¿Qué es una Unidad Astronómica?

Cuando se trata de lidiar con el cosmos, a los humanos nos gusta concebir las cosas en términos familiares. Al examinar exoplanetas, los clasificamos en función de sus similitudes con los planetas de nuestro propio Sistema Solar, es decir, terrestres, gigantes gaseosos, del tamaño de la Tierra, del tamaño de Júpiter, del tamaño de Neptuno, etc. Y al medir distancias astronómicas, hacemos lo mismo.

Por ejemplo, uno de los medios más utilizados para medir distancias a través del espacio se conoce como Unidad Astronómica (UA). Basándose en la distancia entre la Tierra y el Sol, esta unidad permite a los astrónomos caracterizar las vastas distancias entre los planetas solares y el Sol, y entre los planetas extrasolares y sus estrellas.

Definición:

De acuerdo con la convención astronómica actual, una sola Unidad astronómica equivale a 149.597.870, 7 kilómetros (o 92.955.807 millas). Sin embargo, esta es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, ya que esa distancia está sujeta a variaciones durante el período orbital de la Tierra. En otras palabras, la distancia entre la Tierra y el Sol varía en el transcurso de un solo año.

la órbita de la Tierra alrededor del Sol, mostrando su distancia media (o 1 UA). Crédito: Huritisho/Wikipedia Commons

Durante el transcurso de un año, la Tierra va desde una distancia de 147.095.000 km (91.401.000 millas) desde el Sol en el perihelio (su punto más cercano) a 152.100.000 km (94.500.000 millas) en afelio (su punto más lejano) – o desde una distancia de 0,983 AUs a 1,016 AUs.

Historia del Desarrollo:

El primer ejemplo registrado de astrónomos que estiman la distancia entre la Tierra y el Sol se remonta a la Antigüedad Clásica. En el trabajo del siglo III a. C., Sobre los Tamaños y Distancias del Sol y la Luna, que se atribuye al matemático griego Aristarco de Samos, la distancia se estimó entre 18 y 20 veces la distancia entre la Tierra y la Luna.

Sin embargo, su contemporáneo Arquímedes, en su obra del siglo III a.C. Sandreckoner, también afirmó que Aristarco de Samos situaba la distancia de 10.000 veces el radio de la Tierra. Dependiendo de los valores de cada conjunto de estimaciones, Aristarco estaba apagado por un factor de aproximadamente 2 (en el caso del radio de la Tierra) a 20 (la distancia entre la Tierra y la Luna).

El texto matemático chino más antiguo, el tratado del siglo I a. C. conocido como Zhoubi Suanjing, también contiene una estimación de la distancia entre la Tierra y el Sol. De acuerdo con el tratado anónimo, la distancia podría calcularse mediante la realización de mediciones geométricas de la longitud de las sombras del mediodía creadas por objetos espaciados a distancias específicas. Sin embargo, los cálculos se basaron en la idea de que la Tierra era plana.

Ilustración de la concepción geocéntrica ptolemaica del Universo, por Bartolomeu Velho (?-1568), de su obra Cosmographia, made in France, 1568. Crédito: Bibilotèque nationale de France, Paris

El famoso matemático y astrónomo Ptolomeo del siglo II se basó en cálculos trigonométricos para llegar a una estimación de distancia que era equivalente a 1210 veces el radio de la Tierra. Usando registros de eclipses lunares, estimó el diámetro aparente de la Luna, así como el diámetro aparente del cono de sombra de la Tierra atravesado por la Luna durante un eclipse lunar.

Usando el paralaje de la Luna, también calculó los tamaños aparentes del Sol y la Luna y concluyó que el diámetro del Sol era igual al diámetro de la Luna cuando esta última estaba a su mayor distancia de la Tierra. A partir de esto, Ptolomeo llegó a una relación de distancia solar a lunar de aproximadamente 19 a 1, la misma cifra derivada por Aristarco.

Durante los siguientes mil años, las estimaciones de Ptolomeo de la distancia entre la Tierra y el Sol (al igual que la mayoría de sus enseñanzas astronómicas) seguirían siendo un canon entre los astrónomos medievales europeos e islámicos. No fue hasta el siglo XVII que los astrónomos comenzaron a reconsiderar y revisar sus cálculos.

