Как найти расстояние от планеты до солнца

Какого размера наша Солнечная система и где она кончается?

Как измерить расстояние до планеты?

В прошлом единственным методом измерения космических расстояний был метод горизонтального параллакса. Хотя этот метод достаточно точен и до сих пор применяется при расчете расстояния до очень далеких космических объектов, для измерения расстояний до планет-соседей по Солнечной системе, с середины 20-го века применяется более простой и ещё более точный способ – метод радиолокации.

В основе методики космической радиолокации лежит идея заимствованная у самой природы: достаточно просто найти на небесной сфере нужный объект (например, планету Венера), “прицелится” в неё и затем “выстрелить” радиоволнами сверхкороткого диапазона. Теперь нам остается только дождаться когда сигнал достигнет поверхности Венеры, отразится от неё и устремится обратно.

Скорость распространения радиоволн точно известна, а время между посылкой волн и их приемом также может быть измерено очень точно. Расстояние, покрытое радиоволнами за время путешествия туда и обратно, а следовательно, и расстояние до Венеры в заданный момент можно определить с несравненно большей точностью, чем методом параллаксов.

Начиная с 1961 г. года этот способ измерения близких космических расстояний стал основным. С помощью полученных данных было вычислено, что среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149 573 000 км.

Световая секунда, световой год и другие космические единицы измерения

Используя кеплеровскую схему строения солнечной системы (Солнце в центре, планеты вращаются вокруг него), удобнее всего рассчитывать расстояния в пределах солнечной системы не от Земли, а от центра, то есть от Солнца. Но вот в каких единицах его отсчитывать?

• Во-первых, его можно выражать в миллионах километров. Километр — это наиболее распространенная единица для измерения больших расстояний.
• Во-вторых, чтобы избежать таких чисел, как миллионы километров, можно принять, что среднее расстояние от Земли до Солнца равно одной астрономической единице (сокращенно «а, е.») Тогда можно будет выражать расстояния в а, е., причем 1 а е. равна 149 500 000 км. С вполне достаточной точностью можно считать, что 1 а, е. равна 150 000 000 км.
• В-третьих, расстояние можно выразить через время, которое потребуется для того, чтобы его преодолел свет (или любое аналогичное излучение, например радиоволны). Скорость света в пустоте равна 299 776 км/сек. Число это можно для удобства округлить до 300 000 км/сек.

Таким образом, расстояние примерно в 300 000 км можно считать равным одной световой секунде (ибо это расстояние, преодолеваемое светом за одну секунду). Расстояние, в 60 раз большее, или 18 000 000 км, — это одна световая минута, а расстояние, еще в 60 раз большее, т.е. 1 080 000 000 км, — это один световой час.

Мы не слишком ошибемся, если будем считать, что световой час равен одному миллиарду километров.

Запомнив это, рассмотрим те планеты, которые были известны древним, и приведем таблицу их средних расстояний от Солнца, выраженных в каждой из трех указанных единиц.

Планеты	Среднее расстояние от Солнца
миллионов км	астрономических единиц	световых часов
Меркурий	57,9	0,387	0,0535
Венера	108,2	0,723	0,102
Земля	149,5	1,000	0,137
Марс	227,9	1.524	0,211
Юпитер	778,3	5,203	0,722
Сатурн	1428,0	9,539	1,321

Размеры Солнечной системы

В 17-м веке, когда был открыт Сатурн, астрономы считали его орбиту “границей” Солнечной системы, соответственно вся “система” умещалась в круг диаметром 3 миллиардов км.

Однако в 1781 г., когда английский астроном, немец по происхождению, Уильям Гершель (1738—1822) открыл планету Уран, диаметр Солнечной системы внезапно… удвоился!

А потом снова удвоился, когда сначала французский астроном Урбан Жозсф Леверье (1811 — 1877) открыл в 1846 г. Нептун, затем американский астроном Клайд Уильям Томбо (род. в 1906 г.) — Плутон в 1930 г.

Планеты	Среднее расстояние от Солнца
миллионов км	астрономических единиц	световых часов
Уран	2872	19,182	2,63
Нептун	4498	30,058	4,26
Плутон	5910	39,518	5,47

Если мы рассмотрим орбиту Плутона, как ранее орбиту Сатурна, то увидим, что диаметр солнечной системы равен не 3, а 12 миллиардам километров. Лучу света, который преодолевает расстояние, равное окружности Земли, за ¹/₇ сек и пробегает от Земли до Луны за 1 ¹/₄ сек, понадобится полдня для того, чтобы пересечь солнечную систему.

Кроме того, есть все основания считать, что вовсе не орбита Плутона отмечает границу владений Солнца. Это не значит, что мы должны предполагать существование еще не открытых более далеких планет (за исключением карликовых планет). Имеются уже известные небесные тела, которые время от времени очень легко увидеть и которые, без сомнения, уходят от Солнца гораздо дальше, чем Плутон на самой удаленной точке своей орбиты.

