Wat is een Astronomische Eenheid?

Wanneer we het over de kosmos hebben, houden wij mensen ervan om de dingen in vertrouwde termen te plaatsen. Wanneer we exoplaneten onderzoeken, delen we ze in op basis van hun gelijkenis met de planeten in ons eigen zonnestelsel – d.w.z. aardse planeten, gasreuzen, planeten ter grootte van de aarde, planeten ter grootte van Jupiter, planeten ter grootte van Neptunus, enzovoort. En bij het meten van astronomische afstanden doen we ongeveer hetzelfde.

Zo is een van de meest gebruikte manieren om afstanden in de ruimte te meten bekend als een Astronomische Eenheid (AE). Deze eenheid is gebaseerd op de afstand tussen de aarde en de zon en stelt astronomen in staat om de grote afstanden tussen de planeten op de zon en de planeten buiten de zon en hun sterren te karakteriseren.

Definitie:

Volgens de huidige astronomische conventie is één Astronomische Eenheid gelijk aan 149.597.870,7 kilometer (of 92.955.807 mijl). Dit is echter de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon, aangezien die afstand varieert tijdens de omlooptijd van de aarde. Met andere woorden, de afstand tussen de aarde en de zon varieert in de loop van één jaar.

In de loop van een jaar verwijdert de aarde zich van 147.095.000 km van de zon op het perihelium (het dichtstbijzijnde punt) tot 152.100.000 km op het aphelium (het verst verwijderde punt) – oftewel van een afstand van 0,983 AE tot 1,01 AE.983 AE tot 1,016 AE.

Geschiedenis van de ontwikkeling:

Het vroegste geregistreerde voorbeeld van astronomen die de afstand tussen de Aarde en de Zon schatten, dateert uit de Klassieke Oudheid. In het werk On the Sizes and Distances of the Sun and Moon uit de derde eeuw voor Christus – dat wordt toegeschreven aan de Griekse wiskundige Aristarchus van Samos – werd de afstand geschat op 18 tot 20 maal de afstand tussen de Aarde en de Maan.

Zijn tijdgenoot Archimedes beweerde echter in zijn werk Sandreckoner uit de derde eeuw voor Christus ook dat Aristarchus van Samos de afstand op 10.000 maal de straal van de Aarde schatte. Afhankelijk van de waarden van beide schattingen zat Aristarchus er ongeveer een factor 2 (in het geval van de straal van de Aarde) tot 20 (de afstand tussen de Aarde en de Maan) naast.

De oudste Chinese wiskundige tekst – het traktaat uit de 1e eeuw voor Christus dat bekend staat als Zhoubi Suanjing – bevat ook een schatting van de afstand tussen de Aarde en de Zon. Volgens het anonieme traktaat kon de afstand worden berekend door geometrische metingen te verrichten van de lengte van de middagschaduwen die werden veroorzaakt door voorwerpen die op specifieke afstanden van elkaar waren geplaatst. De berekeningen waren echter gebaseerd op het idee dat de Aarde plat was.

De beroemde wiskundige en astronoom Ptolemaeus uit de tweede eeuw na Christus baseerde zich op goniometrische berekeningen om een afstandsschatting te maken die overeenkwam met 1210 keer de straal van de aarde. Met behulp van verslagen van maansverduisteringen schatte hij de schijnbare diameter van de Maan, evenals de schijnbare diameter van de schaduwkegel van de Aarde die door de Maan wordt doorkruist tijdens een maansverduistering.

Met behulp van de parallax van de Maan berekende hij ook de schijnbare afmetingen van de Zon en de Maan en concludeerde dat de diameter van de Zon gelijk was aan de diameter van de Maan wanneer deze zich op de grootste afstand van de Aarde bevond. Hieruit kwam Ptolemaeus tot een verhouding van de zonne-maanafstand van ongeveer 19 op 1, hetzelfde cijfer dat door Aristarchus was afgeleid.

Voor de volgende duizend jaar zouden Ptolemaeus’ schattingen van de afstand tussen de Aarde en de Zon (net als de meeste van zijn astronomische leerstellingen) canon blijven onder Middeleeuwse Europese en Islamitische astronomen. Pas in de 17e eeuw begonnen astronomen zijn berekeningen te heroverwegen en te herzien.

