광년
1. 개요
광년(光年, light-year)은 국제천문연맹(IAU)이 정의한 길이의 단위로, 빛이 1 율리우스년(365.25일) 동안 진공에서 진행하는 거리를 의미한다. 정확히 9,460,730,472,580,800 미터(약 9.461 페타미터 또는 9.461조 킬로미터)에 해당하며, 천문학에서 별, 은하, 은하단 등 천체 간의 거리를 나타내는 데 주로 사용된다. 광년은 파섹(parsec)과 함께 사용되며, 일반 대중에게는 직관적인 이해를 돕는 데 유용하다. 광년으로 측정된 거리는 시간의 경과와 우주의 팽창을 고려하여 해석해야 하며, '광주', '광일', '광시', '광분', '광초' 등의 파생 단위도 존재한다.
| 명칭 | 광년 (光年) |
|---|---|
| 영어 명칭 | light-year |
| 독일어 명칭 | Lichtjahr |
| 기호 | ly |
| 단위계 | 비 SI 단위, 비 법정계량단위 |
| 물리량 | 길이 |
| 정의 | 빛이 자유 공간을 1년 (365.25일) 동안 진행하는 거리 |
| SI 단위 환산 | '9,460,730,472,580,800 미터 (정확히)' |
이미지 준비중입니다.
| 미터 | '9.4607 × 10^15 m' |
|---|---|
| 피터미터 | '9.46073 Pm' |
| 마일 | '5.8786 × 10^12 mi' |
| 천문단위 | 63,241 AU |
| 파섹 | 0.3066 pc |
| 관련 링크 | International Astronomical Union - Measuring the Universe: The IAU and Astronomical Units |
|---|---|
| 관련 링크 | EarthSky - How far is a light-year? |
-
1838년 과학 -
1838년 3월 25일 일식
-
1838년 과학 -
1838년 9월 18일 일식
-
천문학의 단위 -
광초
광초는 빛이 1초 동안 진공에서 이동하는 거리로, 통신 분야에서 데이터 전송 속도 제한 요소 및 통신 지연 시간 계산에 활용되며, 천문학에서는 천체 간 거리 측정에 유용하고, 광분, 광시, 광일, 광주, 광년 등의 배수 단위로 확장되어 사용된다. -
천문학의 단위 -
태양반경
태양반경은 태양의 반지름을 나타내는 천문학적 단위로, 국제천문연맹은 명목 태양 반지름을 695,700 km로 정의하며, 다른 천체 크기 비교나 태양 탐사선 궤도, 지구에서 보이는 태양의 시반경 및 시직경을 이해하는 데 사용된다. -
길이의 단위 -
보어 반지름
보어 반지름(<math>a_0</math>)은 물리 상수들로 정의되며, 약 5.292 × 10<sup>-11</sup> m의 값을 가지고, 보어 모형에서 가장 안쪽 전자 궤도의 반지름으로 제시되어 원자 크기를 나타내는 척도로 사용된다. -
길이의 단위 -
피트
피트는 다양한 정의와 기원을 가진 길이 단위로, 국제적으로는 0.3048 미터로 정의된 국제 피트가 표준이며, 역사적으로 여러 종류가 사용되었고 현재는 특정 분야에서 널리 쓰인다.
2. 정의
국제천문연맹(IAU)에 따르면, 광년은 율리우스년(정확히 365.25일 또는 86400 SI 초)과 빛의 속도()의 곱이다. 1984년부터 사용된 IAU (1976) 천문상수계에 이 두 값이 포함되어 있다.
1광년은 빛이 자유 공간에서 중력장 및 자기장의 영향을 받지 않고 1율리우스년(365.25일 = 31557600초) 동안 가는 거리이다. 진공에서의 광속은 정확히 이므로, 1광년은 정확히 이다. 이는 대략 ()이다.
