12. Pierwsze pomiary odległości w Układzie Słonecznym

Zacznijmy od zaćmienia Słońca. Z całkowitym jego zaćmieniem mamy do czynienia, gdy Księżyc znajduje się dokładnie pomiędzy Słońcem a Ziemią.

RFwzGhcpt4LEZ

Ilustracja przedstawia układ trzech obiektów (koła) ustawionych na jednej poziomej linii na białym tle od lewej: Ziemia, Księżyc, Słońce. Zaznaczono promień Księżyca, promień Słońca, odległość między Ziemią a Księżycem oraz odległość między Ziemią a Słońcem. Od skrajnej górnej oraz skrajnej dolnej krawędzi Słońca poprowadzono linie tak, aby przechodziły przez skrajną górną oraz skrajną dolną krawędź Księżyca i pociągnięto aż do Ziemi.

Zauważ, że odległość $d_k$ (Ziemia – Księżyc), promień Księżyca $R_k$ oraz prosta łącząca środek Ziemi i powierzchnię Księżyca tworzą trójkąt prostokątny. Dokładnie tak samo jak odcinek $d_s$, promień Słońca i prosta łącząca środek Ziemi z powierzchnią Słońca. Trójkąty te są podobne, a więc:

$\frac{d_s}{d_k}=\frac{R_s}{R_k}$.

Ponieważ średnica jest równa dwukrotności promienia, to powyższe równanie można zapisać:

$\frac{d_s}{d_k}=\frac{D_s}{D_m}$,

gdzie:$D_s$ i $D_k$ są odpowiednio średnicą Słońca i Księżyca.

W animacji pokazaliśmy, że $\frac{d_s}{d_k}=390$, a więc $\frac{D_s}{D_k}=390$, a to pokazuje, że średnica Słońca jest $390$ razy większa niż średnica Księżyca.

Należy zaznaczyć, że założyliśmy przecinanie się prostych w środku Ziemi, co w ogólności nie jest prawdą. Również odległości między Ziemią, Księżycem i Słońcem nie są stałe. W rzeczywistości, proporcja $\frac{D_s}{D_k}$ jest bardziej zbliżona do liczby $400$.

R1axSKPPYgbNH

Ilustracja przedstawia dwa koła ustawione w jednej poziomej linii na białym tle: Ziemia i Księżyc. Daleko za Księżycem, na pionowym, delikatnym łuku gwiazdy. Pionowo zaznaczona średnica Ziemi, oznaczona jako małe el. Odległość między środkiem Ziemi a środkiem Księżyca oznaczona jako małe iks. Od skrajnie górnego i skrajnie dolnego punktu na kuli ziemskiej poprowadzono linie przecinające się w środku Księżyca i kończące na łuku gwiazd. Kąt naprzeciwko Ziemi, między przecinającymi się liniami, oznaczono jako małe alfa.

Zakładał, że odległość $x$ Księżyca od Ziemi można wyznaczyć poprzez obserwacje z tego samego miejsca Ziemi ale o innej porze dnia, wykorzystując tzw. paralaksęparalaksaparalaksę geocentryczną. Wiesz dobrze, że Ziemia obraca się wokół własnej osi. Porównując położenie Księżyca w różnych porach dnia, na podstawie gwiazd będących tłem, wyznaczył paralaksę Księżyca. Wiedział, że jeśli określi kąt $\alpha$, będzie w stanie obliczyć stosunek odległości Ziemia – Księżyc $x$ do promienia Ziemi.

Czy wiesz, kto jeszcze w historii zasłynął ze spektakularnych badań kosmosu? Zapoznaj się z kilkoma najważniejszymi postaciami.

• Mikołaj Kopernik – znany jako ten, który wstrzymał Słońce i ruszył Ziemię.

• Galileo Galilei – własnoręcznie skonstruował teleskop, dzięki któremu mógł obserwować w powiększeniu Słońce, Księżyc i planety.

• Johannes Kepler – potwierdził teorię heliocentryczną i wprowadził pojęcie orbit eliptycznych.

• Stephen Hawking – zajmował się początkiem Wszechświata; udowodnił, że czarne dziury mają niezerową temperaturę i emitują promieniowanie.

Oprócz Ziemi, w czasach Kopernika znanych było pięć planet. Ponieważ przyrządy służące do obserwacji nieba ulegały ciągłemu doskonaleniu, odkryto kolejne, a dzisiaj w Układzie Słonecznym wyróżnianych jest osiem planet. Pierwsze cztery (ze względu na bliskość do Słońca nazywane planetami wewnętrznymi) są niewielkie i mają skalistą powierzchnię; cztery kolejne (planety zewnętrzne) są dużo większe, a powierzchnia każdej z nich – gazowa, z domieszką drobnych kryształków lodu. Wokół części z nich krążą naturalne satelity. Zgodnie z wiedzą na rok $2022$:

• Ziemia ma jednego satelitę – Księżyc,

• Mars ma dwa,

• Jowisz – $80$ (z czego pięćdziesiąt siedem potwierdzonych i oficjalnie nazwanych),

• Saturn – $83$ (sześćdziesiąt trzy potwierdzone i oficjalnie nazwane),

• Uran – $27$,

• Neptun – $14$,

• Merkury i Wenus nie mają satelitów.

Wokół Słońca krążą asteroidy mogące być drobnymi, jak i ogromnymi skałami, czy poruszające się po wydłużonej orbicie zbudowane ze skał i lodu komety. Kiedy kometa zbliża się do Słońca obiegając je, zaczyna topnieć i parować, dzięki czemu możne ją obserwować. W atmosferę ziemską wpadają meteoroidy – małe odłamki skalne – widoczne w postaci meteoru (świecącego śladu przelatującego w atmosferze meteoroidu). Jeśli taki obiekt nie spali się całkowicie, spada na Ziemię jako meteoryt.

zjawisko zmiany obserwowanego położenia obiektu w zależności od miejsca, z którego jest on widziany. Jest jedną z możliwych przyczyn zwiększonej niepewności podczas odczytu wyniku ze skali pomiarowej.

ciała niebieskie (z wyłączeniem gwiazd), krążące po orbicie wokół gwiazdy centralnej, np. Układ Słoneczny.