Журнал «Все о Космосе»
Астрономическая единица
Расстояние в а.е.
Астрономическая единица (русское обозначение: а. е.; международное: au) — исторически сложившаяся единица измерения расстояний в астрономии, приблизительно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца.
Свет проходит это расстояние примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд).
Применяется в основном для измерения расстояний между объектами Солнечной системы, внесолнечных систем, а также между компонентами двойных звёзд.
В сентябре 2012 года 28-я Генеральная ассамблея Международного астрономического союза в Пекине приняла решение привязать астрономическую единицу к Международной системе единиц (СИ). Астрономическая единица по определению равна в точности 149 597 870 700 метрам. Кроме того, МАС принял решение стандартизовать международное обозначение астрономической единицы: «au». Иногда применяются также обозначения «a. u.» или «AU». Существует также международный стандарт ISO 80000-3, который рекомендует применять обозначение «ua».
В Российской Федерации астрономическая единица допущена к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока с областью применения «астрономия». В соответствии с ГОСТ 8.417—2002, наименование и обозначение астрономической единицы не допускается применять с дольными и кратными приставками СИ.
Предыдущие определения
В соответствии с решением 10-й генеральной Ассамблеи МАС 1976 года астрономическая единица была определена как радиус круговой орбиты пробного тела в изотропных координатах, угловая скорость обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, была бы точно равна 0,017 202 098 95 радиан в эфемеридные сутки. В системе постоянных IERS 2003 астрономическая единица полагалась равной 149 597 870,691 км.
История
Со времён появления гелиоцентрической системы, а особенно кеплеровской небесной механики, относительные расстояния в Солнечной системе (исключая слишком близкую Луну) стали известны с хорошей точностью. Поскольку Солнце является центральным телом системы, а обращающаяся по почти круговой орбите Земля — местоположением наблюдателей, естественно было принять радиус этой орбиты за единицу измерения. Однако не существовало способа надёжно измерить величину этой единицы, то есть сравнить её с земными масштабами. Солнце находится слишком далеко, чтобы с Земли надёжно измерить параллакс. Расстояние до Луны было известно, но исходя из известных в XVII веке данных оценить отношение расстояний до Солнца и Луны не удавалось — наблюдение за Луной не даёт требуемой точности, а отношение масс Земли и Солнца также не было известно.
В 1672 году Джованни Кассини совместно со своим сотрудником Жаном Рише измерили параллакс Марса. Поскольку параметры орбиты Земли и Марса были измерены с высокой точностью, появилась возможность оценить величину астрономической единицы — в современных единицах у них получилось примерно 140 млн км. Впоследствии проводились уточнённые измерения астрономической единицы при помощи прохождений Венеры по солнечному диску. Сближение астероида Эрос с Землёй в 1901 году и измерение его параллакса позволили получить ещё более точную оценку.
Астрономическая единица также уточнялась с помощью радиолокации планет. Локацией Венеры в 1961 году установлено, что астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможная ошибка не превышала 2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 году позволила уменьшить эту неопределенность и уточнить значение астрономической единицы: оно оказалось равным 149 598 100±750 км. Выяснилось, что до локации 1961 года величина а. е. была известна с точностью 0,1 %.
Многолетние измерения расстояния от Земли до Солнца зафиксировали его медленное увеличение со скоростью около 15 метров за сто лет (что на порядок превышает точность современных измерений). Одной из причин может быть потеря Солнцем массы (вследствие солнечного ветра), однако наблюдаемый эффект значительно превышает расчётные значения.
Источник
Как астрономы измерили расстояние от Земли до Солнца?
Как астрономы вычислили расстояние от Солнца до нашей планеты, размер Солнца, или скорость движения Земли по орбите вокруг него? Очевидно, что ответ на один из этих вопросов объяснит и другие. Но как можно найти ответ на первый?
В первую очередь, чтобы вычислить расстояние Земля-Солнце (обозначим A ) необходимо найти относительные расстояния между Землёй и другими планетами.
Рассмотрим орбиту Венеры. В первом приближении орбиты Венеры
и Земли представляют собой идеальные круги вокруг Солнца, причём находящиеся в одной плоскости.
