Астрономическая единица – показатель, при помощи которого каждый может наглядно представить себе расстояние ко многим объектам в Солнечной системе.
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.
Материалы по теме
Каково расстояние до нашего светила?
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
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.
Материалы по теме
Наглядная схема Солнечной системы
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.
Смотреть что такое «Астрономическая единица длины» в других словарях:
Астрономическая единица длины — (а. е.), единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км … Астрономический словарь
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — длины (а. е.) единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км … Большой Энциклопедический словарь
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — длины (а. е., АЕ), равна ср. расстоянию от Земли до Солнца, 1 а. е.= 1,49600•1011 м. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА, единица длины, применяемая в астрономии (в основном для измерения расстояний в пределах Солнечной системы). Равна среднему расстоянию от Земли до Солнца; 1 астрономическая единица=149,6 млн. км … Современная энциклопедия
Астрономическая единица — АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА, единица длины, применяемая в астрономии (в основном для измерения расстояний в пределах Солнечной системы). Равна среднему расстоянию от Земли до Солнца; 1 астрономическая единица=149,6 млн. км. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
астрономическая единица — (а. е.), единица длины в астрономии, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. 1 а. е.; 149,6 млн. км. * * * АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА длины (а. е.), единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от… … Энциклопедический словарь
Единица длины — Содержание 1 Единицы измерения расстояния 1.1 Метрическая система 1.2 Британская/Американская система … Википедия
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — (а. е.), единица длины в астрономии, равная ср. расстоянию от Земли до Солнца. 1 а. е. 149,6 млн. км … Естествознание. Энциклопедический словарь
Астрономическая единица — (а. е.) внесистемная единица длины, применяемая в астрономии и равная среднему расстоянию Земли до Солнца. 1 а. е. ≈ 149 597 868 ± 0,7 км. См. также Парсек, Световой год … Астрономический словарь
Астрономическая единица — (а. е.) единица длины в астрономии (см. Астрономия), равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
Рис. 3. Определение астрономической единицы по прохождению Венеры по диску Солнца. Видимые из разных точек Земли траектории Венеры на солнечном диске различны. Это позволяет вычислить параллакс Солнца.
Поскольку параллакс Солнца составляет всего неск. секунд дуги, а прямые наблюдения Солнца сложны и неточны, применялись и др. классич. методы определения а. е., напр, по прохождению Венеры по диску Солнца (способ Галлея). Последнее служит как бы экраном, на к-рый проецируется тёмный диск планеты (рис. 3). В этот период параллакс Венеры может достигать 33″, и при наблюдении из разных мест Земли можно измерить перспективное смещение планеты на солнечном диске. Оно достигает 24″ и представляет собой разность параллаксов Венеры и Солнца. Но наличие атмосферы у Венеры (атмосфера была открыта М. В. Ломоносовым именно во время прохождения планеты по диску Солнца) явилось помехой для точных измерений (последнее прохождение Венеры было в 1822 г., следующее состоится в 2004 г.).
К новым методам измерения а. е. относится радиолокация планет (см. Радиолокационная астрономия ). К планете, напр. Венере, радиолокатором посылается сигнал, к-рый после отражения от поверхности планеты возвращается к приёмнику. Зная скорость распространения радиоволн (299 792,458 км/с), разность моментов посылки и возвращения сигнала и изменение расстояния между планетами за время его путешествия, можно вычислить расстояние до Венеры и, как в случае с Эросом, найти по нему величину а. е. Если Венера находится в элонгации (наибольшем видимом удалении от Солнца), то её движение по орбите для наблюдателя с Земли происходит по лучу зрения. Вследствие эффекта Доплера частота возвращающегося сигнала изменяется пропорционально орбитальной скорости Венеры. Если измеренную таким способом орбитальную скорость разделить на орбитальную скорость, вычисленную в долях а. е. по элементам ороиты, то также получим величину а. е. в км.
Другой новейший способ определения а. е.- анализ движения автоматич. межпланетной станции, элементы орбиты к-рой вычислены с высокой точностью благодаря многочисленным сеансам связи.
Лит.: Струве О., Линдс Б., Пилланс Э., Элементарная астрономия, пер. с англ., 2 изд., М., 1967, с. 67 Михaйлов А. А., Астрономическая единица длины, «Земля и Вселенная», 1967, 2, 3
Задача измерения космических расстояний стояла перед астрономами с самых давних времен. В одной из задач мы уже обсуждали современные методы измерения расстояний до далеких галактик. Но вся эта эпопея с измерением расстояний начиналась с ближайших к нам объектов солнечной системы.
