Астрономическая единица

Немного истории

Выстраивая нашу лестницу к окраинам Вселенной, мы умалчивали о фундаменте, на котором она покоится. Между тем метод параллаксов дает расстояние не в эталонных метрах, а в астрономических единицах, то есть в радиусах земной орбиты, величину которой тоже удалось определить далеко не сразу. Так что оглянемся назад и спустимся по лестнице космических расстояний на Землю.

Вероятно, первым удаленность Солнца попытался определить Аристарх Самосский, предложивший гелиоцентрическую систему мира за полторы тысячи лет до Коперника. У него получилось, что Солнце находится в 20 раз дальше от нас, чем Луна. Эта оценка, как мы теперь знаем, заниженная в 20 раз, продержалась вплоть до эпохи Кеплера. Тот хотя сам и не измерил астрономическую единицу, но уже отметил, что Солнце должно быть гораздо дальше, чем считал Аристарх (а за ним и все остальные астрономы).

Первую более или менее приемлемую оценку расстояния от Земли до Солнца получили Жан Доминик Кассини и Жан Рише. В 1672 году, во время противостояния Марса, они измерили его положение на фоне звезд одновременно из Парижа (Кассини) и Кайенны (Рише). Расстояние от Франции до Французской Гвианы послужило базой параллактического треугольника, из которого они определили расстояние до Марса, а затем по уравнениям небесной механики вычислили астрономическую единицу, получив значение 140 миллионов километров. 

На протяжении следующих двух веков главным инструментом для определения масштабов Солнечной системы стали прохождения Венеры по диску Солнца. Наблюдая их одновременно из разных точек земного шара, можно вычислить расстояние от Земли до Венеры, а отсюда и все остальные расстояния в Солнечной системе. В XVIII–XIX веках это явление наблюдалось четырежды: в 1761, 1769, 1874 и 1882 годах. Эти наблюдения стали одними из первых международных научных проектов. Снаряжались масштабные экспедиции (английской экспедицией 1769 года руководил знаменитый Джеймс Кук), создавались специальные наблюдательные станции… И если в конце XVIII века Россия лишь предоставила французским ученым возможность наблюдать прохождение со своей территории (из Тобольска), то в 1874 и 1882 годах российские ученые уже принимали активное участие в исследованиях. К сожалению, исключительная сложность наблюдений привела к значительному разнобою в оценках астрономической единицы – примерно от 147 до 153 миллионов километров. Более надежное значение – 149,5 миллиона километров – было получено только на рубеже XIX–XX веков по наблюдениям астероидов. И, наконец, нужно учитывать, что результаты всех этих измерений опирались на знание длины базы, в роли которой при измерении астрономической единицы выступал радиус Земли. Так что в конечном итоге фундамент лестницы космических расстояний был заложен геодезистами. 
    Только во второй половине XX века в распоряжении ученых появились принципиально новые способы определения космических расстояний – лазерная и радиолокация. Они позволили в сотни тысяч раз повысить точность измерений в Солнечной системе. Погрешность радиолокации для Марса и Венеры составляет несколько метров, а расстояние до уголковых отражателей, установленных на Луне, измеряется с точностью до сантиметров. Принятое же на сегодня значение астрономической единицы составляет 149 597 870 691 метр. 

Некоторые расстояния и соотношения

  • Электромагнитное излучение, в том числе видимый свет, проходит 1 астрономическую единицу примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд).
  • Большая полуось орбиты Нептуна, самой далёкой планеты Солнечной системы — около 30,1 а.е.
  • 21 февраля 2019 года был установлен новый рекорд наблюдения наиболее удалённого объекта Солнечной системы. Обнаруженный на снимках с телескопа «Субару» транснептуновый объект получил название FarFarOut. Расстояние до него оценивается в 140 ± 10 а.е.
  • 1 световой год ≈ 63 241 а.е.
  • 1 парсек ≈ 206 265 а.е.
  • Расстояние до ближайшей (после Солнца) к нам звезды, Проксимы Центавра, — около 268 400 а.е.