Esto fue posible gracias a la invención del telescopio, así como a las Tres Leyes del Movimiento Planetario de Kepler, que ayudaron a los astrónomos a calcular las distancias relativas entre los planetas y el Sol con mayor precisión. Al medir la distancia entre la Tierra y los otros planetas solares, los astrónomos pudieron realizar mediciones de paralaje para obtener valores más precisos.

Con la técnica de paralaje, los astrónomos observan objetos en extremos opuestos de la órbita de la Tierra alrededor del Sol para medir con precisión su distancia. Crédito: Alexandra Angelich, NRAO / AUI / NSF.

En el siglo XIX, las determinaciones de aproximadamente la velocidad de la luz y la constante de la aberración de la luz dieron como resultado la primera medición directa de la distancia Tierra-Sol en kilómetros. En 1903, el término «unidad astronómica» llegó a ser utilizado por primera vez. Y a lo largo del siglo XX, las mediciones se volvieron cada vez más precisas y sofisticadas, gracias en parte a observaciones precisas de los efectos de la Teoría de la Relatividad de Einstein.

Uso moderno:

En la década de 1960, el desarrollo de mediciones directas por radar, telemetría y la exploración del Sistema Solar con sondas espaciales llevaron a mediciones precisas de las posiciones de los planetas interiores y otros objetos. En 1976, la Unión Astronómica Internacional (UAI) adoptó una nueva definición durante su 16a Asamblea General. Como parte de su Sistema de Constantes Astronómicas, la nueva definición declaró:

«La unidad astronómica de longitud es aquella longitud (A) para la cual la constante gravitacional gaussiana (k) toma el valor 0.01720209895 cuando las unidades de medida son las unidades astronómicas de longitud, masa y tiempo. Las dimensiones de k2 son las de la constante de gravitación (G), es decir, L3M-1T–2. El término «unidad de distancia» también se utiliza para la longitud A.»

En respuesta al desarrollo de mediciones hiper-precisas, el Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) decidió modificar el Sistema Internacional de Unidades (SI) en 1983. De acuerdo con esto, redefinieron el medidor a medir en términos de la velocidad de la luz en el vacío.

Infografía comparando la órbita del planeta alrededor de Proxima Centauri (Proxima b) con la misma región del Sistema Solar. Crédito: ESO

Sin embargo, para el año 2012, la UAI determinó que la ecualización de la relatividad hacía que la medición de AUs fuera demasiado compleja, y redefinió la unidad astronómica en términos de metros. De acuerdo con esto, una sola UA es igual a 149597870,7 km exactamente (92,955807 millones de millas), 499 segundos luz, 4,8481368×10-6 de un parsec, o 15,812507×10-6 de un año luz.

Hoy en día, la UA se utiliza comúnmente para medir distancias y crear modelos numéricos para el Sistema Solar. También se utiliza para medir sistemas extrasolares, calcular la extensión de las nubes protoplanetarias o la distancia entre los planetas extrasolares y su estrella madre. Cuando se miden distancias interestelares, los AU son demasiado pequeños para ofrecer mediciones convenientes. Como tal, se confía en otras unidades, como el parsec y el año luz.

El Universo es un lugar enorme, y medir incluso nuestro pequeño rincón produce algunos resultados asombrosos. Pero como siempre, preferimos expresarlos de maneras que sean tan fáciles de relacionar y familiares.

Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre distancias en el Sistema Solar aquí en Universe Today. ¿A qué distancia están los Planetas del Sol?, ¿A qué distancia está Mercurio del Sol?, ¿A qué distancia está Venus del Sol?, ¿A qué distancia está la Tierra del Sol?, ¿A qué distancia está Marte del Sol?, ¿A qué distancia está Júpiter del Sol?, ¿A qué distancia está Saturno del Sol?, ¿A qué distancia está Urano del Sol?, ¿A qué distancia está Neptuno del Sol?, ¿A qué distancia está Plutón del Sol?

Si desea obtener más información sobre la órbita de la Tierra, consulte la página de Exploración del Sistema Solar de la NASA.

También hemos grabado un episodio de Astronomy Cast dedicado a la medición de distancias en astronomía. Escucha aquí, Episodio 10: Midiendo la distancia en el Universo.

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