Mi az a csillagászati egység?

Amikor a kozmoszról van szó, mi emberek szeretjük a dolgokat ismerős fogalmakban megfogalmazni. Amikor exobolygókat vizsgálunk, a saját Naprendszerünk bolygóihoz való hasonlóságuk alapján osztályozzuk őket – azaz földi, gázóriás, Föld méretű, Jupiter méretű, Neptunusz méretű stb. bolygók. És a csillagászati távolságok mérésekor is hasonlóan járunk el.

Például az űrbeli távolságok mérésének egyik leggyakrabban használt eszköze a csillagászati egység (AU). A Föld és a Nap közötti távolság alapján ez az egység lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy jellemezzék a Napbolygók és a Nap, valamint a Napon kívüli bolygók és a csillagok közötti hatalmas távolságokat.

Meghatározás:

A jelenlegi csillagászati egyezmény szerint egyetlen csillagászati egység 149 597 870,7 kilométerrel (vagy 92 955 807 mérfölddel) egyenlő. Ez azonban a Föld és a Nap közötti átlagos távolság, mivel ez a távolság a Föld keringési ideje alatt változik. Más szóval, a Föld és a Nap közötti távolság egy év alatt is változik.

Egy év alatt a Föld a perihélium (a legközelebbi pont) 147 095 000 km (91 401 000 mi) távolságából a Naphoz képest 152 100 000 km (94 500 000 mi) távolságra kerül az aphélium (a legtávolabbi pont) – vagy 0.983 AU-tól 1,016 AU-ig.

A fejlődés története:

A legkorábbi feljegyzett példa arra, hogy a csillagászok megbecsülték a Föld és a Nap közötti távolságot, a klasszikus ókorból származik. A Kr. e. 3. századi, A Nap és a Hold méreteiről és távolságairól című művében – amelyet Arisztarkhosz szamosi görög matematikusnak tulajdonítanak – a távolságot a Föld és a Hold távolságának 18-20-szorosára becsülték.

A kortársa, Arkhimédész azonban a Kr. e. 3. századi Sandreckoner című művében szintén azt állította, hogy Szamosi Arisztarkhosz a Föld sugarának 10 000-szeresére tette a távolságot. A becslések bármelyikének értékeitől függően Arisztarkhosz körülbelül 2-szeres (a Föld sugara esetében) és 20-szoros (a Föld és a Hold távolsága) tévedésben volt.

A legrégebbi kínai matematikai szöveg – a Kr. e. 1. századi Zhoubi Suanjing néven ismert értekezés – szintén tartalmaz egy becslést a Föld és a Nap közötti távolságról. A névtelen traktátus szerint a távolságot úgy lehetett kiszámítani, hogy geometriai méréseket végeztek a meghatározott távolságban elhelyezett tárgyak által keltett déli árnyékok hosszára vonatkozóan. A számítások azonban azon az elképzelésen alapultak, hogy a Föld lapos.

A Kr. u. 2. században élt híres matematikus és csillagász, Ptolemaiosz trigonometriai számításokra támaszkodva jutott a Föld sugarának 1210-szeresével egyenértékű távolságbecsléshez. A holdfogyatkozásokról készült feljegyzések alapján megbecsülte a Hold látszólagos átmérőjét, valamint a Hold által holdfogyatkozáskor a Földön áthaladó árnyékkúp látszólagos átmérőjét.

A Hold parallaxisát felhasználva kiszámította a Nap és a Hold látszólagos méretét is, és arra a következtetésre jutott, hogy a Nap átmérője megegyezik a Hold átmérőjével, amikor az utóbbi a legnagyobb távolságra van a Földtől. Ebből Ptolemaiosz a Nap és a Hold távolságának körülbelül 19:1 arányára jutott, ugyanerre az Arisztarkhosz által levezetett értékre.

A következő ezer évben Ptolemaiosz Föld-Nap távolságra vonatkozó becslései (akárcsak a legtöbb csillagászati tanítása) a középkori európai és iszlám csillagászok körében kanonikusak maradtak. Csak a 17. században kezdték el a csillagászok újragondolni és felülvizsgálni a számításait.

