5 光年から天文単位への換算

光年（ly）について

光年は、光が真空中を 1 ユリウス年のあいだに進む距離で、ちょうど 9460730472580800 メートル、およそ 9 兆 4600 億キロメートルにあたります。記号は ly です。

これは時間ではなく距離の単位です。名称がその点を覆い隠しているため、混同がなかなか絶えません。値が正確なのは、定義された二つの量から導かれるからです。光の速さは毎秒 299792458 メートルと定められ、1 ユリウス年は 86400 秒の日を 365.25 日ぶんとちょうど定義されています。両者を掛け合わせれば、測定の不確かさをまったく含まない数値が得られます。

この単位の妙味は、光の速さが有限であることを目に見える形にする点にあります。12 光年先の天体を見るとは、それを 12 年前の姿で見ることであり、この遅れは物珍しい話ではなく観測宇宙論の土台そのものです。観測されているもっとも遠い銀河は数十億光年の彼方にあり、望遠鏡は事実上、過去をのぞく道具だといえます。

近傍の距離は、この単位の物差しでは慎ましいものです。太陽にもっとも近い恒星プロキシマ・ケンタウリまでは 4.25 光年、シリウスまでは 8.6 光年です。天の川銀河の中心は地球からおよそ 2 万 6000 光年の距離にあり、銀河全体はおよそ 10 万光年の広がりをもちます。アンドロメダ銀河はおよそ 250 万光年の彼方にありながら、暗い場所であれば肉眼でも見えます。多くの人が直接その目で見る、もっとも遠い天体だといえるでしょう。

専門の天文学者はふつうパーセクを好みます。これは年周視差の測定から自然に導かれる単位で、学術誌では距離をパーセク、キロパーセク、メガパーセクで示します。一般向けの読み物で光年が主流なのは、光の速さ以外に説明を要しないからです。

これと同じ考え方の単位が、より小さな尺度にもあります。光秒はおよそ 30 万キロメートルで、地球と月の距離に近い値です。無線技術者は、ケーブルを伝わる信号を考えるときに、およそ 30 センチメートルの光ナノ秒を用います。光分や光時は、太陽系外縁部の説明にときおり登場します。

1 光年は 63241 天文単位、およそ 0.3066 パーセク、9 兆 4607 億キロメートルに等しくなります。

天文単位（au）について

天文単位は、ちょうど 149597870700 メートル、すなわち 1 億 5000 万キロメートル近くにあたる長さです。記号は au です。地球と太陽の平均距離にほぼ等しく、太陽系内の距離を表す標準的な尺度です。

この単位はもともと、固定した数値ではなく、その軌道上の関係によって定義されていました。かつての定義は、太陽を周回する仮想の天体の性質に結びつけられており、そのため値は万有引力定数に左右され、測定の精度が上がるたびに改められる必要がありました。国際天文学連合は 2012 年、天文単位を正確なメートル数として定めることでこの依存関係を断ち切りました。この変更は計算を簡単にし、物理定数が精密化されるたびに長さが動く単位という不都合を取り除きました。

その値を求めることは、観測天文学の大きな課題のひとつでした。太陽面を通過する金星を地球上の遠く離れた地点から観測すれば、三角測量で距離を求められます。1761 年、1769 年、1874 年、1882 年の通過に合わせて観測隊が組まれ、ジェームズ・クックの第 1 回太平洋航海は 1769 年の現象を軸に計画されました。1960 年代の金星へのレーダー測距が、最終的にどの光学的手法よりもはるかに高い精度でこの数値を確定しました。

この単位のおかげで太陽系の距離は把握しやすくなります。水星は 0.39 au、火星は 1.52 au、木星は 5.2 au、海王星は 30.1 au の距離を公転します。カイパーベルトはおよそ 50 au まで広がっています。人類がつくったもっとも遠い物体であるボイジャー 1 号は 165 au を超えました。光は 1 天文単位を進むのに約 499 秒かかるため、太陽までは 8 光分あまりということになります。

太陽系の外ではこの単位は扱いにくくなり、天文学者は光年とパーセクに切り替えます。1 パーセクは 206265 au です。

探査機の航法は、この単位が近似ではなく正確であることを前提にしています。外惑星への軌道は数十天文単位の距離にわたって計算されるため、単位そのものの長さの誤差はあらゆる位置計算に波及します。2012 年に値を固定したことで、ミッション計画に用いる暦表からこのずれの原因が取り除かれました。

1 天文単位は 149597870.7 キロメートル、およそ 9295.6 万マイルに等しくなります。