Где находятся границы Солнечной системы

В 1684 г. английский ученый Исаак Ньютон (1642—1727) открыл закон всемирного тяготения. Этот закон строго математически обосновал кеплеровскую схему строения солнечной системы и позволил вычислить орбиту тела, обращающегося вокруг Солнца, даже если тело наблюдалось лишь на части своей орбиты.

Это в свою очередь дало возможность приняться за кометы — небесные тела, которые время от времени появлялись на небе. В древности и в эпоху Средневековья астрономы считали, что кометы появляются без всякой правильности и что движение их не подчинено никаким естественным законам, широкие же массы были убеждены, что единственное назначение комет — предвещать несчастье.

Однако современник и друг Ньютона, английский ученый Эдмунд Галлей (1656—1742) попробовал применить к кометам закон тяготения. Он заметил, что некоторые особенно яркие кометы появлялись в небе через каждые 75—76 лет.

И вот в 1704 г. он предположил, что все эти кометы на самом деле были одним и тем же небесным телом, которое двигалось вокруг Солнца по постоянной эллиптической орбите, причем орбите настолько вытянутой, что значительная ее часть лежала на колоссальном расстоянии от Земли. Когда комета находилась вдали от Земли, она была невидима.

Но через каждые 75 или 76 лет она оказывалась на той части своей орбиты, которая расположена ближе всего к Солнцу (и к Земле), и вот тогда-то она становилась видимой.

Галлей вычислил орбиту этой кометы и предсказал, что она вновь вернется в 1758 г. И действительно, комета появилась в тот год (через 16 лет после смерти Галлея) и с тех пор получила название кометы Галлея.

В ближайшей к Солнцу точке своей орбиты комета Галлея оказывается от него всего лишь примерно в 90 000 000 км, заходя таким образом немного внутрь орбиты Венеры В наиболее же удаленной от Солнца части своей орбиты комета Галлея уходит от него приблизительно в 3 ¹/₂ раза дальше, чем Сатурн.

Таким образом, к 1760 г. астрономы прекрасно знали, что солнечная система не очерчена орбитой “последней” планеты.

Более того, комета Галлея — одна из комет, относительно близких к Солнцу. Существуют кометы, которые движутся вокруг него по таким невероятно вытянутым орбитам, что возвращаются к нему только раз в несколько столетий, а то и тысячелетий. Они уходят от Солнца не на миллиарды километров, а скорее всего на сотни миллиардов.

Голландский астроном Ян Хендрик Оорт (род. в 1900 г) в 1950 г. высказал предположение, что, возможно, существует целое огромное облако комет (известное как “Облако Оорта”), которые на протяжении всей своей орбиты находятся так далеко от Солнца, что никогда не бывают видимы.

Отсюда следует, что максимальный диаметр солнечной системы может достигать 1000 миллиардов, т. е триллиона (1 000 000 000 000) километров или даже больше. Световому лучу требуется 40 суток, чтобы покрыть такое расстояние. Таким образом, можно сказать, что диаметр солнечной системы превосходит один световой месяц.

Вопрос о том, каково расстояние до Солнца волновал ученых и астрономов всего мира с самых давних времен. По поводу этого вопроса были найдены документы из древней Греции и Китая, содержащие разные схемы и формулы. Однако тогда оборудование и методы измерения были очень примитивными, поэтому точных результатов добиться было невозможно. Но человек становился все изобретательнее, и после многих столетий мы наконец разгадали эту тайну, о чем и пойдет речь в данной статье.

Точное расстояние на сегодняшний день

Расстояние от Земли до Солнца постоянно меняется в пределах от 147 093 163 км в январе до 152 100 527 км в июле из-за эллиптической орбиты нашей планеты (данные на 2022 год). Это означает, что расстояние до Солнца меняется каждую секунду. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет примерно 149,6 млн. км. Это является средним и общепринятым, но не последним значением, т.к. траектория орбиты Земли немного меняется каждый год из-за гравитационного воздействия ее естественного спутника – Луны.

Каждые 100 лет наша планета отдаляется от Солнца примерно на 15 метров.

Астрономическая единица

Астрономическая единица была утверждена в 2012 году Международным астрономическим союзом для того, чтобы определять расстояние между небесными телами, которые расположены вблизи нашей планеты. Она представляет собой среднее расстояние от Земли до Солнца и равняется 149 597 870,7 км.

Над её выведением с древности работали следующие выдающиеся ученые:

• Аристарх Самосский;
• Гиппарх Никейский;
• Кристиан Гюйгенс;
• Джовани Кассини;
• Жан Рише;
• Николь Капитэн.

