Πόσο μακριά είναι ο Ήλιος;Φαίνεται ότι δύσκολα θα μπορούσε κανείς να κάνει μια πιο ξεκάθαρη ερώτηση. Ωστόσο, αυτή ακριβώς η έρευνα ταλαιπώρησε τους αστρονόμους για περισσότερα από δύο χιλιάδες χρόνια.
Σίγουρα είναι ένα ζήτημα σχεδόν απαράμιλλης σημασίας, που επισκιάστηκε στην ιστορία ίσως μόνο από την αναζήτηση του μεγέθους και της μάζας της Γης. Γνωστό σήμερα ως τοαστρονομική μονάδα, η απόσταση χρησιμεύει ως αναφορά μας μέσα στο ηλιακό σύστημα και η γραμμή βάσης για τη μέτρηση όλων των αποστάσεων στο Σύμπαν.
Οι στοχαστές στην Αρχαία Ελλάδα ήταν από τους πρώτους που προσπάθησαν να κατασκευάσουν ένα ολοκληρωμένο μοντέλο του Κόσμου. Με τίποτα άλλο εκτός από παρατηρήσεις με γυμνό μάτι, μερικά πράγματα θα μπορούσαν να επιλυθούν. Η Σελήνη φαινόταν μεγάλη στον ουρανό και έτσι ήταν μάλλον πολύ κοντά. Οι ηλιακές εκλείψεις αποκάλυψαν ότι η Σελήνη και ο Ήλιος είχαν σχεδόν ακριβώς το ίδιο γωνιακό μέγεθος, αλλά ο Ήλιος ήταν τόσο πολύ φωτεινότερος που ίσως ήταν μεγαλύτερος αλλά πιο μακριά (αυτή η σύμπτωση σχετικά με το φαινομενικό μέγεθος του Ήλιου και της Σελήνης έχει σχεδόν απερίγραπτη σημασία στο προχωρώντας την αστρονομία). Οι υπόλοιποι πλανήτες δεν φαινόταν μεγαλύτεροι από τα αστέρια, αλλά φαινόταν να κινούνται πιο γρήγορα. ήταν πιθανόν σε κάποια ενδιάμεση απόσταση. Αλλά, θα μπορούσαμε να κάνουμε κάτι καλύτερο από αυτές τις ασαφείς περιγραφές; Με την εφεύρεση της γεωμετρίας, η απάντηση έγινε ένα ηχηρό ναι.
Η πρώτη απόσταση που μετρήθηκε με οποιαδήποτε ακρίβεια ήταν αυτή της Σελήνης. Στα μέσα του 2ου αιώνα π.Χ., ο Έλληνας αστρονόμος Ίππαρχος πρωτοστάτησε στη χρήση μιας μεθόδου γνωστής ωςπαράλλαξη. Η ιδέα της παράλλαξης είναι απλή: όταν τα αντικείμενα παρατηρούνται από δύο διαφορετικές γωνίες, τα πιο κοντινά αντικείμενα φαίνεται να μετακινούνται περισσότερο από ό,τι μακρύτερα. Μπορείτε να το αποδείξετε εύκολα μόνοι σας κρατώντας ένα δάχτυλο στο μήκος του μπράτσου και κλείνοντας το ένα μάτι και μετά το άλλο. Παρατηρήστε πώς το δάχτυλό σας κινείται περισσότερο από τα πράγματα στο παρασκήνιο; Αυτό είναι παράλλαξη! Παρατηρώντας τη Σελήνη από δύο πόλεις σε μια γνωστή απόσταση μεταξύ τους, ο Ίππαρχος χρησιμοποίησε λίγη γεωμετρία για να υπολογίσει την απόστασή της εντός του 7% της σημερινής σύγχρονης τιμής – καθόλου κακό!
Η Σελήνη ήταν το πρώτο αντικείμενο του οποίου η απόσταση μετρήθηκε με ακρίβεια. Πίστωση και πνευματικά δικαιώματα: James Lennie.