Здесь применим метод параллакса, который основывается на том, что конкретный небесный объект находится не слишком далеко, и его положение на небе зависит от того, откуда на него посмотреть. Подобным образом, кстати, работает и стереоскопическое восприятие наших глаз, с помощью которого мозг определяет примерное расстояние до объектов: левый и правый глаз видят объект под разными (хотя и близкими) углами. Зная углы и расстояния между глаз — так называемую длину базы, — можно довольно точно оценить расстояние до объекта (рис. 1).
Рис 1. Метод геодезической триангуляции (параллакса). Если известно значение L и один из углов θ, а другой угол для простоты прямой, то расстояние D равно L·tg θ. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org
В геодезии такой метод измерения расстояний называется триангуляцией. Ну а в астрономии через параллаксы можно точнее всего посчитать расстояния до ближайших к нам звезд. В качестве базы в этом случае берется полуось орбиты Земли и угловое положение звезды определяется два раза с промежутком в полгода. Но с чего все это началось? Откуда мы знаем размер орбиты Земли?
Астрономическая единица (среднее расстояние от Земли до Солнца) — один из основных стандартов расстояний в космосе — была принята на вооружение после того, как Кеплером была предложена и обоснована гелиоцентрическая система, в которой Земля обращается вокруг Солнца по (почти) круговой орбите. Естественным решением было принять радиус этой орбиты за единицу измерения.
Сейчас параметры земной орбиты измерены с огромной точностью, однако тогда, в XVIII веке, астрономия уперлась в тупик. Ученые к тому времени смогли определить расстояния до многих планет в Солнечной системе, выразив их в астрономических единицах. Но само значение астрономической единицы в привычных человеку единицах (например, километрах) точно известно не было.
При этом уже был довольно точно измерен радиус Земли. Тем самым, значение базы было достоверно известно, и требовалось лишь измерение параллактического угла до любого из объектов солнечной системы, до которого было известно относительное расстояние в астрономических единицах.
Поэтому астрономы всего мира возлагали огромные надежды на прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 и 1769 годах. Правильно организованное наблюдение этого явления потенциально позволило бы измерить параллакс Венеры относительно параллакса Солнца (точнее, их разность), и, зная радиус Земли (длину базы) узнать астрономическую единицу.
Дело в том, что с разных точек Земли прохождение Венеры по диску Солнца выглядит по разному (рис. 2). Если бы удалось измерить эти траектории в разных точках, то задача была бы решена, потому что затем можно либо найти непосредственно угловые размеры этих траекторий, либо — время прохождения, и уже из него найти требуемое. Так и получилось: в результате наблюдений, проходивших в разных точках земного шара, ученые смогли определить значение астрономической единицы с достаточно высокой точностью.
Рис. 2. Схематическое изображение того, как различаются прохождения, наблюдаемые с разных широт
В частности, Томас Хорнсби получил значение расстояния от Земли до Солнца примерно 93 726 900 английских миль (150 838 449 км), что очень близко к истине.
Рис. 3. Диаграмма, сделанная Дэвидом Риттенхаусом во время наблюдения прохождения Венеры в 1769 году. Изображение с сайта en.wikipedia.org
В этой задаче предлагается проделать похожие измерения параллакса Венеры.
Задача
Даны две фотографии прохождения Венеры, сделанные одновременно в 22:25:52 UTC 5 июня 2012 года (рис. 4). Слева — фотография, сделанная в городе Принстон, штат Нью-Джерси. Справа — фотография, сделанная с вершины вулкана Халеакала на острове Мауи, Гавайи.
Различия в расположении диска Венеры связаны с параллаксом. Известно, что расстояние от Земли до Венеры в момент снимка составляло 0,2887 а. е., расстояние до Солнца — 1,0147 а. е. угловой размер Солнца — 31,57 угловых минуты, а эффективный радиус Земли можно принять за 6378,1 км. В момент, когда были сделаны фотографии, на Гавайях Венера находилась почти точно в зените. Определите по этим данным и фотографиям расстояние от Земли до Солнца.
Подсказка 1
Определение длины базы в общем случае — довольно сложный вопрос. Однако в момент снимка Солнце на острове Мауи находилось почти в точности в зените. В этом можно убедится с помощью программы Stellarium, выставив текущее положение в Гавайях и время 12 часов 25 минут 5 июня 2012 года.
В таком случае длина базы определяется легко (рис. 5).