Предыдущие определения

В соответствии с решением 10-й Генеральной ассамблеи МАС 1976 года астрономическая единица была определена как радиус круговой орбиты пробного тела в изотропных координатах, угловая скорость обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, была бы точно равна 0,017 202 098 95 радиана в эфемеридные сутки. В системе постоянных IERS 2003 астрономическая единица полагалась равной 149 597 870 691 м. Эта величина и условное обозначение «ua» всё ещё приводятся в информационном приложении международного стандарта ISO 80000-3 (англ.)русск. ревизии 2009 года.

История

Со времён появления гелиоцентрической системы, а особенно кеплеровской небесной механики, относительные расстояния в Солнечной системе (исключая слишком близкую Луну) стали известны с хорошей точностью. Поскольку Солнце является центральным телом системы, а обращающаяся по почти круговой орбите Земля — местоположением наблюдателей, естественно было принять радиус этой орбиты за единицу измерения. Однако не существовало способа надёжно измерить величину этой единицы, то есть сравнить её с земными масштабами. Солнце находится слишком далеко, чтобы с Земли надёжно измерить его параллакс. Расстояние до Луны было известно, но исходя из известных в XVII веке данных оценить отношение расстояний до Солнца и Луны не удавалось — наблюдение Луны не даёт требуемой точности, а отношение масс Земли и Солнца также не было известно.

Первым способом уточнения расстояния от Земли до Солнца было уточнение параллакса Солнца путём сравнения его с параллаксом Венеры при прохождении последней по солнечному диску. В 1639 году английский астроном Джереми Хоррокс совместно с Уильямом Крабтри провёл первое в истории наблюдение прохождения Венеры с научными целями и определил расстояние от Земли до Солнца в 95,6 млн км, что было наиболее точным на тот момент значением. Результаты этого наблюдения были опубликованы лишь после смерти обоих учёных, в 1661 году Яном Гевелием.

В 1672 году Джованни Кассини совместно со своим сотрудником Жаном Рише измерили параллакс Марса. Поскольку параметры орбиты Земли и Марса были измерены с высокой точностью, появилась возможность уточнить величину астрономической единицы — в современных единицах у них получилось примерно 140 млн км.

Впоследствии величина астрономической единицы неоднократно уточнялась при наблюдении прохождений Венеры по солнечному диску. Наблюдения параллакса астероида Эрос во время сближений его с Землёй в 1901 и 1930—1931 годах позволили получить ещё более точную оценку.

Астрономическая единица также уточнялась с помощью радиолокации планет. Локацией Венеры в 1961 году установлено, что астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможная ошибка не превышала 2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 году позволила уменьшить эту неопределенность и уточнить значение астрономической единицы: оно оказалось равным 149 598 100 ± 750 км. Выяснилось, что до локации 1961 года величина астрономической единицы была известна с точностью 0,1 %[источник не указан 2393 дня].

Новейший способ уточнения астрономической единицы основан на наблюдениях за движением автоматических межпланетных станций, элементы орбит которых можно определить с высокой точностью благодаря регулярным сеансам связи с ними.

Многолетние измерения расстояния от Земли до Солнца зафиксировали его медленное увеличение со скоростью около 15 метров за сто лет (что на порядок превышает точность современных измерений). Одной из причин может быть потеря Солнцем массы (вследствие солнечного ветра), однако наблюдаемый эффект значительно превышает расчётные значения.