Взгляните на рисунок ниже:
По схеме становится ясно, что есть две точки, в которых угол Солнце-Венера-Земля составляет 90° . В этих точках угловое расстояние между Венерой и Солнцем достигает максимально возможного значения,
при наблюдениях с Земли.
Если посмотреть на движение Венеры относительно Солнца, то можно заметить, что она сначала отдаляется до определённого предела, а затем снова начинает двигаться к Солнцу.
Зная угол Солнце-Земля-Венера (обозначим e ) по тригонометрическим формулам несложно определить расстояния:
Земля-Венера = A x cos ( e )
Венера-Солнце = A x sin ( e )
Максимальное угловое расстояние Солнце-Венера 46° . Отсюда расстояние Солнце-Венера составляет 72% расстояния Солнце-Земля.
Попытки вычислить расстояние Земля-Солнце предпринимались с древних времён
Первым из известных людей, применивших геометрию для оценки расстояния Земля-Солнце был древнегреческий астроном Аристарх Самосский (310-230 гг. до н.э.). Принцип его рассуждений был верен , однако измерения оказались ошибочны .
Ещё один древнегреческий учёный Эратосфен (276-194 гг. до н.э.) выражал вычисленное значение в древних единицах измерения — стадиях . Однако из-за разногласий в пересчётах стадия в метры невозможно наверняка утверждать о верности полученных им результатов.
Первое точное и научно обоснованное измерение расстояния Земля-Солнце выполнил итальянский астроном Кассини в 1672 по движению Марса. 100 лет спустя серия наблюдений за Венерой дала ещё более точное значении.
С 1961 года расстояние до Венеры можно определить непосредственно, применяя радиолокацию
Серия радиоволн передаётся с Земли, отражается от поверхности Венеры и возвращается обратно. По времени прохождения волн измеряется расстояние. Известно, что радиоволны распространяются со скоростью света.
Как упомянуто вначале, зная расстояние Земля-Солнце можно рассчитать остальные параметры.
Солнце, как можно наблюдать с нашей планеты, имеет угловой радиус около 0,5°. Диаметр Солнца можно вычислить через A:
2 x Rsun = tan (0,5°) x A
Зная время, затраченное Землёй на один оборот вокруг Солнца (P = 1 год) и расстояние пройденное за этот период ( 2πA , орбита Земли практически круговая) можно рассчитать среднюю орбитальную скорость:
Источник
Парсек, световой год, а.е. Как не запутаться в терминах?
Иногда кажется, что некоторые понятия и термины очевидны практически каждому. Поэтому когда в беседе «всплывает» очередной термин и тебя спрашивают «а сколько это?», удивляешься и начинаешь объяснять.
С другой стороны, зачем удивляться? Человек не обязан быть специалистом во всех сферах!
Но чтобы громкие газетные заголовки не вводили в заблуждение, базовыми понятиями лучше владеть.
«Рядом с нами на расстоянии всего в 10 парсек открыта похожая на Землю планета».
Громкий заголовок, который говорит: 10 парсек — буквально рядом!
Но насколько это «рядом»? Давайте разберемся и изучим три наиболее распространенные меры расстояний в космосе.
1. Астрономическая единица (а.е, в международной терминологии au)
Как и многие «меры» сложилась исторически и лишь недавно была привязана в к международной системе единиц.
Почти всю историю с момента появления понятия «а.е» астрономической единицей считалось расстояние, равное большой полуоси орбиты Земли. Данное расстояние постоянно уточнялось, пока в 2012 году его не решили зафиксировать и приняли равным 149 587 870 700 метрам.
Таким образом, астрономическая единица — это почти сто пятьдесят миллионов километров!
Много? Вроде бы да, ведь автомобилю, движущемуся со скоростью 80 км/час необходимо более двухсот лет, чтобы преодолеть такое расстояние.
С развитием наблюдательной астрономии и ростом глубины проникновения нашего взора во Вселенную становилось очевидно: а.е. слишком мала, как следствие не очень удобна в качестве меры расстояний.
Поэтому появились большие меры.
2. Световой год
Максимальной скоростью в вакууме обладает свет. И составляет она 299 792 458 метров в секунду.
