Астрономическая единица: что это такое и чему она равна
Цифры в миллионах и миллиардах звучат внушительно — пока не приходится с ними работать. В космосе расстояния растут слишком быстро: километры теряют смысл уже за пределами орбиты Земли. Чтобы упростить расчеты и сравнение, астрономы используют собственную единицу — астрономическую. Что это такое, чему она равна и меняется ли ее значение со временем, разобрался Pro Космос.
Километры в космосе не работают — он настолько огромен, что, казалось бы, привычная нам единица измерения расстояния становится слишком мелкой и неудобной. Это как использовать миллиметры при строительстве города. От Земли до Солнца — около 150 миллионов километров, а от Земли до Проксимы Центавра, ближайшей к нам звезды, — целых 40 триллионов километров.
Оперировать столь длинными цифрами затруднительно, поэтому астрономы вычисляют расстояния в космосе с помощью парсека, светового года и астрономической единицы. Последняя является наименьшей из них и используется расчетах с относительно малыми длинами. Рассказываем, в каких именно.
Что такое астрономическая единица
Астрономическая единица (АЕ) — это среднее расстояние от Земли до Солнца. В современном определении она составляет 149597870,7 километра. Это фундаментальная единица измерения в астрономии, своего рода эталон, от которого отталкиваются при определении расстояний внутри Солнечной системы и далеко за ее пределами.
Почему астрономам понадобилась своя единица вместо километров? Потому что расстояния в космосе огромны. Говорить, что Юпитер удален от Солнца на 778 миллионов километров — долго и малоинформативно. Гораздо удобнее сказать: «Юпитер находится на расстоянии 5,2 астрономической единицы». Это сразу дает представление о масштабе — особенно если за единицу принята Земля.
Первые попытки оценить расстояние до Солнца предпринимали еще в античности. Древние греки знали, что Земля круглая, и у них было немало способов это доказать. Например, корабли, уплывая за горизонт, исчезают снизу вверх — как и положено при движении по изогнутой поверхности. Но какого размера эта поверхность, было непонятно.
Более двух тысяч лет назад философ Эратосфен сумел это выяснить. Он знал, что в полдень в день летнего солнцестояния солнечные лучи падали прямо на дно колодца в городе Сиена. В то же время в Александрии Солнце находилось под углом. Измерив этот угол и расстояние между двумя городами, он с помощью геометрии рассчитал окружность Земли: его результат — чуть больше 40000 км — оказался удивительно точным.
А зная размер Земли, можно рассчитать и другие расстояния. Например, во время лунного затмения тень Земли проходит по поверхности Луны — можно увидеть кривизну края планеты. Опираясь на геометрию, можно вычислить и расстояние до Луны.
Аристарх Самосский пошел дальше. Используя фазы Луны и известный размер Земли как отправную точку, он попытался определить расстояние до Луны и Солнца, а также их размеры — это было 2200 лет назад. Его расчеты были не особенно точны, но методика была правильной. Позже на ее основе работали Гиппарх и Птолемей — и добились гораздо более точных результатов, все это за тысячу лет до появления телескопа. Уже тогда мыслители понимали: наша Солнечная система простирается как минимум на миллионы километров.
Фазы Луны: сколько их, на что они влияют, календарь на 2025 год
Но дальше стало сложнее. Планеты находились слишком далеко и выглядели как крошечные точки. Прежние методы измерения давали сбой.
В XVII веке Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон заложили математическую основу орбитального движения. Теоретически это позволяло вычислить расстояния до планет, но была одна загвоздка: для расчетов нужно было точно знать расстояние от Земли до Солнца. Например, уже тогда было известно, что Юпитер находится примерно в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, но это ничего не говорило о расстоянии в километрах.
Чтобы перейти от пропорций к абсолютным значениям, нужно было точно определить расстояние от Земли до Солнца. Древние греки делали приближенные оценки, но для построения полной модели Солнечной системы требовалась высокая точность. Это базовое расстояние получило особый статус — его стали называть астрономической единицей, или АЕ. Не просто одна из многих единиц, а самая главная — фундамент для всех дальнейших измерений в астрономии.
