Lichtjahr
| Lichtjahre ⓘ | |
|---|---|
 Karte mit den Sternen, die innerhalb von 12,5 Lichtjahren von der Sonne entfernt sind | |
| Allgemeine Informationen | |
| Einheitensystem | Astronomische Einheiten |
| Einheit der | Länge |
| Symbol | ly |
| Umrechnungen | |
| 1 ly in ... | ... ist gleich ... |
| metrischen (SI) Einheiten | 9.4607×1015 m 9.46075 Pm |
| imperiale und US-Einheiten | 5,8786×1012 mi |
| Astronomische Einheiten | 63241 au 0,3066 pc |
Ein Lichtjahr ist eine große Längeneinheit, die zur Angabe astronomischer Entfernungen verwendet wird und etwa 9,46 Billionen Kilometer (9,46×1012 km) oder 5,88 Billionen Meilen (5,88×1012 mi) entspricht. Nach der Definition der Internationalen Astronomischen Union (IAU) ist ein Lichtjahr die Entfernung, die das Licht in einem Vakuum in einem Julianischen Jahr (365,25 Tage) zurücklegt. Da der Begriff Lichtjahr das Zeitmessungswort "Jahr" enthält, wird er manchmal als Zeiteinheit missverstanden. ⓘ
Das Lichtjahr wird am häufigsten zur Angabe von Entfernungen zu Sternen und anderen Entfernungen im galaktischen Maßstab verwendet, vor allem in nichtfachlichen Kontexten und populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen. Die in der professionellen Astronomie am häufigsten verwendete Einheit ist das Parsec (Symbol: pc, etwa 3,26 Lichtjahre), das sich aus der Astrometrie ableitet; es ist die Entfernung, bei der eine astronomische Einheit einen Winkel von einer Bogensekunde einnimmt. ⓘ
Definitionen
Nach der Definition der IAU ist das Lichtjahr das Produkt aus dem Julianischen Jahr (365,25 Tage im Gegensatz zum Gregorianischen Jahr mit 365,2425 Tagen) und der Lichtgeschwindigkeit (299792458 m/s). Diese beiden Werte sind im System der astronomischen Konstanten der IAU (1976) enthalten, das seit 1984 verwendet wird. Daraus lassen sich die folgenden Umrechnungen ableiten. Die von der IAU anerkannte Abkürzung für Lichtjahr ist "ly", obwohl andere Normen wie ISO 80000 "l.y." verwenden. Außerdem sind lokalisierte Abkürzungen häufig, wie "al" im Französischen (von année-lumière), im Spanischen (von año luz), im Italienischen (von anno luce), "Lj" im Deutschen (von Lichtjahr), usw. ⓘ
ⓘ1 Lichtjahr = 9460730472580800 Meter (genau) ≈ 9,461 Petrometer ≈ 9,461 Billionen Kilometer (5,879 Billionen Meilen) ≈ 63241.077 Astronomische Einheiten ≈ 0,306601 Parsecs
Vor 1984 waren das tropische Jahr (nicht das julianische Jahr) und eine gemessene (nicht definierte) Lichtgeschwindigkeit im IAU-System der astronomischen Konstanten (1964) enthalten, das von 1968 bis 1983 verwendet wurde. Das Produkt aus Simon Newcombs mittlerem tropischen Jahr J1900.0 von 31556925,9747 Ephemeridensekunden und einer Lichtgeschwindigkeit von 299792,5 km/s ergab ein Lichtjahr von 9,460530×1015 m (gerundet auf die sieben signifikanten Stellen der Lichtgeschwindigkeit), das in mehreren modernen Quellen zu finden ist und wahrscheinlich aus einer alten Quelle wie C. W. Allens Nachschlagewerk Astrophysical Quantities von 1973, das im Jahr 2000 aktualisiert wurde und den oben zitierten Wert der IAU (1976) enthält (auf 10 signifikante Stellen abgeschnitten). ⓘ
Andere hochpräzise Werte sind nicht von einem kohärenten IAU-System abgeleitet. Ein Wert von 9,460536207×1015 m, der in einigen modernen Quellen zu finden ist, ist das Produkt aus einem durchschnittlichen gregorianischen Jahr (365,2425 Tage oder 31556952 s) und der definierten Lichtgeschwindigkeit (299792458 m/s). Ein anderer Wert, 9,460528405×1015 m, ist das Produkt aus dem mittleren tropischen Jahr J1900.0 und der definierten Lichtgeschwindigkeit. ⓘ
Die für Lichtjahre und Vielfache von Lichtjahren verwendeten Abkürzungen sind
- "ly" für ein Lichtjahr
- "kly" für ein Kilolichtjahr (1.000 Lichtjahre)
- "Mly" für ein Megalichtjahr (1.000.000 Lichtjahre)
- "Gly" für ein Gigalichtjahr (1.000.000.000 Lichtjahre) ⓘ
Geschichte
