Wie weit ist die Sonne? Es scheint, als könnte man kaum eine einfachere Frage stellen. Doch genau diese Untersuchung hat die Astronomen mehr als zweitausend Jahre lang beschäftigt.
Sicherlich ist es eine Frage von nahezu unübertroffener Bedeutung, die in der Geschichte vielleicht nur von der Suche nach der Größe und Masse der Erde überschattet wird. Heute bekannt als die astronomische EinheitDie Entfernung dient als Referenz innerhalb des Sonnensystems und als Basis für die Messung aller Entfernungen im Universum.
Denker im antiken Griechenland gehörten zu den ersten, die versuchten, ein umfassendes Modell des Kosmos zu konstruieren. Mit nichts als Beobachtungen mit bloßem Auge konnten einige Dinge herausgearbeitet werden. Der Mond tauchte groß am Himmel auf, also war er wahrscheinlich ziemlich nah. Sonnenfinsternisse zeigten, dass Mond und Sonne fast genau die gleiche Winkelgröße hatten, aber die Sonne war so viel heller, dass sie vielleicht größer, aber weiter entfernt war (dieser Zufall in Bezug auf die scheinbare Größe von Sonne und Mond war in fast unbeschreiblicher Bedeutung fortschreitende Astronomie). Der Rest der Planeten schien nicht größer als die Sterne zu sein, schien sich jedoch schneller zu bewegen; Sie befanden sich wahrscheinlich in mittlerer Entfernung. Aber könnten wir es besser machen als diese vagen Beschreibungen? Mit der Erfindung der Geometrie wurde die Antwort zu einem klaren Ja.
Die erste Entfernung, die mit irgendeiner Genauigkeit gemessen wurde, war die des Mondes. In der Mitte des 2. Jahrhunderts v. Chr. War der griechische Astronom Hipparchus Pionier bei der Anwendung einer Methode namens Parallaxe. Die Idee der Parallaxe ist einfach: Wenn Objekte aus zwei verschiedenen Winkeln betrachtet werden, scheinen sich engere Objekte stärker zu verschieben als weiter entfernte. Sie können dies leicht selbst demonstrieren, indem Sie einen Finger auf Armlänge halten und ein Auge und dann das andere schließen. Beachten Sie, wie sich Ihr Finger mehr bewegt als Dinge im Hintergrund? Das ist Parallaxe! Hipparchus beobachtete den Mond aus zwei Städten in einem bekannten Abstand voneinander und berechnete seine Entfernung mithilfe einer kleinen Geometrie auf 7% des heutigen modernen Wertes - nicht schlecht!
Mit der bekannten Entfernung zum Mond wurde die Bühne für einen anderen griechischen Astronomen, Aristarchus, bereitet, um den ersten Versuch zu unternehmen, die Entfernung der Erde von der Sonne zu bestimmen. Aristarchus erkannte, dass der Mond, wenn er genau zur Hälfte beleuchtet war, ein rechtwinkliges Dreieck mit der Erde und der Sonne bildete. Jetzt, da er die Entfernung zwischen Erde und Mond kannte, brauchte er in diesem Moment nur den Winkel zwischen Mond und Sonne, um die Entfernung der Sonne selbst zu berechnen. Es war eine brillante Argumentation, die durch unzureichende Beobachtungen untergraben wurde. Aristarchus schätzte diesen Winkel auf 87 Grad und war damit nicht weit vom wahren Wert von 89,83 Grad entfernt. Bei enormen Entfernungen können kleine Fehler jedoch schnell vergrößert werden. Sein Ergebnis war um einen Faktor von mehr als tausend falsch.
In den nächsten zweitausend Jahren würden bessere Beobachtungen, die auf die Methode von Aristarchus angewendet werden, uns auf das Drei- oder Vierfache des wahren Wertes bringen. Wie können wir dies also weiter verbessern? Es gab immer noch nur eine Methode zur direkten Entfernungsmessung, nämlich die Parallaxe. Die Parallaxe der Sonne zu finden war jedoch weitaus schwieriger als die des Mondes. Schließlich ist die Sonne im Wesentlichen ohne Merkmale und ihre unglaubliche Helligkeit verwischt jede Sicht auf die Sterne, die dahinter lauern. Was können wir machen?
Bis zum achtzehnten Jahrhundert hatte sich unser Verständnis der Welt jedoch erheblich verbessert. Das Gebiet der Physik steckte noch in den Kinderschuhen und lieferte einen kritischen Hinweis. Johannes Kepler und Isaac Newton hatten gezeigt, dass die Entfernungen zwischen den Planeten alle miteinander verbunden waren; finde einen und du würdest sie alle kennen. Aber wäre etwas leichter zu finden als das der Erde? Es stellt sich heraus, dass die Antwort ja ist. Manchmal. Wenn du Glück hast.