Световой год — расстояние, которое свет в вакууме проходит за год. (Если быть более точным, то расстояние, которое электромагнитные волны проходят в вакууме без воздействия гравитационных полей за один юлианский год)
Таким образом световой год — это приблизительно 9 460 730 472 580 800 метров , то есть более 63000 астрономических единиц или около 13,5 миллионов лет путешествия на автомобиле.
Но в профессиональной среде световым годом как единицей измерения пользуются редко обычно его применяют в научно-популярной литературе и в СМИ.
Для оценки больших расстояний астрономы используют третью популярную единицу измерения и соответствующие приставки к ней (кило- мега-).
3. Парсек
Наиболее используемая в астрономии единица измерения для оценки больших расстояний.
И, к сожалению, наиболее сложная для понимания без соответствующей подготовки.
Сам парсек, как единица измерения, естественным образом вытек из одного из наиболее старых методов измерения расстояний в астрономии — метода тригонометрических параллаксов (само название составлено из «параллакс» и «секунда»).
Определение так и звучит: парсек равен расстоянию до объекта годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде.
В последствии понятие уточнили, а в 2015 определили как 648000 деленное на число Пи и умноженное на одну а.е.
Источник
Астрономическая единица
Астрономическая единица — внесистемая единица для измерений расстояний между космическими телами, обычно в пределах планетарных систем.
Астрономическая единица примерно равна среднему расстоянию от Земли до Солнца.
Почему «примерно» и «среднему»? Потому что Земля движется вокруг Солнца не по правильной круговой орбите — в крайних точках расстояние от Земли до Солнца меняется от 147,5 до 152,5 миллионов километров.
Астрономическая единица в русских астрономических источниках обозначается как «а. е.» В зарубежных источниках астрономическая единица обозначается как «au». Иногда применяются также обозначения «a. u.» или чаще «AU», но может попасться и «ua» (согласно стандарту ISO).
Чему равна астрономическая единица
Значение астрономической единицы менялось по мере совершенствования техники астрономических измерений.
Международная служба вращения Земли (IERS) в 2003 году определила астрономическую единицу равной 149 597 870 691 метру.
В более ранних источниках можно встретить другие значения, например во многих учебниках астрономическая единица равна 149597868 км.
Первая численная оценка астрономической единицы была сделана в 1672 году на основе измерений, проведённых Джованни Кассини и его сотрудником Жаном Рише — в их вычислениях асрономическая единица получилась равной примерно 140 млн км.
Астрономическая единица часто округляется до 150 миллионов километров. Это вполне оправданно, когда она используется просто для сравнительной оценки расстояний в Солнечной системе.
Например, радиус орбиты Нептуна в 30 а. е. и границы Облака Оорта в 50-100 тысяч а. е., дают хорошее представление о расстояниях внутри Солнечной системы.
А расстояние до ближайшей к нам звезды Проксима Центавра, равное примерно 270 000 астрономических единиц, даёт правильное представление о трудностях межзвёздных путешествий.
Изменение астрономической единицы
В 2004 году была опубликована любопытная работа российских учёных Красинского и Брумберга из Института прикладной астрономии РАН в Петербурге.
В ней, на основании многолетних наблюдений показано, что среднее расстояние от Земли до Солнца медленно увеличивается — примерно на 15 метров за 100 лет. Другими словами, истинное значение астрономической единицы всё время растёт.
Поэтому, нашим потомкам придётся время от времени уточнять значение астрономической единицы, что нежелательно — это грозит более ранним расчётам, которые сделаны на её основе.
С другой стороны, серьёзные расчёты делаются всё-же в стандартных единицах измерений, а внесистемные единицы вроде астрономической единицы используют в основном для качественных оценок.
Почему именно радиус орбиты Земли вокруг Солнца медленно увеличивается — это пока не выяснено.
Данное явление пытались объяснить простой потерей Солнцем своей массы за счёт излучения — раз масса Солнца падает, то падает и сила притяжения от него. Но, в этом случае скорость убегания Земли должна быть гораздо меньшей.
Постепенное фактическое изменение астрономической единицы нельзя списать и на ошибки измерений — сегодня их точность на порядок превосходит указанную скорость «убегания» Земли от Солнца.
Выдвигалось и ещё несколько предположений, но пока все они выглядят неубедительными.
