這個角度很小,它有利於幫我們測量遠距離的天體距離。也是專業的學術論文中經常出現的一種天文距離單位。

    除此之外,還有1艾米=3.21秒差距=105光年, 1澤米=1000艾米=32100秒差距=10.5萬光年, 1堯米=1000澤米=3210萬秒差距=1.05億光年,而堯米是目前最大的長度單位。

    總之,這些都是距離單位,和米、釐米、毫米一樣,只是尺度更大而已。

    關於光年的錯誤認知,光真的需要跑一年嗎?

    這是大多數人都會提出的一個問題。但在相對論的體系下,這個問題的本身是不成立的。

    通俗的解釋:針對於光,光所能到達的地方都是瞬時的,因為它沒有時間。也就是說,不管是1光年、10光年還是100萬光年,對於光來說都是瞬時即到。

    而更正確的理解:在相對論下,不能以光作為參考物,來判定任何速度,或者是時間。光本身作為參照物的所有運動,是沒有意義的。

    為什麼光不能作為參考系?

    因為相對論的前提就是光速不變。光速不變的隱藏意思就是,針對於客觀實在的物體,光速總是30萬公里每秒。

    但以傳統認知來說,我們一般認為速度是相對的,既然光針對其他物體是30萬公里每秒,那其他物體針對於光,也會是30萬公里每秒。而這種判斷在相對論下是不允許的,所以說光不能做任何物體的參考系。

    光的這種瞬時概念,可否納入量子理論的體系下來解釋呢?

    哥本哈根的量子力學解釋,其中有一條是說,任何量子運動,在未測定之前,都以概率波的形式存在,即過程中粒子可以宣稱不存在。

    就像電子,圍繞著原子核執行的軌跡,我們稱為電子雲。在未測定和發生相互作用之前,電子可以看成同時存在於它所在能級的所有位置。

    那光子在未測定之前,它是否也可以宣稱它能存在於他所能到達的所有位置?

    這個問題,可以丟擲來,大家思考一下。因為我也沒有找到具體的相關定論,所以說,只是丟擲一個推論。

  • 6 # 漫步世界遺產

    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Sunny,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。

  • 7 # 大熊物理課堂

    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,代入相關的資料可得:

    1光年=3×10(8次方)×365×24×3600m

    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!

    (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!

  • 8 # 地理那些事

    那麼,一光年是什麼概念?就在小地在用手機自帶計算器計算的時候,當沒有加上30萬後面的4個“0”時,顯示的結果是946080000,當再乘以10000時,其結果超過了計算器的顯示位數而使用了科學計數法(見下圖),而轉換後的結果應為9.4608*10的12次方。

    如果按照當今世界最快的飛行器旅行者1號17千米/秒計算,完成一光年的飛行任務大概需要不間斷飛行94608000000000/17*60*60*24*365=176470.6萬年。這是什麼概念我想就不言而喻了吧!

    由於光年所表示的距離非常的長,一般的日常生活裡很少接觸到,就如我們在讀書期間,也僅僅是知道了光年的含義而已。而光年這個單位在天文學方面應用十分廣泛,通常是計量天體時空距離的單位,比如太陽系的半徑約為1光年、銀河系的直徑約為10萬光年等等。

    更為不可思議的是,那些動輒上萬上億光年的概念,更是讓人計算到雲裡霧裡。小地在想,人類在有生之年能否到達現在已知的宇宙的“邊緣”?

  • 9 # 星辰大海路上的種花家

    一光年是什麼概念?

    很明顯,一光年是個距離概念,我們的可觀測宇宙大約是930億光年,1光年就是可觀測宇宙的九百三十億分之一!但您不要認為這距離很短....

    在這個尺度裡,銀河系一個畫素都沒有,僅僅以此作為表示!

    光速為:299792458米,那麼一光年即光走一年的距離,為:9460730472581千米

    可能對這種又臭又長的數字沒什麼概念,這樣來形容,1977年出發的旅行者1號,到現在為止41年間走過的里程大約是216億千米!

    那麼光需要多久呢?

    T=L/V=20.01385小時左右!

    也就是說旅行者走了41年的路程,光只要20小時左右就已經遠遠超過旅行者了!

    對了,旅行者的速度大約為17.2KM/S!

    那麼我們現在離開太陽系最快的速度是多少呢?新視野號的21KM/S!那麼它走完1光年要多久呢?

    T=1光年/21KM/S=14285.61年!

    那麼我們人類達到最快速度的航天器速度是多少呢?

    帕克探測器,速度大約為200KM/S,走完一光年是多久呢?

    T=1光年/200KM/S=1499.98897年

    差不多就是1500年的樣子....但帕克是作弊得到的,為什麼?因為帕克探測器與新視野和旅行者的方向相反,它是前往太陽系內軌道的,因此它獲得了太陽引力的加速作用(也經過了金星的引力彈弓)!

