Che cos’è un’unità astronomica?

Quando si tratta di occuparsi del cosmo, a noi umani piace mettere le cose in termini familiari. Quando esaminiamo gli esopianeti, li classifichiamo in base alle loro somiglianze con i pianeti del nostro sistema solare, cioè terrestri, giganti gassosi, grandi come la Terra, grandi come Giove, grandi come Nettuno, ecc. E quando misuriamo le distanze astronomiche, facciamo più o meno lo stesso.

Per esempio, uno dei mezzi più comunemente usati per misurare le distanze nello spazio è noto come unità astronomica (AU). Basata sulla distanza tra la Terra e il Sole, questa unità permette agli astronomi di caratterizzare le grandi distanze tra i pianeti solari e il Sole, e tra i pianeti extrasolari e le loro stelle.

Definizione:

Secondo l’attuale convenzione astronomica, una singola Unità Astronomica è equivalente a 149.597.870,7 chilometri (o 92.955.807 miglia). Tuttavia, questa è la distanza media tra la Terra e il Sole, poiché tale distanza è soggetta a variazioni durante il periodo orbitale della Terra. In altre parole, la distanza tra la Terra e il Sole varia nel corso di un singolo anno.

Nel corso di un anno, la Terra passa da una distanza di 147.095.000 km (91.401.000 mi) dal Sole al perielio (il suo punto più vicino) a 152.100.000 km (94.500.000 mi) all’afelio (il suo punto più lontano) – o da una distanza di 0.983 AUs a 1,016 AUs.

Storia dello sviluppo:

Il primo esempio registrato di astronomi che stimano la distanza tra la Terra e il Sole risale all’antichità classica. Nell’opera del III secolo a.C., Sulle dimensioni e le distanze del Sole e della Luna – che è attribuita al matematico greco Aristarco di Samo – la distanza è stata stimata essere tra 18 e 20 volte la distanza tra la Terra e la Luna.

Tuttavia, il suo contemporaneo Archimede, nella sua opera Sandreckoner del III secolo a.C., ha anche affermato che Aristarco di Samo ha posto la distanza di 10.000 volte il raggio della Terra. A seconda dei valori per entrambe le serie di stime, Aristarco era fuori di un fattore di circa 2 (nel caso del raggio della Terra) a 20 (la distanza tra la Terra e la Luna).

Il più antico testo matematico cinese – il trattato del 1 ° secolo aC noto come Zhoubi Suanjing – contiene anche una stima della distanza tra la Terra e il Sole. Secondo l’anonimo trattato, la distanza poteva essere calcolata effettuando misure geometriche della lunghezza delle ombre di mezzogiorno create da oggetti distanziati a distanze specifiche. Tuttavia, i calcoli erano basati sull’idea che la Terra fosse piatta.

Il famoso matematico e astronomo Tolomeo del II secolo d.C. si è basato su calcoli trigonometrici per arrivare a una stima della distanza che era equivalente a 1210 volte il raggio della Terra. Utilizzando le registrazioni delle eclissi lunari, stimò il diametro apparente della Luna, così come il diametro apparente del cono d’ombra della Terra attraversato dalla Luna durante un’eclissi lunare.

Utilizzando la parallasse lunare, calcolò anche le dimensioni apparenti del Sole e della Luna e concluse che il diametro del Sole era uguale al diametro della Luna quando quest’ultima era alla sua massima distanza dalla Terra. Da questo, Tolomeo arrivò a un rapporto tra distanza solare e lunare di circa 19 a 1, la stessa cifra derivata da Aristarco.

Per i successivi mille anni, le stime di Tolomeo sulla distanza Terra-Sole (come la maggior parte dei suoi insegnamenti astronomici) sarebbero rimaste canoniche tra gli astronomi medievali europei e islamici. Fu solo nel XVII secolo che gli astronomi iniziarono a riconsiderare e rivedere i suoi calcoli.

Questo fu possibile grazie all’invenzione del telescopio e alle Tre Leggi del Moto Planetario di Keplero, che aiutarono gli astronomi a calcolare le distanze relative tra i pianeti e il Sole con maggiore precisione. Misurando la distanza tra la Terra e gli altri pianeti solari, gli astronomi furono in grado di effettuare misurazioni di parallasse per ottenere valori più precisi.

Entro il XIX secolo, le determinazioni della velocità della luce e della costante dell’aberrazione della luce portarono alla prima misurazione diretta della distanza Terra-Sole in chilometri. Nel 1903, il termine “unità astronomica” venne usato per la prima volta. E nel corso del XX secolo, le misurazioni divennero sempre più precise e sofisticate, grazie anche alle accurate osservazioni degli effetti della Teoria della Relatività di Einstein.

Uso moderno:

Negli anni ’60, lo sviluppo di misurazioni radar dirette, la telemetria e l’esplorazione del sistema solare con sonde spaziali portarono a misure precise delle posizioni dei pianeti interni e di altri oggetti. Nel 1976, l’Unione Astronomica Internazionale (IAU) ha adottato una nuova definizione durante la sua 16a Assemblea Generale. Come parte del loro Sistema di Costanti Astronomiche, la nuova definizione affermava:

“L’unità astronomica di lunghezza è quella lunghezza (A) per la quale la costante gravitazionale gaussiana (k) assume il valore 0,01720209895 quando le unità di misura sono le unità astronomiche di lunghezza, massa e tempo. Le dimensioni di k² sono quelle della costante di gravitazione (G), cioè L³M-1T-2. Il termine “unità di distanza” è usato anche per la lunghezza A.”

In risposta allo sviluppo di misure iper-precise, il Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure (CIPM) ha deciso di modificare il Sistema Internazionale di Unità (SI) nel 1983. Coerentemente, ridefinirono il metro da misurare in termini di velocità della luce nel vuoto.

Tuttavia, nel 2012, la IAU ha stabilito che l’equiparazione della relatività rendeva la misurazione degli AU troppo complessa, e ha ridefinito l’unità astronomica in termini di metri. In base a ciò, un singolo AU equivale esattamente a 149597870,7 km (92,955807 milioni di miglia), 499 secondi luce, 4,8481368×10-6 di un parsec, o 15,812507×10-6 di un anno luce.

Oggi, l’AU è usato comunemente per misurare le distanze e creare modelli numerici per il sistema solare. Si usa anche per misurare i sistemi extrasolari, calcolando l’estensione delle nubi protoplanetarie o la distanza tra i pianeti extrasolari e la loro stella madre. Quando si misurano le distanze interstellari, gli AU sono troppo piccoli per offrire misure convenienti. Per questo motivo ci si affida ad altre unità di misura, come il parsec e l’anno luce.

L’Universo è un posto enorme, e misurare anche il nostro piccolo angolo di esso produce dei risultati sbalorditivi. Ma, come sempre, preferiamo esprimerli in modi che siano il più possibile familiari e relazionabili.

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulle distanze nel sistema solare qui a Universo Oggi. Ecco Quanto distano i pianeti dal Sole, Quanto dista Mercurio dal Sole, Quanto dista Venere dal Sole, Quanto dista la Terra dal Sole, Quanto dista Marte dal Sole, Quanto dista Giove dal Sole, Quanto dista Saturno dal Sole, Quanto dista Urano dal Sole, Quanto dista Nettuno dal Sole?, Quanto dista Plutone dal Sole?

Se vuoi maggiori informazioni sull’orbita terrestre, guarda la pagina Esplorazione del sistema solare della NASA.

Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast dedicato alla misurazione delle distanze in astronomia. Ascolta qui, Episodio 10: Misurare la distanza nell’universo.