Wie weit ist die Sonne?Es scheint, als könnte man eine direktere Frage kaum stellen. Doch genau diese Untersuchung beschäftigte die Astronomen mehr als zweitausend Jahre lang.
Sicherlich ist es eine Frage von nahezu unübertroffener Bedeutung, die in der Geschichte vielleicht nur von der Suche nach der Größe und Masse der Erde überschattet wird. Heute bekannt alsastronomische Einheit, die Entfernung dient als unsere Referenz innerhalb des Sonnensystems und als Basislinie für die Messung aller Entfernungen im Universum.
Denker im antiken Griechenland waren unter den ersten, die versuchten, ein umfassendes Modell des Kosmos zu konstruieren. Mit nichts als Beobachtungen mit bloßem Auge konnten einige Dinge herausgearbeitet werden. Der Mond stand groß am Himmel, also war er wahrscheinlich ziemlich nah. Sonnenfinsternisse zeigten, dass Mond und Sonne fast genau die gleiche Winkelgröße hatten, die Sonne jedoch so viel heller war, dass sie vielleicht größer, aber weiter entfernt war (diese Koinzidenz in Bezug auf die scheinbare Größe von Sonne und Mond war in von fast unbeschreiblicher Bedeutung fortschreitende Astronomie). Die übrigen Planeten erschienen nicht größer als die Sterne, schienen sich aber schneller zu bewegen; sie befanden sich wahrscheinlich in einiger Entfernung. Aber könnten wir es besser machen als diese vagen Beschreibungen? Mit der Erfindung der Geometrie wurde die Antwort ein klares Ja.
Die erste Entfernung, die mit Genauigkeit gemessen wurde, war die des Mondes. Mitte des 2. Jahrhunderts v. Chr. leistete der griechische Astronom Hipparchos Pionierarbeit bei der Verwendung einer Methode, die als bekannt istParallaxe. Die Idee der Parallaxe ist einfach: Wenn Objekte aus zwei verschiedenen Winkeln betrachtet werden, scheinen sich nähere Objekte stärker zu verschieben als weiter entfernte. Sie können dies ganz einfach selbst demonstrieren, indem Sie einen Finger auf Armlänge halten und ein Auge schließen und dann das andere. Bemerken Sie, wie sich Ihr Finger mehr bewegt als Dinge im Hintergrund? Das ist Parallaxe! Durch die Beobachtung des Mondes aus zwei Städten in bekannter Entfernung hat Hipparchos eine kleine Geometrie verwendet, um seine Entfernung mit einer Genauigkeit von 7% des heutigen modernen Wertes zu berechnen – nicht schlecht!
Der Mond war das erste Objekt, dessen Entfernung genau gemessen wurde. Kredit und Copyright: James Lennie.
Da die Entfernung zum Mond bekannt war, war die Bühne für einen anderen griechischen Astronomen, Aristarch, geschaffen, um den ersten Versuch zu unternehmen, den Abstand der Erde von der Sonne zu bestimmen. Aristarchos erkannte, dass der Mond, wenn er genau zur Hälfte beleuchtet war, mit der Erde und der Sonne ein rechtwinkliges Dreieck bildete. Da er nun die Entfernung zwischen Erde und Mond kannte, brauchte er in diesem Moment nur den Winkel zwischen Mond und Sonne, um die Entfernung der Sonne selbst zu berechnen. Es war eine brillante Argumentation, die durch unzureichende Beobachtungen untergraben wurde. Aristarch schätzte diesen Winkel mit nur seinen Augen auf 87 Grad, nicht allzu weit vom wahren Wert von 89,83 Grad entfernt. Aber bei enormen Distanzen können kleine Fehler schnell vergrößert werden. Sein Ergebnis war mehr als tausendfach daneben.
In den nächsten zweitausend Jahren würden bessere Beobachtungen, die auf die Methode von Aristarch angewendet werden, uns auf das Drei- oder Vierfache des wahren Wertes bringen. Wie könnten wir das also weiter verbessern? Es gab immer noch nur eine Methode, um die Entfernung direkt zu messen, und das war die Parallaxe. Aber die Parallaxe der Sonne zu finden war weitaus schwieriger als die des Mondes. Schließlich ist die Sonne im Wesentlichen ohne Merkmale und ihre unglaubliche Helligkeit verwischt jeden Blick, den wir auf die dahinter lauernden Sterne haben könnten. Was können wir machen?