Με γνωστή την απόσταση από τη Σελήνη, τέθηκε το σκηνικό για έναν άλλο Έλληνα αστρονόμο, τον Αρίσταρχο, να κάνει το πρώτο μαχαίρι στον προσδιορισμό της απόστασης της Γης από τον Ήλιο. Ο Αρίσταρχος συνειδητοποίησε ότι όταν η Σελήνη ήταν ακριβώς μισοφωτισμένη, σχημάτισε ένα ορθογώνιο τρίγωνο με τη Γη και τον Ήλιο. Τώρα γνωρίζοντας την απόσταση μεταξύ της Γης και της Σελήνης, το μόνο που χρειαζόταν ήταν η γωνία μεταξύ της Σελήνης και του Ήλιου αυτή τη στιγμή για να υπολογίσει την απόσταση του ίδιου του Ήλιου. Ήταν λαμπρό σκεπτικό που υπονομεύτηκε από ανεπαρκείς παρατηρήσεις. Χωρίς να συνεχίσει τίποτα άλλο παρά τα μάτια του, ο Αρίσταρχος υπολόγισε ότι αυτή η γωνία ήταν 87 μοίρες, όχι τρομερά μακριά από την πραγματική τιμή των 89,83 μοιρών. Αλλά όταν οι αποστάσεις που εμπλέκονται είναι τεράστιες, τα μικρά σφάλματα μπορούν γρήγορα να μεγεθυνθούν. Το αποτέλεσμά του ήταν μειωμένο κατά περισσότερο από χίλια.
Τα επόμενα δύο χιλιάδες χρόνια, οι καλύτερες παρατηρήσεις που εφαρμόστηκαν στη μέθοδο του Αρίσταρχου θα μας έφερναν 3 ή 4 φορές την πραγματική τιμή. Πώς θα μπορούσαμε λοιπόν να το βελτιώσουμε περαιτέρω; Υπήρχε ακόμη μόνο μία μέθοδος άμεσης μέτρησης της απόστασης και αυτή ήταν η παράλλαξη. Όμως, η εύρεση της παράλλαξης του Ήλιου ήταν πολύ πιο δύσκολη από αυτή της Σελήνης. Εξάλλου, ο Ήλιος είναι ουσιαστικά χωρίς χαρακτηριστικά και η απίστευτη φωτεινότητά του εξαλείφει κάθε άποψη που μπορεί να έχουμε για τα αστέρια που κρύβονται πίσω. Τι θα μπορούσαμε να κάνουμε;
Μέχρι τον δέκατο όγδοο αιώνα, ωστόσο, η κατανόησή μας για τον κόσμο είχε προχωρήσει σημαντικά. Ο τομέας της φυσικής ήταν τώρα στα σπάργανα και παρείχε μια κρίσιμη ένδειξη. Ο Johannes Kepler και ο Isaac Newton είχαν δείξει ότι οι αποστάσεις μεταξύ των πλανητών ήταν όλες σχετικές. βρες ένα και θα τα ξέρεις όλα. Αλλά θα ήταν πιο εύκολο να βρεθεί κάτι από αυτό της Γης; Αποδεικνύεται ότι η απάντηση είναι ναι. Ωρες ωρες. Αν είσαι τυχερός.
Το κλειδί είναι η διέλευση της Αφροδίτης. Κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης, ο πλανήτης περνά μπροστά από τον Ήλιο όπως φαίνεται από τη Γη. Από διαφορετικές τοποθεσίες, η Αφροδίτη θα φαίνεται να διασχίζει μεγαλύτερα ή μικρότερα μέρη του Ήλιου. Με τον χρόνο που διαρκούν αυτές οι διασταυρώσεις, ο Τζέιμς Γκρέγκορι και ο Έντμοντ Χάλεϊ συνειδητοποίησαν ότι η απόσταση από την Αφροδίτη (και επομένως τον Ήλιο) θα μπορούσε να προσδιοριστεί (Ενδιαφέρεστε για το πώς γίνεται αυτό; Η NASA έχει μια πολύ ωραία εξήγηση διαθέσιμη εδώ .). Τώρα είναι η στιγμή που συνήθως έλεγα κάτι σαν:Φαίνεται αρκετά απλό, σωστά; Υπάρχει μόνο ένα αλίευμα…Αλλά ίσως αυτό δεν ήταν ποτέ πιο αναληθές. Οι πιθανότητες ήταν τόσο στοιβαγμένες ενάντια στην επιτυχία που είναι πραγματικά μια απόδειξη της σημασίας αυτής της μέτρησης που οποιοσδήποτε το επιχείρησε.
Ένας αστρονόμος που ταξίδευε με τον καπετάνιο Τζέιμς Κουκ παρατήρησε τη διέλευση της Αφροδίτης το 1769 από την Ταϊτή.