Подсказка 2
Прежде чем что-то измерять, нужно учесть, что фотографии сделаны со случайной ориентацией камеры, поэтому нужно правильно их сопоставить, чтобы измерить реальное смещение Венеры. Сделать это можно, используя в качестве фона Солнце, а точнее, солнечные пятна. Правда, тогда измеренный параллакс будет относительным, так как у Солнца тоже есть свой параллакс.
Решение
Повозившись, можно сопоставить два предложенных изображения Венеры на диске Солнца в графическом редакторе. Так как границы Солнца довольно размытые из-за облаков и потемнения к краю, можно ориентироваться на солнечные пятна. Достаточно совместить три пары пятен. Вот, что получится в результате (фото слегка обработаны для выделения краев):
Затем находим центры двух силуэтов Венеры (рис. 7). Поскольку пока идет работа c изображениями, то мерить расстояния можно в пикселях, но потом, естественно, придется перевести все в «нормальные» единицы длины. Координаты центров получаются такими: C1 (красный центр на рис. 7) — X: 624,5 px, Y: 317 px, C2 — X: 631,5 px, Y: 324,5 px.
Теперь считаем относительный параллакс Венеры (тоже в пикселях):
У вас могло получиться другое число, но это нормально, ведь эти величины относительны, а конкретные их значения зависят от величины и разрешения фотографий.
Диаметр Солнца можно тоже измерить в пикселях (рис. 8), и это даст шкалу перевода. На наших картинках получается, что Ds = 936±1 px, что соответствует значению 31,57±0,005 угловых минуты или 1894,2±0,3 угловых секунды. Отсюда 1 px = 2,024±0,002 угловых секунды.
Получаем, что параллакс Венеры (относительно Солнца) равен
Так как мы хотим найти абсолютное значение астрономической единицы, нас интересует абсолютный параллакс Венеры. Обратите внимание на рис. 9. На нем pv и ps — это реальные параллаксы Венеры и Солнца, а pvs — параллакс Венеры относительно Солнца (то, что мы посчитали выше). Из рисунка ясно, что pvs = pv − ps.
Рис. 9. Схема расположения наблюдателей, Венеры и Солнца в момент наблюдений. A и B — наблюдатели, E — центр Земли, V — Венера, S — Солнце
Так как углы малые, будем пользоваться приближенными равенствами для малых углов: sin φ ≈ tg φ ≈ φ в радианах. Тогда в обозначениях рис. 9: d⊥/EV ≈ pv, d⊥/ES ≈ ps, где EV и ES — расстояния от Земли до Венеры и Солнца соответственно. Отсюда находим реальный параллакс:
С помощью любого картографического сервиса с функцией измерения расстояний на поверхности Земли (или каким-нибудь другим способом) определяем, что кратчайшее расстояние между двумя точками наблюдения составляет 7834 км (рис. 10). Это длина дуги AB на рис. 9. Тогда α ≈ 1,2282 радиан, и можно найти длину базы: d⊥ ≈ 6007,6 км.
Остается самое простое. Зная длину базы и параллакс, можно найти расстояние до Венеры: dv = d⊥/pv =42±1 млн км. А поскольку известно, что относительное расстояние до Венеры в астрономических единицах равно 0,2887 а. е., то получаем, что 1 а. е. = 147±3 млн км. Точность этих вычислений можно было бы значительно улучшить с помощью снимков более высокого разрешения.
Послесловие
Неудивительно, что первые более-менее точные измерения значения астрономической единицы были сделаны именно с помощью транзита Венеры. Само Солнце было довольно плохим кандидатом для таких наблюдений, так как оно — не точечный объект, и, кроме того, измерения углов в XVIII веке были довольно неточными. По той же причине было довольно сложно измерить параллакс Марса.
Венера сама по себе, которая в нижнем соединении располагается ближе к Земле, чем Марс, тоже не очень удобна. Дело в том, что в такой позиции Венера находится прямо между Землей и Солнцем и поэтому представляет собой тонкую полоску нимба. Да и само Солнце в таком случае сильно затрудняет измерения углового расположения Венеры относительно фоновых звезд. Поэтому парное прохождение Венеры по диску Солнца в 1761 и 1769 годах стало поистине грандиозным событием в мире науки того времени.