История

Со времён появления гелиоцентрической системы, а особенно кеплеровской небесной механики, относительные расстояния в Солнечной системе (исключая слишком близкую Луну) стали известны с хорошей точностью. Поскольку Солнце является центральным телом системы, а обращающаяся по почти круговой орбите Земля — местоположением наблюдателей, естественно было принять радиус этой орбиты за единицу измерения. Однако не существовало способа надёжно измерить величину этой единицы, то есть сравнить её с земными масштабами. Солнце находится слишком далеко, чтобы с Земли надёжно измерить параллакс. Расстояние до Луны было известно, но исходя из известных в XVII веке данных оценить отношение расстояний до Солнца и Луны не удавалось — наблюдение за Луной не даёт требуемой точности, а отношение масс Земли и Солнца также не было известно.

В 1672 году Джованни Кассини совместно со своим сотрудником Жаном Рише измерили параллакс Марса. Поскольку параметры орбиты Земли и Марса были измерены с высокой точностью, появилась возможность оценить величину астрономической единицы — в современных единицах у них получилось примерно 140 млн км. Впоследствии проводились уточнённые измерения астрономической единицы при помощи прохождений Венеры по солнечному диску. Сближение астероида Эрос с Землёй в 1901 году и измерение его параллакса позволили получить ещё более точную оценку.

Астрономическая единица также уточнялась с помощью радиолокации планет. Локацией Венеры в 1961 году установлено, что астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможная ошибка не превыша­ла 2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 году позволила уменьшить эту неопределенность и уточнить значение астрономической единицы: оно оказалось равным 149 598 100±750 км. Выяснилось, что до локации 1961 года величина а. е. была известна с точностью 0,1 %.

Многолетние измерения расстояния от Земли до Солнца зафиксировали его медленное увеличение со скоростью около 15 метров за сто лет (что на порядок превышает точность современных измерений). Одной из причин может быть потеря Солнцем массы (вследствие солнечного ветра), однако наблюдаемый эффект значительно превышает расчётные значения.

Предыдущие определения

В соответствии с решением 10-й Генеральной ассамблеи МАС 1976 года астрономическая единица была определена как радиус круговой орбиты пробного тела в изотропных координатах, угловая скорость обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, была бы точно равна 0,017 202 098 95 радиана в эфемеридные сутки. В системе постоянных IERS 2003 астрономическая единица полагалась равной 149 597 870 691 м. Эта величина и условное обозначение «ua» всё ещё приводятся в информационном приложении международного стандарта ISO 80000-3 (англ.)русск. ревизии 2009 года.

Чему равна астрономическая единица

Значение астрономической единицы менялось по мере совершенствования техники астрономических измерений.
Международная служба вращения Земли (IERS) в 2003 году определила астрономическую единицу равной 149 597 870 691 метру.
В более ранних источниках можно встретить другие значения, например во многих учебниках астрономическая единица равна 149597868 км.
Первая численная оценка астрономической единицы была сделана в 1672 году на основе измерений,
проведённых Джованни Кассини и его сотрудником Жаном Рише — в их вычислениях асрономическая единица получилась равной примерно 140 млн км.

Астрономическая единица часто округляется до 150 миллионов километров.
Это вполне оправданно, когда она используется просто для сравнительной оценки расстояний в Солнечной системе.
Например, радиус орбиты Нептуна в 30 а. е. и границы Облака Оорта в 50-100 тысяч а. е.,
дают хорошее представление о расстояниях внутри Солнечной системы.
А расстояние до ближайшей к нам звезды Проксима Центавра, равное примерно 270 000 астрономических единиц,
даёт правильное представление о трудностях межзвёздных путешествий…

История открытия

Астрономическая единицаАстрономическая единица

Строение Солнечной системы

Предпосылкой для открытия астрономической единицы послужило открытие того, что Земля обращается вокруг Солнца, а также кеплеровская небесная механика, при помощи которой удалось достаточно точное расстояние от Земли до многих планет Солнечной системы, в том числе и к Солнцу. Дальнейшие исследования астрономов в период с XVII по XX век позволили скорректировать первые цифры и получить еще более точные данные нахождения вышеназванных тел. В этот период значительную роль для определения расстояний сыграл метод горизонтального параллакса, который и сегодня широко используется в астрономии и геометрии.

