一天有多少秒，光年是什么单位？

第一次看到光年这个单位，大多数人是有点懵的。那些熟悉的单位，比如厘米还是长度单位，千克还是质量单位，怎么光年就不是时间单位了？照这逻辑，难道虎年是老虎一年跑的路程？猴年和马月都是长度了？没可比性，“光年”二字已经被赋予这样的含义，这叫木已成舟，而猴年马月还没有！但若你知道“光年”二字其实可连写为lightyear, 那么你就会发现，它与厘米（centimeter）差不多，两部分之间是乘的关系，正如厘（centi）表示百分之一，所以百分之一乘以米(meter)得到厘米(centimeter)，而光速乘以年自然就是长度了。好了，光年是长度，表示光在一年的时间内走过的距离的长度。但这里至少还有两个问题值得你搞清楚。第一个问题是，光速是按哪个光速来算？真空中的吗？答案是肯定的，真空中的光速是一个物理常数，用c表示，它的确切值是299792458 m/s 。所以第一个问题也就不是问题了。第二个问题是，这里的年到底是多长时间？呃，这个问题看起来有点麻烦！因为你知道，一年可能是365天，又可能是366天，而仔细想来，一天的具体长度也是变化的。所以，你说一年到底多长？好像一下子很难说清楚。不过，你大概知道，秒作为时间的基本单位，它的大小是确定的。因此，光年中的“年”如果是确定大小，那必定包含确定的秒数。我们来看下，常见的天和年，有哪些类型，它们所含秒数是不是确定的呢？先来看天，也就是日。第一个是太阳日（Solar day），它是太阳连续两次到达天空最高点之间经过的时间。它的值是86400秒。这数字有点巧吧？你大概知道，秒是根据原子物理来定义的，一个太阳日竟然刚好是243600秒，为什么？因为秒以前就是按照将一个太阳日分成86400份来定义的！直到1967年，才采用原子物理的方法重新定义，具体定义是：1秒定义为未受扰的基态的超精细能级之间的跃迁周期的9192631770倍。注意，虽然秒被重新定义了，但没有改变秒的实际大小，而是兼容了之前的定义（上面定义中的那个长长的数字，正是迁就之前的定义的结果）。也就是说，一天仍然近似是86400秒。只不过，秒的生产及复制的标准采用了更精密的原子物理的方法。当然，太阳日的时间实际上在变化。具体说有两方面的变化，一是在一年内会起伏，但这种起伏有正有负，因而不会积累；二是受到月球的引潮力的作用，地球自转会逐渐变慢，所以太阳日会逐渐变长，但这种变化非常慢。所以，总的来说，太阳日一般就认为是86400秒。第二个是恒星日（Sidereal day），是指地球某一条子午线连续两次正对同一颗恒星时的时间间隔。因为恒星是极其遥远的，所以这个时间就是地球自转360度的周期，为23小时56分4秒。换句话说，恒星日就是地球自转周期。由于引潮力的原因，地球自转周期会变长，所以恒星日的值也在微弱地增加。一个有意思的问题：太阳日为什么比恒星日要长一点？可以根据下图来理解。1和2之间是恒星日，地球刚好完成了一次完整的自转——某条子午线A再次正对恒星。但在2这个位置，子午线A处太阳的光并不是正好从头顶直射下来，地球须继续走一小段才能使太阳正对该处。这个过程中，地球再多转一个小小的角度，达到3这个位置时，太阳高度才达到最大，所以1和3之间是太阳日。它比恒星日长3分56秒。相比恒星日，太阳日这个名词用得更多。平时我们说一天，一般默认就是指太阳日，它就是24小时，即86400秒。我们说一年含有多少天里的“天”也是指太阳日。讲完了天，再来看年。首先是回归年（Tropical year），又称为太阳年（Solar year），是指太阳连续两次通过春分点的时间间隔。每个回归年的具体长度是不同的，每过一年，回归年会产生6.14×天的长度变化。目前回归年的大小是365.24219879天，即365天5小时48分46秒，这是根据计算121个回归年的平均值得到的。其次是恒星年（Sidereal year），它是指地球绕太阳一周实际所需的时间。也就是从地球上观测，以太阳和某一个恒星在同一位置上为起点，当观测到太阳再回到这个位置时所需的时间。一个恒星年比一个回归年长约20分24秒。需要说明的是，恒星年与回归年是两种不同的时间体系，恒星年只在天文上使用，它记录的是原子时。回归年也好，恒星年也好，都是变化的，换句话说，这些年所包含的秒数都是不完全确定的。既然这些年的时间长度不确定，那么光年里的这个“年”不可能是这些“年”中的任何一个，否则光年就变成了不确定的长度了。光年中的“年”是另外重新定义的一种年，叫儒略年（Julian Year），它等于365.25个太阳日，即365.2586400s 。儒略年原本是指儒略历中的一年的长度，指365天或366天，平均为365.25天。儒略历由凯撒大帝在希腊数学家和天文学家的帮助下设计，并于公元前45年1月1日起开始使用。因为它比实际的太阳年（365.24219879天）明显大一些，每隔128年就会增加一天，这个误差有点大，所以在1582年被公历年取代。现在，儒略年只是天文中测量时间的单位，它的大小是365.2586400秒，也就是365.25个太阳日。儒略年并不对应特定的历史年份，因此儒略年现在与任何历法都没有关联，也与任何其他形式年的定义没有关联。再说一下我们日常生活中常说的那个年，它叫公历年（Gregorian year），它是公历（Gregorian calendar）中规定的一年的平均长度。公历也叫格里历，由罗马教皇格里高利十三世批准颁行，并于1582年10月15日开始使用。公历年的大小为365.2425天，也就是365.2425X86400秒，与实际的太阳年的长度365.24219879天非常接近，在将近7700年的时间内也只会导致一天的误差，这就是格里历能取代儒略历的原因。你可能会问，既然公历年的平均长度比儒略年的值更接近回归年，为什么不采用它来定义光年单位中的“年”呢？简单的说就是，公历年牵扯到太多的东西，而儒略年既然已经退出历史舞台赋闲在家，用它来定义一个新的单位，不会有啥不好的影响，还顺便纪念了一下这个在历史上长期使用的历法年。实际上，儒略年并不是国际单位制（SI）中的计量单位，而是专门为国际天文学联合会（IAU）使用的单位，并成为了光年定义的基础。下面来算一下，1光年的长度到底有多大？不错，9460730472580800米，这就是1光年的确切长度。注意，“确切”二字说明它没有任何近似，它的值是被人为定义的。所以，光年与真空中的光速一样，也是一个被定义的确切值！END 转载内容仅代表作者观点不代表中科院物理所立场如需转载请联系原公众号来源：大学物理学编辑：荔枝果冻

一天有多少秒，光年是什么单位？

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