光年からナノメートルへの換算

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。

ナノメートル（nm）について

ナノメートルは 1 メートルの 10 億分の 1 です。10^-9 を表す SI 接頭語のナノをメートルに付けたもので、記号は nm です。この接頭語は「小人」を意味するギリシャ語のナノスに由来します。

これは現代の光学と電子工学が扱う尺度です。可視光はおよそ 380 nm の紫から 750 nm の赤までの範囲にあり、そのためナノメートルは色を物理的に表す標準的な単位となっています。532 nm で発光するレーザーポインターは緑色、650 nm のものは赤色です。紫外線は 380 nm より短く、赤外線は 750 nm より長い波長です。

生物学でもこの単位が絶えず使われます。DNA の二重らせんは幅がおよそ 2 nm です。一般的なウイルスは 20〜300 nm です。細胞膜の厚さは 7 nm ほどです。これらの寸法は、光の波長そのものによって約 200 nm に制限される通常の光学顕微鏡の分解能を下回ります。

ナノメートルが科学の外でも知られるようになったのは半導体製造のためです。プロセスノードには 90 nm、45 nm、14 nm、5 nm、さらにそれ以下という呼び名が付けられてきました。この数値はもはやチップ上の特定の測定可能な寸法を指しておらず、物理的な長さというより市場向けの呼称になっています。ただし実際の構造がナノメートル単位であることに変わりはありません。現代のトランジスタのゲートは、原子数十個ぶんの幅しかありません。

ナノテクノロジーはこの単位から名を取っており、慣例として 1〜100 nm の構造を扱います。この範囲では表面の影響が物質全体の性質を上回りはじめるため、材料はしばしば異なる振る舞いを示します。

この尺度で測るには、可視光に頼らない装置が必要です。電子顕微鏡は、光よりもはるかに短い実効波長をもつ電子を用いて、1 ナノメートル未満の構造を分解します。原子間力顕微鏡はまた別の原理で、鋭い探針を表面に沿って動かし、そのたわみを記録します。対象が見えないままでは分野は前に進めないため、いずれもナノテクノロジーの発展に欠かせないものでした。

1 ナノメートルは 10 オングストローム、1000 ピコメートル、0.001 マイクロメートルに等しくなります。紙 1 枚の厚さはおよそ 100000 nm です。