光年とは

光年は、宇宙を理解しようとする人にとって、欠かすことのできない単位です。 天文学者のグループに話を聞くと、サッカーファンが「ヤード」と言うのと同じくらい頻繁に「光年」と言うのを聞くでしょう。

しかし科学者でない人にとって、光年は不可解な概念かもしれません。 それは時間の単位のように聞こえるかもしれませんが、距離の単位なのです。

オリジナルの「スター・トレック」シリーズでさえ、光年を間違えています。 1968年のエピソードでは、トロイウスの異星人王女イランがカーク船長に、出てきて話すくらいなら「10光年」間自分の部屋に隠れていた方がましだと言っています。

光年ってどのくらい？

光年とは、真空中で光線が1年間に進む距離のことです。 光はどんな物質でも通過するときに遅くなるので、真空を指定することが重要です。 (宇宙の大部分はほぼ完全な真空なので、天文学者は一般に、光が最高速度で動いていると仮定することができます。 この数字に1年の秒数（31,557,600）をかけると、答えが出ます。 1光年は9,460,730,473,000キロメートル、つまり5,878,625,373,000マイルです。

おそらくあなたが探していたよりも多くの桁数でしょう。

なぜ天文学者は光年で距離を測るのでしょうか。

キロメートルやマイルといったおなじみの単位は、広大な宇宙を表現するためには途方もなく小さいのです。 例えば、太陽から最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリ。 その距離は24,900,000,000マイルと言うこともできますし、4.24光年と言うこともできます。

夜に見る星のほとんどは、地球から数百光年の範囲内にあります。 私たちが住んでいる天の川銀河は、ちょうど10万光年の大きさです。 アンドロメダ銀河は254万光年離れています。大きな数字ですが、「14,000億、900兆マイル」よりはずっと扱いやすい数字です。

光年は距離の尺度であって、時間の尺度ではないのですね？

厳密に言えばそうです。 光年は、フィートやインチと同じように距離の単位です。

しかし、光年の話にはもう一つ魅力的な側面があるのです。 光は有限の速度で動くので、あなたが見るものはすべて時代遅れなのです。

部屋の向こう側を見つめている場合、その遅れは10億分の1秒で、まったく感知できない。 月を見ると、約1.5秒前の月が見えます。 日没を見ると、8.3分前の太陽を見ているようです。

この効果は、星々に対してはるかに顕著です。

星は光年離れているので、見るときは何年も先のことを見ていることになります。

空で最も明るい星であるシリウスは、地球から8.6光年のところにあり、あなたが見ている光は8.6年前にそこを離れたことを意味します。 つまり、私たちは常に8.6年前のシリウスを見ているのです。 はくちょう座の夏の恒星デネブは、約2500光年の距離にある。 その輝きは、アリストテレスが生きている間に、すでに私たちのもとに届いていたのです

そして、他の銀河はもっと遠いことを忘れないでください。 ハッブル望遠鏡のような強力な望遠鏡は、その光が何十億年も前から私たちの道を進んできた銀河を検出することができます。

要するに、光年は距離だけを表すものですが、光そのものが一種のタイムマシンとなり、大昔の宇宙を観察することができます。

光の速度はどのようにしてわかるのでしょうか。 1660年代、彼は木星の衛星イオの研究をしていて、ある奇妙なことに気づきました。木星と地球が最も離れているとき、イオは天文学者の予測より数分遅れて木星の影に入るのです。 木星と地球が最も離れているとき、イオは天文学者の予測より数分遅れて木星の影に入り、2つの惑星が最も接近したとき、その現象は数分早く起こっているように見えた。 ローマーは、この遅れはイオとは関係なく、地球と木星が太陽の反対側にあるときに、光が余分な距離を移動するために起こる錯覚であることに気づいた。 彼の計算では、光は1秒間に131,000マイル進むことがわかりました。これは、彼が望遠鏡の発明からわずか60年後にこの研究をしていたことを考えると、非常に良い見積もりと言えます。

「ローマーによる光速の有限性の発見から、距離の測定としての光速の概念は、17世紀の終わりにはすでにありました」と、パリ天文台の天文学者兼科学史家であるフレデリック・アレヌは述べています。 1694年、イギリスの学者フランシス・ロバーツは、「光は星から我々への移動に、我々が西インド諸島への航海をするよりも多くの時間を要する」とつぶやきました。 1838年、ドイツの天文学者フリードリッヒ・ベッセルが、シグニ座61番星までの正確な距離を測定したときが、ブレークスルーの瞬間でした。 ベッセルは、この距離の測定結果を「光がこの距離を進むのに10.3年かかる」と表現している。 これは、光年という概念が生まれた特定の瞬間に最も近いものです。

数十年のうちに、光年は一般的な科学の文章で当たり前のように使われるようになったのです。 しかしアレヌーによれば、プロの天文学者は長い間この言葉を使うことに抵抗していたそうですが、それには意外な理由がありました。

天文学者はどのようにして距離を光年で測っているのでしょうか。

ベッセルは、地球の太陽の周りの運動によって生じる空の前後の動きである視差を観測して、61シグニまでの距離を計算しました。

天の川の向こう側では、視差が小さすぎてガイアでも検出できないため、天文学者はある種の変光星や超新星爆発を観測して距離を計算しています。

彼らの研究は視差に深く根ざしているため、天文学者は一般的に第2の距離単位であるパーセク（「視差秒角」、小さな角）を使用します。 1パーセクは3.26光年に相当します。 しかし残念ながら、パーセクの「秒」は時間の単位に聞こえるので、さらに混乱が生じます。 1977年の映画「スター・ウォーズ／新たなる希望」で、ハン・ソロは「ケッセルランを12パーセク以下で走破した」と自慢しています。 スターウォーズファンは、この明らかな間違いを説明しようとして、自分自身を縛り付けている。 光年で説明するのがベターだろう。

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