Die Einheit Lichtjahr entstand einige Jahre nach der ersten erfolgreichen Messung der Entfernung zu einem anderen Stern als der Sonne durch Friedrich Bessel im Jahr 1838. Es handelte sich um den Stern 61 Cygni, und er verwendete ein von Joseph von Fraunhofer entwickeltes Heliometer mit einem Durchmesser von 160 Millimetern (6,2 Zoll). Die größte Einheit zur Angabe von Entfernungen im Weltraum war damals die astronomische Einheit, die dem Radius der Erdumlaufbahn von 150 Millionen Kilometern entsprach (93 Millionen Meilen). Trigonometrische Berechnungen, die auf der Parallaxe von 61 Cygni von 0,314 Bogensekunden basierten, ergaben, dass die Entfernung zu diesem Stern 660.000 Astronomische Einheiten (9,9×1013 km) betrug. Bessel fügte hinzu, dass das Licht 10,3 Jahre braucht, um diese Entfernung zu überwinden. Er erkannte, dass seine Leser die ungefähre Transitzeit des Lichts gerne im Kopf haben würden, verzichtete aber darauf, das Lichtjahr als Einheit zu verwenden. Möglicherweise hat er sich dagegen gesträubt, Entfernungen in Lichtjahren auszudrücken, weil dies die Genauigkeit seiner Parallaxendaten aufgrund der Multiplikation mit dem unsicheren Parameter der Lichtgeschwindigkeit verringern würde. ⓘ
Die Lichtgeschwindigkeit war 1838 noch nicht genau bekannt; ihr Wert änderte sich 1849 (Fizeau) und 1862 (Foucault). Sie galt noch nicht als fundamentale Naturkonstante, und die Ausbreitung des Lichts durch den Äther oder den Raum war noch rätselhaft. ⓘ
Die Einheit Lichtjahr tauchte 1851 in einem populären deutschen astronomischen Artikel von Otto Ule auf. Ule erklärte die Seltsamkeit einer Entfernungseinheit, die auf "Jahr" endet, indem er sie mit einer Wegstunde verglich. ⓘ
Ein zeitgenössisches deutsches populärastronomisches Buch bemerkte ebenfalls, dass Lichtjahr ein merkwürdiger Name ist. Im Jahr 1868 bezeichnete eine englische Zeitschrift das Lichtjahr als eine von den Deutschen verwendete Einheit. Eddington nannte das Lichtjahr eine unbequeme und irrelevante Einheit, die sich manchmal aus dem Volksgebrauch in technische Untersuchungen eingeschlichen hatte. ⓘ
Obwohl moderne Astronomen oft das Parsec bevorzugen, wird das Lichtjahr auch gerne verwendet, um die Ausdehnung des interstellaren und intergalaktischen Raums zu messen. ⓘ
Das Lichtjahr ist eine astronomische Längeneinheit. Sie wird oft zur Angabe kosmischer Entfernungen in der astronomischen Öffentlichkeitsarbeit benutzt. Im wissenschaftlichen Umfeld ist jedoch Parsec üblicher. ⓘ
Wie bei jeder Längeneinheit lässt sich auch vom Lichtjahr durch Potenzierung ein Raummaß zur Angabe von Volumina ableiten. In diesem Fall ergibt sich dadurch die Einheit Kubiklichtjahr, die dem Volumen eines Würfels mit einer Kantenlänge von einem Lichtjahr entspricht (8.4673e47 m³). ⓘ
Verwendung des Begriffs
Entfernungen, die in Lichtjahren ausgedrückt werden, umfassen die Entfernungen zwischen Sternen, die sich in demselben allgemeinen Gebiet befinden, wie z. B. Sterne, die zu demselben Spiralarm oder Kugelsternhaufen gehören. Galaxien selbst haben einen Durchmesser von einigen tausend bis einigen hunderttausend Lichtjahren und sind von benachbarten Galaxien und Galaxienhaufen durch Millionen von Lichtjahren getrennt. Die Entfernungen zu Objekten wie Quasaren und der Sloan Great Wall gehen in den Bereich von Milliarden von Lichtjahren. ⓘ
| Maßstab (ly) | Wert | Element ⓘ |
|---|---|---|
| 10−9 | 4,04×10-8 ly | Das von der Mondoberfläche reflektierte Sonnenlicht benötigt 1,2-1,3 Sekunden, um die Strecke bis zur Erdoberfläche zurückzulegen (und legt dabei etwa 350000 bis 400000 Kilometer zurück). |
| 10−6 | 1,58×10-5 ly | Eine astronomische Einheit (die Entfernung von der Sonne zur Erde). Das Licht benötigt für diese Strecke etwa 499 Sekunden (8,32 Minuten). |
| 1,27×10-4 ly | Die Huygens-Sonde landet auf dem Titan vor dem Saturn und sendet Bilder von dessen Oberfläche, 1,2 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. | |
| 5,04×10-4 ly | New Horizons trifft in 4,7 Milliarden Kilometern Entfernung auf Pluto und braucht 4 Stunden und 25 Minuten, um die Erde zu erreichen. | |