    這個圈圈就是1000光年,我們難以逾越的1光年在這裡無法表示!我們銀河系直徑達16-20萬光年.....可以想象一下,我們人類在宇宙中是多麼渺小!

  • 10 # 未泯雙瞳

    一光年,就是光走一年的距離,我們都知道光速是3×10的八次方米/秒。那麼一年有多少秒呢?按照一年365天計算,一年就是31536000秒,那麼一光年就是94605億千米。

    因為這個數字太龐大,很多人無法有一個比較具象的概念,那麼我們來用現實中比較好理解的事物與之做一個對比。北京到紐約的飛行距離是10991公里,乘坐民航客機大概要乘坐13.5個小時左右。而一光年相當於860749704次北京到紐約的飛行距離。這個距離相當於一個人,從出生的第一天起開始乘坐飛機,以800公里/小時的速度一刻不停的飛行,那麼這個人需要存活1349957年才能飛完一光年。地球的周長是40076公里,香飄飄奶茶號稱一年賣出7億多杯,可以繞地球兩圈,如果按照這個速度,香飄飄需要保持這個銷量80603104年才能賣出杯子可以擺一光年的距離。中國目前有十四億人口,一光年相當於所有中中國人一起在一個400米跑道上跑17圈距離的總和。

    說了這些對比,再來說說目前人類能夠達到的極限速度,目前世界上最快的洲際彈道導彈俄羅斯的R-37遠端空空導彈的速度是6馬赫,按照標準音速換算,6馬赫速度相當於7344公里/小時。按照這個速度,假設一枚彈道導彈有無限的燃料,飛一光年的距離需要147054年。我們都知道飛行器比如衛星,想要在地球軌道執行,需要達到第一宇宙速度,第一宇宙速度是7.9公里/秒,當超過這一速度時,飛行器可以從地球軌道逃逸,而目前人類飛行器有記錄的最快速度是在美國探測冥王星的探測器速度是16km/s,略小於第三宇宙速度(16.7km/s)。那麼以這個速度走一光年需要多久呢?即便是如此快到不可想象的速度,依然需要18749年才可以走一光年的距離。

  • 11 # 大聰明BigClever

    光年是一個非常大的距離單位,一光年等於9460730472580800米。

    人類在地球上所使用的距離單位一般都是米和公里,哪怕是地球赤道的周長也只有40075公里,與光年9460730472580公里的數值有著巨大的差距。

    所謂光年,其實就是光在宇宙真空中沿著一條直線行走一年的距離。我們都知道光速為299792458米/秒,大約是30萬公里/秒,所以用光年其實很好計算。光速實際上是我們已知的最快的速度,一秒鐘就可以繞地球赤道旋轉7.5圈。

    光年的大致計算過程:

    299792458(光速)×60秒×60分×24小時×365天≈9460730472580800米

    之所以人類要定義“光年”這樣一個距離單位,主要是需要用於宇宙天體間距離的表達,畢竟宇宙實在太大了,傳統的計量單位會顯得格外的龐雜。

    比如距離地球最近的恆星叫做“比鄰星”,它與地球的距離大約是4.2光年,如果換算成公里,那麼就是39735067984836公里,這個數字是很難記憶及計算的。

    再比如我們所處的銀河系,其直徑大約是200000光年,如果用公里表示,那麼只能是1.89214609451E18公里,一般人都是看不明白這個數值的,其中的“E”是“10的冪”的意思。

    更為誇張的是,整個可觀測宇宙的直徑大約是93000000000光年,這種數值如果用公里計算的話,數值就更為驚人了。

    所以說光年是相對比較適合在宇宙範圍內使用的一個距離單位。

    還有比光年更大的距離單位嗎?

    答案當然是肯定的,確實有比光年更大的距離單位,而且還不止一個。

    先來說說“秒差距

    1秒差距,基本上定義為天體的半年視差為2秒時,天體到太陽的距離,也就是地球軌道半徑對應視角為1秒時的距離。

    1秒差距=3.2615637771418798291光年

    再來說說“堯米Yottameter

    堯米是一個比較罕用的距離單位,往往在計算宇宙中較遠距離的星系之間才會使用到。

    1堯米=10²¹公里=10²⁴米≈10⁸光年

    最後來說說“古戈爾米Googolmeter

    古戈爾其實是一個數字,是我們至今為止定義的最大的計數單位

    其數值的“完全態”是以下這個樣子:

    “10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”

    簡單點來說就是1的後邊有100個0。

    1古戈爾米=10¹⁰⁰米≈1.06x10⁸⁴光年

    由於這個數值太大了,其實在天文測距中也是不太會用到的。

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