1. 개요
光年 / Light Year (ly)빛이 진공에서 1년(= 365.25 d; d = 86 400 s)동안 진행하는 거리의 단위를 말한다. 거리의 단위이므로 차원은 [math(\sf L)]이다.
2. 상세
[math(\begin{aligned}1{\rm\,ly}&=299\,792\,458\,{\rm m/s}\times1{\rm\,a} \\ &= 299\,792\,458{\rm\,m/s}\times365.25{\rm\,d} \\ &= 299\,792\,458{\rm\,m/s}\times365.25\times86\,400{\rm\,s} \\ &= 9\,460\,730\,472\,580\,800{\rm\,m}\end{aligned})]
오차 없이 정확히 이 수치로, 9,460,730,472,580.8 km(9조 4,607억 km)에 달한다.
광속이 [math(299\,792\,458{\rm\,m/s})]로 정의되고, 천문학에서 1년은 율리우스년 = 365.25일#이기 때문에 광년 또한 정확하게 m로 환산될 수 있다.
천체끼리 너무나 멀리 떨어져 있는 우주에서는 이 광년과 함께 au(천문단위)나 pc(파섹) 등으로 거리를 표현한다.
- au(천문단위) - 지구와 태양사이의 거리[1]를 기준으로 한 단위. 1 au = 1.495978707 × 1011m.(149.5978707 Gm, 약 150,000,000 km)[2] 1광년은 약 63,239 au이다. 한편 지구-태양간 광속은 대략 500초, 약 8분 20초이다.
- pc(파섹) - 천체의 거리를 측정할 때 사용하는 방법 중 하나인 연주시차에서 시차가 1"[3]가 될 때의 거리를 기준으로 한 단위다. 1 pc ≒ 3.08567758 × 1016m.(30.8567758 페타미터, 약 30조km)[4] 약 3.2615637광년이다.
천문학에서는 광년의 기호를 [math(\rm ly)]로 표기하는데 비슷한 단위인 파섹은 pc라고 줄이고 킬로 메가 기가 등의 접두어을 붙여서 kpc이나 Mpc를 쓰지만 광년 ly는 그런 접두어를 붙여쓰는 경우는 드물다. 광년은 주로 일반인들을 대상으로 쓴 글에서 사용되기 때문인 듯하다. 천문학 논문에서는 광년 대신 파섹을 더 널리 쓰는 편이다. 연주시차를 적용할 수 있는 범위는 태양 근처 ~ 우리은하 내 항성들에 한정되므로 그 이상의 거리에서 파섹을 사용하는 것은 큰 의미가 없지만, 허블 상수를 비롯하여 천체의 절대등급과 실시등급의 관계를 계산하는 거리지수 공식 등이 대부분 파섹을 기준으로 이미 쓰여져 있기 때문에 파섹을 사용하는 편의 계산이 더 깔끔하기 때문이다. 경로의존성에 의한 오래된 관행에 가깝다.
자매품으로 다음이 있다. 이하 자매품들은 광년에 비하면 사용 빈도가 낮다. 현실은 물론이요 SF나 스페이스 오페라에서조차도 광년 단위를 가볍게 넘는 워프가 흔하다보니 '광년보다 짧다' 이런 느낌으로 쓰는 단위이거나, 광학 병기를 주무장으로 동원하는 경우 광초가 교전 거리를 나타낼 때 쓰이는 편이다.
- 나노광초 - 1광초의 1/1,000,000,000거리. 대략 30 cm(11.8인치 또는 약 1피트가량).
- 광초 - 빛이 진공에서 1초 동안 진행하는 거리. 299,792,458 m.[5](약 300,000km) 참고로 지구와 달 간의 평균 거리는 약 1.282광초.
- 광분 - 60광초. 1.7987547480 × 1010 m.[6] 참고로 지구와 태양 간의 평균 거리는 대략 8.317광분이다.
- 광시 - 60광분. 1.0792528488 × 1012 m.[7] 명왕성 궤도의 긴 반지름 쪽은 5.473광시라고 한다.
- 광일 - 24광시. 2.59020683712 × 1013 m.[8]
- 광주 - 7광일. 1.813144785984 × 1014 m.[9]
- 참고로 광월은 없다. 천문단위계에 한 달이라는 기한의 정의가 없기 때문이다.[10] 하지만 객관적으로, 1광년의 12분의 1을 광월의 평균값으로 생각할 수는 있다. 하지만, 차라리 소수 표현으로 0.1광년 같은 식으로 쓰는게 훨씬 편하기도 하다.