| 10−3 | 2,04×10-3 ly | Die am weitesten entfernte Raumsonde, Voyager 1, war im Oktober 2014 etwa 18 Lichtstunden (130 au, 19,4 Milliarden km, 12,1 Milliarden mi) von der Erde entfernt. Bei ihrer derzeitigen Geschwindigkeit von etwa 17 km/s (38000 mph, 61 200 km/h) relativ zur Sonne wird sie etwa 17500 Jahre brauchen, um ein Lichtjahr zu erreichen. Am 12. September 2013 gaben NASA-Wissenschaftler bekannt, dass Voyager 1 am 25. August 2012 in das interstellare Medium eingetreten ist und damit das erste von Menschenhand geschaffene Objekt war, das das Sonnensystem verlassen hat. |
| 2,28×10-3 ly | Voyager 1 im Oktober 2018, fast 20 Lichtstunden (144 au, 21,6 Milliarden km, 13,4 Milliarden mi) von der Erde entfernt. | |
| 100 | 1,6×100 ly | Die Oortsche Wolke hat einen Durchmesser von etwa zwei Lichtjahren. Ihre innere Grenze wird bei 50000 Au vermutet, die äußere Grenze bei 100000 Au. |
| 2,0×100 ly | Maximale Ausdehnung der gravitativen Dominanz der Sonne (Hill-Sphäre/Roche-Sphäre, 125000 au). Jenseits davon befindet sich das tiefe ex-solare gravitative interstellare Medium. | |
| 4,24×100 ly | Der nächstgelegene bekannte Stern (außer der Sonne), Proxima Centauri, ist etwa 4,24 Lichtjahre entfernt. | |
| 8,6×100 ly | Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel. Er ist doppelt so massereich und leuchtet 25 Mal heller als die Sonne und überstrahlt aufgrund seiner relativen Nähe hellere Sterne. | |
| 1,19×101 ly | HD 10700 e, ein extrasolarer Kandidat für einen bewohnbaren Planeten. Er ist 6,6-mal so massiv wie die Erde und befindet sich in der Mitte der bewohnbaren Zone des Sterns Tau Ceti. | |
| 2,05×101 ly | Gliese 581, ein roter Zwergstern mit mehreren nachweisbaren Exoplaneten. | |
| 3,1×102 ly | Canopus, nach Sirius der zweithellste Stern am irdischen Himmel, ein heller Riese vom Typ A9, der 10700-mal heller leuchtet als die Sonne. | |
| 103 | 3×103 ly | A0620-00, das zweitnächste bekannte Schwarze Loch, ist etwa 3000 Lichtjahre entfernt. |
| 2,6×104 ly | Das Zentrum der Milchstraße ist etwa 26000 Lichtjahre entfernt. | |
| 1×105 ly | Die Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100000 Lichtjahren. | |
| 1,65×105 ly | R136a1 in der Großen Magellanschen Wolke, der leuchtstärkste bekannte Stern mit der 8,7 Millionenfachen Leuchtkraft der Sonne, hat eine scheinbare Helligkeit von 12,77 und ist damit nur wenig heller als 3C 273. | |
| 106 | 2,5×106 ly | Die Andromedagalaxie ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. |
| 3×106 ly | Die Dreiecksgalaxie (M33) ist mit einer Entfernung von etwa 3 Millionen Lichtjahren das am weitesten entfernte mit bloßem Auge sichtbare Objekt. | |
| 5,9×107 ly | Der nächstgelegene große Galaxienhaufen, der Virgo-Haufen, ist etwa 59 Millionen Lichtjahre entfernt. | |
| 1,5×108 - 2,5×108 ly | Der Große Attraktor liegt in einer Entfernung von 150 bis 250 Millionen Lichtjahren (letzteres ist die neueste Schätzung). | |
| 109 | 1,2×109 ly | Die Sloan Great Wall (nicht zu verwechseln mit Great Wall und Her-CrB GW) wurde in einer Entfernung von etwa einer Milliarde Lichtjahren gemessen. |
| 2,4×109 ly | 3C 273, der optisch hellste Quasar, mit einer scheinbaren Helligkeit von 12,9, etwas schwächer als R136a1. 3C 273 ist etwa 2,4 Milliarden Lichtjahre entfernt. | |
| 4,57×1010 ly | Die Entfernung von der Erde zum Rand des sichtbaren Universums beträgt in jeder Richtung etwa 45,7 Milliarden Lichtjahre; dies ist der Bewegungsradius des beobachtbaren Universums. Dies ist größer als das Alter des Universums, das durch die kosmische Hintergrundstrahlung bestimmt wird; warum dies möglich ist, erfahren Sie hier. |
Weitere Beispiele → siehe Liste von Größenordnungen der Länge. ⓘ
Berechnung
Im Folgenden wird erklärt, wie man die Lichtjahre-Entfernung berechnet: ⓘ
Wobei:
- 299 792 458 ist die Anzahl der Meter, die das Licht in einer Sekunde zurücklegt.
