Hvad er en astronomisk enhed?

Når det drejer sig om kosmos, kan vi mennesker godt lide at formulere tingene i velkendte termer. Når vi undersøger exoplaneter, klassificerer vi dem ud fra deres ligheder med planeterne i vores eget solsystem – dvs. jordiske planeter, gasgiganter, på størrelse med Jorden, på størrelse med Jupiter, på størrelse med Neptun osv. Og når vi måler astronomiske afstande, gør vi stort set det samme.

For eksempel er en af de mest almindeligt anvendte metoder til at måle afstande i rummet kendt som en astronomisk enhed (AU). Denne enhed er baseret på afstanden mellem Jorden og Solen og gør det muligt for astronomer at karakterisere de enorme afstande mellem solplaneterne og Solen og mellem ekstra-solare planeter og deres stjerner.

Definition:

I henhold til den nuværende astronomiske konvention svarer en enkelt astronomisk enhed til 149.597.870,7 kilometer (eller 92.955.807 miles). Dette er dog den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og Solen, da denne afstand er genstand for variation i løbet af Jordens omløbstid. Med andre ord varierer afstanden mellem Jorden og Solen i løbet af et enkelt år.

I løbet af et år går Jorden fra en afstand på 147.095.000 km (91.401.000 mi) fra Solen ved perihelium (dens nærmeste punkt) til 152.100.000 km (94.500.000 mi) ved aphelium (dens fjerneste punkt) – eller fra en afstand på 0.983 AUs til 1,016 AUs.

Udviklingshistorie:

Det tidligste registrerede eksempel på astronomers vurdering af afstanden mellem Jorden og Solen går tilbage til den klassiske antikke tidsalder. I værket On the Sizes and Distances of the Sun and Moon fra det 3. århundrede f.Kr. – som tilskrives den græske matematiker Aristarchus af Samos – blev afstanden anslået til at være mellem 18 og 20 gange afstanden mellem Jorden og Månen.

Hvorimod hans samtidige Archimedes i sit værk Sandreckoner fra det 3. århundrede f.Kr. også hævdede, at Aristarchus af Samos satte afstanden til 10.000 gange Jordens radius. Afhængigt af værdierne for begge sæt af estimater var Aristarchus forkert på den med en faktor på omkring 2 (i tilfælde af Jordens radius) til 20 (afstanden mellem Jorden og Månen).

Den ældste kinesiske matematiske tekst – den traktat fra det 1. århundrede f.Kr. kendt som Zhoubi Suanjing – indeholder også et estimat af afstanden mellem Jorden og Solen. Ifølge den anonyme afhandling kunne afstanden beregnes ved at foretage geometriske målinger af længden af middagsskygger skabt af objekter placeret i bestemte afstande. Beregningerne var dog baseret på den idé, at Jorden var flad.

Den berømte matematiker og astronom Ptolemæus fra det 2. århundrede e.Kr. baserede sig på trigonometriske beregninger for at finde frem til et afstandsskøn, der svarede til 1210 gange Jordens radius. Ved hjælp af optegnelser af måneformørkelser anslog han Månens tilsyneladende diameter samt den tilsyneladende diameter af den skyggekegle på Jorden, som Månen gennemtrævler under en måneformørkelse.

Han beregnede også Solens og Månens tilsyneladende størrelse ved hjælp af Månens parallakse og konkluderede, at Solens diameter var lig med Månens diameter, når sidstnævnte var i sin største afstand fra Jorden. Heraf nåede Ptolemæus frem til et forhold mellem solens og månens afstand på ca. 19 til 1, det samme tal, som Aristarchus havde udledt.

I de næste tusind år ville Ptolemæus’ skøn over afstanden mellem Jorden og Solen (ligesom de fleste af hans astronomiske lærdomme) forblive kanon blandt middelalderens europæiske og islamiske astronomer. Det var først i det 17. århundrede, at astronomerne begyndte at genoverveje og revidere hans beregninger.

Dette blev muligt takket være opfindelsen af teleskopet samt Keplers tre love for planeternes bevægelse, som hjalp astronomerne med at beregne de relative afstande mellem planeterne og Solen med større nøjagtighed. Ved at måle afstanden mellem Jorden og de andre solplaneter kunne astronomerne foretage parallaksemålinger for at opnå mere præcise værdier.

I det 19. århundrede resulterede bestemmelser af omkring lysets hastighed og konstanten for lysets aberration i den første direkte måling af afstanden mellem Jorden og Solen i kilometer. I 1903 kom udtrykket “astronomisk enhed” til at blive brugt for første gang. Og i løbet af det 20. århundrede blev målingerne stadig mere præcise og sofistikerede, bl.a. takket være præcise observationer af virkningerne af Einsteins relativitetsteori.

Moderne brug:

I 1960’erne førte udviklingen af direkte radarmålinger, telemetri og udforskningen af solsystemet med rumsonder til præcise målinger af de indre planeters og andre objekters positioner. I 1976 vedtog den Internationale Astronomiske Union (IAU) en ny definition på sin 16. generalforsamling. Som en del af deres System of Astronomical Constants (system af astronomiske konstanter) hed den nye definition:

“Den astronomiske længdeenhed er den længde (A), for hvilken den gaussiske gravitationskonstant (k) antager værdien 0,01720209895, når måleenhederne er de astronomiske enheder for længde, masse og tid. Dimensionerne af k² er de samme som for gravitationskonstanten (G), dvs. L³M-1T-2. Udtrykket “afstandsenhed” anvendes også for længden A.”

Som reaktion på udviklingen af hyperpræcise målinger besluttede Den Internationale Komité for Mål og Vægt (CIPM) i 1983 at ændre det internationale enhedssystem (SI). I overensstemmelse hermed omdefinerede de meteren til at blive målt i forhold til lysets hastighed i vakuum.

I 2012 fastslog IAU imidlertid, at relativitetsteoriens udjævning gjorde målingen af AU’er for kompleks, og man omdefinerede den astronomiske enhed i meter. I overensstemmelse hermed svarer en enkelt AU nøjagtigt til 149597870,7 km (92,955807 millioner miles), 499 lyssekunder, 4,8481368×10-6 af en parsec eller 15,812507×10-6 af et lysår.

I dag bruges AU almindeligvis til at måle afstande og skabe numeriske modeller for Solsystemet. Det bruges også ved måling af ekstrasolare systemer, hvor man beregner omfanget af protoplanetariske skyer eller afstanden mellem ekstrasolare planeter og deres moderstjerne. Ved måling af interstellare afstande er AU’er for små til at give praktiske målinger. Derfor er man afhængig af andre enheder – såsom parsec og lysår.

Universet er et enormt sted, og måling af selv vores lille hjørne af det giver nogle forbløffende resultater. Men som altid foretrækker vi at udtrykke dem på måder, der er så relaterbare og velkendte som muligt.

Vi har skrevet mange interessante artikler om afstande i solsystemet her på Universe Today. Her er Hvor langt er planeterne fra solen, Hvor langt er Merkur fra solen, Hvor langt er Venus fra solen, Hvor langt er Jorden fra solen, Hvor langt er Mars fra solen, Hvor langt er Jupiter fra solen, Hvor langt er Saturn fra solen, Hvor langt er Uranus fra solen, Hvor langt er Uranus fra solen, Hvor langt er Neptun fra Solen?, Hvor langt er Pluto fra Solen?

Hvis du vil have flere oplysninger om Jordens bane, kan du se NASA’s side om udforskning af solsystemet.

Vi har også optaget et afsnit af Astronomy Cast, der handler om måling af afstande i astronomi. Hør her, Episode 10: Måling af afstande i universet.