Ce este o unitate astronomică?

Când vine vorba de cosmos, nouă, oamenilor, ne place să formulăm lucrurile în termeni familiari. Atunci când examinăm exoplanetele, le clasificăm în funcție de asemănările lor cu planetele din propriul nostru sistem solar – de exemplu, terestre, giganți gazoși, de mărimea Pământului, de mărimea lui Jupiter, de mărimea lui Neptun etc. Și atunci când măsurăm distanțele astronomice, procedăm cam la fel.

De exemplu, unul dintre cele mai utilizate mijloace de măsurare a distanțelor în spațiu este cunoscut sub numele de unitate astronomică (UA). Bazată pe distanța dintre Pământ și Soare, această unitate permite astronomilor să caracterizeze distanțele vaste dintre planetele solare și Soare, precum și dintre planetele extrasolare și stelele lor.

Definiție:

Conform convenției astronomice actuale, o singură unitate astronomică este echivalentă cu 149.597.870,7 kilometri (sau 92.955.807 mile). Cu toate acestea, aceasta este distanța medie dintre Pământ și Soare, deoarece această distanță este supusă unor variații în timpul perioadei orbitale a Pământului. Cu alte cuvinte, distanța dintre Pământ și Soare variază pe parcursul unui singur an.

În decursul unui an, Pământul trece de la o distanță de 147.095.000 km (91.401.000 mi) față de Soare la periheliu (punctul său cel mai apropiat) la 152.100.000 km (94.500.000 mi) la afeliu (punctul său cel mai îndepărtat) – sau de la o distanță de 0.983 UA la 1,016 UA.

Istoria evoluției:

Cel mai vechi exemplu înregistrat de astronomi care estimează distanța dintre Pământ și Soare datează din Antichitatea clasică. În lucrarea din secolul al III-lea î.e.n., Despre dimensiunile și distanțele Soarelui și Lunii – care este atribuită matematicianului grec Aristarchus din Samos – distanța a fost estimată ca fiind între 18 și 20 de ori mai mare decât distanța dintre Pământ și Lună.

Cu toate acestea, contemporanul său Arhimede, în lucrarea sa din secolul al III-lea î.e.n., Sandreckoner, a susținut, de asemenea, că Aristarchus din Samos a plasat distanța de 10.000 de ori mai mare decât raza Pământului. În funcție de valorile pentru oricare dintre cele două seturi de estimări, Aristarchus a greșit cu un factor de aproximativ 2 (în cazul razei Pământului) până la 20 (distanța dintre Pământ și Lună).

Cel mai vechi text matematic chinezesc – tratatul din secolul I î.Hr. cunoscut sub numele de Zhoubi Suanjing – conține, de asemenea, o estimare a distanței dintre Pământ și Soare. Potrivit tratatului anonim, distanța ar putea fi calculată prin efectuarea de măsurători geometrice ale lungimii umbrelor de la amiază create de obiecte aflate la distanțe specifice. Cu toate acestea, calculele se bazau pe ideea că Pământul era plat.

Celebrul matematician și astronom din secolul al II-lea e.n. Ptolemeu s-a bazat pe calcule trigonometrice pentru a ajunge la o estimare a distanței care era echivalentă cu de 1210 ori raza Pământului. Folosind înregistrările eclipselor de Lună, el a estimat diametrul aparent al Lunii, precum și diametrul aparent al conului de umbră al Pământului străbătut de Lună în timpul unei eclipse de Lună.

Utilizând paralaxa Lunii, el a calculat, de asemenea, dimensiunile aparente ale Soarelui și ale Lunii și a concluzionat că diametrul Soarelui era egal cu diametrul Lunii atunci când aceasta din urmă se afla la cea mai mare distanță de Pământ. De aici, Ptolemeu a ajuns la un raport al distanței dintre Soare și Lună de aproximativ 19 la 1, aceeași cifră derivată de Aristarchus.

Pentru următoarea mie de ani, estimările lui Ptolemeu cu privire la distanța dintre Pământ și Soare (la fel ca majoritatea învățăturilor sale astronomice) vor rămâne canonice în rândul astronomilor europeni și islamici medievali. Abia în secolul al XVII-lea, astronomii au început să reconsidere și să revizuiască calculele sale.

