Jak daleko je Slunce? Vypadá to, že by člověk nemohl položit přímější otázku. Přesto tento velmi vyšetřovaný astronomové s více než dvěma tisíci lety.
Jistě je to otázka téměř bezkonkurenčního významu, zastíněná v historii snad jen hledáním velikosti a hmotnosti Země. Známý dnes jako astronomická jednotka, vzdálenost slouží jako naše referenční hodnota ve sluneční soustavě a základní čáře pro měření všech vzdáleností ve vesmíru.
Myslitelé ve starověkém Řecku byli mezi prvními, kteří se pokusili vytvořit komplexní model vesmíru. Bez pozorování pouhým okem bylo možné vyřešit několik věcí. Měsíc se na obloze vynořil velký, takže byl pravděpodobně docela blízko. Zatmění Slunce odhalilo, že Měsíc a Slunce byly téměř přesně stejné úhlové velikosti, ale Slunce bylo tak jasnější, že bylo možná větší, ale dál (tato shoda ohledně zdánlivé velikosti Slunce a Měsíce byla v nepopsatelném významu v postupující astronomie). Zbytek planet vypadal ne větší než hvězdy, ale zdálo se, že se pohybují rychleji; byli pravděpodobně v nějaké střední vzdálenosti. Mohli bychom však udělat něco lepšího než tyto vágní popisy? S vynálezem geometrie se odpověď stala výrazným ano.
První vzdálenost, která byla měřena s jakoukoli přesností, byla vzdálenost Měsíce. V polovině 2. století před naším letopočtem propagoval řecký astronom Hipparchus použití metody známé jako paralaxa. Myšlenka na paralaxu je jednoduchá: když jsou objekty pozorovány ze dvou různých úhlů, zdá se, že bližší objekty se posouvají více než ty další. Můžete to snadno dokázat tím, že podržíte prst v délce paže a zavřete jedno oko a potom druhé. Všimněte si, jak se váš prst pohybuje více než věci na pozadí? To je paralaxa! Tím, že Hipparchus pozoroval Měsíc ze dvou známých vzdáleností od sebe, použil malou geometrii k výpočtu své vzdálenosti s přesností na 7% dnešní moderní hodnoty - není to špatné!
Se známou vzdáleností od Měsíce byla scéna připravena pro dalšího řeckého astronoma Aristarchuse, aby udělal první bod při určování vzdálenosti Země od Slunce. Aristarchus si uvědomil, že když byl Měsíc přesně osvětlen, vytvořil pravý trojúhelník se Zemí a Sluncem. Nyní, když znal vzdálenost mezi Zemí a Měsícem, potřeboval jen úhel mezi Měsícem a Sluncem v tomto okamžiku, aby se vypočítala vzdálenost samotného Slunce. Brilantní argumentace byla oslabena nedostatečnými pozorováními. Aristarchus odhadl, že tento úhel je 87 stupňů, aniž by měl jen oči, a ne strašně daleko od skutečné hodnoty 89,83 stupňů. Ale když jsou příslušné vzdálenosti obrovské, lze malé chyby rychle zvětšit. Jeho výsledek byl pryč faktorem více než tisíc.
V příštích dvou tisících letech by lepší pozorování aplikovaná na Aristarchusovu metodu přinesla 3 až 4násobek skutečné hodnoty. Jak bychom to mohli dále vylepšit? Stále existovala pouze jedna metoda přímého měření vzdálenosti, a to paralaxa. Ale najít paralaxu Slunce bylo mnohem náročnější než Měsíc. Koneckonců, Slunce je v podstatě beztvaré a jeho neuvěřitelná jasnost vylučuje jakýkoli pohled na hvězdy, které se skrývají. Co bychom mohli udělat?