Bis zum 18. Jahrhundert hatte unser Verständnis der Welt jedoch erhebliche Fortschritte gemacht. Die Physik steckte jetzt noch in den Kinderschuhen und lieferte einen entscheidenden Hinweis. Johannes Kepler und Isaac Newton hatten gezeigt, dass die Abstände zwischen den Planeten alle zusammenhängen; finde einen und du würdest sie alle kennen. Aber wäre es einfacher zu finden als die der Erde? Es stellt sich heraus, dass die Antwort ja ist. Manchmal. Wenn du Glück hast.
Der Schlüssel ist der Venustransit. Während eines Transits kreuzt der Planet von der Erde aus gesehen vor der Sonne. Von verschiedenen Orten aus scheint die Venus größere oder kleinere Teile der Sonne zu durchqueren. Durch das Timing, wie lange diese Überquerungen dauern, erkannten James Gregory und Edmond Halley, dass die Entfernung zur Venus (und damit zur Sonne) bestimmt werden konnte (Interessiert an den Details, wie dies geschieht? Die NASA hat eine ziemlich schöne Erklärung zur Verfügung Hier .). Jetzt ist die Zeit, in der ich normalerweise etwas sagen würde wie:Scheint ziemlich einfach zu sein, oder? Es gibt nur einen Haken…Aber vielleicht war das noch nie so unwahr. Die Chancen standen so schlecht, dass es wirklich ein Beweis für die Bedeutung dieser Messung ist, dass jeder es sogar versucht hat.
Ein Astronom, der mit Kapitän James Cook reiste, beobachtete 1769 den Venusdurchgang von Tahiti.
Zunächst einmal sind Venustransite extrem selten. Wie selten im Leben (obwohl sie paarweise vorkommen). Als Halley erkannte, dass diese Methode funktionieren würde, wusste er, dass er zu alt war, um sie selbst fertigzustellen. In der Hoffnung, dass eine zukünftige Generation diese Aufgabe übernehmen würde, schrieb er konkrete Anweisungen, wie die Beobachtungen durchgeführt werden müssen. Damit das Endergebnis die gewünschte Genauigkeit hat, musste der Zeitpunkt des Durchgangs sekundengenau gemessen werden. Um einen großen Abstand zu haben, müssten sich die Beobachtungsstandorte in den Weiten der Erde befinden. Und damit trübes Wetter die Erfolgschancen nicht zunichte macht, werden Beobachter an Standorten auf der ganzen Welt benötigt. Sprechen Sie über ein großes Unterfangen in einer Zeit, in der transkontinentale Reisen Jahre dauern könnten.
Trotz dieser Herausforderungen beschlossen Astronomen in Frankreich und England, die notwendigen Daten während des Transits von 1761 zu sammeln. Zu diesem Zeitpunkt war die Lage jedoch noch schlimmer: England und Frankreich waren in den Siebenjährigen Krieg verwickelt. Reisen auf dem Seeweg waren fast unmöglich. Trotzdem blieben die Bemühungen bestehen. Obwohl nicht alle Beobachter erfolgreich waren (Wolken blockierten einige, Kriegsschiffe andere), war das Unternehmen in Kombination mit den Daten, die acht Jahre später bei einem anderen Transit gesammelt wurden, ein Erfolg. Der französische Astronom Jerome Lalande sammelte alle Daten und berechnete die erste genaue Entfernung zur Sonne: 153 Millionen Kilometer, genau drei Prozent des wahren Wertes!
Eine kurze Randnotiz: Die Zahl, über die wir hier sprechen, heißt die der Erdegroße Halbachse, was bedeutet, dass es die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne ist. Da die Umlaufbahn der Erde nicht perfekt rund ist, kommen wir im Laufe eines Jahres ungefähr 3% näher und weiter. Wie bei vielen Zahlen in der modernen Wissenschaft wurde auch die formale Definition der astronomischen Einheit ein wenig geändert. Ab 2012 ist 1 AE = 149.597.870.700 Meter genau, unabhängig davon, ob wir die große Halbachse der Erde in Zukunft etwas anders finden.
Seit den bahnbrechenden Beobachtungen während des Venustransits haben wir unser Wissen über den Abstand Erde-Sonne enorm verfeinert. Wir haben es auch verwendet, um ein Verständnis der Weite des Universums zu erschließen. Sobald wir wussten, wie groß die Erdumlaufbahn war, konnten wir die Entfernung zu anderen Sternen mithilfe von Parallaxe messen, indem wir Beobachtungen im Abstand von sechs Monaten machen (wenn die Erde auf die andere Seite der Sonne gereist ist, eine Entfernung von 2 AE!). . Dies enthüllte einen Kosmos, der sich endlos erstreckte und schließlich zu der Entdeckung führen würde, dass unser Universum Milliarden von Jahren alt ist. Nicht schlecht für eine direkte Frage!