Источник
Что такое световой год?
Астрономия, как и любая наука, имеет свою терминологию, которая кажется странной и непонятной для человека мало с ней знакомого. Что такое элонгация? А перигей? Пульсары и квазары — это одно и то же или нет? Один из вопросов, который очень часто задают заинтересовавшиеся астрономией люди, звучит так: что такое световой год?
В этом термине вроде оба слова понятны, а вместе создают путаницу. «Световой год» — это мера чего? Времени? Тогда неплохо бы узнать, сколько длится световой год? Другими словами, световой год это сколько наших обычных земных лет? С другой стороны, многие замечали, что термин этот применяется, когда речь идет о расстояниях до космических объектов. Например, «до центра Галактики — 30000 световых лет», или «до Сириуса — 8,6 световых лет». Встает вопрос, как можно расстояние измерять временем?
Попробуем ответить максимально просто.
Световой год — это мера расстояния
Первое, что нужно четко уяснить, — световой год это не мера времени, а мера расстояния в астрономии, такая же как метр или километр, миля или аршин в обычной жизни. Чтобы понять это, вспомните, как можно измерить расстояние, если нельзя это сделать напрямую, с помощью линейки или землемерного циркуля?
Как известно, расстояние, пройденное телом, равно скорости движения тела, умноженное на время движения (или s = v × t).
Теперь представьте, что вы пошли в магазин, до которого ровно три километра. И вы пошли со скоростью ровно 3 км/ч. Вопрос: за какое время вы дойдете до магазина? Очевидно, ровно за час! Поэтому можно сказать, что расстояние до магазина равно 3 км, а можно сказать, что оно равно 1 «человеческий час».
Но в «человеческих часах» расстояние никто не измеряет, потому что все мы ходим с разной скоростью. И даже один человек ходит по-разному: опаздывая на троллейбус, он почти бежит, а в парке неторопливо прогуливается. Значит, и время t, чтобы преодолеть расстояние до магазина, всегда будет разным.
Но что, если скорость движущегося тела будет всегда постоянна? Вне зависимости, куда, в каком направлении оно идет и при каких обстоятельствах проводятся измерения? Тогда, конечно, расстояние можно было бы измерять при помощи времени его перемещения, ведь в таком случае v в формуле постоянно и s зависит только от t.
Подождите, скажете вы, а разве есть такой объект, который движется всегда — всегда! — с постоянной скоростью?
Скорость света
Такой объект есть, и это свет! Как известно, скорость света в вакууме постоянна и равна 299 тысяч 792 километра и 458 метров в секунду или, округляя, 300000 км/с.
То есть за 1 секунду луч света проходит 300000 километров! Неплохо, правда? Если научиться каким-то образом измерять точное время, за которое свет преодолевает расстояние до объекта, то мы узнаем и расстояние до него!
Как это сделать? Ну, например, мы можем взять мощный лазер и посветить им в сторону Луны. Лазерный луч долетит до Луны, часть света отразится от ее поверхности и полетит в обратном направлении. В момент, когда он вернется на Землю и попадет в наши глаза, мы увидим на Луне световой зайчик. Если мы точно измерим промежуток времени между включением лазера и появлением на поверхности Луны зайчика, и умножим это время на скорость света, то мы узнаем расстояние, которое прошел лазер до Луны и обратно. Разделим это расстояние пополам и узнаем расстояние до Луны!
Лазерный луч, создающий в небе искусственную звезду для оценки состояния атмосферы. Скорость света этого луча постоянна! Но в атмосфере она несколько меньше, чем в вакууме. Фото: ESO
Примерно так астрономы в XX веке измерили многие расстояния в Солнечной системе. Например, они провели радиолокацию Венеры — послали в сторону планеты радиосигнал и дождались его возвращения назад. Радиоволны движутся со скоростью света, время возвращения ученые измерили очень тщательно и затем по формуле s = v × t посчитали расстояние между Землей и планетой Венера. Теперь мы знаем его с точностью в несколько метров.
Еще раз: почему вообще расстояние можно измерять при помощи света? Потому что скорость света в вакууме постоянна! (Тут надо бы добавить, в инерциальных системах отсчета, но не будем пока усложнять.) В отличие от скорости людей, автомобилей и ракет.
