Wenn es um den Umgang mit dem Kosmos geht, fassen wir Menschen die Dinge gerne in vertrauten Begriffen. Wenn wir Exoplaneten untersuchen, klassifizieren wir sie anhand ihrer Ähnlichkeiten mit den Planeten in unserem eigenen Sonnensystem – dh terrestrisch, gasriesengroß, erdgroß, jupitergroß, neptungroß usw. Und wenn wir astronomische Entfernungen messen, tun wir viel gleich.
Zum Beispiel ist eines der am häufigsten verwendeten Mittel zur Messung von Entfernungen im Raum bekannt als ein Astronomische Einheit (AU). Basierend auf der Entfernung zwischen Erde und Sonne ermöglicht dieses Gerät Astronomen, die riesigen Entfernungen zwischen den solaren Planeten und der Sonne sowie zwischen extrasolaren Planeten und ihren Sternen zu charakterisieren.
Definition:
Nach der aktuellen astronomischen Konvention entspricht eine einzelne Astronomische Einheit 149.597.870,7 Kilometer (oder 92.955.807 Meilen). Dies ist jedoch die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne, da diese Entfernung während der Erdumlaufperiode Schwankungen unterliegt. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Erde und Sonne variiert im Laufe eines Jahres.
Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, die ihre durchschnittliche Entfernung (oder 1 AE) anzeigt. Bildnachweis: Huritisho/Wikipedia Commons
Im Laufe eines Jahres bewegt sich die Erde von einer Entfernung von 147.095.000 km (91.401.000 mi) von der Sonne am Perihel (dem nächsten Punkt) auf 152.100.000 km (94.500.000 mi) am Aphel (dem am weitesten entfernten Punkt) – oder aus einer Entfernung von 0,983 AE bis 1.016 AE.
Entwicklungsgeschichte:
Das früheste aufgezeichnete Beispiel dafür, dass Astronomen die Entfernung zwischen Erde und Sonne schätzen, stammt aus der klassischen Antike. Im 3. Jahrhundert v. Chr. Arbeiten, Über die Größen und Entfernungen von Sonne und Mond – die dem griechischen Mathematiker Aristarchos von Samos zugeschrieben wird – die Entfernung wurde auf das 18- bis 20-fache der Entfernung zwischen den Erde und Mond .
Sein Zeitgenosse Archimedes in seinem Werk aus dem 3. Jahrhundert v Sandkalkulator ,behauptete auch, dass Aristarchos von Samos die Entfernung des 10.000-fachen des Erdradius gelegt habe. Abhängig von den Werten für beide Schätzungen lag Aristarchus um einen Faktor von etwa 2 (im Fall des Erdradius) bis 20 (der Abstand zwischen Erde und Mond) daneben.
Der älteste chinesische mathematische Text – die Abhandlung aus dem 1. Jahrhundert v. Chr., bekannt alsZhoubi Suanjing– enthält auch eine Schätzung der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Der anonymen Abhandlung zufolge könnte die Entfernung berechnet werden, indem geometrische Messungen der Länge von Mittagsschatten durchgeführt werden, die von Objekten in bestimmten Abständen erzeugt werden. Den Berechnungen lag jedoch die Vorstellung zugrunde, dass die Erde flach ist.
Illustration der ptolemäischen geozentrischen Vorstellung des Universums, von Bartolomeu Velho (?-1568), aus seinem Werk Cosmographia, hergestellt in Frankreich, 1568. Credit: Biblotèque nationale de France, Paris
Der berühmte Mathematiker und Astronom Ptolemäus aus dem 2. Anhand von Aufzeichnungen von Mondfinsternissen schätzte er den scheinbaren Durchmesser des Mondes sowie den scheinbaren Durchmesser des Schattenkegels der Erde, den der Mond während einer Mondfinsternis durchquert.
Mit der Parallaxe des Mondes berechnete er auch die scheinbare Größe von Sonne und Mond und kam zu dem Schluss, dass der Durchmesser der Sonne dem Durchmesser des Mondes entsprach, wenn sich dieser in seiner größten Entfernung von der Erde befand. Daraus kam Ptolemäus zu einem Verhältnis von Sonnen- zu Mondentfernung von ungefähr 19 zu 1, die gleiche Zahl, die von Aristarchos abgeleitet wurde.
Für die nächsten tausend Jahre würden Ptolemaios Schätzungen der Entfernung Erde-Sonne (ähnlich wie die meisten seiner astronomischen Lehren) unter mittelalterlichen europäischen und islamischen Astronomen kanonisch bleiben. Erst im 17. Jahrhundert begannen Astronomen, seine Berechnungen zu überdenken und zu revidieren.
