「何万光年の光り」について

Question

はじめて、投稿させてもらいます。
次の２点について、ご存じの方は
よろしくお願いします。

・星の距離を、よく何万光年と天文学上、表現しますが
　1光年というのは？どういう意味ですか。
　それと、以前きいた話ですが、何万光年の光りを送ったその星は
　何万光年前の光りであるから、既に存在しない星もあると言うことを。
　ならば、既に存在しない星の光は無限に宇宙空間を渡って、どこまで
　行くのですか？
・それと、太陽の恵みで私たちは、光りと熱を与えられていますが
　宇宙飛行士が以前、「宇宙空間は氷点下のである」と言われていたのを
　記憶しているのですが、記憶違いでしょうか。
　だとすると、太陽が放つ宇宙線パルスと地球の大気との関係があって、
　地球の気温が保たれているのでしょうか。

starflora · Accepted Answer

>・星の距離を、よく何万光年と天文学上、表現しますが 
>　1光年というのは？どういう意味ですか。 
>　それと、以前きいた話ですが、何万光年の光りを送ったその星は 
>　何万光年前の光りであるから、既に存在しない星もあると言うことを。 
>　ならば、既に存在しない星の光は無限に宇宙空間を渡って、どこまで 
>　行くのですか？
　
　　まず、１光年というのは、「長さ・距離」の単位です。丁度、１メートルとか、古い日本の単位で、１里というようなものと同じ、長さ・距離の単位です。
　　１光年は、光が、１年間かかって進む距離で定義されます。光は、１秒に３０万キロメートル進みますから、１光年は、１光年＝300,000Ｘ60Ｘ60Ｘ24Ｘ365 キロメートルに等しいということになります。これは非常に大きな数字で、大きな距離です。これは、9.4608Ｘ10^16キロメートルです。約９兆４６００億キロメートルです。
　　因みに、天文学で使う、大きな距離の単位は、光年の他に、「パーセク」というものがあります。パーセクの定義は割愛しますが、１パーセクは大体３光年ぐらいです。
　
　　二つ目の問いの答えは、これは、宇宙がもし無限であれば、無限に拡散し広がって行くことになります。（ただし、理論的には、星から出た光は有限の量ですから、無限に拡散して行くと、結果的にゼロになるということになります）。
　　もし宇宙が有限で、リーマン型、つまり閉じた超球的であると、星から出た光は、宇宙を一周して、また戻って来て、更にそこから広がって行くことになり、星の光は、膨大な時間をかけて、宇宙を永遠にめぐって行くと言うことになります。ただし、宇宙の寿命が永遠でない場合、宇宙終末時に、その光は終末の過程に巻き込まれるでしょう。
　　なお、現実の宇宙には、天体があり、宇宙塵があり、ダークマターがあり、ブラックホールがありで、光は、天体や塵やブラックホールに吸収され、段々と量が減って行き、無限に拡散したり、永遠に広がる前に、最後はすべて吸収されて消えてしまうということになります。これは、宇宙が無限や永遠であるかないかに関係なくそうです。 

　
>・それと、太陽の恵みで私たちは、光りと熱を与えられていますが 
>　宇宙飛行士が以前、「宇宙空間は氷点下のである」と言われていたのを 
>　記憶しているのですが、記憶違いでしょうか。 
>　だとすると、太陽が放つ宇宙線パルスと地球の大気との関係があって、 
>　地球の気温が保たれているのでしょうか。　
　
　　宇宙空間は、氷点下というより、絶対零度に近い極低温状態にあります。
　　地球の大気が暖かいのは、大気が太陽の光やエネルギーで暖められるからですが、いつでも暖かいのは、大気から熱放射が起こり、熱が宇宙空間に逃れて大気温度が下がっても、太陽からのエネルギー放射が、大気に新しい熱を与え、また元の温度に戻るからです。大気の温度は、太陽からの受けるエネルギー総量が一定の場合、熱の放出と受容が均衡して一定に保たれているということになります。

　　ただし、これは地球の大気全体の状態について述べたもので、夜になると、太陽からのエネルギー供給がなくなりますし、昼になると回復すするというようなことがありますから、昼と夜の大気温度差などが周期的に出てきます。
　　なお、これは、大気が、現在の成分をそのまま維持した場合の話です。つまり、太陽からの光や熱やエネルギーが地球に達しても、大気の組成によって、反射と吸収の割合に変化が起こります。大気が、反射した太陽からのエネルギーは、宇宙空間に拡散して、大気には関係しなくなります。
　　大気の上空には、オゾンが多く含まれていて、高いエネルギーの紫外線などは反射して、地上にまで達しないようにしていたのですが、最近、オゾンが破壊され、大気の上空組成が変化して来ています。これが、オゾン層の破壊による環境危機と呼ばれているものです。
　　広い意味では、ヴァン・アレン帯と呼ばれる、荷電した粒子からなる地球を囲む帯も、地球大気だとも言えます。このヴァン・アレン帯は、普通の光や、紫外線・赤外線などは通しますが、Ｘ線とか、高いエネルギーを持つ太陽からの荷電粒子は反射します。ヴァン・アレン帯がなくなると、太陽や宇宙からの大きなエネルギーを持つＸ線や荷電粒子が地上に届くので、人間や生物が「被爆」するということになります。
　　その他にも色々なことがありますが、これぐらいに。