Чему равна астрономическая единица
Сегодня астрономическая единица определяется как 149597870,7 километра. Это не просто округленное расстояние — это физическая константа, установленная с учетом новейших измерений и точных значений скорости света. Иногда для простоты используют округленную цифру: 150 миллионов километров.
Путь к этой точности был долгим, первые попытки вычислить АЕ делались еще в XVIII–XIX веках. Один из способов — наблюдение транзитов Венеры и Меркурия по солнечному диску. Эти редкие события позволяют с разных точек Земли измерить время прохождения планеты по Солнцу. Зная географическое расстояние между наблюдателями и используя тригонометрию, можно было получить значение астрономической единицы. Ради этих наблюдений организовывались масштабные международные экспедиции. Но плотность атмосферы и несовершенство оптики вносили серьезные погрешности. Лучшее, что удалось получить: 148510000 км, плюс-минус 800000 — близко, но все еще недостаточно точно.
Реальный прорыв произошел в 1960‑х годах, когда астрономы начали использовать радиолокацию. С помощью радиотелескопов они посылали радарные импульсы к Венере, а затем фиксировали время, за которое сигнал возвращался. Поскольку скорость света известна с высокой точностью, это позволило вычислить расстояние до Венеры, а затем — с учетом законов Кеплера — и до Солнца. Так было получено современное значение АЕ.
Законы Кеплера описывают движение планет вокруг Солнца: они связывают орбитальные периоды с расстояниями, так что, зная расстояние до одной планеты, можно рассчитать расстояния до остальных.
Позже эту величину закрепили формально, используя постоянную скорость света: в 2012 году Международный астрономический союз утвердил астрономическую единицу как точное значение: 149597870,7 км, без привязки к наблюдениям и эфемеридам (таблицам, где заранее вычислены положения небесных тел на заданные даты).
Почему именно скорость света? Потому что начиная с 1983 года метр официально определяется как расстояние, которое свет проходит в вакууме за определенное время — за одну 299792458-ю долю секунды. А значит, любые расстояния, включая АЕ, можно выразить через время прохождения сигнала. Это позволило закрепить астрономическую единицу как фиксированную длину, а не как величину, зависящую от меняющихся наблюдательных данных.
Эта цифра стала фундаментом небесной механики. Зная ее, мы можем не только рассчитывать орбиты планет, спутников и астероидов, но и отправлять космические аппараты с нужной точностью. И на этом возможности АЕ не заканчиваются — она стала ключом к измерению расстояний до звезд и масштабов всей Галактики.
Что такое параллакс
Параллакс — это видимое смещение космических объектов относительно удаленного фона, которое зависит от положения наблюдателя. Чем ближе к нам небесное тело, тем сильнее будет меняться направление на него при нашем перемещении.
У человека два глаза, и каждый фиксирует близкий предмет под немного другим углом. Разница небольшая, но мозг умеет ее сравнивать и на основе смещения получает представление о расстоянии — это называется глубинным восприятием. Если вытянуть палец и закрывать глаза по очереди, он заметно «сдвигается» относительно дальнего фона. Это и есть геометрический параллакс — угловое смещение объекта при наблюдении с разных точек. Чем объект ближе, тем смещение больше. Если знать базу (расстояние между глазами), расстояние до объекта вычисляется обычной тригонометрией.
Со звездами такой трюк не работает — они слишком далеко, чтобы уловить угловой сдвиг напрямую. Но идею можно масштабировать: Земля движется по орбите, и две точки, разделенные полугодом, дают уже не пару сантиметров, а почти 300 миллионов километров базы. Если звезду наблюдать шесть месяцев спустя, ее положение на фоне дальних объектов должно немного измениться. Этот сезонный параллакс и дает прямой путь к расстояниям.
Что такое орбита простыми словами: как устроены космические дороги
Проблема в том, что звезды оказались куда дальше, чем предполагали в XVII–XVIII веках. Смещения были настолько малы, что даже лучшие телескопы эпохи не фиксировали их. Это породило сомнения в гелиоцентризме, хотя сама логика была правильной: база огромная, но масштабы Галактики несоизмеримы. Лишь в XIX веке, с появлением точной астрометрии, первый звездный параллакс удалось измерить, и расстояния до ближайших звезд наконец получили надежные численные значения.