Если расстояние от Солнца до нашей планеты составляет 1 АЕ, то для Юпитера этот показатель составляет 5,2 АЕ, а для Нептуна – 30,1 АЕ.

В соответствии с Международным стандартом обозначается как «ua», что является сокращением с английского «astronomical unit». В литературе также допускаются два других типа обозначений – через точку («u.a.») или в виде заглавных букв («UA»).

Приливы и отливы

Несмотря на сравнительно небольшой размер Луны и ее далекое расстояние от Земли, она все равно оказывает значительную гравитационную тягу на нашу планету. Это влияет на уровень мирового океана, вызывая приливы и отливы в разных областях. Там, где воздействие Луны сильнее, происходит прилив, где слабее – отлив.

Полной водой и малой водой называются соответственно периоды, когда уровень воды наивысший и наименьший. Разница между малой и полной водой называется высотой прилива.

Самые сильные подъемы в уровне воды происходят при Сизигийном приливе, когда Солнце вместе с Луной оказывает тягу на Землю в одном направлении. Когда приливы самые незначительные, силы притяжения Солнца и Луны действуют под углом в 90 градусов друг к другу. Это называется Квадратурным приливом.

Афелий и перигелий

Наша планета вращается вокруг Солнца, но нельзя сказать, что она всё время вращается вокруг звезды на одном и том же расстоянии. Периодически, каждые полгода, планета то находится на минимальном расстоянии от Солнца, в перигелии, то отдаляется от светила еще на 5 млн км, и занимает максимально отдаленную позицию – афелий.

Точка в космическом пространстве, приходя в которую, планета становится наиболее близка к единственной звезде Солнечной системы, называется перигелием. Перигелий Земли равняется 147 млн км, и в него планета приходит зимой, а именно – со 2-го по 5-ое января.

Афелий – это точка, в которой Земля находится на расстоянии в 152 млн км от Солнца.  В это время расстояние до звезды достигает максимального значения, и оно имеет угол смещения в 31’28 градусов. Это на 3% меньше видимого диаметра Солнца, когда оно находится в перигелии.

Также стоит отметить, что происходит с Землей, когда она находится в афелии и перигелии. Когда Земля в первой позиции, то она получает на 7% меньше солнечного света. Эта разница влияет на расхождение температур в северном и южном полушариях планеты: в северном полушарии зима более щадящая, чем в южном, а лето в южном полушарии жарче, чем в северном.

Измерения расстояния до солнца в древней Греции

Во времена существования Древней Греции одной из самых важных наук была геометрия. Благодаря широким познаниям в этой области науки древние греки смогли сделать множество астрономических открытий, в том числе и измерить расстояние до Солнца, без каких-либо специальных инструментов. Главным методом исследования звездного пространства было наблюдение за небом.

Предположения Аристарха Самосского

Древних греков также интересовал вопрос удаленности светила от Земли, однако до наших дней дошло очень мало работ. Одной из них является запись Аристарха Самосского, жившего в III веке до н.э. В ней он отобразил размеры Земли, Солнца и Луны, а также расстояние между ними.

Главным отличием в работе этого древнегреческого ученого была научная обоснованность, а не только догадки. Он сделал это с помощью геометрических формул, что было необычным подходом для того времени, когда в большей степени ценились теории и предположения.

Сначала он провёл наблюдения за фазами Луны, ее движением, а также отследил солнечные и лунные затмения. Затем применил теорему Пифагора, взяв за основания треугольника расстояния между Луной и Землей, а также Луной и Солнцем, а в качестве гипотенузы расстояние от Земли до Солнца. На основе этих данных Аристарх Самосский не только предположил, но и обосновал то, что Луна имеет форму шара. После этого математик определил отношения упомянутых небесных тел между собой и выяснил, что Солнце находится в 20 раз дальше от планеты, чем Луна.

Современные ученые проверили записи Аристарха Самосского и сделали вывод, что тот ошибся – в реальности звезда в десятки раз больше, чем в его вычислениях. Тем не менее, в своё время работа древнегреческого ученого внесла большой вклад в изучение Солнечной системы и всех небесных тел, которые находятся в ней.

Измерения Гиппарха Никейского

Гиппарх Никейский, живший во II веке до н.э., считается одним из основоположников астрономии. Его вклад в эту науку заключается в следующем:

• введение тригонометрических методов при изучении звёзд;
• увеличении точности измерений благодаря применению специальных приспособлений – секстанта и квадранта;
• создание каталога звезд;
• создание системы звёздных величин;
• расчет прецессии равноденствий;
• теории о затмениях.

