英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
光年は、宇宙の途方もない隔たりを表すために使われる単位。名前に「年」と付くせいで誤解されることも多いが、その定義は光の速さと1年の決め方にしっかり支えられている。 このクイズでは、1光年の大きさや単位としての成り立ち、パーセクとの関係、観測可能な宇宙の広さを取り上げる。 さらに、光の速さがどのように測られてきたのか、木星の衛星の観測から現代の定義までの歴史もたどる。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01「年」と付く天文学の単位「光年」が表すのは何？
長さ
名前のせいで時間の単位と誤解されやすく、日本の漫画やゲームではその勘違いが笑いの種として使われることもある。
Q 02光が真空中を1秒間に進む距離はおよそどれくらい？
30万km
レーダーやGPSは、この速さをもとに電波の到達時間から目標までの隔たりを割り出す。ごく短い時間を非常に高い精度で測る必要がある。
Q 031光年先の星が今消滅しても、地球からはあとどれだけ見え続ける？
1年間
いま見ている光は、星を出てから時間をかけて届いたものだからだ。遠い天体の観測値を解釈するときは、必ず時間の経過を考慮する必要がある。
Q 04太陽以外で地球に最も近い恒星プロキシマ・ケンタウリまでの距離は？
4.2光年
一般向けの科学書やメディアでは、こうした天文学的な隔たりを、光が進むのにかかる年数で表すことが多い。
Q 05太陽の光が地球に届くまでの時間は、現代の値でどれくらい？
8分19秒
ニュートンは1704年の著書『光学』で、この時間を「7分から8分」と記していた。
Q 061光年はおよそ何kmに相当する？
9兆4610億km
約0.3066パーセクにもあたる。一般向けの科学書や雑誌では、天文学的な隔たりがこの単位で表されることが多い。
Q 07史上初めて有人で月を周回し、通信の遅れが問題になった宇宙船は？
アポロ8号
地上管制が質問を発するたびに、応答が届くまで少なくとも3秒の待機が必要だった。
Q 08真空中の光速と物質中の光速の比を何と呼ぶ？
屈折率
この値が大きいほど光はゆっくり進む。可視光に対するガラスの値は1.5前後で、光はガラスの中を秒速約20万kmで進む。
Q 091676年に光が有限の速度を持つことを示した天文学者は？
オーレ・レーマー
木星の衛星の視運動を研究して導いた結論だった。それ以降、数世紀にわたって光速の測定精度は高められていった。
Q 101638年にランプを使って光速を測る実験を提案した科学者は？
ガリレオ・ガリレイ
光が瞬時に伝わったかどうかは判別できなかったが、瞬時でなかったとしても非常に速いと結論した。1667年にはフィレンツェの学会が追試している。
Q 111光年の12分の1にあたる、大まかな距離を表す単位は？
光月
月の時間間隔が定められていないため、厳密な定義は存在しない。1週間や1日、1時間に光が進む道のりも、同じように単位として定義できる。
Q 121865年の論文で、光は電磁波の一種だと論じた物理学者は？
ジェームズ・クラーク・マックスウェル
電磁波が空間を伝わる速さの理論値が、当時測定されていた光速の値と非常に近いことに着目して立てた仮説だった。
Q 13光が進む距離をもとにメートルが定義されたのは何年？
1983年
真空中を光が299792458分の1秒に進む道のりが1 mとされた。これにより光速は測定する値ではなく、正確な定義値になった。
Q 14天文学で使われる単位1パーセクは約何光年？
Q 21ベッセルが1838年に地球からの距離を求めた恒星は？
はくちょう座61番星
光が1年に進む道のりの10.3倍にあたると見いだした。最新の観測では11.4光年とされている。
Q 2217世紀の推定では、光が地球の公転直径を横切るのに何分かかるとされた？
22分
この推定値をもとに、ホイヘンスは光速を約22万km/秒と見積もった。実際の値より27%低い数字だった。
Q 2318世紀に光行差を発見し、解明した天文学者は？
ジェームズ・ブラッドリー
観測者の運動のせいで恒星の見かけの位置が円を描くように動く現象で、角度の差は最大20.5秒角。ここから地球の公転速度と光速の比が分かる。
Q 24宇宙の膨張を踏まえた、天体の「いま時点」での距離を何と呼ぶ？
3.26
1天文単位動いたときの視差が1秒となる距離として定義される。観測データから簡単に求められ、相互参照できるためよく用いられる。
Q 15地球と火星の間の通信遅延は、位置関係によってどの範囲で変わる？
5分から20分
遠く離れた宇宙探査機との通信では、信号の伝達に数分から数時間を要することがある。光速の有限性が顕著に表れる例だ。
Q 16光年の定義で基準となる「1年」は何という年？
ユリウス年
365.25日、すなわち31557600秒にあたる。真空中の光速は正確に299792458 m/sなので、1光年の値も正確に決まる。
Q 17宇宙論で最も多用されている距離の単位は？
メガパーセク
一般には光年が最も広く知られているが、研究の世界ではパーセク（pc）と天文単位（au）が正式な単位とされている。
Q 18魏志倭人伝で、距離が「船行一年」と表現された国は？
黒歯国
船で航行すると1年かかるという意味。人類は古代から、移動にどれほど時間がかかるかで隔たりを測ってきた。
Q 19フーコーが光速の測定で、歯車の代わりに用いた装置は？
回転鏡
光が遠方まで往復する間に生じる反射角のわずかな差から光速を求める。フーコーはこの装置で、空気中と水中での光速の違いも測定した。
Q 20光速の記号cの由来とされるラテン語「celeritas」の意味は？
素早さ
英語の「constant」から取られたという説もあり、起源は明確になっていない。アインシュタインは当初Vを使い、1907年にこの記号へ転向した。
共動距離
届いた光が旅してきた時間から求めた、みかけ上の値とは区別される。MACS0647-JDという天体の場合、319億3900万光年にもなる。
Q 25「光年」を距離の単位として初めて使用したドイツ人は？
オットー・ウレ
ドイツ語では「Lichtjahr」と書く。天文学者ベッセルはそれ以前に恒星までの隔たりを光の進む年数で表したが、この単位名そのものは使わなかった。
Q 26天文単位が正確に149597870700 mと再定義されたのは何年？
2012年
歴史的には、光速の値と時間測定を組み合わせることで求められてきた単位である。
Q 27「光年」が距離の単位として初めて著作に登場したのは何年？
1851年
ドイツ語の著作『Deutsches Museum』の中で、「lichtjahre」という語として使われたのが最初とされる。
Q 2819世紀にフィゾーが報告した光速の測定値は？
315000 km/s
地上での飛行時間測定という方法を発明して得た値。この方法を改良したフーコーは、1862年に298000 km/sという値を得ている。
Q 292014年時点で最遠の天体とされたMACS0647-JDの赤方偏移は？
10.7
ハッブルの法則によれば、地球からは光速の98.5%にあたる295,444 km/sで後退しているように見えると計算される。
Q 30平均グレゴリオ年で求めた不正確な1光年の値は、1年を何日とした？
365.2425日
この計算で出る値は9.460536207×10¹⁵ mで、いくつかの現代の文献に見られる。正しい定義では31557600秒を1年とする。