Колко далеч е Слънцето? Сякаш човек трудно би могъл да зададе по-прям въпрос. И все пак това разследване окуражава астрономите повече от две хиляди години.
Със сигурност става въпрос за почти ненадминато значение, засенчен в историята може би само от търсенето на размера и масата на Земята. Известна днес като астрономическа единица, разстоянието служи за нашата отправна точка в рамките на Слънчевата система и базовата линия за измерване на всички разстояния във Вселената.
Мислителите в Древна Гърция бяха сред първите, които се опитаха да конструират цялостен модел на Космоса. С нищо друго освен наблюдения с просто око, биха могли да се изработят няколко неща. Луната се очертаваше голяма в небето, така че вероятно беше доста близо. Слънчевите затъмнения разкриха, че Луната и Слънцето са почти с еднакъв ъглов размер, но Слънцето беше толкова по-ярко, че може би беше по-голямо, но по-далеч (това съвпадение по отношение на видимия размер на Слънцето и Луната е от почти неописуемо значение за напредване на астрономията). Останалите планети изглеждаха не по-големи от звездите, но сякаш се движеха по-бързо; те вероятно бяха на някакво междинно разстояние. Но можем ли да направим нещо по-добро от тези неясни описания? С изобретяването на геометрията отговорът се превърна в оскъдно да.
Първото разстояние, което се измерва с всякаква точност, беше това на Луната. В средата на II в. Пр. Н.е., гръцкият астроном Хипарх е пионер в използването на метод, известен като паралакс, Идеята за паралакса е проста: когато обектите се наблюдават от два различни ъгъла, изглежда, че по-близките обекти се изместват повече, отколкото по-отдалечените. Можете да демонстрирате това лесно за себе си, като държите пръст на дължината на ръката и затворите едното око, а след това другото. Забележете как пръстът ви се движи повече от нещата на заден план? Това е паралакс! Наблюдавайки Луната от два града с известно разстояние, Хипарх използва малко геометрия, за да изчисли разстоянието си до 7% от съвременната днешна стойност - не е лошо!
С известното разстояние до Луната, сцената беше определена за друг гръцки астроном, Аристарх, който да предприеме първия удар при определяне на разстоянието на Земята от Слънцето. Аристарх осъзнал, че когато Луната е точно осветена наполовина, тя образува десен триъгълник със Земята и Слънцето. Сега, знаейки разстоянието между Земята и Луната, всичко, което му трябваше, беше ъгълът между Луната и Слънцето в този момент, за да изчисли разстоянието на самото Слънце. Това беше блестящо разсъждение, подкопано от недостатъчни наблюдения. С нищо освен очите си, Аристарх прецени, че този ъгъл е 87 градуса, не много страшно от истинската стойност от 89,83 градуса. Но когато участващите разстояния са огромни, малките грешки могат бързо да се увеличат. Резултатът му бе изключен с фактор повече от хиляда.
През следващите две хиляди години по-добрите наблюдения, прилагани към метода на Аристарх, ще ни донесат в 3 или 4 пъти по-голяма от истинската стойност. И така, как бихме могли да подобрим това допълнително? Все още имаше само един метод за директно измерване на разстоянието и това беше паралакс. Но намирането на паралакса на Слънцето беше далеч по-предизвикателно от това на Луната. В крайна сметка Слънцето по същество е безхарактерно и неговата невероятна яркост заличава всяка гледка, която бихме могли да имаме от звездите, които се крият зад себе си. Какво бихме могли да направим?
Към осемнадесети век обаче нашето разбиране за света напредва значително. Полето на физиката вече беше в зародиш и даде критична представа. Йоханес Кеплер и Исак Нютон показаха, че всички разстояния между планетите са свързани; намери един и ще ги знаеш всички. Но може ли по-лесно да се намери от Земята? Оказва се, че отговорът е „да“. Понякога. Ако имате късмет.
Ключът е транзитът на Венера. По време на транзит планетата преминава пред Слънцето, както се вижда от Земята. От различни места Венера ще изглежда да пресича по-големи или по-малки части на Слънцето. Като определи колко време минават тези прелези, Джеймс Грегъри и Едмънд Халей осъзнаха, че разстоянието до Венера (а оттам и към Слънцето) може да бъде определено (Интересува се от каучуковата настинка как се прави това? НАСА разполага с доста приятно обяснение тук.) , Сега е моментът, в който обикновено казвам нещо като: Изглежда доста направо, нали? Има само един улов ... Но може би това никога не е било по-невярно. Коефициентите бяха толкова подредени за успех, че наистина е доказателство за важността на това измерване, че някой дори се опита да го направи.
Първо, транзитите на Венера са изключително редки. Като редки веднъж в живота (въпреки че те идват по двойки). По времето, когато Хали разбра, че този метод ще работи, той знаеше, че е твърде стар, за да има шанс сам да го завърши. И така, с надеждата бъдещо поколение да поеме задачата, той написа конкретни инструкции как трябва да се извършват наблюденията. За да може крайният резултат да има желаната точност, времето на транзита трябва да се измери до секундата. За да има голямо разстояние в разстояние, наблюдателните места трябва да бъдат разположени в далечните разстояния на Земята. И за да се гарантира, че облачното време не е загубило шанса за успех, ще са необходими наблюдатели на места по целия свят. Говорете за голямо начинание в епоха, когато трансконтиненталното пътуване може да отнеме години.
Въпреки тези предизвикателства, астрономите във Франция и Англия решиха, че ще събират необходимите данни по време на транзита през 1761 г. По онова време обаче ситуацията беше още по-лоша: Англия и Франция бяха въвлечени в Седемгодишната война. Пътуването по море беше почти невъзможно. Въпреки това усилията продължиха. Въпреки че не всички наблюдатели са успешни (облаците блокираха някои, бойни кораби други), в комбинация с данни, събрани по време на друг транзит осем години по-късно, начинанието има успех. Френският астроном Джером Лаланд събра всички данни и изчисли първото точно разстояние до Слънцето: 153 милиона километра, което е добре в рамките на три процента от истинската стойност!
Накратко: числото, за което говорим тук, се нарича земно полу-голяма ос, което означава, че това е средното разстояние между Земята и Слънцето Тъй като орбитата на Земята не е перфектно кръгла, ние всъщност се приближаваме с около 3% през цялата година. Също като много числа в съвременната наука, официалното определение на астрономическата единица е променено малко. Към 2012 г. 1 AU = 149 597 870 700 метра, независимо дали намираме полуосновната ос на Земята, е малко по-различна в бъдеще.
Тъй като новаторските наблюдения, направени по време на транзита на Венера, ние усъвършенстваме знанията си за разстоянието Земя-Слънце изключително много. Ние също го използваме, за да отключим разбирането за необятността на Вселената. След като разбрахме колко голяма е орбитата на Земята, можехме да използваме паралакс за измерване на разстоянието до други звезди, като правим наблюдения, раздалечени на шест месеца (когато Земята е пътувала до другата страна на Слънцето, разстояние 2 AU!) , Това разкри космос, който се разтягаше безкрайно и в крайна сметка би довел до откриването, че нашата Вселена е на милиарди години. Не е лошо да зададете прям въпрос!
