Năm ánh sáng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Năm ánh sáng
12lightyears.gif
Bản đồ 3 chiều vị trí các ngôi sao nằm trong bán kính 12,5 năm ánh sáng tính từ Mặt Trời.[1]
Thông tin đơn vị đo
Hệ đơn vị đo trong thiên văn
Đơn vị đo độ dài
Ký hiệu ly[2]
Đổi đơn vị
1 ly trong ... bằng...
hệ mét (SI) 9,4607 x 1015m
đơn vị thiên văn 63.241 AU
0,3066 pc

Năm ánh sángđơn vị đo chiều dài sử dụng trong đo khoảng cách thiên văn. Nó bằng khoảng 9,5 triệu tỷ mét hoặc 5,9 nghìn tỷ dặm.[note 1] Theo định nghĩa của Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU), một năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng truyền trong chân không trong khoảng thời gian một năm Julius (365,25 ngày).[2] Bởi vì nó gồm từ "năm", thuật ngữ năm ánh sáng đôi khi bị giải thích nhầm thành đơn vị của thời gian.

Năm ánh sáng thường hay được sử dụng nhất khi biểu diễn khoảng cách đến các sao hoặc đến những khoảng cách lớn hơn trong phạm vi thiên hà, đặc biệt đối với đại chúng và ở các ấn phẩm phổ biến khoa học. Đơn vị đo thường hay sử dụng trong trắc lượng học thiên thểparsec (ký hiệu: pc, bằng khoảng 3,26 năm ánh sáng; đây là khoảng cách mà khi nhìn một đơn vị thiên văn dưới góc mở bằng một giây cung).[2]

Định nghĩa[sửa | sửa mã nguồn]

Theo định nghĩa của IAU, năm ánh sáng là khoảng cách tính bằng nhân thời gian một năm Julius [note 2] (365,25 ngày so với 365,2425 ngày của lịch Gregorius) với tốc độ ánh sáng (&0000000299792458.000000299792458 m/s).[note 3] Các giá trị này được nêu trong nghị quyết về Hệ thống các hằng số thiên văn IAU (1976), và được sử dụng từ 1984.[4] Từ đây, các chuyển đổi có thể thực hiện như sau. IAU quy định viết tắt cho năm ánh sáng là ly,[2] mặc dù có những chuẩn khác như ISO 80000 sử dụng ký hiệu "l.y."[5][6] và những ký hiệu theo tiếng bản ngữ cũng được sử dụng, như "al" trong tiếng Pháp (từ année-lumière) và tiếng Tây Ban Nha (từ año luz), "Lj" trong tiếng Đức (từ Lichtjahr), vv.

1 năm ánh sáng   = &9460730472580800.0000009460730472580800 mét (chính xác bằng)
≈ 9,461 peta mét
≈ 9,461 nghìn tỷ kilômét
≈ 5,878625 nghìn tỷ dặm
≈ 63241,077 đơn vị thiên văn AU
≈ 0,306601 parsec

Trước năm 1984, năm chí tuyến (không phải năm Julius) và một phép đo (không dùng để định nghĩa) tốc độ ánh sáng đã được đưa vào trong Hệ thống hằng số thiên văn của IAU (1964), được sử dụng từ 1968 đến 1983.[7] Tích của năm chí tuyến theo kỷ nguyên J1900.0 của Simon Newcomb là 31556925,9747 giây của lịch thiên văn (ephemeris second) nhân với tốc độ ánh sáng &0000000299792500.000000299792.5 km/s cho kết quả một năm ánh sáng bằng 9,460530 x 1015m (làm tròn đến 7 chữ số thập phân trong năm ánh sáng) có thể tìm thấy ở một số tài liệu hiện đại[8][9][10] có lẽ bắt nguồn từ một nguồn cũ như tham khảo công trình Astrophysical Quantities của Clabon Allen năm 1973,[11] mà được cập nhật trong năm 2000, bao gồm giá trị của IAU (1976) như nêu ở trên (lấy đến 10 chữ số thập phân).[12]

Những giá trị chính xác cao khác không được tính dựa trên một hệ thống nhất quán của IAU. Giá trị 9,460536207 x 1015m có trong một số cuốn sách hiện đại[13][14] là tích của trung bình một năm Gregorius (365,2425 ngày hay 31556952 giây) và tốc độ ánh sáng (299792458 m/s). Một giá trị khác, 9,460528405 x 1015m,[15][16] là tích của trung bình một năm chí tuyến J1900.0 với tốc độ ánh sáng.

