Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как это влияет на нашу планету, как его измеряли в древние времена и в наше время

Вопрос о том, каково расстояние до Солнца, издревле волновал ученых и астрономов всего мира. По этому вопросу были найдены документы древней Греции и Китая, содержащие различные формы и формулы. Но в то время оборудование и методы измерения были очень примитивными, поэтому получить точные результаты было невозможно. Но человек становился все изобретательнее, и спустя много веков мы наконец-то разгадали эту загадку, о которой пойдет речь в этой статье.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Точное расстояние на сегодняшний день

Расстояние от Земли до Солнца постоянно меняется, изменяясь от 147 093 163 км в январе до 152 100 527 км в июле из-за эллиптической орбиты планеты (данные 2022 года). Это означает, что расстояние до Солнца меняется каждую секунду. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет примерно 149,6 млн км. Это среднее и общепринятое, но не окончательное значение, т.к. Траектория орбиты Земли каждый год немного меняется из-за гравитационного влияния ее естественного спутника Луны.

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

Астрономическая единица

Астрономический прибор был одобрен в 2012 году Международным астрономическим союзом для определения расстояния между небесными телами, находящимися вблизи нашей планеты. Оно представляет собой среднее расстояние от Земли до Солнца и равно 149 597 870,7 км.

Следующие выдающиеся исследователи работали над его выводом с древних времен:

  • Аристарх Самосский;
  • Гиппарх Никейский;
  • Кристиан Гюйгенс;
  • Джованни Кассини;
  • Жан Рише;
  • Капитан Николь.

Если расстояние от Солнца до нашей планеты равно 1 а.е., то для Юпитера этот показатель равен 5,2 а.е., а для Нептуна — 30,1 а.е.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Расстояние от Солнца до планет Солнечной системы в астрономических единицах

В соответствии с международным стандартом она обозначается как «уа», что является аббревиатурой английского «астрономическая единица». Допускаются в литературе и два других вида обозначений — через точку («уа») или в виде прописных букв («уа»).

Приливы и отливы

Несмотря на относительно небольшой размер Луны и ее большое расстояние от Земли, она все же оказывает на нашу планету значительную гравитационную силу. Это влияет на уровень мирового океана, вызывая приливы и отливы в разных районах. Там, где влияние Луны сильнее, бывают приливы, там, где влияние слабее, отливы.

Прилив и отлив — это соответственно периоды, когда уровень воды самый высокий и самый низкий. Разница между отливом и приливом называется высотой прилива.

Наиболее сильные подъемы уровня воды происходят при сизигийском приливе, когда солнце и луна тянут землю в одну сторону. Когда прилив самый низкий, гравитационные силы Солнца и Луны действуют под углом 90 градусов друг к другу. Это называется квадратурным приливом.

Афелий и перигелий

Наша планета вращается вокруг Солнца, но нельзя сказать, что она все время вращается вокруг звезды на одном и том же расстоянии. Периодически, каждые полгода, планета либо находится на минимальном расстоянии от Солнца, в перигелии, либо удаляется от звезды еще на 5 млн км, занимая самое удаленное положение — афелий.

Точка в космическом пространстве, где планета ближе всего подходит к единственной звезде Солнечной системы, называется перигелием. Перигелий Земли равен 147 млн ​​км, и планета достигает его зимой, а именно со 2 по 5 января.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

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

Стоит также отметить, что происходит с Землей, когда она находится в афелии и перигелии. Когда Земля находится на первом месте, она получает на 7% меньше солнечного света. Эта разница сказывается на разнице температур в северном и южном полушариях планеты: в северном полушарии зимы мягче, 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 важнейших наук была геометрия. Благодаря своим широким познаниям в этой области науки древние греки смогли сделать множество астрономических открытий, в том числе измерить расстояние до Солнца, без каких-либо специальных инструментов. Основным методом изучения звездного неба было наблюдение за небом.

Предположения Аристарха Самосского

Вопрос об удаленности света от земли интересовал и древних греков, но до наших дней дошло очень мало работ. Одна из них – запись Аристарха Самосского, жившего в 3 веке до н.э. В нем он показал размеры Земли, Солнца и Луны, а также расстояние между ними.