Ez a távcső feltalálásának, valamint Kepler bolygómozgásról szóló három törvényének köszönhetően vált lehetővé, amely segített a csillagászoknak a bolygók és a Nap közötti relatív távolságok pontosabb kiszámításában. A Föld és a többi napbolygó közötti távolság mérésével a csillagászok parallaxisméréseket tudtak végezni, hogy pontosabb értékeket kapjanak.

A 19. századra a fénysebességről és a fény aberrációs állandójáról szóló meghatározások eredményeként először sikerült közvetlenül megmérni a Föld-Nap távolságot kilométerben. A “csillagászati egység” kifejezést 1903-ra kezdték el először használni. A 20. század folyamán pedig a mérések egyre pontosabbá és kifinomultabbá váltak, részben Einstein relativitáselmélete hatásainak pontos megfigyeléseinek köszönhetően.

Modern használat:

Az 1960-as évekre a közvetlen radarmérések, a telemetria és a Naprendszer űrszondákkal történő felderítése a belső bolygók és más objektumok helyzetének pontos méréséhez vezetett. 1976-ban a Nemzetközi Csillagászati Unió (IAU) 16. közgyűlésén új definíciót fogadott el. A csillagászati állandók rendszerének részeként az új definíció kimondta:

“A csillagászati hosszúságegység az a hosszúság (A), amelyre a Gauss-féle gravitációs állandó (k) 0,01720209895 értéket vesz fel, ha a mértékegységek a hosszúság, a tömeg és az idő csillagászati egységei. A k² méretei megegyeznek a gravitációs állandó (G) méreteivel, azaz L³M-1T-2. Az “egységnyi távolság” kifejezést az A hosszúságra is használják.”

A hiperpontos mérések fejlődésére válaszul a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság (CIPM) 1983-ban úgy döntött, hogy módosítja a Nemzetközi mértékegységrendszert (SI). Ezzel összhangban újradefiniálták a métert, hogy azt a fény vákuumban mért sebességével mérjék.

Az IAU azonban 2012-re megállapította, hogy a relativitáselmélet kiegyenlítődése miatt az AU-k mérése túl bonyolulttá vált, és a csillagászati egységet méterben határozta újra. Ennek megfelelően egyetlen AU pontosan 149597870,7 km-nek (92,955807 millió mérföldnek), 499 fénymásodpercnek, 4,8481368×10-6 parsecnek vagy 15,812507×10-6 fényévnek felel meg.

Most az AU-t általában távolságok mérésére és a Naprendszer numerikus modelljeinek létrehozására használják. Naprendszeren kívüli rendszerek mérésekor is használják, a protoplanetáris felhők kiterjedésének vagy a naprendszeren kívüli bolygók és szülőcsillaguk közötti távolság kiszámításakor. Csillagközi távolságok mérésekor az AU túl kicsi ahhoz, hogy kényelmes méréseket lehessen végezni. Ezért más mértékegységekre – például a parszekre és a fényévre – támaszkodnak.

Az Univerzum hatalmas hely, és még a mi kis szegletünk mérése is megdöbbentő eredményeket produkál. De mint mindig, most is inkább olyan módon fejezzük ki őket, ami a lehető legközelebbi és ismertebb.

A Naprendszer távolságairól már sok érdekes cikket írtunk itt a Universe Today-n. Íme: Milyen messze vannak a bolygók a Naptól?, Milyen messze van a Merkúr a Naptól?, Milyen messze van a Vénusz a Naptól?, Milyen messze van a Föld a Naptól?, Milyen messze van a Mars a Naptól?, Milyen messze van a Jupiter a Naptól?, Milyen messze van a Szaturnusz a Naptól? és Milyen messze van az Uránusz a Naptól?, Milyen messze van a Neptunusz a Naptól?, Milyen messze van a Plútó a Naptól?

Ha további információkat szeretnél a Föld pályájáról, nézd meg a NASA Naprendszer-kutatás oldalát.

Asztronómia Cast egy epizódját is felvettük, amelyet a távolságok mérésének szenteltünk a csillagászatban. Hallgassa meg itt, 10. epizód: A távolságok mérése az Univerzumban.