¿Qué es una unidad astronómica?

Cuando se trata del cosmos, a los humanos nos gusta plantear las cosas en términos familiares. Al examinar los exoplanetas, los clasificamos en función de sus similitudes con los planetas de nuestro Sistema Solar, es decir, terrestres, gigantes gaseosos, del tamaño de la Tierra, de Júpiter, de Neptuno, etc. Y cuando medimos las distancias astronómicas, hacemos lo mismo.

Por ejemplo, uno de los medios más utilizados para medir las distancias en el espacio se conoce como Unidad Astronómica (UA). Basada en la distancia entre la Tierra y el Sol, esta unidad permite a los astrónomos caracterizar las enormes distancias entre los planetas solares y el Sol, y entre los planetas extrasolares y sus estrellas.

Definición:

Según la convención astronómica actual, una sola Unidad Astronómica equivale a 149.597.870,7 kilómetros (o 92.955.807 millas). Sin embargo, se trata de la distancia media entre la Tierra y el Sol, ya que esa distancia está sujeta a variaciones durante el período orbital de la Tierra. En otras palabras, la distancia entre la Tierra y el Sol varía en el curso de un solo año.

En el transcurso de un año, la Tierra pasa de una distancia de 147.095.000 km del Sol en el perihelio (su punto más cercano) a 152.100.000 km en el afelio (su punto más lejano) – o de una distancia de 0.983 UAs a 1,016 UAs.

Historia del desarrollo:

El primer ejemplo registrado de astrónomos que estimaron la distancia entre la Tierra y el Sol se remonta a la Antigüedad clásica. En la obra Del tamaño y las distancias del Sol y la Luna, del siglo III a.C., atribuida al matemático griego Aristarco de Samos, se estimó que la distancia era entre 18 y 20 veces la distancia entre la Tierra y la Luna.

Sin embargo, su contemporáneo Arquímedes, en su obra Sandreckoner, del siglo III a.C., también afirmó que Aristarco de Samos situaba la distancia en 10.000 veces el radio de la Tierra. Según los valores de uno u otro conjunto de estimaciones, Aristarco se equivocó por un factor de aproximadamente 2 (en el caso del radio de la Tierra) a 20 (la distancia entre la Tierra y la Luna).

El texto matemático chino más antiguo -el tratado del siglo I a.C. conocido como Zhoubi Suanjing- también contiene una estimación de la distancia entre la Tierra y el Sol. Según el tratado anónimo, la distancia podía calcularse realizando mediciones geométricas de la longitud de las sombras del mediodía creadas por objetos espaciados a distancias específicas. Sin embargo, los cálculos se basaban en la idea de que la Tierra era plana.

El famoso matemático y astrónomo del siglo II de nuestra era, Ptolomeo, se basó en cálculos trigonométricos para llegar a una estimación de la distancia equivalente a 1210 veces el radio de la Tierra. Utilizando registros de eclipses lunares, estimó el diámetro aparente de la Luna, así como el diámetro aparente del cono de sombra de la Tierra atravesado por la Luna durante un eclipse lunar.

Usando el paralaje de la Luna, también calculó los tamaños aparentes del Sol y la Luna y concluyó que el diámetro del Sol era igual al diámetro de la Luna cuando ésta se encontraba a su mayor distancia de la Tierra. A partir de esto, Ptolomeo llegó a una relación entre la distancia solar y la lunar de aproximadamente 19 a 1, la misma cifra derivada por Aristarco.

Durante los siguientes mil años, las estimaciones de Ptolomeo sobre la distancia Tierra-Sol (al igual que la mayoría de sus enseñanzas astronómicas) seguirían siendo canónicas entre los astrónomos europeos e islámicos medievales. No fue hasta el siglo XVII cuando los astrónomos comenzaron a reconsiderar y revisar sus cálculos.

Esto fue posible gracias a la invención del telescopio, así como a las Tres Leyes del Movimiento Planetario de Kepler, que ayudaron a los astrónomos a calcular las distancias relativas entre los planetas y el Sol con mayor precisión. Al medir la distancia entre la Tierra y los demás planetas solares, los astrónomos pudieron realizar mediciones de paralaje para obtener valores más precisos.

En el siglo XIX, las determinaciones sobre la velocidad de la luz y la constante de la aberración de la luz dieron lugar a la primera medición directa de la distancia Tierra-Sol en kilómetros. En 1903, se utilizó por primera vez el término «unidad astronómica». Y a lo largo del siglo XX, las mediciones se hicieron cada vez más precisas y sofisticadas, gracias en parte a las observaciones precisas de los efectos de la Teoría de la Relatividad de Einstein.

Uso moderno:

En la década de 1960, el desarrollo de las mediciones directas por radar, la telemetría y la exploración del Sistema Solar con sondas espaciales permitieron realizar mediciones precisas de las posiciones de los planetas interiores y otros objetos. En 1976, la Unión Astronómica Internacional (UAI) adoptó una nueva definición durante su 16ª Asamblea General. Como parte de su Sistema de Constantes Astronómicas, la nueva definición establecía:

«La unidad astronómica de longitud es aquella longitud (A) para la que la constante gravitatoria gaussiana (k) toma el valor 0,01720209895 cuando las unidades de medida son las unidades astronómicas de longitud, masa y tiempo. Las dimensiones de k² son las de la constante de gravitación (G), es decir, L³M-1T-2. El término «unidad de distancia» también se utiliza para la longitud A.»

En respuesta al desarrollo de las mediciones hiperprecisas, el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) decidió modificar el Sistema Internacional de Unidades (SI) en 1983. En consonancia con ello, redefinieron el metro para que se midiera en términos de la velocidad de la luz en el vacío.

Sin embargo, en 2012, la UAI determinó que la igualación de la relatividad hacía demasiado compleja la medición de las UA, y redefinió la unidad astronómica en términos de metros. De acuerdo con esto, una sola UA equivale a 149597870,7 km exactos (92,955807 millones de millas), 499 segundos luz, 4,8481368×10-6 de un parsec, o 15,812507×10-6 de un año luz.

Hoy en día, la UA se utiliza comúnmente para medir distancias y crear modelos numéricos para el Sistema Solar. También se utiliza para medir sistemas extrasolares, calcular la extensión de las nubes protoplanetarias o la distancia entre los planetas extrasolares y su estrella madre. Cuando se miden las distancias interestelares, las UA son demasiado pequeñas para ofrecer mediciones convenientes. Por ello, se recurre a otras unidades, como el pársec y el año luz.

El Universo es un lugar enorme, y la medición incluso de nuestro pequeño rincón de él produce algunos resultados asombrosos. Pero, como siempre, preferimos expresarlos de forma que resulten lo más afines y familiares.

Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre las distancias en el Sistema Solar aquí en Universe Today. Aquí tienes a qué distancia están los planetas del Sol, a qué distancia está Mercurio del Sol, a qué distancia está Venus del Sol, a qué distancia está la Tierra del Sol, a qué distancia está Marte del Sol, a qué distancia está Júpiter del Sol, a qué distancia está Saturno del Sol, a qué distancia está Urano del Sol, ¿A qué distancia está Neptuno del Sol?, ¿A qué distancia está Plutón del Sol?

Si quieres más información sobre la órbita de la Tierra, consulta la página de Exploración del Sistema Solar de la NASA.

También hemos grabado un episodio de Astronomy Cast dedicado a la medición de distancias en astronomía. Escúchalo aquí, Episodio 10: Midiendo la distancia en el Universo.