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

Сначала он производил наблюдения за фазами Луны, ее движениями, а также отслеживал солнечные и лунные затмения. Затем он использовал теорему Пифагора, взяв расстояние между Луной и Землей, а также Луной и Солнцем за основание треугольника, а расстояние от Земли до Солнца за гипотенузу. На основании этих данных Аристарх Самосский не только предположил, но и обосновал, что Луна имеет форму шара. После этого математик определил взаимосвязь между вышеупомянутыми небесными телами и обнаружил, что Солнце находится в 20 раз дальше от планеты, чем Луна.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Современные исследователи проверили записи Аристарха Самосского и пришли к выводу, что он ошибся — на самом деле звезда в десять раз больше, чем в его расчетах. Тем не менее работы древнегреческого ученого внесли большой вклад в изучение Солнечной системы и всех небесных тел, находящихся в ней.

Измерения Гиппарха Никейского

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

  • внедрение тригонометрических методов в изучение звезд;
  • повысить точность измерений за счет использования специальных приборов – секстанта и квадранта;
  • создать каталог звезд;
  • создание системы звездных величин;
  • расчет прецессии равноденствий;
  • теории затмений.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Гиппарх Никейский

Этот древнегреческий ученый также ставил вопрос о расстоянии от солнца до земли. Он исходил из того, что свет длиннее спутника Земли, и предположил, что минимальное расстояние до Луны равно 71 земному радиусу, а максимальное — 83. Затем, используя уже полученные данные и наблюдения за солнечными созвездиями, Гиппарх Никея выдвинула теорию о том, что расстояние до Солнца колеблется 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 ученых вновь заинтересовал вопрос о расстоянии до Солнца. Иоганн Кеплер был первым, кто бросил вызов предположениям древнегреческих астрономов. Он заявил, что они слишком низкие.

Поскольку тогда были доступны телескопы, астрономы могли работать с гораздо более точными данными, чем в древности. Самым первым измерением, близким к современному, было предположение голландского ученого Кристиана Гюйгенса, которое отличается от реальной длины всего на 7%. Со временем измерения становились все более точными.

Метод прямоугольных треугольников Кристиана Гюйгенса

Чтобы определить расстояние до Солнца, Гюйгенсу понадобился прямоугольный треугольник, короткая сторона которого была бы точным расстоянием до любого другого небесного тела. Для этого Гюйгенс выбрал Венеру. Наблюдая фазы Венеры, Гюйгенс построил прямоугольный треугольник, где прямым углом было Солнце — Венера — Земля. Он так же легко нашел угол Солнце-Земля-Венера. Теперь ему оставалось только найти расстояние между двумя планетами, для чего сначала нужно было узнать размер Венеры. На этом этапе расчетов Гюйгенс сделал совершенно ненаучное предположение, что Венера и Земля были почти одного размера, но, несмотря на это, он был прав — две планеты на самом деле очень похожи по размеру. Определив расстояние между этими двумя небесными телами, Гюйгенс приступил к вычислению гипотенузы треугольника, получив ответ в 160 млн км.

Измерения Кассини и Рише

Джованни Кассини и Жан Рише также говорили об астрономической единице измерения. Их озадачил вопрос измерения расстояния в пространстве. Для определения расстояния между нашей планетой и Солнцем ученые решили использовать метрическую систему. Для своего опыта они сначала зафиксировали расстояние от Земли до Марса, используя метод суточного параллакса, а затем до единственной звезды в нашей планетной системе. В 1672 году партнеры представили четкие цифры – 140 миллионов километров.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Джованни Кассини

Это значение считалось наиболее точным до 20 века. Столь большой интервал объясняется отсутствием необходимых приборов и оборудования, способных с наименьшей погрешностью дать четкую информацию о расстоянии между небесными телами.

