В сегодняшней школьной программе астрономия вернулась, и ожидается, что учащиеся старших классов или все, кто в этом отношении, должен знать, что расстояние между Солнцем и нашей планетой составляет приблизительно 149,5 миллионов километров, что также называют астрономическая единица. Однако этот ответ был получен нелегко, и астрономам пришлось сделать несколько шагов, охватывающих более тысячелетия, чтобы прийти к нему. Однако астрономы от Земли до Солнца расстояние измеряли веками. Как это происходило, читайте в статье.
Расстояние от Земли до Солнца 149,5 миллионов километров.
Аристарх Самосский и Луна
Первый этап связан с работой Аристарха Самосского, замечательного астронома, жившего в 3 веке до нашей эры. Еще до Коперника он разработал гелиоцентрическую модель мира и произвел точные расчеты продолжительности года, которую определил как 365 и 1/4 дня плюс 1/1623. Аристарх также пытался измерить расстояние между Землей, Солнцем и Луной, посвятив этому начинанию целый трактат, который оказался единственной сохранившейся письменной работой автора.
Что касается измерения расстояния между Землей и Луной, расчеты Аристарха дали относительно точную цифру в 486 400 км, в то время как современные данные определяют среднее расстояние в 380 000 км. Гиппарх, древний астроном, живший столетием позже, позже уточнил эти цифры. Однако оценка Аристархом расстояния между Землей и Солнцем была значительной ошибкой.
Для объяснения того, как Аристарх измерил расстояние между Землей и Луной, следует отметить, что иногда можно одновременно наблюдать Луну и Солнце, и бывают случаи, когда половина Луны освещается Солнцем. Когда угол «Земля-Луна-Солнце» прямой, угол «Луна-Земля-Солнце» можно измерить с помощью тригонометрических соотношений. Зная расстояние между Землей и Луной, можно рассчитать расстояние между Землей и Солнцем.
Однако теория Аристарха была осуществима только на бумаге. Во-первых, он должен был определить точный момент, когда половина Луны была освещена, что было практически невозможно сделать без телескопа. Во-вторых, он должен был точно измерить все параметры, что было затруднительно без передового оборудования. Неудивительно, что греческий астроном допустил существенную ошибку. Он получил угол α, равный трем градусам, тогда как фактический угол равен 10 минутам. Кроме того, он подсчитал, что расстояние до Солнца составляет всего 7,5 миллиона километров. Используя это расстояние, Аристарх вывел, что Солнце намного больше Земли, что стало главным аргументом его гелиоцентрической теории (самый большой объект должен находиться в центре Вселенной).
Несмотря на существенную ошибку в определении расстояния, расчеты Аристарха не оказали существенного влияния на науку. На самом деле они не были широко известны даже среди образованных людей древних городов. Причина этого была в первую очередь политическая. Гелиоцентрическая модель Вселенной Аристарха противоречила геоцентрической модели, которая была общепризнанной в то время. Есть упоминания о попытках привлечь его к суду как атеиста. Позже Гиппарх подверг критике взгляды Аристарха, а Птолемей, чья геоцентрическая модель была успешной и даже превзойденной Коперником, полностью игнорировал открытия Аристарха, что привело к их забвению на долгое время.
Кеплер и Венера
Человечеству потребовалось почти два тысячелетия, чтобы сделать следующий шаг к открытию ответа. Однако справедливо будет признать, что этот период был непростым, и многие другие вопросы требовали внимания.
Во-первых, ученым нужно было определить объект, на который можно положиться в своих расчетах. В 1626 году известный немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер предложил Венеру в качестве потенциального кандидата. К тому времени астрономам уже было известно о довольно редком астрономическом явлении — прохождении Венеры по диску Солнца, которое происходит дважды с промежутком в несколько лет, с последующим длительным перерывом. Метод Кеплера включал измерение времени, которое потребовалось Венере, чтобы пересечь диск Солнца из разных мест на Земле. Сравнивая эти времена, ученые могли определить расстояние от Земли до Венеры и Солнца.
Однако это было не так просто, как может показаться. Нужно было ждать определенного небесного события. Это удалось наблюдать британскому астроному Джереми Хорроксу. Переписываясь с Кеплером, он был знаком с его методом. Во-первых, Хоррокс определил частоту явления, обнаружив, что «двойной транзит» происходит каждые полтора века с восьмилетним интервалом. Ближайшее событие ожидалось в 1639 году. Хоррокс подготовился к нему, наблюдая за небом из своего дома в Мач-Хуле, недалеко от Престона, а его друг сделал то же самое из Солфорда, недалеко от Манчестера. Поначалу удача, казалось, была против них, так как в тот день небо закрыли тяжелые тучи. Однако за полчаса до захода солнца тучи рассеялись, и два астронома смогли выполнить свой план. Хоррокс подсчитал, что Земля равна 95. 6 миллионов километров от Солнца по их наблюдениям. Хотя оно было намного ближе к реальному значению, оно все же было не совсем точным.