Примеры расстояний в астрономических единицах
Астрономическая единица позволяет просто и наглядно сравнивать расстояния между объектами в Солнечной системе. Ниже — усредненные значения, выраженные в АЕ:
Земля — Солнце: 1 астрономическая единица (по определению)
Меркурий — Солнце: 0,39 АЕ
Венера — Солнце: 0,72 АЕ
Марс — Солнце: 1,52 АЕ
Юпитер — Солнце: 5,20 АЕ
Сатурн — Солнце: 9,58 АЕ
Уран — Солнце: 19,22 АЕ
Нептун — Солнце: 30,05 АЕ
Плутон — Солнце (периодически): около 39,5 АЕ
Пояс Койпера (внутренняя граница): ≈30 АЕ
Гелиопауза (граница гелиосферы): ~120 АЕ
Расстояния между планетами тоже можно выразить в астрономических единицах. Например:
Минимальное расстояние от Земли до Марса (в момент великого противостояния): ~0,37 АЕ
Максимальное расстояние от Земли до Марса (когда планеты по разные стороны от Солнца): ~2,67 АЕ
Среднее расстояние от Земли до Юпитера: ~4,2 АЕ
Для объектов за пределами Солнечной системы астрономическая единица становится слишком малой и уступает место световым годам или парсекам — но внутри нашей системы она остается главной единицей измерения расстояний.
Частые вопросы
Сколько астрономических единиц в световом году?
Один световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. В астрономических единицах это примерно 63 241 АЕ. Эта величина удобна для межзвездных расстояний, тогда как АЕ применяют внутри Солнечной системы. [1]
Чему равен 1 парсек в астрономических единицах?
Один парсек — это расстояние, с которого виден параллакс в одну угловую секунду при базе в 1 астрономическую единицу. В пересчете это примерно 206265 АЕ или 3,26 светового года. [2]
В «Звездных войнах» Хан Соло хвастается, что прошел маршрут Кессель «всего за 12 парсеков». Но нюанс в том, что парсек — единица расстояния, а не времени. Позже сценаристы осознали свою ошибку и пояснили, что он выбрал более короткий, более прямой маршрут. [3]
Почему расстояние от Земли до Солнца называют «средним»?
Орбита Земли — не идеальный круг, а эллипс. Расстояние до Солнца постоянно меняется: в перигелии оно около 147 млн км, в афелии — около 152 млн км. Астрономическая единица — это среднее расстояние за полный оборот, то есть среднее значение длины радиус-вектора орбиты за один год. [4]
Меняется ли значение астрономической единицы со временем?
До 2012 года АЕ определялась через наблюдения и могла немного изменяться при уточнении орбитальных параметров. Но сегодня ее значение зафиксировано официально: 149597870,7 км. Оно больше не зависит от наблюдений и не меняется со временем. [5]
Главное об астрономической единице
Астрономическая единица (АЕ) — это среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за базовую единицу измерения расстояний в Солнечной системе.
Современное значение астрономической единицы составляет 149597870,7 километра — примерно 150 миллионов километров.
Первые оценки этого расстояния появились еще в античности, когда Эратосфен определил размер Земли, а Аристарх Самосский попытался вычислить расстояние до Солнца и Луны.
В XVIII–XIX веках астрономическую единицу измеряли по транзитам Венеры и Меркурия, наблюдая их прохождение по солнечному диску с разных точек Земли.
Настоящий прорыв произошел в 1960‑х годах, когда ученые начали использовать радиолокацию планет: отражая радиосигналы от Венеры, они смогли вычислить расстояние до Солнца с высокой точностью.
В 2012 году Международный астрономический союз закрепил астрономическую единицу как постоянную величину, основанную на скорости света и современном определении метра.
АЕ используется при расчетах орбит, запуске космических аппаратов и моделировании движения тел в Солнечной системе.
Зная точное значение АЕ, астрономы могут применять метод тригонометрического параллакса для измерения расстояний до ближайших звезд.
Один световой год равен примерно 63 241 АЕ, а один парсек — 206265 АЕ или 3,26 светового года.
Кстати, вы знали, что во Вселенной существует реальная планета, похожая на Криптон? Гипотетическая родина Супермена вращается вокруг звезды LHS 2520, которая находится на расстоянии 42 световых лет от Земли. Сколько до нее лететь — рассказывали здесь.
Читайте также:
