| 基準 | 天文単位 (au) | オングストローム (Å) |
|---|---|---|
| A sheet of A4 paper (long side) | 1.98532 × 10-12 au | 2.97 × 109 Å |
| Average adult human height | 1.13638 × 10-11 au | 1.7 × 1010 Å |
| A football pitch (length) | 7.01882 × 10-10 au | 1.05 × 1012 Å |
| A marathon | 0.000000282056 au | 4.2195 × 1014 Å |
| Height of Mount Everest | 0.0000000591519 au | 8.849 × 1013 Å |
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。
オングストロームは 1 メートルの 100 億分の 1、すなわち 0.1 ナノメートルにあたる長さの単位です。1868 年に太陽スペクトルの図を作成した際にこの単位を用いたスウェーデンの物理学者アンデルス・ヨナス・オングストロームにちなむ名称で、記号はスウェーデン語のアルファベットから借りた Å です。
オングストロームが生き残っているのは、原子の大きさにちょうど合うからです。水素原子の半径はおよそ 0.5 Å です。炭素どうしの単結合はおよそ 1.5 Å です。これらをナノメートルで表すと扱いにくい小数になるため、結晶学者、分光学者、構造生物学者はいまも古いこの単位を好んで使います。公開データベースに登録されたタンパク質の構造は、現在も分解能をオングストロームで示しており、2 Å より良い分解能で解かれた構造は良質とみなされます。
可視光の波長も扱いやすい範囲に収まります。赤い光は 7000 Å 付近、紫の光は 4000 Å 付近です。X 線の波長は 1 Å 前後に集中しており、X 線回折が原子の間隔を明らかにできるのはまさにこのためです。調べる手段と調べる対象の大きさが同じだからです。
オングストロームは国際単位系には含まれません。国際度量衡局は SI と併用してよい単位として挙げていますが、新たな使用は勧めておらず、ナノメートルやピコメートルを推奨しています。しかしこの方針は、この単位が根づいた分野ではほとんど効果がありませんでした。半導体製造がその好例です。プロセスノードは何十年ものあいだナノメートルで呼ばれてきましたが、構造が小さくなるにつれ、業界はゲート酸化膜の厚さをオングストロームで示すようになり、インテルは自社技術のある世代を「オングストローム時代」と名づけました。
古い科学文献を読むときには注意が必要です。オングストロームがメートルに結び付けられる前は、カドミウムの特定のスペクトル線を基準に定義されており、20 世紀初頭に発表された数値は現代の値とわずかに異なることがあります。国際天文学連合は 1907 年にこの分光学的な定義を採用し、1960 年にメートル自体がクリプトンによって再定義されるまで用いられました。差はわずかですが確かに存在し、過去のスペクトル測定と現在の測定を比べる際には無視できません。
換算は簡単です。1 オングストロームは 10-10 メートル、0.1 ナノメートル、100 ピコメートルに等しく、10 オングストロームで 1 ナノメートルになります。