Метод параллакса

Параллакс – это кажущееся смещение наблюдаемого объекта в зависимости от положения точки наблюдения. Если известно расстояние между этими двумя точками и угол смещения объекта между ними, можно использовать законы геометрии и тригонометрии для определения его расстояния. Впервые этот метод использовали древнегреческие астрономы, а затем и ученые Нового времени. Для этого чаще всего использовали два ориентира, между которыми предварительно измеряли расстояние по прямой. Ученые договорились одновременно измерить относительный угол между объектом и Землей, после чего объединили результаты и рассчитали расстояние до объекта.

Для определения расстояния 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.

Расстояние от Земли до Солнца: почему оно постоянно меняется и как влияет на нашу планету, как его измеряли в древности и в наше время

Благодаря точности этого метода удалось создать такой астрономический инструмент, как телескоп, также были получены новые данные о расстоянии до Марса, Венеры, Солнца и открыт астероид Эрос.

Метод стандартных свечей

Этот метод следует закону передачи света — яркость света обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. Зная частоту электромагнитного излучения объекта, можно узнать его температуру в кельвинах, а значит, и светоотдачу. Этот метод используется современными учеными для определения расстояния до очень далеких звезд и галактик.

Поскольку Солнце является одной из наиболее хорошо изученных звезд, вычислить среднее расстояние до Солнца относительно несложно — оно составит 497 световых секунд, или 149 млн км.

Световая секунда — это 299 792,46 км. Наименьшая единица пространственного измерения. Это расстояние преодолевается лучом света за одну секунду.

Исследования новейшего времени

Поскольку человечество изобрело новые методы расчета расстояний, такие как лазерные дальномеры и радары, расстояние от космических тел теперь можно вычислять с очень высокой точностью. Венера снова использовалась в качестве точки отсчета для измерения. Получив точное расстояние до него, ученые в 1961 году без труда вычислили искомое значение — т.е расстояние до Солнца.

Но исследователи не остановятся на достигнутом. Совсем недавно НАСА запустило в космос солнечный зонд Parker для детального изучения солнечных явлений. Зонд способен выдерживать температуры до 1450 °C, и это позволит ему максимально приблизиться к Солнцу (в итоге между ними будет всего 6 млн км.)

Метод радиолокации

В начале 20 века появились первые радары. Из-за их способности измерять расстояния их стали использовать для изучения космоса. Вопрос о том, каково точное расстояние между небесными телами, продолжал будоражить умы исследователей самых разных областей, и поэтому с 1946 года астрономы стали активно использовать радиолокацию для уточнения астрономической единицы. Нужно было послать длинную сильную радиоволну, так как остальные терялись на фоне электромагнитного поля солнца.

В 1961 году им наконец удалось получить результат, и миру стало известно среднее расстояние до Солнца — 149 599 300 км. Однако в расчетах была ошибка. Это было 2 тысячи км, поэтому на следующий год исследование повторили, и снова ученые получили новые данные, согласно которым расстояние планеты от Солнца составило 149 598 100 км. На этот раз ошибка составила всего 750 км, что по сравнению с предыдущим опытом было более точным результатом.

Определение дистанции лазером

Раньше у лазерных дальномеров была незначительная погрешность 1,5-2 метра на дальности 1000 км. Сегодня они невероятно точны. На том же расстоянии погрешность всего 10 мм. Это позволяет производить высокоточные измерения астрономических объектов.

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

Единицы измерения космических расстояний

  • Астрономическая единица — 150 млн км — расстояние от Земли до Солнца. Используется для измерения расстояний в Солнечной системе.
  • Световой год равен 9,46 трлн км. Расстояние, пройденное светом за один год. Используется для измерения расстояния между звездами.
  • Парсек — 206 тысяч астрономических единиц или 3,26 световых года. Длинный катет прямоугольного треугольника, короткий катет которого равен астрономической единице, а противолежащий угол равен угловой секунде (1/3600 градуса).

Не многие задумываются о том, как далеко наша планета от Солнца. Остается только удивляться, какой пытливый ум у человека, и какими умными, изобретательными и терпеливыми были ученые древности, нашедшие близкие к истине ответы на сложнейшие загадки мироздания.

Вы знали, что все было так сложно, или думали, что все наверняка знали уже в Древней Греции?

Оцените статью
kuzyeti.ru
Добавить комментарий

Adblock
detector