Джованни Кассини и Марс
Третий шаг в погоне за расчетом расстояния между Землей и Солнцем сделал Джованни Доменико Кассини в своем наблюдении за Марсом. В ожидании следующего венерианского «двойника» астрономы искали другие методы расчета расстояния. Кассини был известен в астрономии как опытный наблюдатель, поскольку он первым наблюдал Большое Красное Пятно Юпитера.
К тому времени, когда Кассини провел свой эксперимент в 1672 году, астрономы уже признали потенциал одновременных наблюдений за одним и тем же объектом из разных мест. Кассини вместе с французским астрономом Жаном Рише провел такой опыт: Рише отправился в Южную Африку, где у Франции были колонии, а Кассини остался в Париже. Они одновременно наблюдали за Марсом и рассчитывали его расстояние от Земли, определяя параллакс.
Параллакс относится к смещению или разнице в видимом положении объекта, если смотреть с двух разных линий зрения. Вычисление расстояния до объекта с использованием параллакса было известно давно.
Относительные отношения между расстояниями планет от Солнца уже были установлены с помощью геометрии. Используя параллакс для расчета расстояния до Марса, Кассини смог определить расстояние до Солнца. Его результат, 146 млн. км, был удивительно близок к современным оценкам. Интересно, что Кассини был сторонником геоцентрической системы во время своих расчетов. Следовательно, он получил почти точные расстояния, но построил карту солнечной системы с Землей в центре, используя традиционные методы. Позже он признал, что Коперник был частично прав.
Венера и Михайло Ломоносов
На четвертом этапе грядущий «двойник» Венеры в 1761 и 1769 годах побудил астрономов всего мира максимально использовать это событие. Чтобы собирать данные из разных мест на Земле и не зависеть от погодных условий, был создан обширный международный проект, который считается одним из самых ранних в истории. Под руководством Французской академии наук были организованы и заблаговременно отправлены на места наблюдений научные экспедиции. К сожалению, не все пошло по плану, так как отправленная в Новую Гвинею экспедиция затерялась в джунглях.
Несмотря на эту неудачу, общий результат проекта был успешным.
Стоит отметить, что Россия также принимала активное участие в этом астрономическом начинании. Руководил работами необыкновенно талантливый и энергичный человек Михайло Ломоносов, случайно открывший атмосферу на Венере. Ломоносов добился аудиенции у императрицы Екатерины II и убедил ее в важности этой работы как для науки, так и для престижа страны. При поддержке казны Ломоносов установил 40 наблюдательных постов по всей Российской империи. Екатерина сама побывала на одном из таких постов, находившихся под Петербургом, и увлеклась наблюдениями в подзорную трубу.
Благодаря огромным усилиям астрономов всего мира было получено актуальное число, встречающееся в учебниках. Однако дальнейшее уточнение продолжалось, и через сто пятьдесят лет, 8 декабря 1874 г. и 6 декабря 1882 г., научные экспедиции по всему миру снова наблюдали прохождение Венеры по диску Солнца для уточнения данных. Это повторилось в 2004 и 2012 годах, из которых также были собраны другие полезные данные. Впрочем, подробности этих наблюдений — отдельная тема.
Все о расстоянии между Землёй и Солнцем
- Эллиптическая орбита Земли:
Расстояние между Землей и Солнцем не постоянно, поскольку Земля движется по эллиптической орбите вокруг Солнца. В результате, расстояние меняется в течение года:
- В перигелии — самой близкой точке к Солнцу на орбите Земли — расстояние составляет около 147,1 миллиона километров. Перигелий обычно происходит около 3 января.
- В афелии — самой дальней точке от Солнца на орбите Земли — расстояние составляет около 152,1 миллиона километров. Афелий обычно происходит около 4 июля.
- Измерение расстояния между Землей и Солнцем:
Астрономы используют различные методы для определения расстояния между Землей и Солнцем. Один из основных методов — параллакс. Метод параллакса заключается в измерении углового смещения объекта, когда его наблюдают из двух разных точек. В случае Земли и Солнца, астрономы измеряют угловое смещение Солнца, когда его наблюдают с разных точек на орбите Земли.
- Значение астрономической единицы:
Астрономическая единица (а.е.) является важной единицей измерения в астрономии и используется для определения расстояний внутри нашей Солнечной системы. Она определена как среднее расстояние от Земли до Солнца и составляет 149 597 870,7 километров. Астрономическая единица позволяет астрономам легко сравнивать расстояния между различными объектами Солнечной системы.
- Влияние расстояния от Земли до Солнца на климат:
Расстояние между Землей и Солнцем играет важную роль в определении климата на нашей планете. Большее количество солнечной радиации достигает Земли, когда она ближе к Солнцу, что делает нашу планету теплее. Зимой на полушарии Земля находится дальше от Солнца, что делает климат холоднее. Кроме того, наклон оси Земли также влияет на изменение сезонов и климата.