Các viết tắt và sử dụng bội số của năm ánh sáng là:

  • "ly" cho một năm ánh sáng
  • "Kly" cho một nghìn (kilo) năm ánh sáng (1.000 năm ánh sáng)
  • "Mly" cho một triệu (mega) năm ánh sáng (1.000.000 năm ánh sáng)
  • "Gly" cho một tỷ (giga) năm ánh sáng (1.000.000.000 năm ánh sáng)

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Đơn vị năm ánh sáng xuất hiện chỉ một vài năm sau khi Friedrich Bessel đo thành công khoảng cách đến một ngôi sao khác ngoài Mặt Trời vào năm 1838. Ngôi sao mà ông sử dụng để đo là 61 Cygni, và dụng cụ đo là một kính thiên văn đo thị sai (heliometer) có độ mở 160mm do Joseph von Fraunhofer thiết kế. Đơn vị lớn nhất biểu diễn khoảng cách vũ trụ ở thời điểm đó là đơn vị thiên văn, bằng bán kính của quỹ đạo Trái Đất 1,50 x 108km. Theo đơn vị này, tính toán lượng giác dựa trên thị sai của sao 61 Cygni bằng 0,314 giây cung, cho kết quả khoảng cách tới ngôi sao bằng 660.000 AU (9,9 x 1013km). Bessel ghi chú thêm rằng ánh sáng mất 10,3 năm để truyền qua quãng đường như vậy.[17] Ông nhận ra rằng độc giả của ông sẽ thấy thích thú khi đưa ra một hình ảnh cho dễ hình dung về thời gian truyền đi xấp xỉ của ánh sáng, nhưng ông đã ngập ngừng khi sử dụng năm ánh sáng làm đơn vị khoảng cách. Theo ông bởi vì khi sử dụng khoảng cách theo năm ánh sáng sẽ làm mất đi độ chính xác trong dữ liệu đo thị sai của ông do nó nhân với một tham số chưa chính xác đó là tốc độ ánh sáng. Vào năm 1838 tốc độ ánh sáng vẫn chưa được đo chính xác; giá trị của nó thay đổi vào năm 1849 (Fizeau) và 1862 (Foucault). Khi ấy các nhà khoa học vẫn chưa coi nó là một hằng số cơ bản của tự nhiên, và sự lan truyền của ánh sáng qua môi trường aether hoặc không gian vẫn còn là điều bí ẩn. Tuy thế, đơn vị năm ánh sáng xuất hiện trong một cuốn sách phổ biến thiên văn học của nhà thiên văn học người Đức Otto Ule.[18] Nghịch lý về đơn vị khoảng cách có từ "năm" trong đó đã được Ule giải thích bằng cách so sánh với khoảng cách giờ đường trượt tuyết (hiking road hour, Wegstunde trong tiếng Đức). Một quyển sách tiếng Đức phổ biến thiên văn cùng thời cũng lưu ý tới độc giả năm ánh sáng là một tên gọi kỳ lạ.[19] Năm 1868 một tạp chí của Anh ghi nhận năm ánh sáng là đơn vị đo khoảng cách được sử dụng bởi các nhà khoa học Đức.[20] Eddington đã gọi năm ánh sáng là một đơn vị không thuận tiện và không thích hợp, mà thỉnh thoảng đi từ các tác phẩm đại chúng vào trong các khảo cứu kỹ thuật.[21]

Mặc dù trong thời hiện đại các nhà thiên văn thường sử dụng đơn vị parsec, năm ánh sáng cũng là đơn vị phổ biến sử dụng trong khoảng cách liên sao và liên thiên hà.

Sử dụng đơn vị[sửa | sửa mã nguồn]

Khoảng cách tính theo năm ánh sáng bao gồm giữa những ngôi sao trong cùng một khu vực, như chúng cùng thuộc về một nhánh xoắn ốc hoặc cụm sao cầu. Các thiên hà có đường kính từ vài nghìn đến vài trăm nghìn năm ánh sáng, và khoảng cách giữa các thiên hà lân cận hoặc khoảng cách giữa các cụm thiên hà lên tới hàng triệu năm ánh sáng và hàng chục triệu năm ánh sáng. Khoảng cách giữa các quasar và Bức tường lớn Sloan (Sloan Great Wall) lên tới hàng tỷ năm ánh sáng.