Do osmnáctého století však naše chápání světa značně pokročilo. Fyzikální pole bylo nyní v plenkách a poskytovalo kritické vodítko. Johannes Kepler a Isaac Newton ukázali, že všechny vzdálenosti mezi planetami souvisely; najděte si je a všechny byste je znali. Bylo by však snazší najít někoho jiného než Země? Ukázalo se, že odpověď zní ano. Někdy. Máte-li štěstí.
Klíčem je tranzit Venuše. Během průchodu planeta kříží před Sluncem, jak je vidět ze Země. Z různých míst se objeví Venuše, která přechází přes větší nebo menší části Slunce. Načasováním toho, jak dlouho tyto přechody trvají, si James Gregory a Edmond Halley uvědomili, že vzdálenost k Venuši (a odtud ke Slunci) by mohla být určena (zajímá to drzá špička toho, jak se to dělá? NASA má zde pěkné vysvětlení k dispozici). . Teď je čas, kdy bych obvykle říkal něco jako: Vypadá to docela jednoduše, že? Je tu jen jeden úlovek… Ale možná to nikdy nebylo více nepravdivé. Šance byly tak naskládány proti úspěchu, že je to opravdu svědectvím o důležitosti tohoto měření, že se ho někdo dokonce pokusil.
Za prvé, tranzity Venuše jsou velmi vzácné. Jako kdysi v životě vzácné (i když přicházejí ve dvojicích). Než si Halley uvědomil, že tato metoda bude fungovat, věděl, že je příliš starý na to, aby to sám dokončil. Takže v naději, že by budoucí generace tuto úlohu převzala, napsal konkrétní pokyny, jak musí být pozorování provedena. Aby konečný výsledek měl požadovanou přesnost, je třeba měřit časování tranzitu až na druhý. Aby byla velká vzdálenost ve vzdálenosti, musela by být pozorovací místa umístěna na daleký dosah Země. A aby bylo zajištěno, že zamračené počasí nezničilo šanci na úspěch, bude třeba pozorovatelů na místech po celém světě. Mluvte o velkém podniku v době, kdy by transkontinentální cestování mohlo trvat roky.
Přes tyto výzvy astronomové ve Francii a Anglii rozhodli, že během tranzitu 1761 budou shromažďovat nezbytná data. V té době však byla situace ještě horší: Anglii a Francii začalo válet sedm let. Cestování po moři bylo téměř nemožné. Nicméně úsilí přetrvávalo. Ačkoli ne všichni pozorovatelé byli úspěšní (někteří blokovali mraky, jiné válečné lodě), v kombinaci s údaji shromážděnými během jiného tranzitu o osm let později byl podnik úspěšný. Francouzský astronom Jerome Lalande shromáždil všechna data a vypočítal první přesnou vzdálenost od Slunce: 153 milionů kilometrů, což je dobré s přesností na tři procenta skutečné hodnoty!
Krátce stranou: číslo, o kterém zde mluvíme, se nazývá Země polořadovka hlavní osy, což znamená, že se jedná o průměrnou vzdálenost mezi Zemí a Sluncem. Protože orbita Země není dokonale kulatá, dostáváme se v průběhu roku o 3% blíže a dále. Také, jako mnoho čísel v moderní vědě, formální definice astronomické jednotky byla trochu pozměněna. Od roku 2012 je 1 AU = 149 597 870 700 metrů přesně, bez ohledu na to, zda najdeme poloprostorovou osu Země v budoucnosti.
Od průlomových pozorování učiněných během tranzitu Venuše jsme ohromně vylepšili naši znalost vzdálenosti Země-Slunce. Použili jsme to také k odemknutí porozumění rozlehlosti vesmíru. Jakmile jsme věděli, jak velká je orbita Země, mohli bychom použít paralaxu k měření vzdálenosti k jiným hvězdám pomocí pozorování rozložených o šest měsíců (když Země cestovala na druhou stranu Slunce, vzdálenost 2 AU!) . To odhalilo vesmír, který se nekonečně táhl a nakonec by vedl k objevu, že náš vesmír je miliardy let starý. Není to špatné pro kladení přímých otázek!