Möglich wurde dies durch die Erfindung des Teleskops sowie Keplers Drei Gesetze der Planetenbewegung , das Astronomen half, die relativen Entfernungen zwischen den Planeten und der Sonne genauer zu berechnen. Durch die Messung des Abstands zwischen der Erde und den anderen Sonnenplaneten konnten Astronomen Parallaxenmessungen durchführen, um genauere Werte zu erhalten.
Mit der Parallaxentechnik beobachten Astronomen Objekte an gegenüberliegenden Enden der Erdumlaufbahn um die Sonne, um ihre Entfernung präzise zu messen. Bildnachweis: Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF.
Im 19. Jahrhundert führten Bestimmungen über die Lichtgeschwindigkeit und die Konstante der Aberration des Lichts zur ersten direkten Messung des Abstands Erde-Sonne in Kilometern. 1903 wurde erstmals der Begriff „Astronomische Einheit“ verwendet. Und im Laufe des 20. Jahrhunderts wurden die Messungen immer präziser und raffinierter, teilweise dank genauer Beobachtungen der Auswirkungen von Einsteins Relativitätstheorie .
Moderne Nutzung:
In den 1960er Jahren führten die Entwicklung direkter Radarmessungen, Telemetrie und die Erforschung des Sonnensystems mit Raumsonden zu präzisen Messungen der Positionen der inneren Planeten und anderer Objekte. 1976 verabschiedete die Internationale Astronomische Union (IAU) während ihrer 16. Generalversammlung . Als Teil ihrer System astronomischer Konstanten , lautete die neue Definition:
„Die astronomische Längeneinheit ist die Länge (A), für die die Gaußsche Gravitationskonstante (k) den Wert 0,01720209895 annimmt, wenn die Maßeinheiten die astronomischen Einheiten Länge, Masse und Zeit sind. Die Abmessungen von k² sind die der Gravitationskonstanten (G), d. h. L³M-1T-2. Der Begriff „Einheitsabstand“ wird auch für die Länge A verwendet.“
Als Reaktion auf die Entwicklung von hyperpräzisen Messungen wurde die Internationales Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) beschlossen, die Internationales Einheitensystem (SI) im Jahr 1983. Konsequenterweise haben sie das zu messende Messgerät in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum neu definiert.
Infografik, die die Umlaufbahn des Planeten um Proxima Centauri (Proxima b) mit derselben Region des Sonnensystems vergleicht. Bildnachweis: ESO
2012 stellte die IAU jedoch fest, dass der Relativitätsausgleich die Messung von AUs zu komplex machte, und definierte die astronomische Einheit in Metern neu. Dementsprechend entspricht eine einzelne AE genau 149597870,7 km (92,955807 Millionen Meilen), 499 Lichtsekunden, 4,8481368×10-6eines Parsec, oder 15.812507×10-6eines Lichtjahres.
Heute wird die AU häufig verwendet, um Entfernungen zu messen und numerische Modelle für das Sonnensystem zu erstellen. Es wird auch verwendet, um extrasolare Systeme zu messen, die Ausdehnung protoplanetarer Wolken oder den Abstand zwischen extrasolaren Planeten und ihrem Mutterstern zu berechnen. Bei der Messung interstellarer Entfernungen sind AUs zu klein, um bequeme Messungen zu ermöglichen. Daher verlässt man sich auf andere Einheiten – wie Parsec und Lichtjahr.
Das Universum ist ein riesiger Ort, und selbst die Messung unserer kleinen Ecke davon führt zu erstaunlichen Ergebnissen. Aber wie immer ziehen wir es vor, sie auf eine Weise auszudrücken, die so zuordenbar und vertraut ist.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über Entfernungen im Sonnensystem geschrieben. Hier ist Wie weit sind die Planeten von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Merkur von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Venus von der Sonne entfernt? , Wie weit ist die Erde von der Sonne entfernt? , Wie weit ist der Mars von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Jupiter von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Saturn von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Uranus von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Neptun von der Sonne entfernt? , Wie weit ist Pluto von der Sonne entfernt?
Wenn Sie mehr über die Umlaufbahn der Erde erfahren möchten, schauen Sie sich an Erforschung des Sonnensystems der NASA Seite.
Wir haben auch eine Episode von Astronomy Cast aufgenommen, die sich der Messung von Entfernungen in der Astronomie widmet. Hör zu, Folge 10: Entfernungsmessung im Universum .
Quellen:
