一路有光
从某一天起,光走了多远?
选一个日期,用精确的光速算出从那天起光在同样时间里能走多远。附一张从月球到天狼星的距离尺度表,和一个在浏览器里就能用的小计算器。
怎么算
真空中的光速是精确的 299,792.458 公里/秒。这是国际单位制里定义出来的精确值,不是带误差的测量值。所以光在一段时间里走过的距离,就是经过的秒数乘以这个速度。
光年是光走一个儒略年(365.25 天,即 31,557,600 秒)的距离,约 9.46 万亿公里,是日地距离的 63,241 倍。
距离(光年)= 从那天起经过的秒数 ÷ 31,557,600
距离(天文单位)= 从那天起经过的秒数 ÷ 499.005
第二行用的是:光走完一个天文单位要 499.005 秒(8 分 19 秒)。天文单位是日地平均距离,国际天文学联合会 2012 年把它定为精确的 149,597,870.7 公里。
算一算
只填日期时,计算器的做法和「一路有光」App 一样:把那一刻看作落在那一整天里的某个时间,显示中间值;只有当那天最晚的时刻也已超过某个距离尺度,才算「已超过」。
距离尺度,以及光要走多久
| 距离尺度 | 多远 | 光需要 |
|---|---|---|
| 地月平均距离 | 约 38.4 万公里(1.28 光秒) | 1.28 秒 |
| 1 天文单位(日地平均距离) | 149,597,870.7 公里 | 8.3 分钟 |
| 海王星平均轨道距离 | 30.06 AU | 4 小时 10 分 |
| 旅行者 1 号穿越日球层顶处 | 121.7 AU | 16.9 小时 |
| 奥尔特云内缘(估计) | 约 2,000 AU | 11.6 天 |
| 奥尔特云外缘(估计) | 约 10,000 AU | 57.8 天 |
| 一光年 | 63,241 AU | 1 年 |
| 比邻星(最近的恒星) | 4.25 光年 | 4 年 91 天 |
| 天狼星(Dog Star) | 约 8.60 光年(± 0.036) | 约 8 年 7 个月(± 13 天) |
有两点值得看。一是太阳系结束得有多快:光约四个小时走完海王星的距离,不到一天就走完旅行者 1 号的距离。二是恒星来得有多慢:整整一年,光只走完去天狼星路程的 11.6% 左右。
这是距离尺度,不是目的地
这些数字都不表示某处发出的光真的经过了月球或海王星。从地球出发的光朝四面八方走,大多数方向上什么也没有。表里给的是尺度:这么长的时间,光能走这么远。这才是诚实的说法,App 里也通篇这么说。
为什么天狼星给的是窗口,而不是日期
天狼星的距离来自依巴谷(Hipparcos)卫星测得的视差:379.21 毫角秒,误差 ± 1.58。换算成距离是 8.60 光年,误差约 ± 0.036 光年,折合光行约 ± 13 天。所以「走到天狼星的距离」诚实地说是一个约 26 天宽的窗口;谁给你一个精确到某一天的日期,都是在声称比测量本身更高的精度。
常见问题
光一天能走多远?
约 173 个天文单位,约 259 亿公里,差不多是海王星到太阳距离的 6 倍。
一光年是多少公里?
约 9.46 万亿公里:299,792.458 公里/秒 × 一个儒略年的 31,557,600 秒。
光到天狼星要多久?
约 8.60 年,测量误差约 ± 13 天。
- 光速 299,792.458 km/s(SI 精确值);天文单位 149,597,870.7 km(IAU 2012 B2 决议);光年 = 光走一个 365.25 日儒略年(IAU)。与「一路有光」App 内计算用的是同一组常量。
- 月球、天文单位、海王星距离:NASA Basics of Space Flight,以及 NASA 韦伯望远镜科普页(1.28 光秒)。
- 旅行者 1 号在 121.7 AU 穿越日球层顶:NASA Voyager 1。
- 奥尔特云内外缘(估计值):NASA Oort Cloud。
- 比邻星 4.25 光年:NASA What is a light-year?
- 天狼星:Hipparcos 视差 379.21 ± 1.58 mas → 2.637 秒差距 ≈ 8.60 ± 0.036 光年(ESA Hipparcos)。
同系列