Một số bậc độ lớn theo độ dài năm ánh sáng
Tỷ lệ (ly) Giá trị Khoảng cách
10−9 &0000000382213511.09226040.4×109 ly Ánh sáng Mặt Trời phản chiếu từ bề mặt Mặt Trăng mất 1,2–1,3 giây để tới bề mặt Trái Đất (quãng đường &0000000000350000.000000350000 đến &0000000000400000.000000400000 kilômét).
10−6 &0000149479541466.77999915.8×106 ly Một đơn vị thiên văn (khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất). Ánh sáng mất xấp xỉ 499 giây (8,32 phút) để vượt qua khoảng cách này.[22]
&0001201512770017.800049127×106 ly Thiết bị thăm dò Huygens đáp xuống vệ tinh Titan của Sao Thổ và truyền dữ liệu về Trái Đất ở khoảng cách 1,2 billion kilômét.
&0004768208158180.700195504×106 ly Tàu New Horizons bay qua Pluto nằm cách Trái Đất 4,7 tỷ kilômét và tín hiệu mất 4 giờ 25 phút mới đến được mặt đất.
10−3 &0019299890164065.0000002.04×103 ly Tàu không gian bay xa nhất, Voyager 1, cho đến thời điểm năm 2014, nó nằm cách Trái Đất 18 giờ ánh sáng.[23] Con tàu sẽ mất khoảng &0000000000017500.00000017500 năm để đi được (&9460730472580800.0000001.0×100 ly) với vận tốc của nó 17 km/s (&0000000000016987.52000038000 mph) so với Mặt Trời. Ngày 12 tháng 9 năm 2013, các nhà khoa học NASA thông báo Voyager 1 đã tiến vào môi trường liên sao từ ngày 25 tháng 8 năm 2012, trở thành tàu vũ trụ đầu tiên của con người rời hệ Mặt Trời.[24]
100 &5137168756129090.0000001.6×100 ly Đám mây Oort có đường kính xấp xỉ 2 năm ánh sáng. Các nhà thiên văn ước đoán biên giới trong của nó nằm ở &0000000000050000.00000050000 au, và biên giới ngoài nằm ở &0000000000100000.000000100000 au.
&8921460945162090.0000002.0×100 ly Tầm ảnh hưởng xa nhất của trường hấp dẫn Mặt Trời (mặt cầu Hill/giới hạn Roche, &0000000000125000.000000125000 au). Vượt qua ranh giới này là trường hấp dẫn của môi trường liên sao.
&9924282594291090.0000004.22×100 ly Sao gần Mặt Trời nhất, Proxima Centauri, nằm cách 4,22 năm ánh sáng.[25][26]
&1362282064195982.0000008.60×100 ly Sirius, ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm. Nó có khối lượng gấp 2 lần và độ sáng tuyệt đối gấp 25 lần Mặt Trời, một phần vì khoảng cách của nó đến Mặt Trời nhỏ hơn 10 năm ánh sáng.
&2582692623719984.00000011.90×100 ly HD 10700 e, hành tinh ngoài hệ Mặt Trời nằm trong vùng thích nghi với điều kiện sống (habitable zone). Khối lượng gấp 6,6 lần Trái Đất, nó nằm ở giữa vùng có thể ở được của sao Tau Ceti.[27][28]
&3944974687910906.00000020.5×100 ly Gliese 581, một sao lùn đỏ với một vài hành tinh được phát hiện quay quanh.
&2826446500000406.000000310×100 ly Canopus, ngôi sao sáng thứ hai sau Sirius, được phân cấp sao siêu khổng lồ (supergiant) loại F và độ sáng tuyệt đối hơn &0000000000015000.00000015000 lần Mặt Trời.
103 &2191417742090080.0000003×103 ly A0620-00, lỗ đen gần nhất được biết đến, nằm cách khoảng &0000000000003000.0000003000 năm ánh sáng.
&8992287109968200.00000026×103 ly Trung tâm của Ngân Hà cách Trái Đất khoảng &0000000000026000.00000026000 năm ánh sáng.[29][30]
&3047258080000-400.000000100×103 ly Ngân Hà có đường kính khoảng &0000000000100000.000000100000 năm ánh sáng.
&0527975809004-800.000000165×103 ly R136a1, nằm trong Đám Mây Magellan Lớn, ngôi sao sáng nhất từng được biết đến với độ sáng gấp 8,7 triệu lần độ sáng của Mặt Trời, có cấp sao biểu kiến 12,77, chỉ sáng hơn 3C 273.
106 &6181452996860000.0000002.5×106 ly Thiên hà Tiên Nữ cách hệ Mặt Trời xấp xỉ 2,5 triệu năm ánh sáng.
&1417742090080000.0000003×106 ly Thiên hà Tam Giác (M33), nằm cách xa 3 triệu năm ánh sáng, là thiên thể xa nhất có thể nhìn bằng mắt thường.
&7882279022200000.00000059×106 ly Cụm thiên hà gần nhất, cụm thiên hà Xử Nữ (Virgo Cluster), cách xa 59 triệu năm ánh sáng.
&0000000150000000.000000150×106&8145209008000000.000000250×106 ly Khu vực hấp dẫn lớn (Great Attractor) nằm ở khoảng cách giữa 150 và 250 triệu năm ánh sáng (giá trị sau được ước tính gần đây).
109 &709709224-2000000.0000001.2×109 ly Bức tường lớn Sloan (Sloan Great Wall) (không nhầm với Tường lớn (Great Wall) và Tường lớn Hercules–Corona Borealis) đã được với chiều dài xấp xỉ 1 tỷ năm ánh sáng.
&4194004480000000.0000002.4×109 ly 3C 273, quasar sáng nhất trong vùng bước sóng khả kiến, cấp sao biểu kiến 12,9, chỉ mờ hơn R136a1. 3C 273 nằm cách 2,4 tỷ năm ánh sáng.
&6940902000000000.00000045.7×109 ly Khoảng cách đồng chuyển động từ Trái Đất đến biên giới của vũ trụ quan sát được là 45,7 tỷ năm ở bất kỳ hướng nào; đây là bán kính đồng chuyển động của vũ trụ quan sát được. Giá trị này lớn hơn tuổi của vũ trụnhư đo từ bức xạ nền vi sóng vũ trụ; điều này là do vũ trụ đang giãn nở kể từ thời điểm Vụ Nổ Lớn.