В 1962 году при помощи радиолокационных сигналов астрономам удалось установить точное расстояние от Земли до Солнца. За эталон была принята средняя величина, которая равняется 149597870,7 км. Это и есть астрономическая единица. Именно такое ее определение указанно в Международной системе единиц СИ.

В последние годы ученые обнаружили, что астрономическая единица – число, которое константой не является. С каждым годом ее величина становится немного больше. Ученые зафиксировали, что каждые 7 лет длина астрономической единицы увеличивается на метр. Получается, за 100 лет Земля отдаляется от Солнца на 15 метров. Существует несколько теорий, способных объяснить это явление. Наиболее популярная из них заключается в том, что Солнце постепенно теряет свою массу из-за солнечного ветра.

Некоторые популярные примеры расстояний в астрономических единицах

  1. Расстояние от Земли до Урана равно около 20 астрономических единиц;
  2. Радиус орбиты Нептуна – одного из наиболее далеких объектов Солнечной системы, равен 30 астрономическим единицам;
  3. Чтобы преодолеть расстояние в 1 астрономическую единицу лучу света требуется примерно 8 минут 20 секунд – именно столько времени необходимо солнечным лучам, чтобы коснуться поверхности Земли;
  4. Сириус – двойная звезда. Звезды компаньоны Сириус А и Сириус В вращаются между собой на расстоянии 20 астрономических единиц;
  5. Расстояние от Солнца до Марса составляет 1,52 астрономические единицы.

Примечания

  1. ↑ Статья 5352 // Собрание законодательства Российской Федерации : бюллетень. — Юридическая литература, 2009. — 9 ноября (№ 45). — С. 13070.
  2. Основные общепринятые графические сокращения // Русский орфографический словарь / В.В. Лопатин.
  3. Paul Marston. Jeremiah Horrocks — young genius and first Venus transit observer. — University of Central Lancashire. — P. 14–37.
  4. Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. — М.: Изд-во МГУ, 1989. — С. 316.
  5. Полозова Н. Г., Румянцева Л. И. 350 лет наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца // Астрономический календарь на 1989 год. — М.: Наука, 1988. — Вып. 92. — С. 244—253.
  6. Hinks, Arthur R. (1909). «Solar Parallax Papers No. 7: The General Solution from the Photographic Right Ascensions of Eros, at the Opposition of 1900». Month. Not. Roy. Astron. Soc. 69 (7): 544—67. .

Изменение астрономической единицы

В 2004 году была опубликована любопытная работа российских учёных Красинского и Брумберга из Института прикладной астрономии РАН в Петербурге.
В ней, на основании многолетних наблюдений показано, что среднее расстояние от Земли до Солнца медленно увеличивается — примерно на 15 метров за 100 лет.
Другими словами, истинное значение астрономической единицы всё время растёт.
Поэтому, нашим потомкам придётся время от времени уточнять значение астрономической единицы, что нежелательно — это грозит более ранним расчётам, которые сделаны на её основе.
С другой стороны, серьёзные расчёты делаются всё-же в стандартных единицах измерений, а внесистемные единицы вроде астрономической единицы используют в основном для качественных оценок.

Почему именно радиус орбиты Земли вокруг Солнца медленно увеличивается — это пока не выяснено.
Данное явление пытались объяснить простой потерей Солнцем своей массы за счёт излучения —
раз масса Солнца падает, то падает и сила притяжения от него.
Но, в этом случае скорость убегания Земли должна быть гораздо меньшей.
Постепенное фактическое изменение астрономической единицы нельзя списать и на ошибки измерений —
сегодня их точность на порядок превосходит указанную скорость «убегания» Земли от Солнца.
Выдвигалось и ещё несколько предположений, но пока все они выглядят неубедительными.