1984년 이전에는 태양년(율리우스년이 아님)과 측정된 빛의 속도가 1968년부터 1983년까지 사용된 IAU (1964) 천문상수계에 포함되었다. 사이먼 뉴컴의 J1900.0 평균 태양년 역서초와 의 빛의 속도를 곱하면 (빛의 속도의 유효숫자 7자리로 반올림)의 광년이 나오는데, 이는 C. W. Allen의 1973년 Astrophysical Quantities 참고 자료와 같은 오래된 자료에서 유래되었을 가능성이 있다.
일관된 IAU 시스템에서 유도되지 않은 다른 고정밀 값도 있다. 일부 현대 자료에서 발견되는 값은 평균 그레고리력 연도(365.2425일 또는 )와 정의된 빛의 속도()를 곱한 값이다.
IAU가 사용하는 광년의 약어는 "ly"이다.
2.1. 환산
1 광년은 다음과 같이 다른 단위로 환산될 수 있다.
* (약 )
*
* (천문 단위)
* (파섹)
위의 값들은 모두 1 율리우스년(정확히 365.25일, 하루 86,400SI초, 총 31,557,600초) 기준, 빛의 속도 299,792,458m/s 로 정의되는 IAU 1976 개정 천문 상수계에 기반하며 1984년부터 사용되었다.
3. 역사
1838년 프리드리히 베셀이 태양 이외의 별 (백조자리 61)까지의 거리를 측정하는 데 성공한 후, 광년이라는 개념이 등장했다. 베셀은 헬리오미터를 사용하여 백조자리 61의 시차를 측정하고, 빛이 이 거리를 이동하는 데 10.3년이 걸린다는 것을 알아냈다. 1851년, 독일의 오토 울레가 쓴 천문학 논문에 광년 단위가 처음 등장했다. 초기에는 빛의 속도에 대한 불확실성 때문에 광년 사용을 주저하기도 했지만, 빛의 속도가 정확하게 측정되고 정의되면서 천문학에서 널리 사용되는 단위가 되었다.
국제천문연맹(IAU)은 1964년에 정한 태양년(율리우스년과 다름)과 광속의 실측값(정의값이 아님)을 천문상수 체계에 포함시켜 1968년부터 1983년까지 사용했다. 사이먼 뉴컴은 J1900.0의 평균 태양년 과 광속 을 사용하여 1광년을 으로 계산했다(광속의 유효숫자를 7자리로 반올림). 이 값은 몇몇 최근 문헌에도 기재되어 있지만, 아마도 1973년의 자료를 참조한 것으로 보이며, 해당 문헌은 2000년까지 개정되지 않았다.
1984년부터 사용된 현재 사용되는 광년의 값은 IAU 1976 개정 천문 상수계에 기반한다.
4. 활용
광년은 주로 항성 간 거리, 은하의 크기, 은하 간 거리를 나타내는 데 사용된다. 현대 천문학자들은 파섹을 선호하지만, 광년은 일반 대중에게 더 친숙하며, 우주의 광대함을 직관적으로 이해하는 데 도움을 준다.
광년으로 표현되는 거리는 같은 나선팔이나 구상성단에 속한 별들 사이의 거리를 포함한다. 은하 자체는 지름이 수천 광년에서 수십만 광년에 이르며, 이웃 은하와 은하단과는 수백만 광년 떨어져 있다. 퀘이사나 슬론 장성과 같은 천체까지의 거리는 수십억 광년에 달한다.
