Když přijde na jednání s vesmírem, my lidé rádi říkáme věci známými termíny. Při zkoumání exoplanet je klasifikujeme na základě jejich podobnosti s planetami v naší Sluneční soustavě – tj. pozemské, plynné obří, velikosti Země, Jupitera, Neptuna atd. A při měření astronomických vzdáleností děláme hodně stejný.
Například jeden z nejčastěji používaných prostředků pro měření vzdáleností v prostoru je známý jako an Astronomická jednotka (AU). Na základě vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem umožňuje tato jednotka astronomům charakterizovat obrovské vzdálenosti mezi slunečními planetami a Sluncem a mezi extrasolárními planetami a jejich hvězdami.
Definice:
Podle současné astronomické konvence odpovídá jedna astronomická jednotka 149 597 870,7 kilometrům (nebo 92 955 807 mil). Toto je však průměrná vzdálenost mezi Zemí a Sluncem, protože tato vzdálenost podléhá změnám během oběžné doby Země. Jinými slovy, vzdálenost mezi Země a Slunce se mění v průběhu jednoho roku.
Oběžná dráha Země kolem Slunce ukazuje její průměrnou vzdálenost (nebo 1 AU). Kredit: Huritisho/Wikipedia Commons
V průběhu roku se Země vzdálí ze vzdálenosti 147 095 000 km (91 401 000 mi) od Slunce v perihéliu (jeho nejbližší bod) na 152 100 000 km (94 500 000 mi) v aféliu (neboli od nejvzdálenějšího bodu 0,08) – AU na 1,016 AU.
Historie vývoje:
Nejstarší zaznamenaný příklad astronomů odhadujících vzdálenost mezi Zemí a Sluncem pochází z klasické antiky. Ve 3. století př. n. l. O velikostech a vzdálenostech Slunce a Měsíce – která je připisována řeckému matematikovi Aristarchovi ze Samosu – vzdálenost byla odhadována na 18 až 20násobek vzdálenosti mezi Země a Měsíc .
Nicméně, jeho současník Archimedes, v jeho 3. století BCE práce Sandreckoner ,také tvrdil, že Aristarchos ze Samosu umístil vzdálenost 10 000násobku poloměru Země. V závislosti na hodnotách pro kterýkoli soubor odhadů byl Aristarchos mimo faktor asi 2 (v případě poloměru Země) až 20 (vzdálenost mezi Zemí a Měsícem).
Nejstarší čínský matematický text – pojednání z 1. století př. n. l. známé jakoZhoubi Suanjing– obsahuje také odhad vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem. Podle anonymního pojednání lze vzdálenost vypočítat prováděním geometrických měření délky poledních stínů vytvořených objekty rozmístěnými v určitých vzdálenostech. Výpočty však vycházely z představy, že Země je placatá.
Ilustrace ptolemaiovské geocentrické koncepce vesmíru od Bartolomea Velha (?-1568), z jeho díla Cosmographia, vyrobené ve Francii, 1568. Uznání: Bibilotèque nationale de France, Paris
Slavný matematik a astronom Ptolemaios z 2. století našeho letopočtu se spoléhal na trigonometrické výpočty, aby dospěl k odhadu vzdálenosti, který odpovídal 1210násobku poloměru Země. Pomocí záznamů o zatmění Měsíce odhadl zdánlivý průměr Měsíce a také zdánlivý průměr stínového kuželu Země, kterým Měsíc prošel během zatmění Měsíce.
Pomocí měsíční paralaxy také vypočítal zdánlivé velikosti Slunce a Měsíce a dospěl k závěru, že průměr Slunce se rovná průměru Měsíce, když byl Měsíc v největší vzdálenosti od Země. Z toho Ptolemaios dospěl k poměru sluneční a lunární vzdálenosti přibližně 19 ku 1, což je stejný údaj odvozený od Aristarcha.
Po dalších tisíc let by Ptolemaiovy odhady vzdálenosti Země-Slunce (podobně jako většina jeho astronomických učení) zůstaly kánony mezi středověkými evropskými a islámskými astronomy. Až v 17. století začali astronomové jeho výpočty přehodnocovat a revidovat.
