Che cos’è un’unità astronomica?

Quando si tratta di trattare con il cosmo, noi esseri umani piace divano cose in termini familiari. Quando esaminiamo gli esopianeti, li classifichiamo in base alle loro somiglianze con i pianeti nel nostro Sistema solare – cioè terrestre, gigante gassoso, dimensioni della Terra, dimensioni di Giove, dimensioni di Nettuno, ecc. E quando misuriamo le distanze astronomiche, facciamo più o meno lo stesso.

Ad esempio, uno dei mezzi più comunemente usati per misurare le distanze nello spazio è noto come Unità Astronomica (AU). In base alla distanza tra la Terra e il Sole, questa unità consente agli astronomi di caratterizzare le grandi distanze tra i pianeti solari e il Sole e tra i pianeti extra-solari e le loro stelle.

Definizione:

Secondo l’attuale convenzione astronomica, una singola Unità astronomica equivale a 149.597.870, 7 chilometri (o 92.955.807 miglia). Tuttavia, questa è la distanza media tra la Terra e il Sole, in quanto tale distanza è soggetta a variazioni durante il periodo orbitale della Terra. In altre parole, la distanza tra la Terra e il Sole varia nel corso di un solo anno.

Orbita della Terra attorno al Sole, mostrando la sua distanza media (o 1 UA). Credito: Huritisho/Wikipedia Commons

Durante il corso di un anno, la Terra gira dalla distanza di 147,095,000 km (91,401,000 mi) dal Sole al perielio (punto più vicino punto) per 152,100,000 km (94,500,000 mi) in afelio (il suo punto più lontano) – o da una distanza di 0.983 AUs a 1.016 AUs.

Storia dello sviluppo:

Il primo esempio registrato di astronomi che stimano la distanza tra la Terra e il Sole risale all’antichità classica. Nel lavoro 3 ° secolo AC, Sulle dimensioni e le distanze del Sole e della Luna – che è attribuito al matematico greco Aristarco di Samo – la distanza è stata stimata tra 18 e 20 volte la distanza tra la Terra e la Luna.

Tuttavia, il suo contemporaneo Archimede, nel suo 3 ° secolo AC lavoro Sandreckoner, ha anche affermato che Aristarco di Samo posto la distanza di 10.000 volte il raggio della Terra. A seconda dei valori per entrambe le serie di stime, Aristarco era spento da un fattore di circa 2 (nel caso del raggio della Terra) a 20 (la distanza tra la Terra e la Luna).

Il più antico testo matematico cinese – il trattato del 1 ° secolo AC noto come Zhoubi Suanjing – contiene anche una stima della distanza tra la Terra e il Sole. Secondo il trattato anonimo, la distanza potrebbe essere calcolata conducendo misurazioni geometriche della lunghezza delle ombre di mezzogiorno create da oggetti distanziati a distanze specifiche. Tuttavia, i calcoli erano basati sull’idea che la Terra fosse piatta.

Illustrazione della concezione geocentrica tolemaica dell’Universo, di Bartolomeu Velho (?-1568), dalla sua opera Cosmographia, realizzata in Francia, 1568. Credito: Bibilotèque nationale de France, Paris

Il famoso matematico e astronomo del II secolo d.C. Tolomeo si basò su calcoli trigonometrici per ottenere una stima della distanza equivalente a 1210 volte il raggio della Terra. Usando le registrazioni delle eclissi lunari, stimò il diametro apparente della Luna, così come il diametro apparente del cono d’ombra della Terra attraversato dalla Luna durante un’eclissi lunare.

Usando la parallasse della Luna, calcolò anche le dimensioni apparenti del Sole e della Luna e concluse che il diametro del Sole era uguale al diametro della Luna quando quest’ultima era alla sua massima distanza dalla Terra. Da questo, Tolomeo arrivò ad un rapporto tra distanza solare e lunare di circa 19 a 1, la stessa cifra derivata da Aristarco.

Per i prossimi mille anni, le stime di Tolomeo della distanza Terra-Sole (proprio come la maggior parte dei suoi insegnamenti astronomici) sarebbero rimaste canon tra gli astronomi europei e islamici medievali. Non fu fino al 17 ° secolo che gli astronomi iniziarono a riconsiderare e rivedere i suoi calcoli.

Ciò è stato reso possibile grazie all’invenzione del telescopio, così come le Tre Leggi del moto planetario di Keplero, che hanno aiutato gli astronomi a calcolare le distanze relative tra i pianeti e il Sole con maggiore precisione. Misurando la distanza tra la Terra e gli altri pianeti solari, gli astronomi sono stati in grado di condurre misurazioni della parallasse per ottenere valori più accurati.

Con la tecnica della parallasse, gli astronomi osservano un oggetto alle estremità opposte dell’orbita terrestre attorno al Sole per misurare con precisione la sua distanza. Credito: Alexandra Angelich, NRAO / AUI / NSF.

Nel xix secolo, le determinazioni della velocità della luce e della costante dell’aberrazione della luce portarono alla prima misurazione diretta della distanza Terra-Sole in chilometri. Nel 1903, il termine “unità astronomica” venne usato per la prima volta. E per tutto il 20 ° secolo, le misurazioni sono diventate sempre più precise e sofisticate, grazie in parte a osservazioni accurate degli effetti della Teoria della Relatività di Einstein.

Uso moderno:

Dal 1960, lo sviluppo di misurazioni radar dirette, telemetria, e l’esplorazione del sistema solare con sonde spaziali ha portato a misurazioni precise delle posizioni dei pianeti interni e altri oggetti. Nel 1976, l’Unione Astronomica Internazionale (IAU) ha adottato una nuova definizione durante la loro 16a Assemblea Generale. Come parte del loro Sistema di Costanti astronomiche, la nuova definizione affermava:

” L’unità astronomica di lunghezza è quella lunghezza (A) per la quale la costante gravitazionale gaussiana (k) assume il valore 0.01720209895 quando le unità di misura sono le unità astronomiche di lunghezza, massa e tempo. Le dimensioni di k2 sono quelle della costante di gravitazione (G), cioè L3M-1T–2. Il termine “distanza unitaria” viene utilizzato anche per la lunghezza A.”

In risposta allo sviluppo di misure iper-precise, il Comitato Internazionale per i pesi e le misure (CIPM) ha deciso di modificare il Sistema Internazionale di Unità (SI) nel 1983. Coerentemente con questo, hanno ridefinito il misuratore da misurare in termini di velocità della luce nel vuoto.

Infografica che confronta l’orbita del pianeta attorno a Proxima Centauri (Proxima b) con la stessa regione del Sistema Solare. Credito: ESO

Tuttavia, entro il 2012, l’IAU ha determinato che l’equalizzazione della relatività rendeva la misurazione di AUs troppo complessa e ridefiniva l’unità astronomica in termini di metri. In conformità con questo, una singola UA è pari a 149597870,7 km esattamente (92,955807 milioni di miglia), 499 secondi luce, 4,8481368×10-6 di un parsec, o 15,812507×10-6 di un anno luce.

Oggi, l’AU è usato comunemente per misurare le distanze e creare modelli numerici per il sistema solare. Viene anche usato quando si misurano sistemi extra-solari, calcolando l’estensione delle nubi protoplanetarie o la distanza tra i pianeti extra-solari e la loro stella madre. Quando si misurano le distanze interstellari, le AU sono troppo piccole per offrire misurazioni convenienti. Come tale, altre unità-come il parsec e l’anno luce-sono invocati.

L’Universo è un posto enorme, e misurando anche il nostro piccolo angolo di esso producendo alcuni risultati sconcertanti. Ma come sempre, preferiamo esprimerli in modi che siano altrettanto riconoscibili e familiari.

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sulle distanze nel Sistema Solare qui a Universe Today. Ecco quanto sono lontani i pianeti dal Sole?, Quanto è lontano Mercurio dal Sole?, Quanto è lontano Venere dal Sole?, Quanto è lontana la Terra dal Sole?, Quanto è lontano Marte dal Sole?, Quanto è lontano Giove dal Sole?, Quanto è lontano Saturno dal Sole?, Quanto è lontano Urano dal Sole?, Quanto è lontano Nettuno dal Sole?, Quanto è lontano Plutone dal Sole?

Se desideri maggiori informazioni sull’orbita terrestre, consulta la pagina di esplorazione del sistema solare della NASA.

Abbiamo anche registrato un episodio di Astronomy Cast dedicato alla misurazione delle distanze in astronomia. Ascolta qui, Episodio 10: Misurare la distanza nell’universo.

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