Links schittert een ster, en daaruit breiden zich na elkaar gekleurde golven uit — roze, cyaan, violet —, elk met een eigen vertraging, zodat de cirkels nooit samenvallen. Daarboven gloeien twee nevels die langzaam van vorm veranderen, en rondom fonkelen sterren waarvan de perioden onderling onmeetbaar zijn gekozen. Over de schaal onderaan loopt vanaf de ster een cyaan merkteken dat precies de streep bij één lichtjaar bereikt, waar een roze streep het opwacht: dat is de meting zelf — de weg van het licht in een jaar, uitgezet op een liniaal. De letters in het midden zijn in alle talen gelijk; de naam in elke taal staat onder de plaat.
Eenheid buiten het SI · astronomie · lengte
Lichtjaar, ly
Een liniaal waarvan het licht de streepjes uitzet
Lengte-eenheid · weg van het licht in vacuüm in één Juliaans jaar · 9 460 730 472 580 800 m
Het woord is niet door astronomen bedacht maar door popularisatoren, en de vakmensen trokken aanvankelijk hun neus op: het leek hun ongerijmd een afstand in tijd te meten, en dan nog in een jaar, dat elke kalender anders telt. Toch won de aanschouwelijkheid, want de zin „het licht doet er vier jaar over om de dichtstbijzijnde ster te bereiken” begrijpt iedereen die ooit op een brief heeft gewacht, terwijl een getal in miljoenen miljoenen kilometers de verbeelding niets zegt.
Het voordeel van deze eenheid is dat ze samen met de afstand de leeftijd van het beeld meedeelt. Kijken we naar Proxima, dan zien we haar zoals ze vier en een kwart jaar geleden was, en kijken we naar de Andromedanevel — zoals die was toen er op aarde nog geen enkele mens van het moderne type bestond. Een telescoop is in die zin niet zozeer een vergrootglas als wel een machine die het verleden toont, en ze toont verschillende delen van de hemel tegelijk in verschillende tijdperken.
De exacte waarde van de eenheid komt niet uit een meting maar uit twee afspraken: de lichtsnelheid in vacuüm is vastgelegd als een exact aantal meter per seconde, en het jaar dat hiervoor dient is het Juliaanse, precies eenendertig miljoen vijfhonderdzevenenvijftigduizend zeshonderd seconden. Vermenigvuldig het ene met het andere en u krijgt de lengte van het lichtjaar tot het laatste cijfer, zonder enige onzekerheid. De onzekerheid verschijnt pas later, wanneer men deze liniaal tegen de echte hemel legt.
Het internationale symbool bestaat uit twee Latijnse kleine letters, ly, zonder punten en zonder spatie ertussen; in het Nederlands schrijft men „lichtjaar” of kort men af tot „lj”, maar in tabellen en grafiekopschriften zet men juist ly, omdat het opschrift zo in elk land leesbaar is. Veelvouden worden met de gewone voorvoegsels gevormd: kly, Mly, Gly — duizend, een miljoen en een miljard lichtjaar.
Een lichtjaar is een afstand, en het woord „jaar” erin verandert daar niets aan: zeggen „we vlogen twaalf lichtjaar lang” is even ongerijmd als „we liepen twaalf kilometer per uur lang”. Men moet het ook niet verwarren met de parsec, die iets meer dan drie en een kwart lichtjaar meet, noch met het jaar als tijdsduur: de definitie gebruikt het Juliaanse jaar van precies driehonderdvijfenzestig en een kwart dag, niet het tropische en niet het kalenderjaar.
01 · Definitie
weg van het licht in een jaar · leeftijd van het beeld · reistijd voor een schipEen lichtjaar is de afstand die het licht in vacuüm aflegt in één Juliaans jaar, dat wil zeggen in driehonderdvijfenzestig en een kwart dag van elk zesentachtigduizend vierhonderd seconden. De definitie bevat twee grootheden, beide exact vastgelegd, en daarom is ook hun product exact: hier is geen standaard, geen meting en geen correctie — alleen de vermenigvuldiging van twee afgesproken getallen.
De woorden „in vacuüm” in de definitie zijn geen versiering. In lucht, in glas en in interstellair gas gaat licht langzamer, en als men de eenheid via een echte straal zou definiëren, zou haar lengte afhangen van het deel van de hemel dat die straal had doorkruist. Het astronomische vacuüm is bijna volmaakt, maar de correctie voor materie blijft merkbaar voor radiogolven, en daarom staat in de definitie juist de snelheid in vacuüm.
De tweede subtiliteit is welk jaar men neemt. Het tropische jaar is ongeveer elf minuten korter dan het Juliaanse, het kalenderjaar verandert telkens van lengte en het siderische is langer; het verschil komt uiteindelijk neer op miljoensten, wat voor de astronomie niet weinig is. De Internationale Astronomische Unie koos het Juliaanse jaar juist om zijn bestendigheid: het is niet gebonden aan de draaiing van de aarde noch aan haar omloop om de zon, en verandert daarom niet met de tijd.
