In fisica, la velocità della luce è una costante fisica pari alla velocità di propagazione della radiazione elettromagnetica nel vuoto. Indicata tradizionalmente con la lettera , dal latino celeritas, "velocità", ha un valore pari a 299 792, 458 km/s, che tipicamente è approssimato a 300 000 km/s.

Si tratta di una grandezza indipendente dal sistema di riferimento, dell'osservatore o dalla velocità dell'oggetto che emette la radiazione. Nessuna informazione può viaggiare più velocemente di , come stabilito dalle teorie della relatività einsteiniane (Principio di località).

Dal 21 ottobre 1983 si è scelto questo valore come esatto per tarare altre costanti, tra cui il metro.

La scelta di tarare il metro sulla velocità della luce è stata effettuata in quanto, grazie all'effetto Hall quantistico, è stato possibile misurare le costanti dell'elettromagnetismo con eccezionale precisione.

La velocità della luce è definita come:

dove  è la permittività elettrica e  la permeabilità magnetica del vuoto.
Qualora la radiazione elettromagnetica si propaghi in un mezzo di permittività elettrica  e permeabilità magnetica  la velocità risulta:

con  e .

L'anno luce è un'unità di misura delle lunghezze, definita come la distanza percorsa dalla radiazione elettromagnetica (luce) nel vuoto nell'intervallo di un anno.

Esso è comunemente utilizzato in astronomia per esprimere le distanze con (e fra) oggetti celesti posti al di fuori del Sistema Solare.

Un'altra unità dello stesso ordine di grandezza spesso utilizzata dagli astronomi è il parsec.

La definizione esatta di anno luce è la seguente: «la distanza che un fotone percorre nello spazio vuoto in assenza di campo gravitazionale o magnetico in un anno giuliano (365,25 giorni di 86 400 secondi ciascuno)». Poiché la velocità della luce nel vuoto (c) è pari a 299 792 458 m/s, un anno luce corrisponde a

9 460 800 000 000 000 m, cioè: vale a dire circa

9461 miliardi di km o circa

63 241 volte la distanza fra la Terra ed il Sole (nota come Unità Astronomica).

Altre unità di misura delle lunghezze imparentate con l'anno luce sono il

minuto luce il

secondo luce

e così via; esse sono ottenute considerando la distanza percorsa dalla luce in una certa unità di tempo (vedi gli esempi).

Tempo impiegato dalla luce ad attraversare la distanza dalla Terra alla Luna

Al contrario, va rimarcato che l'anno luce non è un'unità di misura del tempo (né tanto meno della "quantità" di luce), per quanto sia corretto dire che l'immagine di un corpo celeste distante un certo numero di anni luce ci mostra quel corpo celeste come era lo stesso numero di anni fa, e non in questo momento.

Esempi

La luce impiega circa 1,28 secondi per percorrere la distanza che separa la Terra dalla Luna.

La luce impiega circa 8,33 minuti (8 min 20 s) per viaggiare dal Sole alla Terra (quindi noi siamo a circa 8,33 minuti luce dal Sole).

Un'ora luce corrisponde a circa 1,08 miliardi di chilometri (circa la distanza tra il Sole e Saturno).

Plutone è a circa 39 UA dalla Terra, il che significa che è a circa 5,4 ore luce da noi.

La stella più vicina (oltre al Sole), Proxima Centauri, dista 4,22 anni luce dalla Terra.

Il disco della nostra galassia, la Via Lattea, ha un diametro di circa 100 000 anni luce.

La più vicina galassia di grandi dimensioni, la galassia di Andromeda, si trova ad una distanza di circa due milioni di anni luce.

Il Gruppo Locale ha un diametro di circa 10 milioni di anni luce.

Il quasar più vicino a noi (3C 273) si trova a circa 3 miliardi di anni luce.

Alla velocità attuale di circa 61.000 km/h la sonda Voyager I lanciata nel 1977, percorrerà la distanza di 1 anno luce fra 17.700 anni.

Poiché si crede che il Big Bang sia avvenuto circa 13,7 miliardi di anni fa, l'Universo osservabile ha un raggio di circa 13,7 miliardi di anni luce.

In astronomia, l'unità astronomica (U.A., o semplicemente UA, a volte anche AU dalla dizione inglese) è un'unità di misura pari circa alla distanza tra il pianeta Terra e il Sole. Sebbene non rientri tra le unità di misura del Sistema internazionale, il suo uso è esteso tra gli astronomi ancora oggi.