- 60 ist die Anzahl der Sekunden in einer Minute.
- Die anderen 60 sind die Anzahl der Minuten in einer Stunde.
- 24 ist die Anzahl der Stunden an einem Tag.
- 365,25 ist die Anzahl der Tage in einem Julianischen Jahr. ⓘ
Verwandte Einheiten
Entfernungen zwischen Objekten innerhalb eines Sternensystems sind in der Regel kleine Bruchteile von Lichtjahren und werden normalerweise in astronomischen Einheiten ausgedrückt. Kleinere Längeneinheiten können jedoch auch durch Multiplikation von Zeiteinheiten mit der Lichtgeschwindigkeit gebildet werden. Die Lichtsekunde beispielsweise, die in der Astronomie, Telekommunikation und relativistischen Physik verwendet wird, entspricht genau 299792458 Metern oder 1⁄31557600 eines Lichtjahres. Einheiten wie die Lichtminute, die Lichtstunde und der Lichttag werden manchmal in populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen verwendet. Der Lichtmonat, etwa ein Zwölftel eines Lichtjahres, wird ebenfalls gelegentlich für Näherungswerte verwendet. Das Hayden-Planetarium gibt den Lichtmonat genauer als 30 Tage Lichtlaufzeit an. ⓘ
Licht legt in einer Nanosekunde etwa einen Fuß zurück; der Begriff "Lichtfuß" wird manchmal als informelles Zeitmaß verwendet. ⓘ
Definition
Ein Lichtjahr ist laut der Internationalen Astronomischen Union (IAU) definiert als die Strecke, die eine elektromagnetische Welle wie das Licht in einem julianischen Jahr im Vakuum zurücklegt. Es gibt mehrere Definitionen für ein Jahr. So gibt es das tropische Jahr, das gregorianische Jahr, das julianische Jahr und das siderische Jahr. Diese weichen bis zu 0,005 Prozent voneinander ab, was bei genaueren Angaben zu Divergenzen führt. Daher hat die Internationale Astronomische Union empfohlen, ein „Jahr“ ohne genauere Angaben als julianisches Jahr (= exakt 365,25 Tage) auszulegen. Analog zum Lichtjahr werden die Einheiten Lichtsekunde, Lichtminute, Lichtstunde und Lichttag definiert. ⓘ
Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Einheit „Meter“ über die Lichtgeschwindigkeit definiert, die mit dem Wert 299 792 458 m/s fixiert wurde. Daher entspricht ein Lichtjahr einer exakten ganzen Zahl von Metern:
ⓘLichtsekunde: 1 Ls = 299 792 458 m ≈ 3.0e5 km = 300 000 km Lichtminute: 1 Lm = 17 987 547 480 m ≈ 1.8e7 km = 18 Millionen km Lichtstunde: 1 Lh = 1 079 252 848 800 m ≈ 1.1e9 km = 1,1 Milliarden km Lichttag: 1 Ld = 25 902 068 371 200 m ≈ 2.6e10 km = 26 Milliarden km Lichtjahr: 1 Lj = 9 460 730 472 580 800 m ≈ 9.5e12 km = 9,5 Billionen km
Ein Lichtjahr entspricht des Weiteren etwa