Чему равен 1 световой год?
Теперь вернемся к тому, с чего начали. Дадим определение: световой год — это расстояние, которое свет (двигаясь всегда — всегда! — с постоянной скоростью 300000 км/с) проходит ровно за один год!
Получается какое-то очень большое число, не правда ли? Если за секунду свет преодолевает 300 тысяч километров, то за минуту в 60 раз больше — 18 миллионов километров. Значит, за час он пройдет 1 миллиард 80 миллионов километров! (Вот мы и узнали, чему равен «световой час»! А заодно подсчитали скорость света в км/ч!)
1 световой год в километрах
Теперь, чтобы подсчитать, сколько километров в световом году, нам надо узнать, сколько в году часов. В сутках 24 часа, а в году 365,25 суток (каждый четвертый год — високосный). Следовательно, в году 24 × 365,25 = 8766 часов. (На самом деле чуть меньше, 8760 часов. Просто мы взяли грубое число суток в году.)
Итак, чтобы найти, чему равен 1 световой год в километрах, нам надо скорость света в км/ч умножить на количество часов в году. Получается 9461 миллиард километров. Итак, 1 световой год равен 9,46 триллионов километров!
Какое-то сумасшедшее число!
Если бы магазин находился на таком расстоянии от вашего дома, то, двигаясь с привычной скоростью 3 км/ч, вы шли бы до него 360 миллионов лет… Долго получается, не правда ли?
Лучше поехать на машине. Двигаясь со скоростью 100 км/ч, автомобиль преодолеет расстояние в световой год за 10 миллионов 800 тысяч лет. Тоже не вариант. Значит, нужен самолет! Обычный пассажирский самолет пролетит световой год «всего лишь» за 1 миллион лет.
Может быть, поможет ракета? Космонавты летают вокруг Земли со скоростью около 8 км/с или 28800 км/ч. Даже с такой скоростью им потребуется 37500 лет, чтобы добраться до магазина.
Сколько световых лет от Солнца до Земли?
Теперь давайте решим обратную задачу — посчитаем расстояние от Солнца до Земли в световых годах. Для этого расстояние от Солнца до Земли в километрах разделим на длину светового года. Среднее расстояние до Солнца (она же астрономическая единица) равно 150 миллиона км, световой год равен 9,46 триллиона км. Делим первой на второе, получаем 0,000016.
Итак, расстояние от Солнца до Земли равно 0,000016 световых лет. Или… 8 световых минут.
Сколько световых лет от Земли до Луны?
Луна находится гораздо ближе Солнца, среднее расстояние до нашего спутника 384000 км или чуть больше световой секунды. Сколько это в световых годах? Делим 384 тысячи км на длину светового года в км (все те же 9,46 триллиона км) и получаем число 0,000000041 световых лет. (Я мог ошибиться, пересчитайте, если не верите.)
Ясно, что расстояние до Луны измерять в световых годах глупо. Но тогда встает вопрос:
Зачем нужны световые годы?
Ответ прост: чтобы измерять расстояния за пределами Солнечной системы!
- Ближайшая звезда к Солнцу, Про́ксима Центавра находится на расстоянии 4,2 световых года. То есть свету нужно путешествовать 4,2 года, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Проксимы.
- Большинство звезд, которые мы видим на небе ясной ночью, находятся от нас на расстоянии в десятки и сотни световых лет!
- Звезда Денеб в Летнем треугольнике находится от нас на расстоянии 2500 световых лет.
- До центра нашей галактики (она называется Млечный Путь) — 30000 световых лет.
- Диаметр Млечного Пути — 100000 световых лет.
- До ближайшей крупной спиральной галактики, Туманности Андромеды — 2,5 миллиона световых лет.
- От Земли до центра крупного скопления галактик в созвездии Девы — 65 миллионов световых лет.
- До ближайших квазаров — 3 миллиарда световых лет.
- Наконец, до края наблюдаемой Вселенной — почти 14 миллиардов световых лет.
Попробуйте-ка пересчитать эти расстояния на километры! Не хочется? Вот и астрономы не хотят считать.
PS. Что и говорить, на машине такие пространства не объедешь…
Источник