太阳位于太阳系的中心,太阳系的主要部分包括行星、小行星、彗星等,它们都以不同的距离围绕太阳旋转。水星是离太阳最近的行星。当它在椭圆轨道上运行时,水星和太阳之间的距离可以接近2900万英里。太阳系的冰壳,奥尔特云中的物质,离太阳近9.3万亿英里。
地球轨道与太阳的距离是奥尔特云的近10万倍,平均距离约为92955807英里。我们把地球和孙安之间的平均距离称为天文单位,并用它来测量太阳系中各种物质的距离。
比如木星距离太阳5.2天文单位,海王星距离太阳30.07天文单位。根据NASA的数据,太阳系外最近的恒星比邻星距离太阳系约268,770个天文单位。然而,为了测量更远的距离,天文学家使用光年作为单位,即光在一年中传播的距离。一光年等于63239个天文单位。所以比邻星和太阳系的距离是4.25光年。
柯伊伯带和奥尔特云的渲染图,地球的椭圆轨道
天文单位是指地球到太阳的平均距离。地球每365.25天绕太阳一周,一年。然而,地球的轨道不是纯圆形的,它更像一个椭圆。一年中,地球有时离太阳很近,有时离太阳很远。地球在1月初离太阳最近,这个最近的位置叫做近日点。此时地球每日距离约为9100万英里,不到一个天文单位。地球离太阳最远的位置被称为远地点,通常发生在7月初,此时地球与太阳的距离约为9450万英里,略大于一个天文单位。
地日距离的探索
追溯历史,希腊天文学家阿里斯塔克在公元前250年左右首次测量了地球和太阳之间的距离。他用月亮相位来测量太阳和月亮之间的体积和距离。半个月后,太阳、月亮和地球会形成直角。阿里斯塔克通过测量太阳和月球之间的角度计算出,地球和太阳之间的距离是月球的19倍。但实际上,太阳比月亮大400倍左右。
康奈尔大学天文网络指出,阿里斯塔克的测量可能有偏差。首先,我们很难确定太阳和月亮的中心。其次,我们很难确定月亮是什么时候的半月。
阿里斯塔克对地球、太阳和月球的距离和大小提出了初步的认知。虽然不够准确,但却让他得出了地球绕着太阳转的结论。哥白尼的日心说直到1700年后才出现。
1653年,天文学家克里斯蒂安.惠更斯计算了地球和太阳之间的距离。他用金星的相位来确定地球、太阳和金星形成的三角形的角度。比如金星的球体只有一半被太阳照射时,三个天体正好以地球为直角形成直角三角形。惠更斯偶然猜到了金星的大小,并且能够推断出地球和金星之间的距离。知道这个距离,再加上三角形的几何关系,就可以计算出地球到太阳的距离。但由于惠更斯的研究包含推测,无法得到科学的保证,所以人们认为他的研究成果缺乏说服力。
虽然所谓的黑滴效应使得测量金星凌日变得非常困难,但这种罕见的现象长期以来一直是测量天文单位的最佳方法。
1672年,乔凡尼·卡西尼利用视差角差相关法确定了火星和地球之间的距离,也确定了太阳和地球之间的距离。他让同事琼·里克特(Joan Richter)去法属圭亚那,留在巴黎,用两地已知距离测量火星相对于背景星的位置,用三角关系计算出具体距离。一旦确定了火星与地球的距离,就可以计算出太阳与地球的距离。因为他的研究方法更科学,所以人们愿意相信他的成果。
巴黎大学的天文学家尼科尔·卡皮坦说:“天文学家用物理单位表示天体之间的距离会有很多困难,但使用天文单位可以解决这个问题。天文单位的表示法得到了广泛的应用,因为天文学家测量太阳系天体之间的距离不如测量角度那么精细。”
天文单位的新定义
随着航天器和雷达的出现,人们可以用更精确的方法直接测量地球和太阳之间的距离。天文单位曾被定义为“在太阳引力作用下,以0.01720895弧度/天的角速度,沿以太阳中心为中心的圆形轨道运动的无质量粒子的轨道半径”。
这个定义不仅给天文学家增加了负值,也不完全符合广义相对论。对于这个旧的定义,天文单位的值会随着观测者在太阳系中的位置而变化。如果观测者用旧定义计算木星上地球与太阳的距离,计算结果会与地球上测得的计算结果相差1000米左右。
天文距离单位parsec以天文单位为基线,视差为角度1弧秒的距离。图中的1AU和1pc是成比例的。
此外,高斯常数还取决于太阳的质量。因为太阳的质量会随着辐射能的增加而减少,所以天文单位的值也会随之改变。2012年8月,国际天文联合会投票通过决议,将天文单位的定义改为常数,即1AU=149,597,870,700米。这个值是以光速来衡量的,与太阳的质量无关。而1m定义为1/299,792,458秒内光在真空中行进的距离。
德国德累斯顿技术大学的天文学家谢尔盖·克里奥尔说,新定义比旧定义简单得多。克里奥尔人和卡皮坦人都是国际天文学联合会中负责完善这一定义的团体的成员。参考数据
1.WJ百科全书
2.天文术语
3.蒂姆·夏普
美国宇航局:太阳概况介绍
美国宇航局的太阳系探索:太阳——我们的恒星
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