天文学で使う距離の単位

距離を測る、というテーマで、天体までの距離の測り方を紹介してきました。ここで、天文学で使う距離の単位をまとめておきましょう。

光年(Light Year)

宇宙の距離の単位としてポピュラーなものです。宇宙でいちばん速い、光が１年間に進む距離、９，４６０，７３０，４７２，５８０．８ｋｍ。身近な「光」と「１年」という単語からでしょうか、宇宙の距離の単位としてはいちばん知られていると思います。これを、どのように求めたか、簡単に紹介しましょう。

光の速さは、２９９，７９２，４５８ｍ／ｓ＝２９９，７２９．４５８ｋｍ／ｓ（真空中）と定義されています¹。これに、「１年」をかければ、ｋｍであらわした１光年が求められます。

１年は３６５日、１日は２４時間、１時間は６０分、１分は６０秒で、１年を秒であらわすと、３６５×２４×６０×６０＝３１，５３６，０００秒、これに、２９９，７９２．４５８をかけて、９，４５４、２５４、８５５、４８８ｋｍ・・・って、上の数値と違っています！

なぜ同じにならないのか。光の速さは間違っていないので、問題は「１年」の長さのほうにありそうです。

１年の長さとは？

普段、私たちは１年を３６５日としています。でも、４年に一度うるう年が入り、３６６日の年もあります。どちらを１年の長さとしたらよいでしょうか。４年に１度１日が入るから１日を４で割って、１年は３６５．２５日とするのがよいでしょうか。

私たちの使っているカレンダーでは「西暦が１００で割り切れて４００で割り切れない年はうるう年にしない」という決まりがあります。もちろんこれは、意地悪をしているわけではなく、季節とカレンダーがずれていってしまわないようにです。西暦２０００年はうるう年でしたが、２１００年はうるう年ではないのです。どうしましょう？

さらに、これまでの「１年」は、私たちが使っているカレンダーでの話でしたが、天文学ではこのほかにも「恒星年²」やら「太陽年³」やら「近点年⁴」やらといった１年があり、１光年の距離を求めるのに、どの１年を使えばいいのか、困ってしまいます。

国際天文学連合は、こういった計算などをするときの１年を、３６５．２５日としています。この長さは「ユリウス年」と呼ばれ、現在の暦「グレゴリオ暦」の前に、ヨーロッパで使われていた「ユリウス暦」での１年と同じです。

光の速さは、２９９，７９２．４５８ｋｍ／ｓ、１年は３６５．２５日としますから、１年を秒単位にそろえて３１，５５７、６００秒。これに光速をかければ、９，４６０，７３０，４７２，５８０．８ｋｍという数字が出てきます。

９兆４６０７億３０４７万２５８０．８ｋｍ、これが、１光年のｋｍ単位で表した長さ。長いでしょうか、思ったよりも短いと感じるでしょうか。

ちなみに、１日という単位もいろいろな長さがありますが、国際連合が１光年を決めるときに使う１日は２４時間、８６，４００秒です。時間の天文単位でもあります。

天文単位( Astronomical Unit )

天文単位は、もともとの定義は太陽と地球の平均距離を１とした単位。１４９，５９７，８７０，７００ｍ。この単位は、太陽系の天体間の距離を求めるのに用いられます。

私たちもよく目にしていることですが、遠いものはゆっくり、近いものは速く動いているように見えます。古代ギリシャで惑星の運動を観察しモデル化するとき、惑星の天球を進む速さから、動きの速い天体は地球に近く、遅いものは遠いだろう、と考えられました。そこから、惑星は距離の違う同心円の軌道を回っている、というモデルが作られたのです。

このモデルは幾何学の知識を使って構築されていますから、惑星までの距離は身近な具体的な数字ではなく、地球の直径の何倍、地球と月との距離の何倍、という単位で表されます。

古代ギリシャのアリスタルコスは、半月は、太陽が月を真横から照らしているのを見ている、と正しく考えました。太陽と月は直角になっているのだから、月と太陽との角度を測れば、直角三角形から太陽－地球間、地球－月間の距離を求めることができる、というわけです。距離が求められる、といっても、身近な単位で、というわけではありません。太陽までは地球－月間の何倍、という数字。太陽・月・地球が作る三角形の辺の比として求まるのです。

古代ギリシャ以降も、太陽系モデルの惑星間の距離は比として示されます。その基本単位は、太陽と地球との距離、とするのが自然な流れでしょう。それが、天文単位というわけです。

身近な単位でその正確な距離を示すことは、距離が遠すぎて観測技術的に難しいこと、そして、太陽系をモデル化した一番重要な理由である、惑星の位置を計算するためには不要であったことから、１９世紀までできませんでした。ハレー彗星で有名なイギリスの天文学者ハレーは、１７６１年に起こる金星の日面通過を離れた２点で観測することで、金星、太陽の視差を求めることができ、それぞれとの距離が直接求められると指摘しました⁵。ハレー彗星が楕円軌道を描くことは計算できても、太陽地球間の距離は正確にはわかっていなかったのです。

国際天文学連合は、観測に基づき、何度か天文単位を定義しています。そのたびに、微妙に値が変わりましたが、２０１２年に天文単位を再定義し、上にも書いた１４９，５９７，８７０，７００ｍとしました。これは、光速度と同じで、「この値にします」と約束したわけです。

国際天文学連合では、惑星の位置計算に必要な時間「１日」と質量「太陽質量」も、天文単位という名前をつけて、定義しています。

普通、天文単位といえば、長さの天文単位を指します。

パーセク( parsec )

パーセクは、年周視差が基本となる距離の単位です。基線を１天文単位とした時の視差が角度の１秒になる距離をいい、約３０兆８５７０億Ｋｍ、約３．２６光年、または約２０万６千天文単位です。年周視差を角度の秒単位で求めれば、パーセクはそれの逆数となるため、観測データが扱いやすく、天文学者の間ではよく使われる単位です。

パーセク(parsec)という単位名は、視差（parallax)と角度の秒(second)の合成語で、毎秒(per second)の略ではありません。私も最初は後者だと思っていました。定義が単位名になっているのですね。

参考：国際天文学連合Ｗｅｂサイト　Measuring the Universe