Acest lucru a fost posibil datorită inventării telescopului, precum și a celor Trei legi ale mișcării planetare ale lui Kepler, care i-au ajutat pe astronomi să calculeze distanțele relative dintre planete și Soare cu o mai mare precizie. Măsurând distanța dintre Pământ și celelalte planete solare, astronomii au putut efectua măsurători de paralaxă pentru a obține valori mai precise.

Până în secolul al XIX-lea, determinările despre viteza luminii și constanta aberației luminii au dus la prima măsurare directă a distanței Pământ-Soare în kilometri. Prin 1903, termenul de „unitate astronomică” a ajuns să fie folosit pentru prima dată. Și pe parcursul secolului al XX-lea, măsurătorile au devenit din ce în ce mai precise și mai sofisticate, datorită, în parte, observațiilor exacte ale efectelor Teoriei Relativității a lui Einstein.

Utilizare modernă:

Până în anii 1960, dezvoltarea măsurătorilor radar directe, a telemetriei și explorarea Sistemului Solar cu sonde spațiale a dus la măsurători precise ale pozițiilor planetelor interioare și ale altor obiecte. În 1976, Uniunea Astronomică Internațională (IAU) a adoptat o nouă definiție în timpul celei de-a 16-a Adunări Generale. Ca parte a Sistemului lor de constante astronomice, noua definiție preciza:

„Unitatea astronomică de lungime este acea lungime (A) pentru care constanta gravitațională gaussiană (k) ia valoarea 0,01720209895 atunci când unitățile de măsură sunt unitățile astronomice de lungime, masă și timp. Dimensiunile lui k² sunt cele ale constantei de gravitație (G), adică L³M-1T-2. Termenul „unitate de distanță” este, de asemenea, utilizat pentru lungimea A.”

Ca răspuns la dezvoltarea măsurătorilor hiperprecise, Comitetul Internațional pentru Greutăți și Măsuri (CIPM) a decis să modifice Sistemul Internațional de Unități (SI) în 1983. În concordanță cu aceasta, ei au redefinit metrul pentru a fi măsurat în funcție de viteza luminii în vid.

Cu toate acestea, până în 2012, IAU a stabilit că egalizarea relativității a făcut ca măsurarea UA să fie prea complexă și a redefinit unitatea astronomică în termeni de metri. În conformitate cu aceasta, o singură UA este egală cu 149597870,7 km exact (92,955807 milioane de mile), 499 de secunde-lumină, 4,8481368×10-6 dintr-un parsec sau 15,812507×10-6 dintr-un an-lumină.

Astăzi, UA este folosită în mod obișnuit pentru a măsura distanțele și pentru a crea modele numerice pentru Sistemul Solar. De asemenea, este folosită și la măsurarea sistemelor extrasolare, calculând întinderea norilor protoplanetare sau distanța dintre planetele extrasolare și steaua lor mamă. Atunci când se măsoară distanțele interstelare, UA-urile sunt prea mici pentru a oferi măsurători convenabile. Ca atare, se apelează la alte unități – cum ar fi parsecul și anul-lumină.

Universul este un loc imens, iar măsurarea chiar și a micului nostru colț din el produce niște rezultate uluitoare. Dar, ca întotdeauna, preferăm să le exprimăm în moduri cât mai apropiate și familiare.

Am scris multe articole interesante despre distanțele din Sistemul Solar aici, la Universe Today. Iată Cât de departe sunt planetele de Soare, Cât de departe este Mercur de Soare, Cât de departe este Venus de Soare, Cât de departe este Pământul de Soare, Cât de departe este Marte de Soare, Cât de departe este Jupiter de Soare, Cât de departe este Saturn de Soare, Cât de departe este Uranus de Soare…, Cât de departe este Neptun de Soare?, Cât de departe este Pluto de Soare?

Dacă doriți mai multe informații despre orbita Pământului, consultați pagina NASA Solar System Exploration.

Am înregistrat și un episod din Astronomy Cast dedicat măsurării distanțelor în astronomie. Ascultați aici, episodul 10: Măsurarea distanțelor în Univers.

.