光年
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| 光年 | |
|---|---|
 外側の球面は太陽から1光年の位置を表し、内側の小さい球が1光月の位置を表す。左の黄色の線は1月の大彗星（1910年）の軌道 | |
| 記号 | ly |
| 系 | 非SI単位、非法定計量単位 |
| 量 | 長さ |
| SI | 9460730472580800 m（正確に） |
| 定義 | 光が自由空間を1年間 (365.25 d) に通過する長さ |
光年（こうねん、英: light-year、独: Lichtjahr、記号 ly[1][2]）は長さの非SI単位。 主に天文学では正式とされるパーセクと天文単位に次いで用いられる単位であり[3][4]、約9.5兆キロメートル（正確に9460730472580800 m）だが、SI併用単位ではなく[注釈 1]、日本の法定計量単位でもないので取引・証明に用いることはできない。「年」が付くが時間の単位ではない。一般において最も広く知られている宇宙についての単位ではあるが、宇宙論や天文学ではパーセク（pc）と天文単位（au）が正式とされ、宇宙論ではメガという接頭辞を組み合わせたメガパーセク（Mpc）が最も多用されている[5]。
光年の換算
1光年は、光が自由空間かつ重力場及び磁場の影響を受けない空間を1 ユリウス年（365.25 日 = 31557600 秒）[6]の間に通過する長さである[7]。真空中の光速度は正確に 299792458 m/s であるので、1光年は正確に 9460730472580800 m である[8]。概数としては、約9.46×1015 メートル（約9.46 ペタメートル）である。
- 1 光年
- = 9460730472580800 m（= 9460兆7304億7258万800 m）
- = 9460730472580.8 km（= 9兆4607億3047万2580.8 km）
- = 約63241.077084266280 au
- = 約0.306601 pc（パーセク）
歴史的な値および不正確な値
距離の単位として、「光年」を初めて使用したのは、ドイツ人のオットー・エドゥアルト・ヴィンツェンツ・ウレである。ウレは1851年の著作、Deutsches Museum: Zeitschrift für Literatur, Kunst u. Öffentliches ..., Volume 1[9]の中で、初めて「光年」（ドイツ語ではlichtjahre）を距離の単位として用いた。なお、フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセルは1838年にはくちょう座61番星までの距離を、「光が1年間に通過する距離」の10.3倍（最新の観測では11.4光年）であることを見いだしたが、「光年」という単位を用いたわけではない。
国際天文学連合 (IAU) は1964年に定めた太陽年（ユリウス年とは異なる）と光速の実測値（定義値ではない）を天文定数体系に含めており、それを1968年から1983年まで使用していた[10]。サイモン・ニューカムは、J1900.0の平均太陽年 31556925.9747 暦表秒と光速度 299792.5 km/s から1光年を 9.460530×1015 m と計算した（光速度の有効数字7桁で丸めている）。この値がいくつかの最近の文献にも記載されているが[11][12][13]、おそらく1973年の有名な本[14]を参照したものと思われ、この文献は2000年まで改版されていなかった[15]。
他の高精度の値は一貫したIAU体系のみからでは導出できない。9.460536207×1015 m という不正確な値がいくつかの現代の文献に見られるが[16][17]、平均グレゴリオ年365.2425 日（31556952 秒）と光速度の定義（299792458 m/s）を使って計算したものであろう。9.460528405×1015 m という不正確な値もあるが[18][19]、これはJ1900.0の平均太陽年と光速度の定義を使って求めたものであろう。
現在では1光年の値は天文定数からは除外されている[20]。
光年スケールの実際
光年は、銀河や恒星などの天体までの距離を表するのによく用いられる。キロメートル単位で表すと文字通り「天文学的数字」になるからである。
現在天文学では、恒星までの距離を示すときにはパーセクが用いられる。パーセクは、1天文単位動いたときの視差が1秒となる距離のことで、1パーセクは約3.26光年となる[7]。パーセクは観測データから簡単に求めることができ、相互参照できることからよく用いられている。しかし、科学者以外の一般大衆の間では、直感的に理解しやすい「光年」の方が広く使われている。
1光年は約63241 天文単位である。光年で示されることの多い距離のものについては記事「1 E15 m」を参照のこと。
光年に関連して、光が1週間・1日間・1時間・1分間・1秒間に進む距離とし光週・光日・光時・光分・光秒という単位も定義できる。
- 1光週：1813144785984000 m
- 1光日：25902068371200 m
- 1光時：1079252848800 m
- 1光分：17987547480 m
- 1光秒：299792458 m
大まかな距離を表すのに1光年の12分の1の光月という単位も時折使われている[21][22]。ただし、光月は月の時間間隔を定めていないので厳密な定義が存在しない[注釈 2]。
光年の扱いに注意すべきこと
光年のように大きな単位で測られる距離の測定値を解釈する際には、かならず時間の経過を考慮する必要がある[注釈 3]。 例えば地球からの距離が1光年の星を見る場合、見ている光はその星から1年前に発せられたものであるため、1年前に1光年の距離にあったその星をいま地球で見ていることになる。仮に、たった今その星が何らかの原因で消滅したとしても、地球からはその星の1年前の光しか見ることができないため、見かけ上は今後1年間は星がまだ存在しているように「見え」、1年後にやっと星が消滅したように「見える」。
大きな赤方偏移が観測されるような非常に遠方の天体の場合、例えば2014年現在最も遠い天体であるMACS0647-JDは赤方偏移 z = 10.7 の値を持ち、距離は 133 億 9200 万光年、ハッブルの法則により地球からは光速の 98.5% にあたる 295,444 km/s で後退しているように“見える”と計算される[注釈 4]。しかし、これはこの天体から133 億 9200 万年前に発せられた光を元に計算されたみかけ上の値（このような距離を光行距離、英: Light-travel distance という）であり、実際はいま時点では 319 億 3900 万光年の距離（このような距離を共動距離、英: Comoving Distance という）[注釈 5]にあり、後退速度は実光速の2倍以上にもなる 695,115 km/s である。このようなスケールでの後退速度は実際は計量自体の拡大速度であり、天体近くの局所慣性系における天体の運動は光速を超えない（光速不変の原理とは矛盾しない）。
