Was ist eine astronomische Einheit?

Wenn es darum geht, sich mit dem Kosmos zu befassen, verwenden wir Menschen gerne vertraute Begriffe. Wenn wir Exoplaneten untersuchen, klassifizieren wir sie anhand ihrer Ähnlichkeit mit den Planeten in unserem eigenen Sonnensystem – also Erdplanet, Gasriese, erdgroß, jupitergroß, neptungroß, usw. Und bei der Messung astronomischer Entfernungen gehen wir ähnlich vor.

Eines der am häufigsten verwendeten Mittel zur Messung von Entfernungen im Weltraum ist die sogenannte Astronomische Einheit (AE). Basierend auf der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne ermöglicht diese Einheit den Astronomen, die riesigen Entfernungen zwischen den Sonnenplaneten und der Sonne sowie zwischen extrasolaren Planeten und ihren Sternen zu charakterisieren.

Definition:

Nach der aktuellen astronomischen Konvention entspricht eine einzelne Astronomische Einheit 149.597.870,7 Kilometern (oder 92.955.807 Meilen). Dabei handelt es sich jedoch um die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, da diese Entfernung während der Umlaufzeit der Erde Schwankungen unterworfen ist. Mit anderen Worten: Der Abstand zwischen der Erde und der Sonne schwankt im Laufe eines einzigen Jahres.

Im Laufe eines Jahres bewegt sich die Erde von einer Entfernung von 147.095.000 km (91.401.000 Meilen) von der Sonne im Perihel (dem sonnennächsten Punkt) bis zu 152.100.000 km (94.500.000 Meilen) im Aphel (dem sonnenfernsten Punkt) – oder von einer Entfernung von 0.983 AEs bis 1,016 AEs.

Entwicklungsgeschichte:

Das früheste aufgezeichnete Beispiel von Astronomen, die die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne schätzten, stammt aus der klassischen Antike. In dem Werk „Über die Größen und Entfernungen von Sonne und Mond“ aus dem 3. Jahrhundert v. Chr., das dem griechischen Mathematiker Aristarchos von Samos zugeschrieben wird, wurde die Entfernung auf das 18- bis 20-fache des Abstands zwischen Erde und Mond geschätzt.

Allerdings behauptete auch sein Zeitgenosse Archimedes in seinem Werk „Sandreckoner“ aus dem 3. Je nach den Werten der beiden Schätzungen lag Aristarchus um einen Faktor von etwa 2 (im Falle des Erdradius) bis 20 (Entfernung zwischen Erde und Mond) daneben.

Der älteste chinesische mathematische Text – die als Zhoubi Suanjing bekannte Abhandlung aus dem 1. Jahrhundert v. Chr. – enthält ebenfalls eine Schätzung der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Dem anonymen Traktat zufolge konnte die Entfernung durch geometrische Messungen der Länge der Mittagsschatten, die von Objekten in bestimmten Abständen erzeugt wurden, berechnet werden. Die Berechnungen basierten jedoch auf der Vorstellung, dass die Erde flach sei.

Der berühmte Mathematiker und Astronom Ptolemäus aus dem 2. Jahrhundert n. Chr. stützte sich auf trigonometrische Berechnungen, um zu einer Entfernungsschätzung zu gelangen, die dem 1210-fachen des Erdradius entsprach. Anhand von Aufzeichnungen über Mondfinsternisse schätzte er den scheinbaren Durchmesser des Mondes sowie den scheinbaren Durchmesser des Schattenkegels der Erde, den der Mond während einer Mondfinsternis durchquert.

Unter Verwendung der Mondparallaxe berechnete er auch die scheinbaren Größen von Sonne und Mond und kam zu dem Schluss, dass der Durchmesser der Sonne dem Durchmesser des Mondes entsprach, wenn dieser sich in seiner größten Entfernung von der Erde befand. Daraus ermittelte Ptolemäus ein Verhältnis von Sonnen- zu Mondentfernung von etwa 19 zu 1, dieselbe Zahl, die auch Aristarchos abgeleitet hatte.

Für die nächsten tausend Jahre blieben Ptolemäus‘ Schätzungen der Erde-Sonne-Entfernung (ähnlich wie die meisten seiner astronomischen Lehren) unter den europäischen und islamischen Astronomen des Mittelalters Kanon. Erst im 17. Jahrhundert begannen die Astronomen, seine Berechnungen zu überdenken und zu revidieren.

