Як далеко знаходиться Сонце? Начебто навряд чи можна було б задати більш прямолінійне питання. І все-таки саме це дослідження розвідувало астрономів більше двох тисяч років.
Безумовно, це питання майже неперевершеного значення, затьмарене в історії, можливо, лише пошуком розміру та маси Землі. Сьогодні відомий як астрономічна одиниця, відстань служить нашою орієнтиром у Сонячній системі та базовою лінією для вимірювання всіх відстаней у Всесвіті.
Мислителі Стародавньої Греції одними з перших спробували побудувати всеосяжну модель космосу. Не маючи нічого, крім спостережень неозброєним оком, можна було б розробити кілька речей. Місяць на небі вимальовувався великим, тому, ймовірно, був досить близько. Сонячні затемнення виявили, що Місяць і Сонце були майже однакового кутового розміру, але Сонце було настільки яскравішим, що, можливо, воно було більшим, але далі (цей збіг щодо очевидних розмірів Сонця і Місяця мав майже невимовне значення в просувається астрономія). Решта планет виявились не більшими за зірки, але, здавалося, рухалися швидше; вони були, ймовірно, на деякій проміжній відстані. Але чи могли ми зробити щось краще, ніж ці розпливчасті описи? З винаходом геометрії відповідь стала гучним "так".
Перша відстань, яку виміряли з будь-якою точністю, - це відстань Місяця. У середині ІІ століття до нашої ери грецький астроном Гіпарх став першим у використанні методу, відомого як паралакс. Ідея паралакса проста: коли об'єкти спостерігаються під двома різними кутами, здається, що ближчі об'єкти зміщуються більше, ніж більш далекі. Ви можете це легко продемонструвати для себе, тримаючи палець на відстані руки і закриваючи одне, а потім інше. Зауважте, як ваш палець рухається більше, ніж речі у фоновому режимі? Це паралакс! Спостерігаючи Місяць з двох міст, відомих відстань, Гіппарх використав трохи геометрії, щоб обчислити відстань у межах 7% від сучасного сучасного значення - непогано!
З відомою відстані до Місяця було встановлено сцену для іншого грецького астронома, Арістарха, зробити перший удар при визначенні відстані Землі від Сонця. Арістарх зрозумів, що, коли Місяць був рівно наполовину освітлений, він утворював правильний трикутник із Землею та Сонцем. Тепер, знаючи відстань між Землею та Місяцем, у цей момент йому знадобилося лише кут між Місяцем та Сонцем для обчислення відстані самого Сонця. Це були геніальні міркування, підірвані недостатніми спостереженнями. Не маючи нічого, окрім очей, Арістарх оцінив цей кут у 87 градусів, не дуже далеко від справжнього значення 89,83 градуса. Але коли відстані, які задіяні, величезні, невеликі помилки можна швидко збільшити. Його результат вимкнувся в коефіцієнт більше тисячі.
Протягом наступних двох тисяч років кращі спостереження, застосовані до методу Арістарха, принесуть нам у 3 або 4 рази більше справжнього значення. То як би ми могли це покращити далі? Існував ще один метод прямого вимірювання відстані, і це був паралакс. Але знайти паралакс Сонця було набагато складніше, ніж у Місяця. Зрештою, Сонце по суті є нікчемним, і його неймовірна яскравість знищує будь-який погляд на зірки, які ховаються позаду. Що ми могли зробити?
Однак до вісімнадцятого століття наше розуміння світу значно прогресувало. Поле фізики зараз було в зародковому стані, і це дало критичну підказку. Йоганнес Кеплер та Ісаак Ньютон показали, що відстані між планетами всі пов'язані; знайди одного, і ти б їх усіх знав. Але чи було б простіше знайти, ніж Землю? Виявляється, відповідь - так. Іноді. Якщо вам пощастить
Ключ - транзит Венери. Під час транзиту планета перетинається перед Сонцем, як видно із Землі. З різних місць, здається, Венера перетинає більші або менші частини Сонця. Визначивши, скільки часу проходять ці переправи, Джеймс Грегорі та Едмонд Галлей зрозуміли, що відстань до Венери (а значить, і до Сонця) можна визначити (зацікавившись солодкою жаркістю того, як це робиться? NASA має тут досить приємне пояснення.) . Зараз час, коли я зазвичай кажу щось на кшталт: Здається, досить прямо, правда? Є лише один улов ... Але, можливо, це ніколи не було неправдою. Шанси були настільки складені проти успіху, що це справді свідчення важливості цього вимірювання, що хтось навіть спробував його.
По-перше, транзити Венери надзвичайно рідкісні. Як і один раз у житті рідкісний (хоча вони бувають парами). До того часу, як Галлі зрозумів, що цей метод буде дієвим, він знав, що він занадто старий, щоб мати шанс самостійно його виконати. Отже, сподіваючись, що майбутнє покоління візьме на себе завдання, він написав конкретні інструкції щодо того, як слід проводити спостереження. Щоб кінцевий результат мав бажану точність, час транзиту потрібно виміряти до другого. Для того, щоб мати велику відстань у відстані, спостережні ділянки потрібно було б розташовувати в далеких межах Землі. А для того, щоб похмура погода не втратила шансів на успіх, потрібні будуть спостерігачі на місцях по всьому світу. Говоріть про велике починання в епоху, коли трансконтинентальні подорожі можуть зайняти роки.
Незважаючи на ці виклики, астрономи у Франції та Англії вирішили, що вони збиратимуть необхідні дані під час транзиту 1761 року. На той час ситуація була ще гіршою: Англія та Франція були втягнуті у Семирічну війну. Подорож морем була майже неможливою. Тим не менш, зусилля зберігалися. Хоча не всі спостерігачі були успішними (хмари заблокували одних, військові кораблі інших), у поєднанні з даними, зібраними під час іншого транзиту через вісім років, починання мало успіх. Французький астроном Джером Лаланд зібрав усі дані та обчислив перше точне відстань до Сонця: 153 мільйони кілометрів, що добре в межах трьох відсотків від справжнього значення!
Короткий бік: число, про яке ми говоримо тут, називається Земним напівмайорна вісь, це означає, що це середня відстань між Землею та Сонцем. Оскільки орбіта Землі не ідеально кругла, ми фактично наближаємось на 3% ближче та далі протягом року. Також, як і багато чисел у сучасній науці, формальне визначення астрономічної одиниці було дещо змінено. Станом на 2012 рік 1 AU = 149 597 870 700 метрів рівно, незалежно від того, чи визнаємо ми, що головна вісь Землі в майбутньому буде дещо іншою.
Оскільки новаторські спостереження, здійснені під час транзиту Венери, ми надзвичайно вдосконалили наші знання про відстань Земля-Сонце. Ми також використовували це для розблокування розуміння простору Всесвіту. Як тільки ми дізналися, наскільки велика орбіта Землі, ми могли використати паралакс для вимірювання відстані до інших зірок, зробивши спостереження, розміщені на півроку (коли Земля подорожувала до іншої сторони Сонця, відстань 2 АС!) . Це виявило космос, який розтягувався нескінченно і в кінцевому підсумку призведе до відкриття, що нашому Всесвіту є мільярди років. Непогано задавати прямо запитання!