Также этот древнегреческий ученый затронул вопрос о расстоянии от Солнца до Земли. Он взял за основу то, что светило находится дальше спутника Земли, и предположил, что минимальное расстояние до Луны составляет 71 радиус Земли, а максимальное – 83. Затем, используя уже полученные данные и наблюдения за солнечными созвездиями, Гиппарх Никейский выдвинул теорию, что дистанция до Солнца составляет от минимума в 490 земных радиусов (3,115 млн. км.) до максимума в 2550 (16,21 млн. км.).

Расчеты нового времени

Во время научной революции XVII века у ученых снова загорелся интерес к вопросу о расстоянии до Солнца. Иоганн Кеплер первым стал оспаривать предположения древнегреческих астрономов. Он заявлял, что они слишком заниженные.

Так как тогда появились телескопы, астрономы могли работать с гораздо более точными данными, чем в античные времена. Самым первым измерением, близким к современному, было предположение Кристиана Гюйгенса, голландского ученого, отличающееся от актуальной длины всего на 7%. Со временем измерения получались все точнее.

Метод прямоугольных треугольников Кристиана Гюйгенса

Для определения расстояния до Солнца Гюйгенсу был нужен прямоугольный треугольник, коротким катетом которого будет точное расстояние до любого другого небесного тела. Для этого Гюйгенс выбрал Венеру. Наблюдая за фазами Венеры, Гюйгенс построил прямоугольный треугольник, где прямой угол был Солнце – Венера – Земля. Он так же легко нашел угол Солнце – Земля – Венера. Теперь ему только осталось найти расстояние между двумя планетами, для чего нужно было сначала знать размеры Венеры. На этом этапе вычисления Гюйгенс сделал абсолютно не основанное на науке предположение, что Венера и Земля имеют почти одинаковый размер, но несмотря на это оказался прав – обе планеты в самом деле очень похожи в размерах. Определив расстояние между этими двумя небесными телами, Гюйгенс приступил к вычислению гипотенузы треугольника, и получил ответ 160 млн. км.

Измерения Кассини и Рише

Также об астрономической единице измерения говорили Джованни Кассини и Жан Рише. Они озадачились вопросом измерения расстояния в космосе. Для определения расстояния между нашей планетой и Солнцем ученые решили использовать метрическую систему. Для своего опыта они сначала с помощью метода суточного параллакса записали расстояние от Земли до Марса, а затем – до единственной звезды нашей планетной системы. В 1672 году напарники выдвинули чёткие цифры – 140 миллионов километров.

Это значение считалось наиболее точным вплоть до XX века. Такой длинный промежуток объясняется отсутствием необходимых приспособлений и техники которые могли бы дать чёткую информацию о расстоянии между небесными телами с наименьшей погрешностью.

Метод параллакса

Параллакс является видимым смещением наблюдаемого объекта в зависимости от положения точки наблюдения. Если знать расстояние между этими двумя точками и угол смещения объекта между ними, то можно использовать законы геометрии и тригонометрии для определения расстояния до него. Впервые этот способ использовался древнегреческими астрономами, а затем учеными нового времени. Для этого чаще всего использовались два ориентира, между которыми предварительно было измерено расстояние по прямой. Ученые соглашались измерять относительный угол между объектом и Землей одновременно, после чего они совмещали свои результаты и вычисляли дистанцию до объекта.

Для выяснения удаленности планет друг от друга и создания специальных приборов этим методом пользовались следующие астрономы:

• Галилео Галилей;
• Джованни Кассини;
• Жан Рише;
• Иоганн Франц Энке;
• Карл Густав Витт.

Благодаря точности данного метода удалось создать такой астрономический инструмент как телескоп, также были добыты новые данные об удаленности Марса, Венеры, Солнца и открыт астероид Эрос.

Метод стандартных свечей

Данный метод следует закону светопередачи – яркость света обратно пропорциональна квадрату расстояния от его источника. Если узнать частоту электромагнитного излучения объекта, можно узнать его температуру в кельвинах, а, следовательно, и светоотдачу. Этот способ используется современными учеными для определения дистанции до очень отдаленных звезд и галактик.

Так как Солнце является одной из самых хорошо изученных звезд, вычислить среднее расстояние до Солнца сравнительно просто – это будет 497 световых секунд, или 149 млн. км.

Световая секунда – 299 792,46 км. Самая малая космическая единица измерения. Эту дистанцию луч света преодолевает за одну секунду.

Исследования новейшего времени

Так как человечество изобрело новые методы расчета расстояний, такие как лазерный дальномер и радиолокация, удаленность от космических тел теперь можно рассчитывать с очень высокой точностью. В качестве опорной точки для измерения опять использовалась Венера. Получив точную дистанцию до нее, ученые в 1961 году легко вычислили искомую величину – т.е. дистанцию до Солнца.

Но на этом исследователи останавливаться не будут. Совсем недавно НАСА запустила в космос Parker Solar Probe – зонд для подробного изучения солнечных явлений. Зонд способен выдерживать температуры до 1450°C, и это позволит ему приблизиться к Солнцу максимально близко (в итоге между ними будет всего 6 млн. км.)