С параллаксом и астрономической единицей связана еще одна мера длины, часто встречающаяся в астрофизике и космологии. Как уже отмечалось выше, с помощью метода параллакса астрономы сегодня измеряют расстояния до ближайших объектов вне Солнечной системы (рис. 11)
Рис. 11. Полугодовое смещение близкой звезды на фоне далеких звезд. Рисунок с сайта sci.esa.int
Из-за обращения Земли вокруг Солнца, изображение звезды на фоне далеких звезд, которые не подвержены (или гораздо слабее подвержены) эффекту параллакса, будет слегка сдвигаться (на параллактический угол). По определению, если параллакс звезды равен 1 угловой секунде — то звезда находится на расстоянии 1 парсека (сокращенно пк), это примерно 3,26 светового года. Иначе говоря, 1 парсек — это расстояние, с которого система Земля—Солнце имеет угловой размер всего лишь в 1 угловую секунду.
Расстояние до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра, составляет 1,301 парсек. До центра нашей Галактики — 8000 парсек (8 килопарсек). До ближайшей к нам крупной галактики Андромеды — 778 кпк.
В астрофизике и космологии используется именно эта единица измерения расстояний, а не световые годы, как многие думают. В частности, например, постоянная Хаббла по данным телескопа «Планк» примерно равна 68 км/с/Мпк, то есть через каждый мегапарсек (миллион парсек) скорость «убегания» галактик из-за расширения Вселенной возрастает на 68 км/с.
Измерение расстояний в космологии, как уже говорилось выше, это важнейшая проблема, которая на протяжении многих десятилетий стоит перед астрономами.
В основном методом параллакса измеряют расстояния до нескольких сотен парсек. Однако здесь есть и своеобразный рекорд. Он был поставлен телескопом «Хаббл», который смог измерить точный параллакс звезд на расстоянии до 5000 парсек! Для этого телескопу потребовалась разрешающая способность в 20 микросекунд дуги (использовалась техника накопления наблюдений, которая улучшала точность измерения при ограниченной разрешающей способности). Это все равно, что с Земли прочитать надпись на листе бумаги, который держит космонавт на Луне.
Более далекие расстояния измеряются другими способами, например, с помощью стандартных свеч (типа сверхновых, звезд типа RR Лиры, цефеид и т. д.). Проблема в том, что все эти измерения зависят от конкретных моделей, и поэтому не являются независимыми. Для этого их необходимо калибровать на модельно независимых методах, таких как параллакс.
Однако и эти модели имеют свои границы применимости, дальше которых нужны новые методы, которые нужно, опять же, калибровать на старых. Эта система методов, каждая из которых работает на более далеких объектах, но калибруется на близких с помощью предыдущих методов, называется космологической «лестницей» расстояний (см. также статью М. Мусина «Звезда с звездою говорит»). И берет свое начало эта лестница как раз в методе, изученном в этой задаче.
Смотреть что такое «АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА» в других словарях:
Астрономическая единица — АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА, единица длины, применяемая в астрономии (в основном для измерения расстояний в пределах Солнечной системы). Равна среднему расстоянию от Земли до Солнца; 1 астрономическая единица=149,6 млн. км. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — длины (а. е.) единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км … Большой Энциклопедический словарь
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — (обозначение а.е.), среднее расстояние от Земли до Солнца, используемое как основная единица расстояния, особенно для измерений в пределах Солнечной системы. 1 а.е. равняется 149 598 000 км … Научно-технический энциклопедический словарь
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — длины (а. е., АЕ), равна ср. расстоянию от Земли до Солнца, 1 а. е.= 1,49600•1011 м. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА — среднее расстояние от Земли до Солнца (или большая полуось земной орбиты), равное 149 500 000 км. Применяется для измерения расстояний в пределах солнечной системы. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь
Астрономическая единица — (а. е., au) исторически сложившаяся единица измерения расстояний в астрономии, приблизительно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. Применяется в основном для измерения расстояний между объектами Солнечной системы,… … Википедия
астрономическая единица — (а. е.), единица длины в астрономии, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. 1 а. е.; 149,6 млн. км. * * * АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА АСТРОНОМИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА длины (а. е.), единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от… … Энциклопедический словарь
астрономическая единица — astronominis vienetas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. astronomical unit vok. astronomische Einheit, f rus. астрономическая единица, f pranc. unité … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
астрономическая единица — astronominis vienetas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. astronomical unit vok. Astronomische Einheit, f rus. астрономическая единица, f pranc. unité astronomique, f … Fizikos terminų žodynas
Астрономическая единица — (а. е. единица расстояний в астрономии, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. Согласно списку фундаментальных постоянных астрономии, рекомендованному в 1964 Международным астрономическим союзом для астрономических исследований, 1 а … Большая советская энциклопедия
Астрономическая единица – показатель, при помощи которого каждый может наглядно представить себе расстояние ко многим объектам в Солнечной системе.
