Как измерили расстояние до Солнца



    Сегодня, когда астрономию вернули в школьную программу, любой старшеклассник (ну, в теории, любой) должен знать: расстояние от нашей планеты до Солнца составляет примерно 149,5 млн километров. Это расстояние еще принято называть астрономической единицей.
    Но, понятно, что этот ответ как-то надо было получить и астрономам потребовалось на это несколько шагов, растянувшихся не одно тысячелетие. Ниже — о каждом шаге подробнее.

    Шаг первый – безбожник Аристарх и Луна

    Аристарх Самосский жил в III веке до нашей эры и был по-настоящему выдающимся астрономом. Задолго до Коперника он построил гелиоцентрическую модель устройства мира. Довольно точно определил продолжительность года в 365 + (1/4) + (1/1623) дней. Усовершенствовал солнечные часы. А еще он предпринял попытку измерить расстояние от Земли до Солнца и Луны. Этому Аристарх посвятил целый трактат (кстати, единственная письменная работа этого автора, дошедшая до нас).

    С Луной у него получилось довольно близко к правильному ответу: 486400 км (по расчетам Аристарха), 380000 км (среднее расстояние по современным данным). Спустя сто лет другой античный астроном Гиппарх, кстати, уточнил эти цифры. А вот с Солнцем у Аристарха получилась нехилая промашка.

    Но сначала о том, как вообще древнегреческий астроном измерял это расстояние. Известно, что иногда Солнце и Луну можно наблюдать одновременно. Причем, бывают моменты, когда Солнце освещает ровно половину Луны. Тогда угол «Земля-Луна-Солнце» — прямой, и измеряя угол «Луна-Земля-Солнце» можно с помощью тригонометрических соотношений, зная расстояние Земля-Луна, найти расстояние Земля-Солнце.



    Но «гладко было на бумаге». Во-первых, Аристарху надо было поймать момент, когда освещена ровно половина Луны, а сделать это без телескопа было практически невозможно. А во-вторых, опять же без серьезной измерительной аппаратуры, точно измерить все параметры. Не удивительно, что грек ошибся, причем, очень сильно: угол α у него получился целых три градуса (в реальности он равен 10 минутам), а расстояние до Солнца всего 7,5 млн километров. Опираясь на это расстояние, Аристарх пришел к выводу, что Солнце намного больше Земли. Это и стало главным аргументом его гелиоцентризма (в центре мироздания должен быть самый большой объект).

    Впрочем, ошибка в определении расстояния большой роли в науке не сыграла, вычисления Аристарха вообще не получили широкой известности (даже среди образованной части населения античных городов). Причина была скорее политической, все дело в его гелиоцентрической модели мироздания. Она противоречила геоцентрической модели, которой придерживался тогдашний научный консенсус. И есть упоминания, что его даже пытались привлечь к суду как безбожника. Спустя некоторое время сначала Гиппарх подверг критике его взгляды, а позже Птолемей (чья геоцентрическая модель успешно дожила до Коперника) и вовсе проигнорировал результаты Аристарха, способствуя их забвению на долгое время.

    Шаг второй — смотрим на Венеру (Кеплер и Хоррокс)

    Человечеству потребовалось почти две тысячи лет, чтобы сделать этот следующий шаг к ответу, но будем справедливы, это было нелегкое время и хватало других проблем.

    И для начала, надо было выбрать другой объект, на который опираться в своих вычислениях. В 1626 году известный немецкий астроном и математик Иоганн Кеплер предложил в качестве кандидата Венеру. К тому времени астрономы уже знали про одно довольно редкое астрономическое явление – прохождение Венеры по диску Солнца, причем, оно случается дважды с разницей в несколько лет, а потом следует значительный перерыв. Предложенный Кеплером метод заключался в следующем: надо измерить время прохождения Венеры по диску Солнца из разных точек Земли. И сравнивая эти времена можно найти расстояние от Земли до Венеры и до Солнца.



    Впрочем, это только звучит просто. Как минимум, надо было дождаться этого явления. Это удалось британскому астроному Джереми Хороксу, который переписывался с Кеплером и знал про его метод. Сначала британец уточнил частоту этого явления: «дубль» случается с разницей в восемь лет каждые полтора столетия. И ближайшее должно было состояться в 1639 году. Хоррокс подготовился к этому событию, он наблюдал за небом из своего дома в Мач Хул, близ Престона, а его друг делал то же самое из Солфорда, близ Манчестера. Сначала, казалось, что удача от них отвернулась, поскольку в этот день была сильная облачность, но за полчаса до захода Солнца облака разошлись и пара астрономов сумела-таки осуществить свой план. На основании наблюдений, Хоррокс рассчитал, что нашу планету от Солнца отделяет 95,6 млн км. Это было уже гораздо ближе к истине, но все равно неверно.