Метод радиолокации

В начале XX века появились первые радиолокаторы. Благодаря способности измерять расстояния, их начали применять для изучения космоса. Вопрос о том, каково точное расстояние между небесными тела, продолжал волновать умы ученых разных областей, и потому с 1946 года астрономы начали активно применять радиолокаторы для уточнения астрономической единицы. Нужно было послать длинную сильную радиоволну, так как остальные терялись на фоне электромагнитного поля Солнца.

В1961 году наконец удалось получить результат, и миру стала известно среднее расстояние до Солнца – 149 599 300 км.  Тем не менее, при расчётах имела место быть погрешность. Она составила 2 тыс.км, поэтому на следующий год исследование было проведено повторно, и снова ученые добыли новые данные, в соответствии с которыми удаленность планеты от Солнца составила 149 598 100 км. На этот раз погрешность была всего в 750 км, что в сравнении с предыдущим опытом было более точным результатом.

Определение дистанции лазером

Раньше лазерные дальномеры имели незначительную погрешность в 1.5-2 метра на расстоянии 1000 км. Сегодня же они обладают удивительной точностью. На этой же дистанции погрешность составляет всего 10 мм. Это позволяет делать высокоточные измерения до астрономических объектов.

Используя лазер и искусственные отражатели, установленные на поверхности Луны, исследователи смогли получить сверхточный результат с погрешностью в несколько сантиметров. Такие четкие измерения послужат надежной опорой в будущих расчетах.

Единицы измерения космических расстояний

• Астрономическая единица – 150 миллионов км – расстояние от Земли до Солнца. Используется для измерения дистанций в Солнечной Системе.
• Световой год – 9,46 триллионов км. Дистанция, которую свет преодолевает за один год. Применяется для измерения расстояний между звездами.
• Парсек – 206 тыс. астрономических единиц или 3.26 световых лет. Длинный катет прямоугольного треугольника, короткий катет которого равен одной астрономической единице, а лежащий напротив него угол равен угловой секунде (1/3600 одного градуса).

Не многие задумываются о том какое расстояние от нашей планеты до Солнца. Нам остается только удивляться, каким пытливым умом обладает человек, и какими умными, изобретательными и терпеливыми были ученые древних времен, которые находили близкие к правде ответы на самые сложные загадки Вселенной.

А вы знали, что всё было настолько трудно или считали, что все было точно известно уже в Древней Греции?

Солнце находится на расстоянии 8-ми световых минут от Земли – наверняка все запомнили это утверждение со школьных уроков астрономии. Но представить это число нам непросто, ведь привычнее измерять дистанцию в метрах или километрах. Проблемой космических расстояний астрономы занимаются с древних времен.

Попытки ученых измерить расстояние до Солнца

Солнце испокон веков интересовало людей. Даже древнейшее население нашей планеты понимало, что этот яркий диск, ежедневно появляющийся на небе, имеет огромное значение для жизни, ведь он дает тепло и свет. Долгое время Солнце фигурировало в различных культурах и мифологиях. С научной точки зрения на огненный шар впервые взглянул Анаксагор – древнегреческий философ, который жил в 500-428 гг. до н. э.

А в 310-230 гг. до н. э. при участии астронома Аристарха Самосского зародилась гелиоцентрическая система мира, согласно которой Солнце является центральным объектом, а вокруг него вращаются планеты. Николай Коперник в 16-м веке возродил эту идею и стал известен в качестве автора системы.

Аристарх Самосский также стал первым человеком, который попытался понять, насколько далеко Солнце находится от Земли. Для этого он использовал Луну – измерил угол между ней и звездой, определил расстояние от Земли до Луны, а затем и до Солнца при помощи математических расчетов. Но измерения оказались ошибочными – всего 7,5 млн км.

Интересный факт: о работе Аристарха практически никто не узнал. Все дело в том, что он был приверженцем гелиоцентрической системы мира. А в научной среде того времени принято было считать, что все остальные объекты вращаются вокруг Земли (геоцентрическая система). На астронома обрушилась критика со стороны, к примеру, Гиппарха и Птолемея.

Следующую попытку предприняли Иоганн Кеплер и Джереми Хорокс. Точнее, Кеплер предложил в качестве ориентира взять Венеру. Тогда ученые уже знали об интересном явлении: периодически планета проходит по диску Солнца. Надо было дождаться этого момента и измерить из разных частей Земли, сколько времени ей на это потребуется. Хорокс поддержал метод Кеплера и установил, что Солнце находится на расстоянии 95,6 млн км. Показатель был уже ближе к настоящей цифре, но все еще неверным.