amu · Answer

光年については、いろいろなかたが述べられているので問題がないでしょう。
例えばボールを投げて1秒間に飛ぶ距離を「1ボール秒」と定義するようなものです。光の速度も有限なので、光が一年間に進む距離を物差代わりに使ってます。

　温度、というのは、大気の分子がどのくらいの早さで飛んでいるかを表す指標です。温度が高いほど大気分子の平均速度が大きいということです。そしてこの平均を出すには、ある程度まとまった量の分子数が必要となります。
　地球だと高度100kmを超えると、大気の密度が薄くなりすぎて、平均速度を出せないくらいになります。真空だと当然大気がないので、温度も定義できません。ちなみに、この温度という概念は大気分子に限らず液体や固体、電子などにも応用できます。

　地球の気温が保たれているのは、むしろたまたま地球から出る熱量と太陽から受け取る熱量がつりあう点が今の地球の状態だ、といったほうが正しいかと思います。今のまま地球環境が保たれるという保証はまったくありませんし、むしろ変動していくと考えるのが自然です。もっともその変動に要する時間は数万年以上の大きさとなります。

sen-sen · Answer

sesameさんのコメントにありました、
（あまりにかすかになって観測することはできないでしょうが）
は、まさに夜空の星が何故見えるのかパラドックスでした。この現象から光の粒子性をわかりやすく説明したのが田中先生の「夜空の星はなぜ見えるか」です。一度、ご覧になることをお勧めします。

ootorisama · Answer

こんにちわ
先ず、１光年は光の速さで、１年かかる距離のことです、ちなみに1秒で地球を７週半といわれてます
ですから、何万光年という距離にある星の光がめに見えるのは、何万年後ということになるわけです。そのあいだにその星が消滅している可能性もあるわけです。
それと、光は無限には、宇宙空間をわたりません、距離が離れるほどトーンが下がるのは、宇宙でも同じなのです。
宇宙のことを考えるとちっぽけなことが馬鹿らしく思えてきます、本当にすばらしい質問ですね

sesame · Answer

>>1光年というのは？どういう意味ですか。 
1光年とは光が1年で進む距離のことです。
光の速さは300,000km/sなので、1年では約9,460,000,000,000km（9兆4600億km）進みます。
これが1光年の長さです。

>>ならば、既に存在しない星の光は無限に宇宙空間を渡って、どこまで行くのですか？
どこまでも。
光は距離の二乗に反比例して減衰していきますが、消えてなくなってしまうことはありません。
一部は星間物質や天体に吸収されたりするでしょうが、大部分は無限に旅し続けることになります。
（あまりにかすかになって観測することはできないでしょうが）

>>宇宙飛行士が以前、「宇宙空間は氷点下のである」と言われていたのを
>>記憶しているのですが、記憶違いでしょうか。
宇宙は真空なので、そもそも「宇宙の温度」というものが存在しません。
地球で温度が測れるのは、大気があるからですね。
ただし、輻射熱（電磁波の形で届く熱）はあります。
太陽などの恒星以外の宇宙には、背景輻射といって、ごく弱い熱が宇宙を満たしているので、絶対零度よりは3度ほど温かいです。
しかし極低温であることには変わりありません。

>>だとすると、太陽が放つ宇宙線パルスと地球の大気との関係があって、 
>>地球の気温が保たれているのでしょうか。
地球の気温は太陽の輻射熱によって保たれています。
また、宇宙空間はたしかに冷たいですが、宇宙は真空ですから同時にきわめて効率のいい断熱材でもあります。
（魔法びんの内張りが真空になっていることを思い出してください）
真空は熱の伝導を遮断しますから、地球の大気の熱が伝導で宇宙空間に逃げていくことはありません。
地球から逃げていく熱は、赤外線などの輻射の形でだけです。
太陽からもたらされる熱と、地球から赤外線の形で逃げていく熱のつり合いがとれているので、地球の気温はほぼ一定に保たれているのです。

「何万光年の光り」について

光年については、いろいろなかたが述べられているので問題がないでしょう。

sesameさんのコメントにありました、

こんにちわ

>>1光年というのは？どういう意味ですか。

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