To bylo možné díky vynálezu dalekohledu, stejně jako Keplerovy tři zákony planetárního pohybu , který astronomům pomohl s větší přesností vypočítat relativní vzdálenosti mezi planetami a Sluncem. Měřením vzdálenosti mezi Zemí a ostatními slunečními planetami byli astronomové schopni provést měření paralaxy, aby získali přesnější hodnoty.
Pomocí techniky paralaxy astronomové pozorují objekt na opačných koncích oběžné dráhy Země kolem Slunce, aby přesně změřili jeho vzdálenost. Kredit: Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF.
V 19. století vedla určení rychlosti světla a konstanty aberace světla k prvnímu přímému měření vzdálenosti Země-Slunce v kilometrech. V roce 1903 se poprvé začal používat termín „astronomická jednotka“. A v průběhu 20. století byla měření stále přesnější a sofistikovanější, částečně díky přesnému pozorování účinků Einsteinova teorie relativity .
Moderní použití:
V 60. letech 20. století vedl rozvoj přímých radarových měření, telemetrie a průzkumu Sluneční soustavy vesmírnými sondami k přesnému měření pozic vnitřních planet a dalších objektů. V roce 1976 přijala Mezinárodní astronomická unie (IAU) novou definici během jejich 16. valná hromada . V rámci jejich Systém astronomických konstant , nová definice uvedla:
„Astronomická jednotka délky je ta délka (A), pro kterou Gaussova gravitační konstanta (k) nabývá hodnoty 0,01720209895, když jednotkami měření jsou astronomické jednotky délky, hmotnosti a času. Rozměry k² jsou rozměry gravitační konstanty (G), tj. L3M-1T-2. Termín „jednotková vzdálenost“ se také používá pro délku A.
V reakci na vývoj hyper-přesných měření, Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM) se rozhodla upravit Mezinárodní soustava jednotek (SI) v roce 1983. V souladu s tím předefinovali metr, který se má měřit z hlediska rychlosti světla ve vakuu.
Infografika srovnávající oběžnou dráhu planety kolem Proximy Centauri (Proxima b) se stejnou oblastí Sluneční soustavy. Kredit: ESO
V roce 2012 však IAU zjistila, že vyrovnání relativity učinilo měření AU příliš složité, a předefinovala astronomickou jednotku na metry. V souladu s tím se jedna AU rovná přesně 149597870,7 km (92,955807 milionů mil), 499 světelných sekund, 4,8481368×10-6parseku nebo 15,812507×10-6světelného roku.
Dnes se AU běžně používá k měření vzdáleností a vytváření numerických modelů pro sluneční soustavu. Používá se také při měření extrasolárních soustav, výpočtu rozsahu protoplanetárních mračen nebo vzdálenosti mezi extrasolárními planetami a jejich mateřskou hvězdou. Při měření mezihvězdných vzdáleností jsou AU příliš malé na to, aby nabízely pohodlné měření. Jako takové se spoléhají na další jednotky – jako je parsek a světelný rok.
Vesmír je obrovské místo a měření dokonce i našeho malého koutku přináší ohromující výsledky. Ale jako vždy je dáváme přednost tomu, abychom je vyjádřili způsoby, které jsou stejně známé a známé.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o vzdálenostech ve Sluneční soustavě zde na Universe Today. Zde je Jak daleko jsou planety od Slunce? , Jak daleko je Merkur od Slunce? , Jak daleko je Venuše od Slunce? , Jak daleko je Země od Slunce? , Jak daleko je Mars od Slunce? , Jak daleko je Jupiter od Slunce? , Jak daleko je Saturn od Slunce? , Jak daleko je Uran od Slunce? , Jak daleko je Neptun od Slunce? , Jak daleko je Pluto od Slunce?
Pokud chcete více informací o oběžné dráze Země, podívejte se Průzkum sluneční soustavy NASA strana.
Nahráli jsme také epizodu Astronomy Cast věnovanou měření vzdáleností v astronomii. Poslouchej tady, Epizoda 10: Měření vzdálenosti ve vesmíru .
Prameny: