Как далеко Солнце? Кажется, что едва ли можно задать более простой вопрос. И все же это самое исследование коснулось астрономов на протяжении более двух тысяч лет.
Конечно, это вопрос почти непревзойденной важности, омраченный в истории, возможно, только поиском размеров и массы Земли. Известный сегодня как астрономическая единицарасстояние служит нашей точкой отсчета в Солнечной системе и базовой линией для измерения всех расстояний во Вселенной.
Мыслители в Древней Греции были одними из первых, кто попытался построить всеобъемлющую модель космоса. Только с наблюдением невооруженным глазом можно было бы решить несколько вещей. Луна выглядела большой в небе, так что это было, вероятно, довольно близко. Солнечные затмения показали, что Луна и Солнце были почти одинакового углового размера, но Солнце было настолько ярче, что, возможно, оно было больше, но дальше (это совпадение относительно видимого размера Солнца и Луны имело почти неописуемое значение в продвижение астрономии). Остальные планеты выглядели не больше звезд, но, казалось, двигались быстрее; они были вероятно на некотором промежуточном расстоянии. Но можем ли мы сделать что-то лучше, чем эти смутные описания? С изобретением геометрии ответ стал громким да.
Первым расстоянием, которое будет измерено с любой точностью, было расстояние до Луны. В середине 2-го века до нашей эры греческий астроном Гиппарх впервые применил метод, известный как параллакс, Идея параллакса проста: когда объекты наблюдаются под двумя разными углами, более близкие объекты кажутся смещенными больше, чем более дальние. Вы можете легко продемонстрировать это, держа палец на расстоянии вытянутой руки и закрыв один глаз, а затем другой. Заметьте, как ваш палец движется больше, чем вещи на заднем плане? Это параллакс! Наблюдая за Луной из двух городов, находящихся на известном расстоянии друг от друга, Гиппарх использовал небольшую геометрию, чтобы вычислить его расстояние в пределах 7% от сегодняшней современной ценности - неплохо!
С известным расстоянием до Луны была подготовлена сцена для другого греческого астронома, Аристарха, чтобы сделать первый удар при определении расстояния Земли от Солнца. Аристарх понял, что когда Луна была ровно наполовину освещена, она образовывала прямоугольный треугольник с Землей и Солнцем. Теперь, зная расстояние между Землей и Луной, ему нужен был только угол между Луной и Солнцем, чтобы вычислить расстояние от самого Солнца. Это было блестящее рассуждение, подорванное недостаточными наблюдениями. Не имея ничего, кроме глаз, Аристарх оценил этот угол в 87 градусов, что не очень далеко от истинного значения 89,83 градусов. Но когда используемые расстояния огромны, небольшие ошибки могут быть быстро увеличены. Его результат был более чем в тысячу раз.
В течение следующих двух тысяч лет более точные наблюдения, применяемые к методу Аристарха, приведут нас в 3–4 раза к истинному значению. Итак, как мы могли бы улучшить это дальше? Был только один метод прямого измерения расстояния - параллакс. Но найти параллакс Солнца было гораздо сложнее, чем Луны. В конце концов, Солнце в сущности безликое, а его невероятная яркость стирает любой взгляд на звезды, которые скрываются за нами. Что мы можем сделать?
Однако к восемнадцатому веку наше понимание мира существенно улучшилось. Область физики была в зачаточном состоянии, и она дала критическую подсказку. Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон показали, что расстояния между планетами были связаны; найди один, и ты бы знал их всех. Но будет ли легче найти Землю? Оказывается, ответ - да. Иногда. Если вам повезет.
Ключ - это транзит Венеры. Во время транзита планета пересекает Солнце, как видно с Земли. По всей видимости, из разных мест Венера пересекает большие или меньшие части Солнца. Определив, сколько времени потребуется на эти пересечения, Джеймс Грегори и Эдмонд Халли поняли, что можно определить расстояние до Венеры (и, следовательно, до Солнца). , Сейчас время, когда я обычно говорю что-то вроде: Кажется довольно простым, верно? Есть только один улов ... Но, возможно, это никогда не было так ложно. Шансы на успех были настолько сложны, что это действительно свидетельство важности этого измерения, что кто-то даже пытался его предпринять.
Прежде всего, транзиты Венеры крайне редки. Как раз в жизни редкий (хотя они приходят в парах). К тому времени, как Галли понял, что этот метод будет работать, он знал, что он слишком стар, чтобы иметь возможность завершить его сам. Таким образом, в надежде, что будущее поколение выполнит эту задачу, он написал конкретные инструкции о том, как следует проводить наблюдения. Для того чтобы конечный результат имел желаемую точность, время прохождения должно быть измерено с точностью до секунды. Чтобы иметь большое расстояние на расстоянии, места наблюдения должны были бы быть расположены в дальних пределах Земли. И чтобы гарантировать, что облачная погода не разрушит шансов на успех, понадобятся наблюдатели во всех точках земного шара. Поговорим о крупном предприятии в эпоху, когда трансконтинентальные путешествия могут занять годы.
Несмотря на эти проблемы, астрономы во Франции и Англии решили, что они будут собирать необходимые данные во время транзита 1761 года. К тому времени, однако, ситуация была еще хуже: Англия и Франция были вовлечены в Семилетнюю войну. Путешествие по морю было практически невозможно. Тем не менее, усилия продолжались. Хотя не все наблюдатели были успешными (некоторые из них блокировали облака, другие - военные корабли), в сочетании с данными, собранными во время другого транзита восемь лет спустя, мероприятие было успешным. Французский астроном Жером Лаланд собрал все данные и вычислил первое точное расстояние до Солнца: 153 миллиона километров, с точностью до трех процентов от истинного значения!
Коротко в стороне: число, о котором мы говорим здесь, называется земным большая полуосьЭто означает, что это среднее расстояние между Землей и Солнцем. Поскольку орбита Земли не идеально круглая, мы фактически становимся на 3% ближе и дальше в течение года. Также, как и многие цифры в современной науке, формальное определение астрономической единицы было немного изменено. По состоянию на 2012 год ровно 1 AU = 149 597 870 700 метров, независимо от того, найдем ли мы большую полуось Земли в будущем.
Со времени новаторских наблюдений, сделанных во время прохождения Венеры, мы значительно улучшили наши знания о расстоянии Земля-Солнце. Мы также использовали его, чтобы открыть понимание огромности Вселенной. Как только мы узнали, насколько велика орбита Земли, мы могли использовать параллакс для измерения расстояния до других звезд, проводя наблюдения с интервалом в шесть месяцев (когда Земля переместилась на другую сторону Солнца, расстояние 2 а.е.!) , Это открыло космос, который растянулся бесконечно и в конечном итоге привел бы к открытию, что нашей вселенной миллиарды лет. Неплохо для того, чтобы задать простой вопрос!