Der Schlüssel ist der Transit der Venus. Während eines Transits kreuzt der Planet von der Erde aus gesehen vor der Sonne. Von verschiedenen Orten aus scheint die Venus größere oder kleinere Teile der Sonne zu durchqueren. Als James Gregory und Edmond Halley festlegten, wie lange diese Überfahrten dauern, erkannten sie, dass die Entfernung zur Venus (und damit zur Sonne) bestimmt werden konnte (Sie interessieren sich für das Wesentliche, wie dies gemacht wird? Die NASA hat hier eine ziemlich nette Erklärung verfügbar). . Jetzt ist die Zeit gekommen, in der ich normalerweise Folgendes sage: Scheint ziemlich einfach zu sein, oder? Es gibt nur einen Haken ... Aber vielleicht war das noch nie so unwahr. Die Chancen gegen den Erfolg waren so hoch, dass es wirklich ein Beweis für die Bedeutung dieser Messung ist, dass es sogar jemand versucht hat.
Zunächst einmal sind Transite der Venus äußerst selten. Wie einmal im Leben selten (obwohl sie paarweise kommen). Als Halley erkannte, dass diese Methode funktionieren würde, wusste er, dass er zu alt war, um sie selbst durchführen zu können. In der Hoffnung, dass eine zukünftige Generation die Aufgabe übernehmen würde, schrieb er spezifische Anweisungen, wie die Beobachtungen durchgeführt werden müssen. Damit das Endergebnis die gewünschte Genauigkeit aufweist, musste der Zeitpunkt des Transits auf die Sekunde genau gemessen werden. Um einen großen Abstand zu haben, müssten sich die Beobachtungsstellen am weitesten von der Erde befinden. Und um sicherzustellen, dass bewölktes Wetter die Erfolgschancen nicht ruiniert, wären Beobachter an Orten auf der ganzen Welt erforderlich. Sprechen Sie über ein großes Unternehmen in einer Zeit, in der transkontinentale Reisen Jahre dauern können.
Trotz dieser Herausforderungen beschlossen Astronomen in Frankreich und England, die notwendigen Daten während des Transits von 1761 zu sammeln. Zu diesem Zeitpunkt war die Situation jedoch noch schlimmer: England und Frankreich waren in den Siebenjährigen Krieg verwickelt. Reisen auf dem Seeweg waren fast unmöglich. Trotzdem blieb die Anstrengung bestehen. Obwohl nicht alle Beobachter erfolgreich waren (Wolken blockierten einige, Kriegsschiffe andere), war das Unternehmen in Kombination mit Daten, die acht Jahre später während eines anderen Transits gesammelt wurden, ein Erfolg gewesen. Der französische Astronom Jerome Lalande sammelte alle Daten und berechnete die erste genaue Entfernung zur Sonne: 153 Millionen Kilometer, gut bis auf drei Prozent des wahren Wertes!
Eine kurze Bemerkung: Die Zahl, über die wir hier sprechen, heißt die der Erde Semi-Major-AchseDies bedeutet, dass es sich um die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne handelt. Da die Erdumlaufbahn nicht perfekt rund ist, kommen wir uns im Laufe eines Jahres tatsächlich um etwa 3% näher und weiter. Wie viele Zahlen in der modernen Wissenschaft wurde auch die formale Definition der astronomischen Einheit ein wenig geändert. Ab 2012 betrug 1 AU = 149.597.870.700 Meter genau, unabhängig davon, ob die Halb-Hauptachse der Erde in Zukunft geringfügig anders ist.
Seit den bahnbrechenden Beobachtungen während des Venustransits haben wir unser Wissen über die Entfernung zwischen Erde und Sonne enorm verfeinert. Wir haben es auch verwendet, um ein Verständnis für die Weite des Universums zu gewinnen. Sobald wir wussten, wie groß die Erdumlaufbahn war, konnten wir mithilfe der Parallaxe die Entfernung zu anderen Sternen messen, indem wir Beobachtungen im Abstand von sechs Monaten machten (wenn die Erde auf die andere Seite der Sonne gereist ist, eine Entfernung von 2 AE!). . Dies enthüllte einen Kosmos, der sich endlos ausdehnte und schließlich zur Entdeckung führen würde, dass unser Universum Milliarden Jahre alt ist. Nicht schlecht, um eine einfache Frage zu stellen!