Các đơn vị liên quan[sửa | sửa mã nguồn]

Khoảng cách giữa các vật thể trong một hệ sao thường bằng phần nhỏ của một năm ánh sáng, và chúng thường được biểu diễn theo đơn vị thiên văn au. Tuy nhiên, đơn vị của những độ dài nhỏ hơn có thể dùng bằng cách nhân thời gian với tốc độ ánh sáng. Ví dụ, giây ánh sáng, mà hay sử dụng trong thiên văn học, vật lý tương đối tính và truyền thông tin, có giá trị bằng &0000000299792458.000000299792458 mét hay 1&0000000031557600.00000031557600 của một năm ánh sáng. Các đơn vị như phút ánh sáng, giờ ánh áng và ngày ánh sáng đôi khi được sử dụng trong các tác phẩm phổ biến khoa học. Tháng ánh sáng, gần bằng một phần mười hai của năm ánh sáng, cũng được sử dụng để đo xấp xỉ khoảng cách.[31][32] Bảo tàng không gian và Trái Đất Hayden (Hayden Planetarium) xác định tháng ánh sáng bằng chính xác 30 ngày ánh sáng truyền đi.[33]

Ánh sáng truyền xấp xỉ qua một foot trong một nano giây; do vậy thuật ngữ "foot ánh sáng" đôi lúc được sử dụng không chính thức để đo thời gian.[34]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Một nghìn tỷ bằng 1012 (một triệu triệu).
  2. ^ Một năm Julius chính xác bằng 365,25 ngày (hay &0000000031557600.00000031557600 s dựa trên định nghĩa một ngày bằng chính xác &0000000000086400.00000086400 giây trong hệ SI)[3]
  3. ^ Tốc độ ánh sáng được định nghĩa chính xác bằng &0000000299792458.000000299792458 m/s trong hệ SI.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ The Universe within 12.5 Light Years: The Nearest Stars
  2. ^ a ă â b International Astronomical Union, Measuring the Universe: The IAU and Astronomical Units, truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2013 
  3. ^ IAU Recommendations concerning Units, Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 2 năm 2007 
  4. ^ "Selected Astronomical Constants" in Astronomical Almanac, p. 6.
  5. ^ ISO 80000-3:2006 Quantities and Units - Space and Time
  6. ^ IEEE/ASTM SI 10-2010, American National Standard for Metric Practice
  7. ^ P. Kenneth Seidelmann biên tập (1992), Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, Mill Valey, California: University Science Books, tr. 656, ISBN 0-935702-68-7 
  8. ^ Basic Constants, Sierra College 
  9. ^ Marc Sauvage, Table of astronomical constants 
  10. ^ Robert A. Braeunig, Basic Constants 
  11. ^ C. W. Allen (1973), Astrophysical Quantities , London: Athlone, tr. 16, ISBN 0-485-11150-0 
  12. ^ Arthur N. Cox biên tập (2000), Allen's Astrophysical Quantities , New York: Springer-Valeg, tr. 12, ISBN 0-387-98746-0 
  13. ^ Nick Strobel, Astronomical Constants 
  14. ^ KEKB, Astronomical Constants 
  15. ^ Thomas Szirtes (1997), Applied dimensional analysis and modeling, New York: McGraw-Hill, tr. 60, ISBN 9780070628113 
  16. ^ Sun, Moon, and Earth: Light-year 
  17. ^ Bessel, Friedrich (1839). “On the parallax of the star 61 Cygni”. London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science 14: 68–72. Truy cập ngày 4 tháng 4 năm 2014.  Bessel's statement that light employs 10.3 years to traverse the distance.