Более-менее успешно с этой задачей справились астрономы Кассини и Рише в 1672 г. В качестве ориентира они использовали Марс. Ученые этого времени были уже хорошо знакомы с понятием параллакса. Он показывает, как меняется положение объекта в зависимости от того, где находится наблюдатель, по отношению к удаленному фону.

Кассини вел наблюдения в Париже, а Рише – в Южной Африке. Так было установлено расстояние до Марса, а затем и до Солнца – 146 млн км. Таким образом, ученые максимально приблизились к правильной цифре. Примечательно, что Кассини был сторонником геоцентрической системы, поэтому на его картах расстояния указывались относительно верные, но в центре находилась Земля.

Сколько километров до Солнца? Современные способы определения расстояний

Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 150 млн км. Это число постоянно меняется то в большую, то в меньшую сторону, поскольку орбита нашей планеты не круглая, а в форме эллипса. Минимальное расстояние отмечается в январе (перигей, 147 млн км), а максимальное – в июле (афелий, 152 млн км).

Методом тригонометрического параллакса ученые пользуются и сейчас, но только для объектов, находящихся на сравнительно небольшом расстоянии. Для отдаленных небесных тел больше подходит метод стандартных свечей. Так называют объекты, светимость которых известна. При этом астрономы оценивают видимую яркость и вычисляют расстояние до тела с помощью закона обратных квадратов.

Еще один способ определения удаленности объекта – радиолокационный. В направлении тела отправляется импульс, который частично отражается и возвращается на Землю. Специальная техника определяет, сколько времени потребовалось импульсу на это перемещение, что позволяет выяснить и расстояние.

Попытки рассчитать расстояние от Земли до Солнца и прогнозировать связанные с ним явления начали предпринимать в Древней Греции. Тогда были произведены приблизительные вычисления, которые стали основой для последующего развития астрономической науки. Современным ученым уже доступны технологии, которые позволяют определять расстояние до Солнца с погрешностью до нескольких долей сантиметра.

Точное расстояние на сегодняшний день

Расстояние между центрами Земли и Солнца принято считать равным 149 597 870 км, но этот показатель условен. Планета совершает движение по эллиптической орбите, поэтому ее удаленность от звезды постоянно меняется.

Понятие астрономической единицы

Расстояние, на которое удалено Солнце от Земли, называют астрономической единицей. С ее помощью принято совершать измерения дистанций между космическими объектами. Русское обозначение единицы — а.е., в международном формате — au.

Решением Международного астрономического союза с 2012 г. астрономическая единица привязана к Международной системе единиц (СИ) и равна 149 597 870 700 м. Данный показатель используется для вычислений, не требующих высокой точности. В ином случае рассчитывается величина для нужного момента времени.

Современные технологии космической отрасли позволяют определять величину астрономической единицы с высокой точностью. Наблюдая за изменениями ее значения, в 2004 г. российские ученые Г. Красинский и В. Брумберг обнаружили, что Земля и Солнце расходятся. Постепенное отклонение объектов незначительно и составляет около 15 см ежегодно. Причина явления пока не установлена, но выдвинуто много интересных гипотез.

Влияние приливов и отливов на дистанцию

По мнению команды японского астрофизика Такахо Миура, расхождение рассматриваемых космических объектов объясняется приливным взаимодействием. Невзирая на малые размеры планеты относительно Солнца, она должна порождать в теле звезды приливы, т. к. более близкие участки светила притягиваются немного сильнее, чем дальние. Подобные приливы передвигаются по поверхности и тормозят вращение объекта. Поскольку полный момент импульса системы Земля-Солнце сохраняется, происходит незначительное расширение гелиоцентрической орбиты.

Аналогичным образом взаимодействуют Земля и Луна. Отклонения орбиты спутника вызывают на планете ежедневные океанические приливы, что приводит к удлинению суток на 1,7 мс за столетие. При этом расстояние между объектами увеличивается на 4 см ежегодно.

Афелий и перигелий

Афелий и перигелий характеризуют максимальный и минимальный параметры удаленности Земли от звезды. Это связано с эллиптической формой орбиты Земли.

Афелий, или апогелий — это дальняя точка гелиоцентрической орбиты Земли, которая удалена от Солнца на 152 098 233 км. Термином «афелий» астрофизики называют точку гелиоцентрической орбиты любого космического тела, которая находится максимально далеко от нашей звезды. Земля максимально отдаляется от Солнца в период с 3 по 7 июля.

Соответственно, перигелий — ближайшая точка, которая располагается на расстоянии 147 098 291 км от звезды. Земля ежегодно проходит эту отметку со 2 по 5 января.

Измерения расстояния до Солнца в Древней Греции

Древнегреческие ученые стали первопроходцами в вопросе определения расстояния от Земли до Солнца. В то время они располагали лишь простым инструментарием и геометрическими методами.

Предположения Аристарха Самосского

Первым попытался рассчитать расстояние до Солнца Аристарх Самосский, древнегреческий астроном III в. до н.э. Он описал гелиоцентрическую систему мироустройства и применил знания геометрии для определения величин небесных тел и дистанции между ними.

Основой для его вычислений стало предположение, что шарообразная Луна отражает солнечный свет. Когда она будет располагаться в половине фазы, можно провести прямой угол Земля-Луна-Солнце. При этом сторона Земля-Луна является катетом, а Земля-Солнце — гипотенузой. Согласно идее Аристарха, расстояние до звезды выражается отношением катета к гипотенузе и составляет 1:19. Данный результат отличается от действительных значений в 20 раз, что связано с неточными расчетами. Аристарх брал за основу данные визуальных наблюдений, что всегда чревато большими погрешностями.

Измерения Гиппарха Никейского

Величайшим астрономом античности называли Гиппарха Никейского — древнегреческого математика II в. до н.э. Он привнес в астрономические вычисления более точные методы древневавилонских исследователей.

Фундаментом метода Гиппарха стало понимание причины лунных затмений, заключающейся в том, что спутник оказывается в тени нашей планеты. При этом тень имеет коническую форму с вершиной, расположенной ближе к Луне. Применив простейшие измерительные инструменты, астроном вычислил радиусы исследуемых объектов. Используя правила подобия треугольников, он смог определить удаленность Солнца. Полученное значение составило 382 тыс. км. Результаты Гиппарха были признаны самыми точными за период древней истории.

Расчеты Нового времени

Исследователи Нового времени подошли к расчетам космических расстояний более скрупулезно. Большинство их трудов обладали высокой точностью и признаны научными кругами тех лет.

Метод прямоугольных треугольников Кристиана Гюйгенса

Нидерландский ученый Кристиан Гюйгенс в 1653 г. предпринял попытку произвести собственные расчеты. Его методика оказалась похожа на подход Аристарха Самосского. Гюйгенс также применил метод исследования прямоугольного треугольника, только для системы Земля-Венера-Солнце. Случайно угадав величину Венеры, он произвел вычисления. Научные круги не восприняли измерения астронома всерьез, посчитав их догадкой.

Измерения Кассини и Рише

В 1672 г. Джованни Кассини, находясь в Париже, проводил наблюдения за движением Марса по звездному небу. Аналогичные исследования он поручил своему помощнику Жану Рише, отправив коллегу в Гвиану.

Для измерений Кассини использовал расположение звезд, окружающих Марс, а затем сопоставил данные с наблюдениями Рише. Ученому удалось определить длину отрезка Земля-Марс, на основе которой он смог вычислить дистанцию Земля-Солнце. Астроном использовал научные методы, благодаря чему результаты его работы были признаны.

Метод параллакса

В своих экспериментах Кассини и Рише использовали явление параллактического смещения — видимого изменения положения космического тела относительно фоновых объектов, отдаленных от него на некоторое расстояние. Смещение становится очевидным, когда наблюдатель меняет точку обзора.

Метод позволяет посредством простых геометрических вычислений найти расстояние до небесного тела. Необходимо знать лишь величину смещения наблюдателя и угол смещения исследуемого объекта относительно его фона.

Метод стандартных свечей

Посредством тригонометрических параллаксов определяются расстояния до близких космических объектов. Для измерения дистанций тел, удаленных на большое расстояние, применяется метод стандартных свечей. Он учитывает правило, согласно которому освещенность уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.

В качестве стандартных свечей выступают звезды. Поскольку светила с идентичной температурой и размерами излучают одинаковую энергию, однотипные звезды используются для определения расстояний. Зная удаленность и величину энерговыделения Солнца, можно вычислить расстояние до похожих звезд.

Исследования Новейшего времени

Технологии Новейшего времени произвели революцию в астрономических исследованиях, позволив получить максимально точные данные о расстояниях в космосе.

Метод радиолокации

Измерение расстояния с помощью радиолокации базируется на передаче импульсов к небесному телу. Отправленные волны отражаются от объекта и возвращаются. После этого анализируется их интенсивность и время движения, на основании чего рассчитывается пройденная дистанция.

Сложность использования метода радиолокации состоит в том, что интенсивность волн уменьшается обратно пропорционально четвертой степени расстояния до изучаемого объекта. Для решения задачи приходится создавать мощные передатчики и большие антенны. Но затраты оправдываются высокой точностью полученных данных. Погрешность составляет несколько километров.

Определение дистанции лазером

Принцип лазерной локации идентичен радиоволновому методу. Мощный передатчик направляет к небесному телу световой луч, который отражается от него и возвращается на Землю. Интенсивность и время его прохождения учитываются при расчете расстояния.

Данный метод отличается высокой точностью и позволяет получать данные с погрешностью до нескольких долей сантиметра, но для реализации метода требуется технологически сложное и дорогостоящее оборудование.

Единицы измерения космических расстояний

Для оперирования гигантскими космическими расстояниями земные меры не подходят. В астрономии существуют три главные единицы измерения:

1. Астрономическая единица — составляет 149,6 млн км.
2. Световой год — составляет около 9 460 730 472 580 800 м и представляет собой пройденное световой волной за юлианский год расстояние.
3. Парсек — примерно равен 3,26 светового года и определяется как дистанция, с которой радиус орбиты Земли виден под углом в 1 секунду дуги. Данная мера применяется профессиональными астрономами вместо светового года.

Астрономическая единица используется для вычисления дистанций в пределах Солнечной системы, а световой год и парсек — для оценки межзвездных космических расстояний.

Как далеко находится Земля от Солнца?

22 окт, 14:14, 2017

1. События

Солнце находится в центре Солнечной системы. Все тела Солнечной системы вращаются вокруг него на различных расстояниях. Меркурий, ближайшая планета к Солнцу, подходит к звезде на расстояние 47 млн км. Объекты в Облаке Оорта, ледяной оболочке Солнечной системы, удалены от звезды на 15 трлн км.

Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии в 100 тысяч раз ближе, чем облако Оорта. Среднее расстояние между нашей планетой и звездой — 149 597 870 700 метров. Это расстояние называется астрономической единицей, которая используется, чтобы измерять расстояния по всей Солнечной системе.

© NASA

Юпитер, например, находится на расстоянии 5,2 астрономической единицы от Солнца, Нептун — 30,07 а.е. Расстояние до ближайшей к нам звезды, Проксимы Центавра, — около 268 770 а.е. Однако чтобы измерять более длинные расстояния, астрономы используют световые года, или расстояние, которое свет проходит за один земной год, равное 63 239 а.е. Проксима Центавры находится в 4,25 световых года от нас.

Астрономическая единица — среднее расстояния от Земли до Солнца. Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365,25 дня — один год. Однако орбита Земли — не идеальный круг; она имеет форму овала, или эллипса. В течение года Земля иногда приближается ближе к Солнцу, а иногда удаляется от него. Перигелий — точка максимального приближения Земли к Солнцу — наступает в начале января и находится на расстоянии 146 млн км от Солнца, чуть менее 1 а.е. Самая дальняя точка называется афелием. Он происходит в начале июля, когда Земля находится в 152 млн км от солнца, что немного больше 1 а.е.

Первым начал измерять расстояние до Солнца греческий астроном Аристарх примерно в 250 году до н.э. Он использовал фазы Луны, чтобы измерить размеры Земли и Луны и расстояния до них. Во время полумесяца три небесных тела формируют прямой угол. Измеряя угол между Солнцем и Луной с Земли, он решил, что Солнце находится в 19 раз дальше от планеты, чем Луна, и в 19 раз ее больше. На самом деле, Солнце в 400 раз больше Луны.

Хотя его измерения были неточны, Аристарх пришел к правильному выводу — Земля вращается вокруг Солнца.

В 1653 году астроном Христиан Гюйгенс подсчитал расстояние от Земли до Солнца. Он использовал фазы Венеры, чтобы вычислить углы треугольника Венера-Земля-Солнце. Но так как метод Гюйгенса был частично основан на догадках и не был полностью научным, его посчитали недостоверным.

В 1672 году Джованни Кассини использовал метод параллакса, или угловой разности, чтобы высчитать расстояние до Марса, и одновременно вычислил расстояние до Солнца.

С появлением космических аппаратов и радаров стали доступны более точные методы изменения расстояния между Землей и Солнцем. Первым определением астрономической единицы было «радиус невозмущенной круговой ньютоновской орбиты относительно Солнца частицы, имеющей бесконечно малую массу, движущуюся со средней скоростью 0,01720209895 радианов в день (известная как постоянная Гаусса)».

Но это определение было сложным для астрономов, так как расходилось с общей относительностью. Если его использовать, значение а.е. будет постоянно меняться в зависимости от расположения наблюдателя в Солнечной системе. Если бы наблюдатель на Юпитере использовав бы старое определение, чтобы подсчитать расстояние между Землей и Солнцем, измерения отличались бы от сделанных на Земле на 1000 метров.

Более того, постоянная Гаусса зависит от массы Солнца, и так как Солнце теряет массу, выделяя энергию, вместе с этим меняется значение астрономической единицы.

Международный астрономический союз проголосовал в августе 2012 году за изменение определения астрономической единицы на традиционное число:149 597 870 700 метров. Измерение основывается на скорости света, фиксированного расстояния, которое не имеет ничего общего с массой Солнца. Метр определяется как расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 секунды.

Больше интересного в «Телеграме»

Читайте нас в «Дзене»

Читайте также