Καταρχήν, οι διελεύσεις της Αφροδίτης είναι εξαιρετικά σπάνιες. Όπως μια φορά στη ζωή σπάνια (αν και έρχονται σε ζευγάρια). Όταν ο Χάλεϊ συνειδητοποίησε ότι αυτή η μέθοδος θα λειτουργούσε, ήξερε ότι ήταν πολύ μεγάλος για να έχει την ευκαιρία να την ολοκληρώσει ο ίδιος. Έτσι, με την ελπίδα ότι μια μελλοντική γενιά θα αναλάμβανε το έργο, έγραψε συγκεκριμένες οδηγίες για το πώς πρέπει να πραγματοποιηθούν οι παρατηρήσεις. Για να έχει το τελικό αποτέλεσμα την επιθυμητή ακρίβεια, ο χρονισμός της διέλευσης έπρεπε να μετρηθεί μέχρι το δεύτερο. Προκειμένου να υπάρχει μεγάλος διαχωρισμός σε απόσταση, οι τοποθεσίες παρατήρησης θα πρέπει να βρίσκονται στα άκρα της Γης. Και, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο συννεφιασμένος καιρός δεν θα καταστρέψει την πιθανότητα επιτυχίας, θα χρειάζονταν παρατηρητές σε τοποθεσίες σε όλο τον κόσμο. Μιλήστε για ένα μεγάλο εγχείρημα σε μια εποχή που τα διηπειρωτικά ταξίδια θα μπορούσαν να διαρκέσουν χρόνια.
Παρά αυτές τις προκλήσεις, οι αστρονόμοι στη Γαλλία και την Αγγλία αποφάσισαν ότι θα συλλέγουν τα απαραίτητα δεδομένα κατά τη διέλευση του 1761. Μέχρι εκείνη την εποχή, ωστόσο, η κατάσταση ήταν ακόμη χειρότερη: η Αγγλία και η Γαλλία είχαν εμπλακεί στον Επταετή Πόλεμο. Το ταξίδι δια θαλάσσης ήταν σχεδόν αδύνατο. Ωστόσο, η προσπάθεια συνεχίστηκε. Αν και δεν ήταν όλοι οι παρατηρητές επιτυχείς (τα σύννεφα εμπόδισαν κάποιους, τα πολεμικά πλοία άλλα), όταν συνδυάστηκαν με δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια μιας άλλης διέλευσης οκτώ χρόνια αργότερα, το εγχείρημα ήταν επιτυχές. Ο Γάλλος αστρονόμος Ζερόμ Λαλάντ συνέλεξε όλα τα δεδομένα και υπολόγισε την πρώτη ακριβή απόσταση από τον Ήλιο: 153 εκατομμύρια χιλιόμετρα, περίπου το 3% της πραγματικής τιμής!
Ένα σύντομο στην άκρη: ο αριθμός για τον οποίο μιλάμε εδώ ονομάζεται Γηημι-κύριος άξονας, που σημαίνει ότι είναι η μέση απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Επειδή η τροχιά της Γης δεν είναι τέλεια στρογγυλή, στην πραγματικότητα πλησιάζουμε κατά 3% όλο και πιο μακριά κατά τη διάρκεια ενός έτους. Επίσης, όπως πολλοί αριθμοί στη σύγχρονη επιστήμη, ο επίσημος ορισμός της αστρονομικής μονάδας έχει αλλάξει λίγο. Από το 2012, 1 AU = 149.597.870.700 μέτρα ακριβώς, ανεξάρτητα από το αν θα βρούμε ότι ο ημικύριος άξονας της Γης είναι ελαφρώς διαφορετικός στο μέλλον.
Από τις πρωτοποριακές παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια της διέλευσης της Αφροδίτης, έχουμε βελτιώσει τις γνώσεις μας για την απόσταση Γης-Ήλιου πάρα πολύ. Το έχουμε χρησιμοποιήσει επίσης για να ξεκλειδώσουμε την κατανόηση της απεραντοσύνης του Σύμπαντος. Μόλις μάθαμε πόσο μεγάλη ήταν η τροχιά της Γης, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την παράλλαξη για να μετρήσουμε την απόσταση από άλλα αστέρια κάνοντας παρατηρήσεις σε απόσταση έξι μηνών (όταν η Γη έχει ταξιδέψει στην άλλη πλευρά του Ήλιου, σε απόσταση 2 AU!) . Αυτό αποκάλυψε ένα σύμπαν που εκτεινόταν ατελείωτα και θα οδηγούσε τελικά στην ανακάλυψη ότι το σύμπαν μας είναι δισεκατομμυρίων ετών. Δεν είναι κακό να κάνεις μια απλή ερώτηση!