Möglich wurde dies dank der Erfindung des Teleskops und der Drei Gesetze der Planetenbewegung von Kepler, die es den Astronomen ermöglichten, die relativen Entfernungen zwischen den Planeten und der Sonne mit größerer Genauigkeit zu berechnen. Durch die Messung des Abstands zwischen der Erde und den anderen Sonnenplaneten konnten die Astronomen Parallaxenmessungen durchführen, um genauere Werte zu erhalten.

Im 19. Jahrhundert führten Bestimmungen über die Lichtgeschwindigkeit und die Konstante der Lichtablenkung zur ersten direkten Messung der Entfernung Erde-Sonne in Kilometern. Im Jahr 1903 wurde zum ersten Mal der Begriff „astronomische Einheit“ verwendet. Im Laufe des 20. Jahrhunderts wurden die Messungen immer präziser und ausgefeilter, unter anderem dank der genauen Beobachtung der Auswirkungen von Einsteins Relativitätstheorie.

Moderne Verwendung:

In den 1960er Jahren führten die Entwicklung direkter Radarmessungen, die Telemetrie und die Erforschung des Sonnensystems mit Raumsonden zu genauen Messungen der Positionen der inneren Planeten und anderer Objekte. Im Jahr 1976 verabschiedete die Internationale Astronomische Union (IAU) auf ihrer 16. Als Teil ihres Systems der astronomischen Konstanten besagt die neue Definition:

„Die astronomische Längeneinheit ist diejenige Länge (A), für die die Gaußsche Gravitationskonstante (k) den Wert 0,01720209895 annimmt, wenn die Maßeinheiten die astronomischen Einheiten von Länge, Masse und Zeit sind. Die Dimensionen von k² sind die der Gravitationskonstante (G), d. h. L³M-1T-2. Der Begriff „Einheitsabstand“ wird auch für die Länge A verwendet.“

Als Reaktion auf die Entwicklung hyperpräziser Messungen beschloss das Internationale Komitee für Maße und Gewichte (CIPM) 1983, das Internationale Einheitensystem (SI) zu ändern. In diesem Zusammenhang wurde das Meter neu definiert, um die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu messen.

Im Jahr 2012 stellte die IAU jedoch fest, dass die Relativitätstheorie die Messung von AE zu komplex macht, und definierte die astronomische Einheit in Metern neu. Demnach entspricht eine einzelne AE genau 149597870,7 km (92,955807 Millionen Meilen), 499 Lichtsekunden, 4,8481368×10-6 eines Parsec oder 15,812507×10-6 eines Lichtjahres.

Heute wird die AE häufig verwendet, um Entfernungen zu messen und numerische Modelle für das Sonnensystem zu erstellen. Sie wird auch bei der Vermessung extrasolarer Systeme verwendet, um die Ausdehnung protoplanetarer Wolken oder den Abstand zwischen extrasolaren Planeten und ihrem Mutterstern zu berechnen. Bei der Messung interstellarer Entfernungen sind AUs zu klein, um praktische Messungen zu ermöglichen. Daher werden andere Einheiten – wie Parsec und Lichtjahr – verwendet.

Das Universum ist riesig, und die Messung selbst unseres kleinen Teils davon liefert erstaunliche Ergebnisse. Aber wie immer ziehen wir es vor, sie auf eine Art und Weise auszudrücken, die so nachvollziehbar und vertraut ist wie möglich.

Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über Entfernungen im Sonnensystem geschrieben. Hier: Wie weit sind die Planeten von der Sonne entfernt, Wie weit ist Merkur von der Sonne entfernt, Wie weit ist Venus von der Sonne entfernt, Wie weit ist die Erde von der Sonne entfernt, Wie weit ist Mars von der Sonne entfernt, Wie weit ist Jupiter von der Sonne entfernt, Wie weit ist Saturn von der Sonne entfernt, Wie weit ist Uranus von der Sonne entfernt, Wie weit ist Neptun von der Sonne entfernt? und Wie weit ist Pluto von der Sonne entfernt?

Wenn Sie mehr über die Erdumlaufbahn erfahren möchten, besuchen Sie die Seite der NASA zur Erforschung des Sonnensystems.

Wir haben auch eine Folge von Astronomy Cast aufgenommen, die sich mit der Messung von Entfernungen in der Astronomie beschäftigt. Hören Sie hier, Episode 10: Entfernungsmessung im Universum.