Nella sua orbita la Terra viene a trovarsi, durante l'anno, a distanze diverse dal Sole, da un minimo di circa 147 milioni di chilometri (perielio) a un massimo di circa 152 milioni di chilometri (afelio). La distanza media è di 149 597 870,691 chilometri. Espressa in unità SI risulta essere circa 1,496 × 1011 m.

In realtà il valore dell'unità astronomica è definito tecnicamente dal 1976 come il raggio di un'orbita circolare lungo la quale un corpo di massa trascurabile, libero da perturbazioni, orbiterebbe intorno al Sole in  giorni, dove k è la costante gravitazionale di Gauss.

Per le sue dimensioni, l'UA viene utilizzata soprattutto per misurare distanze all'interno del Sistema Solare; per misure superiori, intra o extra-galattiche, gli astronomi preferiscono utilizzare l'anno luce o il parsec.

Questo è l'elenco dei pianeti del sistema solare con la relativa distanza media dal Sole in UA:

Per confronto, la stella più vicina (Proxima Centauri, parte del sistema di Alpha Centauri) si trova a circa 268 000 UA di distanza.

Degno di nota è che le distanze medie dei pianeti espresse in UA sono in relazione con i periodi orbitali degli stessi, espressi in anni terrestri, secondo la Terza legge di Keplero, ponendo la costante K = 1.

Interessante anche la curiosa corrispondenza fra le distanze dei pianeti dal Sole ed una legge empirica detta Legge di Titius-Bode.

Il parsec (abbreviato in pc) è un'unità di lunghezza usata in astronomia. Significa "parallasse di un secondo d'arco" ed è definito come la distanza dalla Terra (o dal Sole) di una stella che ha una parallasse annua di 1 secondo d'arco.

È basato sul metodo della parallasse trigonometrica, che è il modo più antico ed affidabile di misurare le distanze stellari, sebbene ancora oggi sia applicabile solo agli oggetti relativamente vicini.

Un parsec corrisponde quindi a:

Per motivi storici, gli astronomi in genere usano il parsec per le distanze astronomiche, invece degli anni luce. La prima misurazione diretta di un oggetto a distanze interstellari (della stella 61 Cygni), eseguita da Friedrich Wilhelm Bessel nel 1838, fu fatta basandosi sulla trigonometria, utilizzando l'ampiezza dell'orbita terrestre come linea di base. Il parsec, calcolato sempre in modo trigonometrico, geometricamente è il cateto lungo del triangolo rettangolo che ha come base l'unità astronomica, e come angolo al vertice un secondo (1") di grado sessagesimale.

Più è vicina una stella, più la sua parallasse è grande. Ma nessuna stella conosciuta ha una parallasse maggiore di 1 secondo d'arco, eccezion fatta per il Sole, perché nessuna stella è abbastanza vicina: il primato appartiene alla stella Proxima Centauri, con una parallasse di 0,762 arcosecondi, ad una distanza di circa 4,28 anni luce, pari a circa 1,3 parsec. Poiché per archi molto piccoli l'arco e la corda tendono ad avere la stessa lunghezza, la distanza di un corpo celeste in parsec è il reciproco della sua parallasse in secondi.

La misura delle distanze degli oggetti celesti in parsec è un aspetto chiave dell' astrometria, la scienza del misurare le posizioni degli oggetti celesti.

A causa della piccolezza degli spostamenti parallattici, le osservazioni da terra forniscono misure affidabili per distanze stellari non più grandi di circa 100 parsec (325 anni luce), corrispondenti a parallassi di almeno 1 centesimo di secondo d'arco, o 10 mas (1 mas = 1 millesimo di secondo d'arco).

Tra il 1989 e il 1993 il satellite Hipparcos, lanciato dall' Agenzia Spaziale Europea (ESA) nel 1989, ha misurato le parallassi di circa 100 000 stelle con una precisione di 0,97 mas, e ha quindi ottenuto misure di distanza accurate per stelle fino a 100 parsec di distanza.

Il satellite FAME della NASA sarebbe dovuto essere lanciato nel 2004, per misurare le parallassi di 40 milioni di stelle con precisione sufficiente per distanze fino a 200 parsec. I finanziamenti necessari per la missione sono stati annullati dalla NASA nel gennaio 2002.

Il satellite GAIA dell'ESA, previsto per la metà del 2012, avrà una precisione sufficientemente alta per misurare distanze stellari fino al centro galattico, a circa 8000 parsec di distanza nella costellazione del Sagittario, con una precisione del 90%.