가끔 광년 때문에 시간의 단위로 착각하는 사람이 있는데 시간이 아니라 거리의 단위다. 착각하지 말자. 이 혼란은 독일의 천문학자 프리드리히 베셀(Friedrich Bessel, 1784 ~ 1846)이 최초로 다른 별(백조자리의 근처에 있는 61 Cygni)과의 거리 측정에 성공한 것을 전하면서 'Das licht gebraucht etwas über 10 Jahre, um diese grosse Entfernung zu durchlaufen.'(빛이 이 큰 거리를 지나가는 데에 약 10년 이상이 걸린다)라고 표현한 게 발단인 것으로 추정된다.[11] 베셀 이후 독일의 천문학계에선 '광년'이라는 단위가 자리잡히기 시작했는데, 독일의 천문학자들 사이에서도 '광년'이라는 용어 자체에 의구심을 갖는 흐름은 있어왔다. 대표적으로 독일의 천문학자 오토 울레(Otto Ule, 1820 ~ 1876)는 자국어에서 '도보로 1시간 거리'를 의미하는 관용어로 쓰이는 '길 시간'(Wegstunde)[12]을 예로 들며 '광년'이라는 용어의 부적절성을 언급한 바 있다. '광년 거리'(light-year distance) 같이 길이의 단위임을 명확히 할 수 있는 어휘가 정식 용어로 채택되지 않은 점이 좀 아쉬운 부분.
심심풀이로 계산해 보면 알겠지만, 1 au = 499.0광초 = 8광분 19광초이다. 이것이 의미하는 바는, 우리가 보는 태양은 평균 8분 19초 전의 태양이라는 것이다. 따라서 태양이 지금 폭발되어 부서진다고 해도 우리는 8분 19초 동안 그 사실을 알 방법이 없다.[13] 그러한 이유로 우리가 보고 있는 별들 또한 과거의 모습이다. 예를 들면 지구에서 2000광년 떨어진 별은 2000년 전의 모습이 우리에게 보이고 있는 것이며, 어쩌면 이미 죽어 없어진 별을 보고 있는 것일 수도 있다.
3. 예시
- 우리 은하에서 가장 가까운 다른 은하는 큰개자리 왜소은하인데 약 25,000광년 떨어져 있다.
- 우리 은하의 지름은 약 100,000광년이다.
- 우리 은하에서 안드로메다 은하까지의 거리는 약 2,540,000광년이다.
- 관측 가능한 우주의 지름은 약 93,000,000,000광년이다.
[1] 지구의 공전궤도는 알다시피 타원이기 때문에 타원궤도의 긴반지름 거리를 기준으로 한다.[2] 역시 말 그대로 정확히 이 수치다. 이 값은 측정값을 기준으로 국제천문연맹에서 정의한 값이며 실제 지구와 태양 사이의 거리와는 약간 다르다.[3] 1초라고 읽으며 1/3,600°, 원 전체 원주의 1/1296000이다. 참고로 1'도 있는데 이것은 1분이라고 읽고 1/60°, 원 전체 원주의 1/21600이다.[4] 이건 무리수, 그것도 환원 불능(casus irreducibilis)한 수이다. 다시 말해 이는 정확한 수치가 아니란 것이다. 그래서 = 대신에 ≒을 쓴 것이고, 2015년부터는 [math(1{\rm\,pc} = \dfrac{648\,000}\pi{\rm\,au})]로 정의가 바뀌었다.[5] 1m의 정의가 진공에서 빛이 1/299,792,458초 동안 나아간 거리다. 따라서 이것과 이하 4개는 전부 완전히 정확한 수치다. 이 수치는 지구 지름의 약 23배에 이르며, 원주율로 계산해보면, 1초에 지구 주위를 약 7.46바퀴를 돌 수 있을 정도로 어마어마하다.[6] 17,987,547.48 km(또는 17.98754748 기가미터, 약 18,000,000 km)[7] 1,079,252,848.8km(또는 1.0792528488 테라미터, 약 1,080,000,000 km)[8] 25,902,068,371.2km(또는 25.9020683712 테라미터, 약 25,900,000,000 km)[9] 181,314,478,598.4km(또는 181.3144785984 테라미터, 약 181,300,000,000 km)[10] 무엇보다도 한 달의 명확한 기준을 잡기도 어려워서일 수도 있다. 보통은 30일이지만 그건 12달 중 4달만 그렇다. 31일이라고 해도 7달밖에 되지 않기 때문에 절반을 조금 넘기는 수준에 불과하다.[11] 다만 그 역시 단위로서 'lichtjahr'(광년)라는 표현은 쓰지 않았던 것으로 보이는데, 이 당시에는 광속 불변의 원리가 아직 밝혀지기 전이라 광속이 오차가 있는 값이었고, 아마도 '광년'이라는 단위를 쓰면 유효숫자의 자리수가 줄어드는, 즉 정밀도가 떨어지는 점을 우려했을지도 모른다.[12] Weg이 '길'이고 Stunde가 '시간'을 의미하는데 Stunde는 '1시간(에 걸어갈 수 있는) 거리'를 의미하기도 한다. 한국어에서 흔히 쓰이는 표현인 '거기까지는 걸어서 10분이다'와 비슷하다고 보면 된다.[13] 물론 갑자기 아무 이유없이 태양이 폭발할 일은 없으므로(...), 그 징후와 과정(태양이 적색거성화 된 이후 헬륨 플래쉬로 인한 팽창 등)을 딜레이 된 상황에서 관찰하여 태양이 폭발할 것이라는 것을 예측할 수 있다.