    Шаг третий – смотрим на Марс (Кассини)

    До следующего венерианского «дубля» надо было ждать полтора века и пока шло время астрономы тратили его на поиск других способов вычислить искомое расстояние. И это удалось французскому астроному итальянского происхождения Джованни Доменико Кассини. Он вообще отметился в астрономии как талантливый наблюдатель (например, это он первым увидел Большое Красное пятно на Юпитере). К тому времени астрономы уже оценили возможности, которые дает одновременное наблюдение за одним и тем же объектом из отдаленных друг от друга мест. В 1672 году Кассини на пару с другим французским астрономом Жаном Рише осуществили такой проект: первый остался в Париже, а второй отправился в Южную Африку, где у Франции были свои колонии. Они одновременно наблюдали Марс и, вычислив параллакс, определили его расстояние от Земли. Параллакс, если кто не знает, это смещение или разница в видимом положении объекта, рассматриваемого на двух разных линиях зрения. Ну а вычислять расстояние до объекта по параллаксу умели уже давно.



    И поскольку относительные отношения различных расстояний между Солнцем и планетами уже были известны из геометрии, рассчитав по параллаксу расстояние до Марса, Кассини смог сделать то же самое и для Солнца. Его результат — 146 млн км – был уже очень близок к современным оценкам. Что интересно, в то время, когда Кассини проводил эти расчеты, он был приверженцем геоцентрической системы, то есть, расстояния он получал близкие к верным, но карту Солнечной системы строил по старинке, с Землей в центре. Позже он признал правоту Коперника, но в ограниченной степени.

    Шаг четвертый – снова Венера и астрономы всего мира

    Тем временем близился очередной венерианский «дубль» (в 1761 и 1769 годах) и астрономы были намерены выжать из этого события максимум. Чтобы не зависеть от погодных условий и собрать данные с разных точек на Земле, был организован большой международный проект (его считают чуть ли не первым в истории) под эгидой Французской академии наук. Заблаговременно были подготовлены и отправлены научные экспедиции к местам наблюдений. Не все закончилось гладко – экспедиция, отправленная в Новую Гвинею, без вести пропала в джунглях.

    Но в целом проект удался.

    Кстати, активно в нем участвовала и Россия. В нашей стране им руководил человек необычайных талантов и энергии – Михайло Ломоносов (это он, кстати, обнаружил атмосферу на Венере).

    Ломоносову удалось получить аудиенцию у императрицы Екатерины II и убедить ее в важности этой работы как для науки, так и для государственного престижа. Получив поддержку казны, Ломоносов смог развернуть на территории Российской империи 40 наблюдательных пунктов. На один из них, вблизи Петербурга, приезжала сама Екатерина и с интересом смотрела в телескоп.
    Вот в итоге этой большой работы астрономов по всему миру и было получено то число, которое сегодня включено в учебники. Но нет предела совершенству, и еще через сто пятьдесят лет, 8 декабря 1874 года и 6 декабря 1882 года, очередные прохождения Венеры по диску Солнца вновь наблюдали научные экспедиции по всему миру, уточняя полученные данные. А потом еще раз в 2004 и 2012 году. Впрочем, в ходе этих наблюдений получали и другие полезные данные, но это уже другая тема.
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 33

      +2
      О каждом шаге подробнее, а как определяли расстояние до Луны в статье ничего нет.
        +3
        Завтра размещу вторую часть, там как раз про Луну)
          0

          Спасибо, с интересом почитаем. Тоже не хватило этого в статье :)

        +2
        Сколько же аналогов Кассини сейчас развелось. Просто жуть.
          +11
          Можно добавить, что Джеймс Кук открыл Австралию в экспедиции, основной целью которой было пронаблюдать прохождение Венеры по солнечному диску в 1769 году.
            0
            Ну нет, давайте точнее. Кук не открыл прям Австралию, там спорят кто раньше и обе версии сильно раньше Кука. Он пролив Кука открыл и восточное побережье исследовал.
            И сомнительно, что основной целью. Расстояние до Луны — это была публичная цель для отвода глаз. Только на неё денег бы не дали. Реальная цель — поиск Терра Инкогнита — была секретной.
            0

            Метод по орбите Венеры. Если приглядеться на движение Венеры относительно Солнца, то можно заметить, что она сначала отдаляется до определённого предела, и только потом опять начинает двигаться к Солнцу

              0

              Поражаюсь, как ещё в те времена считали расстояния до звёзд, составляли карту небесных тел и так далее. А сейчас со всеми
              технологиями и Луну не начали осваивать.

