O que é uma Unidade Astronómica?

Quando se trata de lidar com o cosmos, nós, humanos, gostamos de sofocar as coisas em termos familiares. Ao examinar os exoplanetas, nós os classificamos com base em suas semelhanças com os planetas do nosso próprio Sistema Solar – ou seja, terrestre, gigante do gás, do tamanho da Terra, do tamanho de Júpiter, do tamanho de Neptuno, etc. E quando medimos distâncias astronômicas, fazemos muito o mesmo.

Por exemplo, um dos meios mais usados para medir distâncias através do espaço é conhecido como uma Unidade Astronômica (UA). Com base na distância entre a Terra e o Sol, esta unidade permite aos astrônomos caracterizar as vastas distâncias entre os planetas solares e o Sol, e entre os planetas extra-solares e suas estrelas.

Definição:

De acordo com a convenção astronômica atual, uma única Unidade Astronômica é equivalente a 149.597.870,7 quilômetros (ou 92.955.807 milhas). No entanto, esta é a distância média entre a Terra e o Sol, pois essa distância está sujeita a variação durante o período orbital da Terra. Em outras palavras, a distância entre a Terra e o Sol varia no decorrer de um único ano.

Durante o curso de um ano, a Terra vai da distância de 147.095.000 km (91.401.000 milhas) do Sol no periélio (seu ponto mais próximo) até 152.100.000 km (94.500.000 milhas) no apélio (seu ponto mais distante) – ou de uma distância de 0.983 UAs a 1.016 UAs.

História do Desenvolvimento:

O exemplo mais antigo registado de astrônomos estimando a distância entre a Terra e o Sol data da Antiguidade Clássica. No trabalho do século III a.C., Sobre os Tamanhos e Distâncias do Sol e da Lua – que é atribuído ao matemático grego Aristarco de Samos – a distância foi estimada entre 18 e 20 vezes a distância entre a Terra e a Lua.

No entanto, o seu Arquimedes contemporâneo, na sua obra do século III a.C. Sandreckoner, também afirmou que Aristarco de Samos colocou a distância de 10.000 vezes o raio da Terra. Dependendo dos valores para um ou outro conjunto de estimativas, Aristarco estava desligado por um fator de cerca de 2 (no caso do raio da Terra) a 20 (a distância entre a Terra e a Lua).

O texto matemático chinês mais antigo – o tratado de matemática do século I a.C. conhecido como Zhoubi Suanjing – também contém uma estimativa da distância entre a Terra e o Sol. De acordo com o tratado anónimo, a distância poderia ser calculada através da realização de medições geométricas do comprimento das sombras do meio-dia criadas por objectos espaçados a distâncias específicas. Entretanto, os cálculos foram baseados na idéia de que a Terra era plana.

Famed 2nd century CE matemático e astrônomo Ptolomeu Ptolomeu baseou-se em cálculos trigonométricos para chegar a uma estimativa de distância equivalente a 1210 vezes o raio da Terra. Usando registros de eclipses lunares, ele estimou o diâmetro aparente da Lua, bem como o diâmetro aparente do cone de sombra da Terra atravessado pela Lua durante um eclipse lunar.

Usando a paralaxe da Lua, ele também calculou os tamanhos aparentes do Sol e da Lua e concluiu que o diâmetro do Sol era igual ao diâmetro da Lua quando esta última estava a maior distância da Terra. A partir disso, Ptolomeu chegou a uma proporção de distância solar para lunar de aproximadamente 19 para 1, o mesmo valor derivado por Aristarco.

Para os próximos mil anos, as estimativas de Ptolomeu sobre a distância Terra-Sol (muito parecidas com a maioria de seus ensinamentos astronômicos) permaneceriam canônicas entre os astrônomos europeus e islâmicos medievais. Foi só no século XVII que os astrônomos começaram a reconsiderar e rever seus cálculos.

Isso foi possível graças à invenção do telescópio, assim como das Três Leis do Movimento Planetário de Kepler, que ajudou os astrônomos a calcular com maior precisão as distâncias relativas entre os planetas e o Sol. Ao medir a distância entre a Terra e os outros planetas Solares, os astrônomos foram capazes de realizar medições de paralaxe para obter valores mais precisos.

Até o século XIX, determinações sobre a velocidade da luz e a constante da aberração da luz resultaram na primeira medição direta da distância Terra-Sol em quilômetros. Em 1903, o termo “unidade astronômica” passou a ser usado pela primeira vez. E ao longo do século XX, as medições tornaram-se cada vez mais precisas e sofisticadas, graças em parte às observações precisas dos efeitos da Teoria da Relatividade de Einstein.

Uso Moderno:

Nos anos 60, o desenvolvimento de medições diretas por radar, telemetria e a exploração do Sistema Solar com sondas espaciais levaram a medições precisas das posições dos planetas internos e de outros objetos. Em 1976, a União Astronômica Internacional (IAU) adotou uma nova definição durante a sua 16ª Assembléia Geral. Como parte de seu Sistema de Constantes Astronômicas, a nova definição afirma:

“A unidade astronômica de comprimento é aquele comprimento (A) para o qual a constante gravitacional gaussiana (k) toma o valor 0,01720209895 quando as unidades de medida são as unidades astronômicas de comprimento, massa e tempo. As dimensões de k² são as da constante de gravitação (G), ou seja, L³M-1T-2. O termo “unidade de distância” também é usado para o comprimento A.”

Em resposta ao desenvolvimento das medidas hiper-precisas, o Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) decidiu modificar o Sistema Internacional de Unidades (SI) em 1983. De acordo com isso, redefiniram o medidor a ser medido em termos da velocidade da luz no vácuo.

No entanto, até 2012, a IAU determinou que a equalização da relatividade tornou a medição das UAs demasiado complexa, e redefiniu a unidade astronómica em termos de metros. De acordo com isto, um único AU é igual a 149597870,7 km exatamente (92,955807 milhões de milhas), 499 segundos-luz, 4,8481368×10-6 de um parsec, ou 15,812507×10-6 de um ano-luz.

Hoje, o AU é usado comumente para medir distâncias e criar modelos numéricos para o Sistema Solar. Também é usado para medir sistemas extra-solares, calculando a extensão das nuvens protoplanetárias ou a distância entre os planetas extra-solares e sua estrela mãe. Ao medir distâncias interestelares, os AUs são muito pequenos para oferecer medições convenientes. Como tal, outras unidades – tais como o parsec e o ano-luz – são confiáveis.

O Universo é um lugar enorme, e medir até mesmo o nosso pequeno canto dele produzindo alguns resultados surpreendentes. Mas como sempre, preferimos expressá-los de formas tão relatáveis e familiares.

Escrevemos muitos artigos interessantes sobre distâncias no Sistema Solar aqui no Universo Hoje. Aqui está Quão longe estão os planetas do Sol?, Quão longe está Mercúrio do Sol?, Quão longe está Vênus do Sol?, Quão longe está a Terra do Sol?, Quão longe está Marte do Sol?, Quão longe está Júpiter do Sol?, Quão longe está Saturno do Sol?, Quão longe está Urano do Sol? Quão longe está Netuno do Sol?, Quão longe está Plutão do Sol?

Se quiser mais informações sobre a órbita da Terra, veja a página de Exploração do Sistema Solar da NASA.

Também gravamos um episódio de Astronomia Fundida dedicado à medição de distâncias em astronomia. Ouça aqui, Episódio 10: Medindo a Distância no Universo.