Другие астрономические единицы:
Световой год
Парсек

Николай Курдяпин, kosmoved.ru 

Примечания

  1. ↑ Статья 5352 // Собрание законодательства Российской Федерации : бюллетень. — Юридическая литература, 2009. — 9 ноября (№ 45). — С. 13070.
  2. Основные общепринятые графические сокращения // Русский орфографический словарь / В.В. Лопатин.
  3. Paul Marston. Jeremiah Horrocks — young genius and first Venus transit observer. — University of Central Lancashire. — P. 14–37.
  4. Еремеева А. И., Цицин Ф. А. История астрономии. — М.: Изд-во МГУ, 1989. — С. 316.
  5. Полозова Н. Г., Румянцева Л. И. 350 лет наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца // Астрономический календарь на 1989 год. — М.: Наука, 1988. — Вып. 92. — С. 244—253.
  6. Hinks, Arthur R. (1909). «Solar Parallax Papers No. 7: The General Solution from the Photographic Right Ascensions of Eros, at the Opposition of 1900». Month. Not. Roy. Astron. Soc. 69 (7): 544—67. .

Общие сведения

Астрономическая единица – это величина, при помощи которой каждый человек сумеет наглядно представить себе, на каком расстоянии от нашей планеты находится тот или иной космический объект.

Причина этого проста. По сути, астрономическая единица представляет собой среднюю длину радиуса земной орбиты или же расстояние от Земли до Солнца. Согласитесь, трудно представить себе расстояние от Земли к звездной системе Альфа Центавра, если вам скажут, что оно составляет 1,3 парсека. А вот если же вам сообщат, что это расстояние равно 270 тыс. астрономических единиц, то вы сразу представите себе отрезок между Солнцем и Землей и мысленно увеличите его в 270 тыс. раз. Это позволит вам ярче представить данное расстояние и оценить его громадную длину.

Несмотря на всю свою наглядность, астрономическая единица как величина измерений практически не используется в профессиональной астрономии. Дело в том, что с ее помощью удобно производить вычисление расстояний только к ближайшим к нам объектам во Вселенной, например, планетам Солнечной системы. Если же взять особо отдаленные объекты и попробовать определить расстояние к ним в астрономических единицах, число получиться настолько большим, что им будет неудобно оперировать при проведении математических расчетов. Для определения расстояний к далеким космическим объектам в наблюдаемой Вселенной используется другая величина – парсек, а также ее производные.

История открытия

Астрономическая единицаАстрономическая единица

Строение Солнечной системы

Предпосылкой для открытия астрономической единицы послужило открытие того, что Земля обращается вокруг Солнца, а также кеплеровская небесная механика, при помощи которой удалось достаточно точное расстояние от Земли до многих планет Солнечной системы, в том числе и к Солнцу. Дальнейшие исследования астрономов в период с XVII по XX век позволили скорректировать первые цифры и получить еще более точные данные нахождения вышеназванных тел. В этот период значительную роль для определения расстояний сыграл метод горизонтального параллакса, который и сегодня широко используется в астрономии и геометрии.

В 1962 году при помощи радиолокационных сигналов астрономам удалось установить точное расстояние от Земли до Солнца. За эталон была принята средняя величина, которая равняется 149597870,7 км. Это и есть астрономическая единица. Именно такое ее определение указанно в Международной системе единиц СИ.

В последние годы ученые обнаружили, что астрономическая единица – число, которое константой не является. С каждым годом ее величина становится немного больше. Ученые зафиксировали, что каждые 7 лет длина астрономической единицы увеличивается на метр. Получается, за 100 лет Земля отдаляется от Солнца на 15 метров. Существует несколько теорий, способных объяснить это явление. Наиболее популярная из них заключается в том, что Солнце постепенно теряет свою массу из-за солнечного ветра.