Dit werd mogelijk dankzij de uitvinding van de telescoop, en ook dankzij de Drie Wetten van Planeten van Kepler, die astronomen hielpen de relatieve afstanden tussen de planeten en de Zon met grotere nauwkeurigheid te berekenen. Door de afstand tussen de Aarde en de andere Zonneplaneten te meten, konden astronomen parallaxmetingen uitvoeren om nauwkeurigere waarden te verkrijgen.

In de 19e eeuw resulteerden bepalingen van ongeveer de snelheid van het licht en de constante van de aberratie van licht in de eerste directe meting van de afstand tussen de aarde en de zon in kilometers. In 1903 werd voor het eerst de term “astronomische eenheid” gebruikt. En in de loop van de 20e eeuw werden de metingen steeds nauwkeuriger en geavanceerder, mede dankzij nauwkeurige waarnemingen van de effecten van Einsteins Relativiteitstheorie.

Modern gebruik:

In de jaren zestig leidden de ontwikkeling van directe radarmetingen, telemetrie en de verkenning van het zonnestelsel met ruimtesondes tot nauwkeurige metingen van de posities van de binnenplaneten en andere objecten. In 1976 heeft de Internationale Astronomische Unie (IAU) tijdens haar 16e Algemene Vergadering een nieuwe definitie aangenomen. Als onderdeel van hun stelsel van astronomische constanten luidde de nieuwe definitie:

“De astronomische lengte-eenheid is die lengte (A) waarvoor de Gaussische gravitatieconstante (k) de waarde 0,01720209895 aanneemt wanneer de meeteenheden de astronomische eenheden van lengte, massa en tijd zijn. De afmetingen van k² zijn die van de gravitatieconstante (G), namelijk L³M-1T-2. De term “afstandseenheid” wordt ook gebruikt voor de lengte A.”

In antwoord op de ontwikkeling van hypernauwkeurige metingen heeft het Internationaal Comité voor maten en gewichten (CIPM) in 1983 besloten het Internationaal Stelsel van Eenheden (SI) te wijzigen. In overeenstemming hiermee herdefinieerden zij de meter om te worden gemeten in termen van de snelheid van het licht in vacuüm.

In 2012 stelde de IAU echter vast dat de gelijkschakeling van de relativiteit het meten van AU’s te complex maakte, en herdefinieerde de astronomische eenheid in termen van meters. In overeenstemming hiermee is een enkele AU gelijk aan precies 149597870,7 km (92,955807 miljoen mijl), 499 lichtseconden, 4,8481368×10-6 van een parsec, of 15,812507×10-6 van een lichtjaar.

Heden ten dage wordt de AU algemeen gebruikt om afstanden te meten en numerieke modellen voor het Zonnestelsel te maken. Het wordt ook gebruikt bij het meten van extra-zonnestelsels, het berekenen van de omvang van protoplanetaire wolken of de afstand tussen extra-zolaire planeten en hun moederster. Bij het meten van interstellaire afstanden zijn AE’s te klein om handige metingen te bieden. Daarom wordt gebruik gemaakt van andere eenheden, zoals de parsec en het lichtjaar.

Het heelal is enorm groot, en zelfs ons kleine hoekje ervan kan verbijsterende resultaten opleveren. Maar zoals altijd geven we er de voorkeur aan ze uit te drukken op manieren die even relateerbaar en vertrouwd zijn.

We hebben veel interessante artikelen geschreven over afstanden in het zonnestelsel hier bij Universe Today. Hier is Hoe ver staan de planeten van de zon?, Hoe ver staat Mercurius van de zon?, Hoe ver staat Venus van de zon?, Hoe ver staat de aarde van de zon?, Hoe ver staat Mars van de zon?, Hoe ver staat Jupiter van de zon?, Hoe ver staat Saturnus van de zon?, Hoe ver staat Uranus van de zon?, Hoe ver staat Neptunus van de Zon?, Hoe ver staat Pluto van de Zon?

Als je meer informatie wilt over de baan van de Aarde, kijk dan op NASA’s Solar System Exploration pagina.

We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast gewijd aan het meten van afstanden in de astronomie. Luister hier, Aflevering 10: Het meten van afstanden in het heelal.