                +7

                Какой-то странный кирпич — не начали осваивать потому что составление карты небесных тел отличается от хотя бы того же ракетостроения по сложности в миллионы раз и технологии всего лишь последние лет 40 помогают сокращать эту разницу до той степени что мы можем хотя бы спутники нормально выводить относительно стабильно. Осваивание луны закономерно требует кратно больших затрат ресурсов, как людских и финансовых, так и технологически сложных.

                  –3

                  Однако это не мешает Маску разрабатывать колонизацию Марса

                0
                а как Кассини, все-таки, измерил параллакс Марса? Вот в подробностях… Как вычислить угол между двумя точками наблюдения Марса?
                  +1
                  Если я правильно понимаю, угол вычисляется между Марсом и какой-нибудь звездой, которая берётся за условную бесконечность (т.е. все векторы, направленные на неё с Земли, условно параллельны). А потом строится треугольник с этим углом у вершины и основанием, длина которого заранее известна (расстояние между точками наблюдения).
                  0
                  Сразу скажу, что мои познания в астрономии =0. И у меня дилетантский вопрос: почему в wiki, да и на многих, других ресурсах написано, что орбита Земли вокруг Солнца около 149,6 миллионов километров?
                    +1

                    'около' — потому что у орбиты эксцентриситет, она не груговая

                      0
                      Тогда как расстояние от Солнца до Земли может быть таким же, как и длина орбиты?
                      Какой бы по форме ни была орбита, но она ни как не может быть равной расстоянию от Земли до Солнца
                        0

                        "Орбита Земли вокруг Солнца" — я читаю как расстояние от Земли до Солнца, а не "длина орбиты Земли".
                        Имеенно расстояние тема этой статьи, и оно составляет в афелии (июль) — 152 млн км, а в перигелии — 147 млн км.

                          0
                          Хорошо, переформулирую вопрос:
                          Какая длинна орбиты Земли, вокруг Солнца?
                            0

                            У меня в мозгу автоисправление включено)

                              0

                              Около 940 млн км.

                      +2
                      На основании наблюдений, Хоррокс рассчитал, что нашу планету от Солнца отделяет 95,6 млн км. Это было уже гораздо ближе к истине, но все равно неверно.

                      Было бы неплохо (как в случае с Аристархом С.) упомянуть причину такой большой ошибки.
                        0

                        Определение параллакса, данное в тексте, конечно, изумительное

                          0

                          Если бы не просветили, так бы и думал, что линейкой замерили)

                            +1
                            В 2012 году с одногруппником, являющимся астрономом-любителем ездили смотреть прохождение Венеры по диску Солнца, ночью на берегу Ладожского озера (около СПб). Здорово, своими глазами в телескоп увидел подобное редкое событие :)
                              0

                              Что-то я не могу понять, как можно смотреть прохождение Венеры по диску Солнца ночью, если оно под горизонтом?

                                +8
                                Это же Питер и лето, белые ночи. Поехали туда в ночь, само прохождение было в районе 3-5 часов ночи/утра.

                                Надеюсь, что фото нормально вложится, на всякий случай ссылку отдельно вставлю. EXIF в фото должен присутствовать, ну и координаты тоже. Фото плохое, но телескоп не был предназначен для подключения фотоаппаратуры, особенно айфона 4 :)
                                habrastorage.org/webt/na/0f/mc/na0fmcgtt4-csqsyvxkldueuh6k.jpeg
                              0

                              Вспомнился метод фотографирования Солнца со вспышкой ("вспышка — свет летит до Солнца 8 минут — отражается — летит обратно ещё 8 минут — срабатывает затвор фотоаппарата") и по думалось, что, зная скорость света, так можно вычислить расстояние по измеренному времени =)

                                0
                                Увы! Солнце — абсолютно черное тело. Придется ограничиться измерением расстояния планет.
                                +1

                                Все таки осталось не ясно, как по прохождению Венеры можно определить расстояние.

                                0
                                «Он вообще отметился в астрономии как талантливый наблюдатель (например, это он первым увидел Большое Красное пятно на Юпитере).»
                                Трудно сказать точно, кто тут был первым. В записках Лондонского Королевского общества указывается, что Роберт Гук наблюдал пятно «в крупнейшем из трех видимых поясов Юпитера» 9 мая 1664 года, а про Кассини пишут, что он это сделал в 1665 году.
                                  0

                                  "надо было поймать момент, когда освещена ровно половина Луны, а сделать это без телескопа было практически невозможно"
                                  Странно. А в нашем мире луну отлично видно и без телескопа. И терминатор хорошо видно даже днем.
                                  Да и зачем точно ловить этот момент, если можно провести измерения чуть-чуть раньше, чуть-чуть позже и просто усреднить значение. Прям такая уж большая погрешность будет?

                                    0
                                    а второй отправился в Южную Африку

                                    в Южную Америку?
                                      0
                                      Аристарх, если не ошибаюсь, и радиус Земли измерял с хорошей точностью.

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое