Wie weit sind wir von der Sonne entfernt? Wenn man ohne Schlaf 80 Jahre alt wird, kann die 54. Generation der Nachkommen

Wir alle wissen, dass Meter und Kilometer die üblichen Einheiten zum Angeben von Entfernungen sind. In der Astronomie sind diese Einheiten jedoch unpraktisch in der Anwendung, da die Entfernungen in der Astronomie zu groß sind, um sie mit gängigen Einheiten zu messen. Auch Kilometerangaben sind nur bei sehr nahen Himmelskörpern anwendbar.

Aus diesem Grund wurden in der Astronomie einige neue Entfernungseinheiten eingeführt. Die kleinste und grundlegendste davon ist die „Astronomische Einheit“, abgekürzt AE.

1 Astronomische Einheit bezieht sich auf die durchschnittliche Entfernung von der Erde zur Sonne, die etwa 150 Millionen Kilometer beträgt. Lassen Sie uns nun den Ursprung dieser Einheit vorstellen.

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Wie wird die Entfernung von der Erde zur Sonne berechnet?

Lassen Sie uns zunächst darüber sprechen, wie weit die Erde von der Sonne entfernt ist. Über diese Frage denken die Menschen seit mehr als zweitausend Jahren nach. In seinem Buch „Über die Größen und Entfernungen von Sonne und Mond“ berechnete der antike griechische Wissenschaftler Aristarch, dass die Entfernung von der Sonne zur Erde 18 bis 20 Mal so groß ist wie die Entfernung vom Mond zur Erde (das tatsächliche Verhältnis beträgt etwa 389). Grundlage hierfür sind die Winkeldurchmesser von Sonne und Mond sowie der Winkel zwischen Sonne und Mond bei Halbmond.

Ptolemäus' Berechnungen zur Größe und Entfernung von Sonne und Mond, Bildquelle: Wiki

Ptolemäus maß als Erster die Parallaxe des Mondes und berechnete, dass die Entfernung vom Mond zur Erde etwa das 64-fache des Erdradius beträgt. Anschließend wurden die sichtbaren Größen von Sonne und Mond verglichen und man kam zu dem Schluss, dass die Größe der Sonne ungefähr der Größe des Mondes entspricht.

Schließlich wurde auf Grundlage von Daten wie dem Durchmesser des Schattenkegels des Mondes durch die Erde während einer Mondfinsternis berechnet, dass die Entfernung von der Sonne zur Erde das 1210-fache des Erdradius beträgt (die tatsächliche Vergrößerung beträgt etwa das 23455-fache). Diese Entfernung entspricht etwa dem 19-fachen der Entfernung zwischen Erde und Mond und steht im Wesentlichen im Einklang mit den Ergebnissen von Aristarch.

Im Mittelalter berechneten auch viele arabische Astronomen die Entfernung zur Sonne und ihre Ergebnisse ähnelten denen von Ptolemäus.

Erst im 16. Jahrhundert wurden mit der Erfindung des Teleskops die astronomischen Beobachtungsdaten präziser und die Astronomen fanden eine neue Beobachtungsmethode: Sie nutzten den Venustransit zur Messung der Parallaxe der Sonne.

Durch die Messung der Transite an zwei verschiedenen Orten kann die Parallaxe der Venus berechnet werden. Basierend auf den relativen Entfernungen zwischen Erde, Venus und Sonne kann die Sonnenparallaxe ermittelt und die Entfernung zur Sonne berechnet werden.

Der britische Astronom Jeremiah Horrocks berechnete anhand des Venustransits im Jahr 1639 die Sonnenparallaxe mit 15 Zoll, was einen Abstand zwischen Sonne und Erde von 13.750 Mal dem Erdradius ergab.

Der niederländische Astronom Christiaan Huygens vermutete jedoch nach einem Größenvergleich zwischen Venus und Mars, dass die Entfernung sogar noch größer sein müsse. Er schätzte die Sonnenparallaxe auf 8,6 Zoll, sodass die Entfernung zwischen Sonne und Erde dem 24.000-fachen Erdradius entsprechen müsste. Aufgrund fehlender Beobachtungsdaten wurde diese Aussage jedoch nicht anerkannt.

Venus kreuzt die Oberfläche der Sonne, Bildquelle: Wiki

Im Jahr 1672 maßen der französische Astronom Jean Richer und der italienische Astronom Giovanni Domenico Cassini die Parallaxe des Mars neu, als dieser sich in Opposition befand. Der korrigierte Wert der Sonnenparallaxe betrug 9,5 Zoll. Daraus berechneten sie, dass die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne dem 22.000-fachen Radius der Erde entsprach, eine Entfernung, die damals allgemein anerkannt war.

Auch die Methode, den Venustransit zur Messung der Entfernung zur Sonne zu nutzen, fand langfristig breite Anwendung.

Schematische Darstellung der Beobachtung mittels Venustransit, Bildquelle: Wiki

Im 19. Jahrhundert verfügten die Menschen über mehr Methoden und bessere Instrumente zur Durchführung von Beobachtungen und im 20. Jahrhundert erreichte die Messgenauigkeit der Entfernung zwischen Sonne und Erde dank der Anwendung von Radar- und Telemetrietechnologie den Meterbereich.

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Neudefinition der astronomischen Einheit

Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne ist eine Ellipse, deren große Halbachse als die Hälfte der Geraden definiert ist, die Perihel und Aphel verbindet. Der Mittelpunkt der Sonne liegt auf dieser Geraden, jedoch nicht in der Mitte.

Da die Ellipse mathematisch die exakte Form vorgibt, ist die Berechnung der gesamten Umlaufbahn und darauf basierende Vorhersagen möglich.

Die große Halbachse der elliptischen Umlaufbahn wird gleichzeitig zur maximalen Entfernung, die die Erde in einem Jahr zurücklegt. Dieser Abstand ist für unsere Beobachtungen sehr wichtig, da dieses Liniensegment als Basislinie bei der Beobachtung anderer Himmelskörper verwendet werden muss.

Basislinie zur Messung von Himmelskörpern, Bildquelle: Wiki

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden astronomische Messungen immer präziser und damit auch die Anforderungen an die Benchmarks immer höher. Um eine präzisere Messung der astronomischen Einheit festzulegen, verabschiedete die Internationale Astronomische Union (IAU) im Jahr 1976 offiziell eine neue Definition und verwendete das Symbol A zur Darstellung der Länge der astronomischen Einheit.

Per Definition ist eine astronomische Einheit ein Teilchen mit einer infinitesimalen Masse, das die Sonne mit einer Winkelfrequenz von 0,01720209895 Radianten pro Tag umkreist und dessen Umlaufradius einer astronomischen Einheit entspricht.

Nach dieser Definition hängt der spezifische Wert der astronomischen Einheit von der heliozentrischen Gravitationskonstante ab, die das Produkt aus der Gravitationskonstante und der Masse der Sonne ist. Wenn diese beiden Werte getrennt gemessen werden, sind die Messwerte nicht genau genug, sodass die Genauigkeit dieser Definition nicht sehr hoch sein wird.

Mit der Entwicklung der Weltraummesstechnologie werden die Positionen von Himmelskörpern immer genauer bestimmt, und einige Fehler, die früher vernachlässigbar waren, werden nun ernst genommen. Daher musste die astronomische Einheit neu definiert werden.

Im August 2012 hat die Internationale Astronomische Union die Astronomische Einheit neu definiert. Dieses Mal wurde es nicht mehr in physikalischen Mengen ausgedrückt, sondern direkt als 149597870700 Meter definiert und sein Symbol wurde ebenfalls in AE geändert.

Obwohl die astronomische Einheit neu definiert wurde, nahm ihre Bedeutung ab und sie wurde nur noch verwendet, um bestimmte Anwendungen zu erleichtern.

Schematische Darstellung der astronomischen Einheit, Bildquelle: Wiki

Derzeit wird die AU nur für Maßstabsbeschreibungen innerhalb von Planetensystemen und als Basislinie für die Triangulation verwendet.

Und da die Sonne weiterhin Energie abstrahlt, verliert sie weiterhin Masse, sodass sich die Umlaufbahnen der Planeten weiter nach außen ausdehnen. Beobachtungsdaten zufolge beträgt die Zunahme der Einheitsdistanz der Planetenbahnen etwa 15 Meter pro Jahrhundert. Diese Zahl ist im Vergleich zur Entfernung zwischen Himmelskörpern vernachlässigbar. Dennoch fordern manche immer noch, die astronomische Einheit als Maßeinheit aufzugeben.

In Zukunft werden wir möglicherweise andere Einheiten oder Methoden verwenden, um diese minimale Grunddistanz auszudrücken, aber derzeit werden im Sonnensystem noch häufig astronomische Einheiten verwendet.

ENDE

Rezensionsexperte: Lu Yang Xiaoyi, PhD in Planetenphysik.

Tadpole Musical Notation Originalartikel, bitte geben Sie beim Nachdruck die Quelle an

Herausgeber/Xiao Xitushuo