| 척도 (광년) | 값 | 항목 |
|---|---|---|
| 10−9 | 달 표면에서 반사된 태양광이 지구 표면까지 도달하는 데 걸리는 시간은 1.2~1.3초이다. | |
| 10−6 | 태양에서 지구까지의 거리인 하나의 천문단위. 빛이 이 거리를 이동하는 데는 약 499초(8.32분)가 걸린다. | |
| 10−6 | 호이겐스 탐사선이 토성의 위성 타이탄에 착륙하여 지구에서 12억 킬로미터 떨어진 표면에서 이미지를 전송한다. | |
| 10−6 | 뉴 호라이즌스가 47억 킬로미터 떨어진 명왕성에 도착했고, 통신이 지구에 도달하는 데 4시간 25분이 걸린다. | |
| 10−3 | 가장 멀리 있는 우주 탐사선인 보이저 1호는 2014년 10월 기준 지구에서 약 18광시 거리에 있었다. | |
| 10−3 | 2018년 10월 기준 보이저 1호는 지구에서 거의 20광시 떨어져 있다. | |
| 100 | 오르트 구름은 지름이 약 2광년이다. | |
| 100 | 천체가 태양을 공전할 수 있는 대략적인 최대 거리. | |
| 100 | 가장 가까운 알려진 별(태양 제외)인 프록시마 켄타우리는 약 4.24광년 떨어져 있다. | |
| 100 | 밤하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스. | |
| 100 | 거주 가능 행성 후보인 타우 세티 e. | |
| 100 | 여러 개의 외계 행성이 검출된 적색 왜성 글리제 581. | |
| 100 | 지구 하늘에서 시리우스 다음으로 밝은 카노푸스. | |
| 103 | 두 번째로 가까운 알려진 블랙홀인 A0620-00. | |
| 103 | 은하수 중심은 약 2만 6000광년 떨어져 있다. | |
| 103 | 은하수는 약 10만 광년에 걸쳐 있다. | |
| 103 | 대마젤란 은하에 있는 R136a1은 가장 밝은 별로 알려져 있다. | |
| 106 | 안드로메다 은하는 약 250만 광년 떨어져 있다. | |
| 106 | 약 300만 광년 떨어져 있는 삼각형자리 은하(M33)는 맨눈으로 볼 수 있는 가장 먼 천체이다. | |
| 106 | 가장 가까운 큰 은하단인 처녀자리 은하단. | |
| 106 | 거대 인력체는 1억 5천만 광년에서 2억 5천만 광년 사이의 거리에 있다. | |
| 109 | 슬론 장성. | |
| 109 | 광학적으로 가장 밝은 퀘이사인 3C 273. | |
| 109 | 지구에서 관측 가능한 우주의 가장자리까지의 동거리는 어느 방향으로든 약 457억 광년이다. |
1000광년은 kly(Kilo Light Year)로 약칭되며, 은하의 구조 크기 등을 표기하는 데 사용되는 경우가 있다.
100만 광년은 Mly(Mega Light Year)로 약칭되며, 은하나 은하단까지의 거리를 표기하는 데 사용되는 경우가 있다.
4.1. 관련 단위
국제천문연맹(IAU)에 따르면 1광년은 율리우스년(365.25일)과 빛의 속도의 곱으로, 그 값은 다음과 같다.
광년의 약어는 "ly"를 사용하며, 프랑스어, 스페인어, 이탈리아어 등에서는 année-lumière의 약자인 "al"을 사용하기도 한다.
광년의 배수 단위로는 킬로광년(kly), 메가광년(Mly), 기가광년(Gly) 등이 있다.
광년보다 작은 단위로는 광초, 광분, 광시, 광일, 광주 등이 있다. 예를 들어 광초는 빛이 1초 동안 이동한 거리로, 미터이다. 광월은 빛이 한 달 동안 이동한 거리로, 대략 광년의 1/12 정도이며, 빛이 30일 동안 이동한 거리로 정의하기도 한다.
| 단위 | 값 |
|---|---|
| 1광주 | |
| 1광일 | |
| 1광시 | |
| 1광분 | |
| 1광초 |
1광년은 약 이다.
5. 주의점
광년으로 표시되는 거리를 해석할 때는 시간의 경과를 반드시 고려해야 한다. 예를 들어 지구에서 1광년 떨어진 별을 관측할 때, 우리가 보는 빛은 그 별에서 1년 전에 출발한 것이다. 따라서 1년 전, 1광년 거리에 있던 별의 모습을 현재 지구에서 보고 있는 것이다. 만약 지금 그 별이 소멸하더라도, 지구에서는 1년 전의 빛만 볼 수 있기 때문에 1년 동안은 별이 여전히 존재하는 것처럼 보이고, 1년 후에야 비로소 별이 사라진 것을 알 수 있다.