  18. ^ Ule, Otto (1851). “Was wir in den Sternen lesen”. Deutsches Museum: Zeitschrift für Literatur, Kunst und Öffentliches Leben 1: 721–738. Truy cập ngày 4 tháng 4 năm 2014. 
  19. ^ Diesterweg, Adolph Wilhelm (1855). Populäre Himmelskunde u. astronomische Geographie. tr. 250. 
  20. ^ The Student and Intellectual Observer of Science, Literature and Art. Truy cập ngày 1 tháng 11 năm 2014. 
  21. ^ “Stellar movements and the structure of the universe”. Truy cập ngày 1 tháng 11 năm 2014. 
  22. ^ “Chapter 1, Table 1-1”, IERS Conventions (2003) 
  23. ^ WHERE ARE THE VOYAGERS?, truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2014 
  24. ^ NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space, truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2014 
  25. ^ NASA, Cosmic Distance Scales - The Nearest Star 
  26. ^ “Proxima Centauri (Gliese 551)”, Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy, and Spaceflight 
  27. ^ “Tau Ceti's planets nearest around single, Sun-like star”. BBC News. 19 tháng 12 năm 2012. Truy cập ngày 1 tháng 11 năm 2014. 
  28. ^ Tuomi, Mikko; Jones, Hugh R. A.; Jenkins, James S.; Tinney, Chris G.; Butler, R. Paul; Vogt, Steve S.; Barnes, John R.; Wittenmyer, Robert A.; O'Toole, Simon; Horner, Jonathan; Bailey, Jeremy; Carter, Brad D.; Wright, Duncan J.; Salter, Graeme S.; Pinfield, David (2012). “Signals embedded in the radial velocity noise: periodic variations in the τ Ceti velocities” (PDF). Bibcode:2013A&A...551A..79T. arXiv:1212.4277. doi:10.1051/0004-6361/201220509. 
  29. ^ Eisenhauer, F.; Schdel, R.; Genzel, R.; Ott, T.; Tecza, M.; Abuter, R.; Eckart, A.; Alexander, T. (2003), “A Geometric Determination of the Distance to the Galactic Center”, The Astrophysical Journal 597 (2): L121, Bibcode:2003ApJ...597L.121E, arXiv:astro-ph/0306220, doi:10.1086/380188 
  30. ^ McNamara, D. H.; Madsen, J. B.; Barnes, J.; Ericksen, B. F. (2000), “The Distance to the Galactic Center”, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 112 (768): 202, Bibcode:2000PASP..112..202M, doi:10.1086/316512 
  31. ^ Fujisawa, K.; Inoue, M.; Kobayashi, H.; Murata, Y.; Wajima, K.; Kameno, S.; Edwards, P. G.; Hirabayashi, H.; Morimoto, M. (2000), “Large Angle Bending of the Light-Month Jet in Centaurus A”, Publ. Astron. Soc. Jpn. 52 (6): 1021–26, Bibcode:2000PASJ...52.1021F, doi:10.1093/pasj/52.6.1021, Bản gốc lưu trữ ngày 2 tháng 9 năm 2009 
  32. ^ Junor, W.; Biretta, J. A. (1994), “The Inner Light-Month of the M87 Jet”, trong Zensus, J. Anton; Kellermann; Kenneth I., Compact Extragalactic Radio Sources, Proceedings of the NRAO workshop held at Socorro, New Mexico, February 11–12, 1994, Green Bank, WV: National Radio Astronomy Observatory (NRAO), tr. 97, Bibcode:1994cers.conf...97J 
  33. ^ Light-Travel Time and Distance by the Hayden Planetarium Accessed October 2010.
  34. ^ David Mermin (2009). It's About Time: Understanding Einstein's Relativity. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. tr. 22. ISBN 978-0-691-14127-5.