Ten slotte heeft de grootheid een eigenschap die noch de meter noch de parsec bezit: ze zegt meteen hoe laat we zijn. De afstand in lichtjaren is de leeftijd van het beeld, en elke hemelkaart blijkt een kaart van verschillende tijdperken, tot één beeld aaneengenaaid. Om die eigenschap dulden de vakmensen de eenheid, al verkiezen ze in artikelen de parsec: die is afgeleid uit een rechtstreeks gemeten hoek, niet uit tijd.
Wie we zien en wie we bereiken
In de bovenste helft van de scène schijnt een object, en daarvan loopt een golf naar ons toe: zolang die onderweg is, zien we niet de ster maar haar verleden, en het opschrift bij het oculair toont het jaar waarin het licht vertrok. De afstandsschuif verplaatst het object van de rand van het zonnestelsel tot de naburige sterrenstelsels, en daarmee verandert het tijdperk dat we waarnemen. In de onderste helft vliegt een schip naar hetzelfde object, en het heeft twee klokken: de violette blijft op aarde, de roze loopt aan boord. De tweede schuif versnelt het schip, en hoe dichter het bij de lichtsnelheid komt, hoe verder de aanwijzingen uiteenlopen — tot een tocht die vanaf de aarde eeuwen duurt voor de bemanning krimpt tot enkele jaren. Merk op dat het schip het licht bij geen enkele instelling kan inhalen: het roze merkteken blijft altijd achter het cyaan.
02 · Omrekening
afstanden · licht onderweg · vlucht bijna met de lichtsnelheidEén afstand in zes gedaanten
Het eerste tabblad rekent de ingevoerde afstand om naar andere eenheden — van parsec en astronomische eenheden tot lichtdagen en gewone kilometers. Het tweede toont het licht van welke tijdperken ons van bekende objecten bereikt. Het derde rekent een vlucht door: hoeveel jaar die duurt volgens de klok van de aarde en hoeveel volgens die van het schip bij verschillende snelheden.
Ezelsbruggetje: een parsec is iets meer dan drie lichtjaar, een lichtjaar iets meer dan drieënzestigduizend astronomische eenheden, en het licht van de zon doet er ruim acht minuten over.
De eenheid zelf is exact, maar de afstanden die erin worden uitgedrukt zijn dat lang niet altijd: tot de buursterren kent men ze tot op fracties van een procent, tot heldere superreuzen met een spreiding van tientallen procenten, en voor verre sterrenstelsels hangen de afstanden bovendien af van het gekozen uitdijingsmodel. Een aantal lichtjaar in een naslagwerk draagt bijna altijd een onzekerheid met zich mee die populaire opschriften weglaten.
| Grootheid | Waarde | Toelichting |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Meetinstrumenten
laserafstandsmeting · astrometrische satelliet · cepheïde · supernovaEen ladder waarvan elke sport op de vorige steunt
Het enige geval waarin de liniaal eerlijk is
Op de hoekreflectoren die op de Maan zijn achtergelaten, vuurt men nog steeds laserpulsen af en vangt men de terugkerende fotonen op, waarvan er één per meerdere schoten terugkomt. De afstand volgt rechtstreeks uit de looptijd, wordt dus letterlijk in lichtseconden gemeten, en de nauwkeurigheid bereikt centimeters. De methode werkt binnen het zonnestelsel — verderop kan niemand een reflector plaatsen, en de liniaal maakt plaats voor een keten van indirecte procedés.
Schommeling in plaats van een liniaal
De dichtstbijzijnde sterren meet men meetkundig: in een half jaar verplaatst de waarnemer zich met de aarde over twee keer de afstand tot de zon, en een nabije ster verschuift een beetje ten opzichte van verre. De hoek van die verschuiving is een fractie van een boogseconde, en het omgekeerde ervan geeft meteen de afstand in parsec, die men dan naar lichtjaren omrekent. Een moderne astrometrische satelliet heeft zo meer dan een miljard sterren gemeten en de horizon van de directe methode tot enkele duizenden lichtjaren opgeschoven.
Een ster die zelf haar helderheid meedeelt
Cepheïde veranderlijken pulseren, en de periode van hun pulsatie is star verbonden met hun ware lichtkracht: wie de periode met een stopwatch bepaalt, weet hoe helder de ster werkelijk is, en door dat te vergelijken met hoe zwak ze lijkt, verkrijgt hij de afstand. Juist zo bleek in de jaren twintig van de vorige eeuw dat de Andromedanevel ver buiten ons Melkwegstelsel ligt, en de wereld werd van de ene dag op de andere vele malen groter.
Waar het lichtjaar onhandig wordt
Op grote afstanden komen de uitbarstingen van supernovae van een bepaald type in het spel, waarvan de lichtkracht bijna gelijk is, en de roodverschuiving van de lijnen in het spectrum. Maar hier begint de eenheid moeilijkheden te krijgen: terwijl het licht onderweg was, dijde de ruimte uit, en „afstand” valt uiteen in meerdere verschillende grootheden — hoelang het licht vloog en hoe ver het object nu is. Daarom spreekt de kosmologie liever van roodverschuiving en laat ze lichtjaren over aan populaire opschriften.
