Warto przeczytać

Większość jednostek miar długości powstała w wyniku naturalnych ludzkich potrzeb. Długości w pomieszczeniach określamy w metrach, długości na kartkach papieru w centymetrach, a odległości w przestrzeni zazwyczaj w kilometrach. Kilkaset lat temu uznano, że w astronomii powinno stosować się inne jednostki niż te z których korzystamy na Ziemi. Za naturalne uznano, że podstawową jednostką długości będzie odległość Ziemi od Słońca (Rys. 1.). W ówczesnych czasach jednak bardzo trudno było określić tę odległość. Do wyznaczenia odległości Ziemi od Słońca niezbędna była wiedza na temat mas obu obiektów oraz bardzo precyzyjne pomiary ruchu Ziemi dookoła Słońca.

R1PPXKZ7LOcQw

Rys. 1. Na ilustracji po lewej znajduje się Słońce, a po prawej Ziemia. Między Słońcem i Ziemią narysowano odcinek zakończony z obu stron strzałkami. Nad odcinkiem umieszczono opis 1 au.

Jednym z prekursorów, który stanął na drodze do zbudowania zgodnego z rzeczywistością modelu budowy Wszechświata był Arystarch z Samos (IV wiek przed naszą erą). Arystarch wyliczył, na podstawie dokonanych przez siebie pomiarów kąta pomiędzy kierunkami z Ziemi ku Słońcu i ku Księżycowi w kwadrze, że Słońce jest 19 razy bardziej odległe od Ziemi niż Księżyc (Rys. 2.). Wynik uzyskany przez Arystarcha podawał co prawda jedynie stosunek odległości tych ciał i był ponad dwadzieścia razy mniejszy niż w rzeczywistości, niemniej jednak był to pierwszy dowód obserwacyjny, że ciała niebieskie znajdują się w różnych odległościach od Ziemi.

RH9hoc2tMAI8O

Rys. 2. Ilustracja przedstawia grecką kopię z dziesiątego wieku obliczeń Arystarcha z Samos (oryginał z drugiego wieku przed naszą erą) na temat względnych rozmiarów Słońca, Księżyca i Ziemi. Na ilustracji pokazano konstrukcję geometryczną zawierającą okręgi i proste styczne do okręgów oraz tekst zapisany greckim alfabetem.

Bardziej precyzyjną metodą jest wyznaczenie paralaksy Słońca w oparciu o pomiary tranzytu Wenus z dwóch różnych położeń na Ziemi. Tranzytem nazywamy przejście planety, w tym wypadku Wenus na tle tarczy Słońca widoczne z Ziemi. Przez kolejne stulecia starano poprawić się i sprecyzować metody obserwacji tranzytów Wenus i pomiarów paralaks w celu uzyskania najlepszej wartości odległości Ziemia‑Słońce. Dopiero w drugiej połowie XX wieku, gdy w astronomii zaczęto wykorzystywać metody radarowe, udało się z dużą dokładnością wyznaczyć paralaksę Słońca, a co za tym idzie odległość do niego.

W ciągu dziesięcioleci próbowano jasno i jednoznacznie określić definicję jednej jednostki astronomicznej (1 au) oraz jej zależność od jednostki długości w systemie SI, czyli od metra.

Definicja jednostki używana oficjalnie w astronomii od 1976 roku do 2012 roku brzmiała:

„Jednostka astronomiczna jest długością promienia niezaburzonej orbity kołowej ciała o masie znikomo małej, które krąży dookoła Słońca z okresem 365,2568983 dnia. Inaczej – ma ono prędkość kątową 0,17202098950 radiana na dobę.” Zgodnie z tą definicją przyjmowano wartość 1 au = 149 597 887 km. W bardzo wielu podręcznikach astronomicznych i tablicach astronomicznych wydanych przed 2012 rokiem można znaleźć właśnie taką wartość.

Jednak kolejne badania, przede wszystkim pomiary ruchów Ziemi wykonane przez sondy kosmiczne, umożliwiły jeszcze dokładniejsze wyznaczenie wartości jednostki astronomicznej.

Dopiero w 2012 roku Międzynarodowa Unia AstronomicznaMiędzynarodowa Unia AstronomicznaMiędzynarodowa Unia Astronomiczna (IAU) zatwierdziła prostą definicję jednostki astronomicznej oraz określiła jej dokładną wielkość.

Jednostka astronomiczna to średnia odległość Ziemi od Słońca. Wynosi ona dokładnie:

1 au = 149 597 870 700 m

Inaczej mówiąc jest to średnia arytmetyczna wyliczona z dwóch odległości: apheliumapheliumaphelium i peryheliumperyheliumperyhelium orbity ziemskiej. Bardzo często stosuje się przybliżenie 1 au = 150 mln km.

Jednostkę astronomiczną wprowadzono do użycia w czasach, gdy starano się określać odległości do znanych planet w Układzie Słonecznym. Dzięki tak wybranej jednostce w łatwy sposób można wyobrazić sobie odległości między planetami (Rys. 3.). Na przykład Neptun znajduje się na orbicie o średnim promieniu równym 30,05 au, co oznacza, że znajduje się 30 razy dalej od Słońca niż Ziemia.

R291IUTxc1e0w

Rys. 3. Na ilustracji z lewej znajduje się Słońce, a z prawej planety Układu Słonecznego. Tuż obok Słońca znajdują się cztery planety: Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Przy Ziemi umieszczono opis 1 au oraz 8 minut i 17 sekund (to czas w jakim światło biegnie od Słońca). Dalej z prawej jest Jowisz. Przy nim umieszczono opis 5,2 au oraz 43 minuty i 17 sekund. Następną planetą z prawej jest Saturn. Przy nim umieszczono opis 9,6 au oraz jedna godzina i 20 minut. Dalej jest Uran z opisem 19,2 au oraz dwie godziny i 40 minut. Kolejną planetą jest Neptun. Przy nim umieszczono opis 30 au oraz 4 godziny i 10 minut. Na końcu jest Pluton z opisem 39,5 au oraz 5 godzin i 28 minut. Pod ilustracją zapisano równanie: jedna jednostka astronomiczna 1 au równa się 149,6 milionów kilometrów.

Obecnie jednostki astronomicznej używa się zawsze przy określaniu parametrów orbit planet, zarówno w Układzie Słonecznym, jak i w innych układach planetarnych. Do określania odległości większych niż rozmiary układów planetarnych stosuje się inne jednostki odległości, takie jak rok świetlny i parsek. Sposób ich wyznaczenia jest również bardzo istotnie związany z ruchem Ziemi.

Słowniczek