Năm ánh sáng

Năm ánh sáng

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 rộng
Ký hiệu	ly[2]
Đổi đơn vị
1 ly trong...	bằng...
hệ mét (SI)	9 460 730 472 580 800 m (chính xác) 9,4607 x 10^15m
đơn vị thiên văn	63.241 AU 0,3066 pc

Năm ánh sáng là đơn vị đo chiều dài sử dụng trong đo khoảng cách thiên văn. Theo những đo lường thực nghiệm, ánh sáng truyền đi trong chân không với vận tốc khoảng 300.000 km/s, do vậy, nó bằng khoảng 9,5 nghìn tỷ km 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 thể là parsec (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

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 (299792458 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 mét (chính xác bằng)
	≈ 9,461 peta mét
	≈ 9,461 nghìn tỷ kilomét
	≈ 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 2997925 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

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

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	404×10^−9 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 350000 đến 400000 kilômét).
10^−6	158×10^−6 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]
	127×10^−6 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 tỷ kilômét.
	504×10^−6 ly	Tàu New Horizons bay qua Sao Diêm Vương nằm cách Trái Đất 4,7 tỷ kilômét và tín hiệu mất 4 giờ 25 phút mới đến được mặt đất.
10^−3	204×10^−3 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 17500 năm để đi được (10×10^0 ly) với vận tốc của nó 17 km/s (38000 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]
10^0	16×10^0 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 50000 au, và biên giới ngoài nằm ở 100000 au.
	20×10^0 ly	Tầm ảnh hưởng xa nhất của trường hấp dẫn Mặt Trời (mặt cầu Hill/giới hạn Roche, 125000 au). Vượt qua ranh giới này là trường hấp dẫn của môi trường liên sao.
	422×10^0 ly	Sao gần Mặt Trời nhất, Proxima Centauri, nằm cách 4,22 năm ánh sáng.[25][26]
	860×10^0 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.
	1190×10^0 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]
	205×10^0 ly	Gliese 581, một sao lùn đỏ với một vài hành tinh được phát hiện quay quanh.
	310×10^0 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 15000 lần Mặt Trời.
10^3	3×10^3 ly	A0620-00, lỗ đen gần nhất được biết đến, nằm cách khoảng 3000 năm ánh sáng.
	26×10^3 ly	Trung tâm của Ngân Hà cách Trái Đất khoảng 26000 năm ánh sáng.[29][30]
	100×10^3 ly	Ngân Hà có đường kính khoảng 100000 năm ánh sáng.
	165×10^3 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.
10^6	25×10^6 ly	Thiên hà Tiên Nữ cách hệ Mặt Trời xấp xỉ 2,5 triệu năm ánh sáng.
	3×10^6 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.
	59×10^6 ly	Cụm thiên hà gần nhất, cụm thiên hà Xử Nữ (Virgo Cluster), cách xa 59 triệu năm ánh sáng.
	150×10^6 – 250×10^6 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).
10^9	12×10^9 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.
	24×10^9 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.
	457×10^9 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 trụ như 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

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 299792458 mét hay 1⁄31557600 của một năm ánh sáng. Các đơn vị như phút ánh sáng, giờ ánh sáng 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

• 1 peta mét (ví dụ khoảng cách bằng với cỡ năm ánh sáng)
• Giao thức Einstein (Einstein protocol)
• Độ dài Hubble
• SI
• Tốc độ ánh sáng
• Tháng ánh sáng
• Tuần ánh sáng
• Ngày ánh sáng
• Giờ ánh sáng
• Phút ánh sáng
• Giây ánh sáng.

Chú thích

1. Một nghìn tỷ bằng 10¹² (một triệu triệu).
2. Một năm Julius chính xác bằng 365,25 ngày (hay 31557600 s dựa trên định nghĩa một ngày bằng chính xác 86400 giây trong hệ SI)^[3]
3. Tốc độ ánh sáng được định nghĩa chính xác bằng 299792458 m/s trong hệ SI.

Tham khảo

1. The Universe within 12.5 Light Years: The Nearest Stars
2. ^ 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, truy cập ngày 20 tháng 6 năm 2017 Đã định rõ hơn một tham số trong |archiveurl= và |archive-url= (trợ giúp)
4. "Selected Astronomical Constants Lưu trữ 2014-07-26 tại Wayback Machine" 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, Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 12 năm 2008, truy cập ngày 20 tháng 6 năm 2017
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, Bản gốc lưu trữ ngày 9 tháng 9 năm 2007, truy cập ngày 20 tháng 6 năm 2017
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), Bản gốc lưu trữ ngày 19 tháng 4 năm 2014, truy cập ngày 20 tháng 6 năm 2017
23. WHERE ARE THE VOYAGERS?, truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2014
24. NASA Spacecraft Embarks on Historic Journey Into Interstellar Space, Bản gốc lưu trữ ngày 11 tháng 6 năm 2020, 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. ngày 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). arXiv:1212.4277. Bibcode:2013A&A...551A..79T. 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, arXiv:astro-ph/0306220, Bibcode:2003ApJ...597L.121E, 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, truy cập ngày 20 tháng 6 năm 2017 Đã định rõ hơn một tham số trong |archiveurl= và |archive-url= (trợ giúp)
32. Junor, W.; Biretta, J. A. (1994), “The Inner Light-Month of the M87 Jet”, trong Zensus, J. Anton; Kellermann; Kenneth I. (biên tập), 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.