05 · Schrijfregels
ly zonder punten · voorvoegsels voor veelvouden · het is een lengteJaar in de naam, meters in wezen
Bijna alle fouten met deze eenheid komen voort uit haar naam: het woord „jaar” sleept de tijd mee, en in de tekst sluipen wendingen waarin afstand in uren en snelheid in kilometers wordt gemeten.
De eerste schrijfwijze zet een duur in de plaats van de afstand en is daarom zinloos, zoals „twaalf kilogram weg”. De tweede en vierde schenden de vorm van het symbool: twee kleine letters, zonder punten en zonder spatie. De derde neemt het kalenderjaar in plaats van het Juliaanse en verandert daarmee de waarde van de eenheid in het zesde cijfer. De vijfde verwart afstand met leeftijd: het licht was vier jaar onderweg, maar de ster bestaat al miljarden jaren. De zesde is precies de oorspronkelijke fout waaruit alle andere voortkomen, en ze duikt helaas zelfs op in de opschriften van heel serieuze illustraties.
06 · Naburige eenheden
parsec · astronomische eenheid · lichtsecondeDrie naburige eenheden delen een en hetzelfde afstandsbereik en verschillen in waar de maat vandaan komt: bij de parsec is dat een hoek, bij de astronomische eenheid de aardbaan, bij het lichtjaar en de lichtseconde de looptijd.
De eenheid van vakartikelen: ze is rechtstreeks afgeleid uit een gemeten hoek en niet uit tijd, zodat men er geen vreemde afspraak over de lengte van een jaar in hoeft te stoppen.
De maat van de binnenlandse zaken van het zonnestelsel: de afstand van de aarde tot de zon, vastgelegd als een exact aantal meter. Voorbij de baan van Neptunus wordt ze al onhandig.
Het jongere zusje van hetzelfde soort, handig voor verbindingen: het licht doet er een en een kwart seconde over tot de Maan, en een gesprek ermee valt al niet meer te voeren zonder merkbare pauzes.
Onder de Simetrium-paspoorten staat vlak ernaast de parsec, en aan de basis van beide eenheden ligt dezelfde lichtsnelheid, waarmee ook de looptijd van het signaal in aardse verbindingslijnen wordt gemeten.
07 · Historisch deel
archief · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Hoe de vertraging van het licht een liniaal werd
{title}
{text}
De hoogte van de staven toont tot welke afstand men in verschillende tijdperken met een directe meetkundige meting kon reiken, en het witte merkteken doorloopt die hele weg. Merk op dat elke sprong niet met een nieuwe theorie samenhangt maar met een nieuw instrument: eerst de heliometer, dan de fotografische plaat, dan een satelliet buiten de dampkring.
Een exacte eenheid voor onnauwkeurige afstanden
Het merkwaardige van deze eenheid is dat ze absoluut exact bekend is, terwijl alles wat ermee gemeten wordt slechts bij benadering bekend is. De exactheid kwam gratis: de lichtsnelheid werd niet meer gemeten op het moment dat de meter via haar werd gedefinieerd, en men sprak af dat het Juliaanse jaar precies eenendertig en een half miljoen seconden telt, en het product van twee exacte getallen kan niets anders opleveren dan een derde exact getal.
De onzekerheid verschijnt bij de volgende stap, wanneer men de liniaal tegen de hemel legt. De afstanden tot de dichtstbijzijnde sterren kent men tot op honderdsten van een procent, maar al bij heldere superreuzen als Betelgeuze bereikt de spreiding van de schattingen tientallen procenten, omdat bij zulke sterren het oppervlak zelf vaag is en men de parallax uit een trillend beeld moet zuiveren. Op galactische afstanden treedt een keten van indirecte methoden in werking, en elke sport daarvan voegt een eigen onzekerheid toe aan die van de vorige.
Vandaar de regel van goede toon: een aantal lichtjaar hoort samen met de onzekerheid en de methode waarmee het verkregen is te worden gegeven, want „tweeënhalfduizend lichtjaar” uit de parallax en hetzelfde getal uit de roodverschuiving zijn grootheden van verschillende aard. De eenheid treft daarbij geen enkele schuld: ze is precies zoals ze gedefinieerd is, en alle onzekerheid komt niet van de liniaal maar van wat ermee gemeten wordt.
Catalogus van grootheden
astronomie en afstandenSI-basiseenheden
gemarkeerd zijn meter en seconde — daaruit is het lichtjaar opgebouwdWaar we naar kijken en wat we zien
het vertrekjaar van het licht is geteld vanaf het lopende jaar| Object | Afstand | In parsec | Licht onderweg | Licht vertrok | Wat er toen gebeurde |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
De laatste kolom is het hoofdargument voor deze eenheid: ze verandert een afstand in een datum en maakt waarneming zo gelijk aan het lezen van brieven die in verschillende eeuwen zijn verstuurd. Men moet wel bedenken dat deze data voor verre objecten conventioneel zijn: terwijl het licht onderweg was, is de ruimte uitgedijd, en „hoeveel jaar het vloog” valt niet meer samen met „hoe ver het object nu is”.