큰 적색편이가 관측되는 매우 먼 천체의 경우, 해석에 더욱 주의해야 한다. 예를 들어 2014년 기준 가장 멀리 떨어진 천체인 MACS0647-JD는 적색편이 z = 10.7, 거리 133억 9200만 광년으로, 허블의 법칙에 따라 지구에서 광속의 98.5%인 295,444 km/s로 멀어지는 것처럼 "보인다". 하지만 이는 133억 9200만 년 전 이 천체에서 방출된 빛을 바탕으로 계산된 겉보기 값(광행거리, Light-travel distance영어)이다. 실제 현재 시점에서 이 천체는 319억 3900만 광년 거리(Comoving Distance영어)에 있으며, 후퇴 속도는 광속의 2배 이상인 695,115 km/s이다. 이러한 후퇴 속도는 계량 자체의 팽창 속도이며, 천체 근처의 국소 관성계에서 천체의 운동은 광속을 초과하지 않는다(광속 불변의 원리와 모순되지 않는다).
"관측 가능한 우주"의 크기는 약 457억 광년(14기가파섹)으로 추정되는데, 이는 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)의 적색편이 관측값 z = 1090으로 계산된 공동거리 값이다. 이는 탄생 후 약 38만 년 뒤의 우주가 팽창하여 현재 "있는" 위치에서, 현재의 우리까지의 거리를 의미한다. 즉, 457억 년 전의 빛을 지금 관측하는 것도, 457억 광년 떨어진 거리를 측정할 수 있는 것도 아니다. 관측 가능한 우주의 과거는 우주 탄생 시점인 138억 년 전이 한계이다. 138억 년에서 38만 년을 뺀 시간 이전의 빛을 낸 공간이 "현재" 457억 광년 앞까지 이동했다는 설명일 뿐, "457억 년 전"부터 "현재"까지 "457억 광년 앞의 그 공간"에서 무슨 일이 있었는지는 알 수 없다. 우주는 그보다 더 뻗어 있을 수 있지만, "(이론 검증을 위한) 관측이 불가능한 이상 생각해도 의미가 없다(＝이론이 증명될 수 없다)"는 것이 현재 우주론의 입장이다. "관측 가능한 우주"는 우주론의 관점에서 우리를 중심으로 하는 반지름 457억 광년의 구체이며, 이 구면이 우주론적 관점에서의 "우주의 끝", "우주의 크기"가 된다. CMB 관측 결과보다 과거의 우주 정보를 알 수 있는 수단으로 관측할 수 있다면, "관측 가능한 우주"는 더 커질 수 있다.
역설적이지만, 현재 관측되는 CMB 빛은 적색편이로 역산하면 공동거리로 3600만 광년밖에 진행하지 않았다는 결과가 나온다. (이 역시 3600만 년 전의 흑체 복사를 관측하는 것도, 3600만 광년 거리를 실측할 수 있는 것도 아니다.) 과거의 그보다 작은 공동거리에서 발생한 사건은 관측할 수 없다.
이처럼 광년 스케일에서의 해석이 모순처럼 보이는 이유는 우주 계량이 팽창하고 있다는 점과, 유한한 광속을 가진 '광년'을 거리 단위로 사용하기 때문에 발생하는 비일상성 때문이다.
6. 한국의 관점
광년은 시간 단위가 아니라 거리 단위임에도 불구하고, 한국에서는 시간을 나타내는 표현으로 오용되는 경우가 종종 있다. 이는 고대부터 이동 수단으로 특정 거리를 이동하는 데 걸리는 시간으로 거리를 측정해왔던 관습에서 비롯된 것으로 보인다. 예를 들어, 삼국지 위지 왜인전에는 검치국까지의 거리를 "배로 1년"이라고 표현했는데, 이는 배로 항해할 경우 1년의 시간이 필요하다는 의미이다.
현대에도 이러한 관습이 남아있어, 야마구치 모모에의 「사요나라의 저편」이나 더 옐로우 몽키의 「BRILLIANT WORLD」와 같은 일본 음악에서 "광년"을 시간을 나타내는 표현으로 사용한 사례를 찾아볼 수 있다.