Некоторые популярные примеры расстояний в астрономических единицах

  1. Расстояние от Земли до Урана равно около 20 астрономических единиц;
  2. Радиус орбиты Нептуна – одного из наиболее далеких объектов Солнечной системы, равен 30 астрономическим единицам;
  3. Чтобы преодолеть расстояние в 1 астрономическую единицу лучу света требуется примерно 8 минут 20 секунд – именно столько времени необходимо солнечным лучам, чтобы коснуться поверхности Земли;
  4. Сириус – двойная звезда. Звезды компаньоны Сириус А и Сириус В вращаются между собой на расстоянии 20 астрономических единиц;
  5. Расстояние от Солнца до Марса составляет 1,52 астрономические единицы.

История

Со времён появления гелиоцентрической системы, а особенно кеплеровской небесной механики, относительные расстояния в Солнечной системе (исключая слишком близкую Луну) стали известны с хорошей точностью. Поскольку Солнце является центральным телом системы, а обращающаяся по почти круговой орбите Земля — местоположением наблюдателей, естественно было принять радиус этой орбиты за единицу измерения. Однако не существовало способа надёжно измерить величину этой единицы, то есть сравнить её с земными масштабами. Солнце находится слишком далеко, чтобы с Земли надёжно измерить его параллакс. Расстояние до Луны было известно, но исходя из известных в XVII веке данных оценить отношение расстояний до Солнца и Луны не удавалось — наблюдение Луны не даёт требуемой точности, а отношение масс Земли и Солнца также не было известно.

Первым способом уточнения расстояния от Земли до Солнца было уточнение параллакса Солнца путём сравнения его с параллаксом Венеры при прохождении последней по солнечному диску. В 1639 году английский астроном Джереми Хоррокс совместно с Уильямом Крабтри провёл первое в истории наблюдение прохождения Венеры с научными целями и определил расстояние от Земли до Солнца в 95,6 млн км, что было наиболее точным на тот момент значением. Результаты этого наблюдения были опубликованы лишь после смерти обоих учёных, в 1661 году Яном Гевелием.

В 1672 году Джованни Кассини совместно со своим сотрудником Жаном Рише измерили параллакс Марса. Поскольку параметры орбиты Земли и Марса были измерены с высокой точностью, появилась возможность уточнить величину астрономической единицы — в современных единицах у них получилось примерно 140 млн км.

Впоследствии величина астрономической единицы неоднократно уточнялась при наблюдении прохождений Венеры по солнечному диску. Наблюдения параллакса астероида Эрос во время сближений его с Землёй в 1901 и 1930—1931 годах позволили получить ещё более точную оценку.

Астрономическая единица также уточнялась с помощью радиолокации планет. Локацией Венеры в 1961 году установлено, что астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможная ошибка не превышала 2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 году позволила уменьшить эту неопределённость и уточнить значение астрономической единицы: оно оказалось равным 149 598 100 ± 750 км. Выяснилось, что до локации 1961 года величина астрономической единицы была известна с точностью 0,1 %[источник не указан 3080 дней].

Новейший способ уточнения астрономической единицы основан на наблюдениях за движением автоматических межпланетных станций, элементы орбит которых можно определить с высокой точностью благодаря регулярным сеансам связи с ними.

Многолетние измерения расстояния от Земли до Солнца зафиксировали его медленное увеличение со скоростью около 15 метров за сто лет (что на порядок превышает точность современных измерений). Одной из причин может быть потеря Солнцем массы (вследствие солнечного ветра), однако наблюдаемый эффект значительно превышает расчётные значения.

Предыдущие определения

В соответствии с решением 10-й Генеральной ассамблеи МАС 1976 года астрономическая единица была определена как радиус круговой орбиты пробного тела в изотропных координатах, угловая скорость обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, была бы точно равна 0,017 202 098 95 радиана в эфемеридные сутки. В системе постоянных IERS 2003 астрономическая единица полагалась равной 149 597 870 691 м. Эта величина и условное обозначение «ua» всё ещё приводятся в информационном приложении международного стандарта ISO 80000-3 (англ.)русск. ревизии 2009 года.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий