Co je to astronomická jednotka?

Když jde o vesmír, my lidé rádi vyjadřujeme věci známými termíny. Při zkoumání exoplanet je klasifikujeme na základě jejich podobnosti s planetami v naší sluneční soustavě – tj. terestrické, plynné obry, planety velikosti Země, Jupitera, Neptuna atd. A při měření astronomických vzdáleností postupujeme podobně.

Například jedním z nejčastěji používaných způsobů měření vzdáleností ve vesmíru je tzv. astronomická jednotka (AU). Tato jednotka vychází ze vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem a umožňuje astronomům charakterizovat obrovské vzdálenosti mezi slunečními planetami a Sluncem a mezi mimoslunečními planetami a jejich hvězdami.

Definice:

Podle současné astronomické konvence odpovídá jedna astronomická jednotka vzdálenosti 149 597 870,7 km (nebo 92 955 807 mil). Jedná se však o průměrnou vzdálenost mezi Zemí a Sluncem, protože tato vzdálenost se během oběžné doby Země mění. Jinými slovy, vzdálenost mezi Zemí a Sluncem se v průběhu jednoho roku mění.

Během jednoho roku se Země dostane ze vzdálenosti 147 095 000 km (91 401 000 mil) od Slunce v periheliu (nejbližším bodě) do vzdálenosti 152 100 000 km (94 500 000 mil) v aféliu (nejvzdálenějším bodě) – neboli ze vzdálenosti 0,5 AU.983 AU až 1,016 AU.

Historie vývoje:

První zaznamenaný příklad astronomického odhadu vzdálenosti Země od Slunce pochází z klasického starověku. V díle O velikostech a vzdálenostech Slunce a Měsíce ze 3. století př. n. l. – které je připisováno řeckému matematikovi Aristarchovi ze Samu – byla vzdálenost odhadnuta na 18 až 20násobek vzdálenosti mezi Zemí a Měsícem.

Však také jeho současník Archimédes ve svém díle Sandreckoner ze 3. století př. n. l. tvrdil, že Aristarchos ze Samu určil vzdálenost na 10 000násobek poloměru Země. V závislosti na hodnotách obou souborů odhadů se Aristarchos mýlil přibližně 2krát (v případě poloměru Země) až 20krát (vzdálenost mezi Zemí a Měsícem).

Odhad vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem obsahuje také nejstarší čínský matematický text – traktát z 1. století př. n. l. známý jako Zhoubi Suanjing. Podle anonymního traktátu bylo možné vzdálenost vypočítat provedením geometrických měření délky poledních stínů vytvořených objekty rozmístěnými v určitých vzdálenostech. Výpočty však vycházely z představy, že Země je plochá.

Proslulý matematik a astronom 2. století n. l. Ptolemaios vycházel z trigonometrických výpočtů a dospěl k odhadu vzdálenosti, která odpovídala 1210násobku poloměru Země. Na základě záznamů o zatměních Měsíce odhadl zdánlivý průměr Měsíce a také zdánlivý průměr kuželu stínu Země, kterým Měsíc prochází při zatmění Měsíce.

Pomocí paralaxy Měsíce vypočítal také zdánlivé rozměry Slunce a Měsíce a dospěl k závěru, že průměr Slunce se rovná průměru Měsíce, když je v největší vzdálenosti od Země. Z toho Ptolemaios dospěl k poměru vzdálenosti Slunce a Měsíce přibližně 19:1, což je stejný údaj, který odvodil Aristarchos.

Po dalších tisíc let zůstanou Ptolemaiovy odhady vzdálenosti Země-Slunce (podobně jako většina jeho astronomických nauk) mezi středověkými evropskými a islámskými astronomy kánonem. Teprve v 17. století začali astronomové jeho výpočty přehodnocovat a revidovat.

To bylo možné díky vynálezu dalekohledu a také díky Keplerovým třem zákonům pohybu planet, které astronomům pomohly vypočítat relativní vzdálenosti mezi planetami a Sluncem s větší přesností. Díky měření vzdálenosti Země od ostatních slunečních planet mohli astronomové provádět měření paralaxy a získat tak přesnější hodnoty.

V 19. století vedlo určení přibližně 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 se měření stávala stále přesnějšími a sofistikovanějšími, mimo jiné díky přesným pozorováním účinků Einsteinovy teorie relativity.

Současné použití:

V 60. letech 20. století vedl rozvoj přímých radarových měření, telemetrie a průzkum Sluneční soustavy pomocí kosmických sond k přesným měřením poloh vnitřních planet a dalších objektů. V roce 1976 přijala Mezinárodní astronomická unie (IAU) na svém 16. valném shromáždění novou definici. Jako součást jejich Systému astronomických konstant nová definice uváděla:

„Astronomická jednotka délky je taková délka (A), pro kterou nabývá Gaussova gravitační konstanta (k) hodnoty 0,01720209895, jsou-li jednotkami měření astronomické jednotky délky, hmotnosti a času. Rozměry k² odpovídají rozměrům gravitační konstanty (G), tedy L³M-1T-2. Termín „jednotková vzdálenost“ se používá také pro délku A.“

V reakci na rozvoj hyperpřesných měření rozhodl Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM) v roce 1983 o úpravě Mezinárodní soustavy jednotek (SI). V souladu s tím nově definovali metr tak, aby se měřil jako rychlost světla ve vakuu.

V roce 2012 však IAU rozhodla, že vyrovnání relativity činí měření AU příliš složitým, a nově definovala astronomickou jednotku v metrech. V souladu s tím se jedna AU rovná přesně 149597870,7 km (92,955807 milionu mil), 499 světelným sekundám, 4,8481368×10-6 parseku nebo 15,812507×10-6 světelného roku.

Dnes se AU běžně používá k měření vzdáleností a vytváření numerických modelů Sluneční soustavy. Používá se také při měření extrasolárních systémů, při výpočtu rozsahu protoplanetárních mračen nebo vzdálenosti extrasolárních planet od jejich mateřské hvězdy. Při měření mezihvězdných vzdáleností jsou AU příliš malé na to, aby se daly pohodlně měřit. Proto se spoléhá na jiné jednotky – například parsek a světelný rok.

Vesmír je obrovský a měření i našeho malého kousku z něj přináší ohromující výsledky. Jako vždy je však raději vyjadřujeme způsobem, který je co nejlépe pochopitelný a známý.

O vzdálenostech ve Sluneční soustavě jsme zde na stránkách Vesmír dnes napsali mnoho zajímavých článků. Například zde: 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 získat více informací o dráze Země, podívejte se na stránku NASA věnovanou výzkumu sluneční soustavy.

Natočili jsme také díl pořadu Astronomy Cast věnovaný měření vzdáleností v astronomii. Poslechněte si zde: Díl 10: Měření vzdáleností ve vesmíru.