私たちは太陽からどれくらい離れているのでしょうか？眠らずに80歳まで生きれば、54代目の子孫は

距離を表す一般的な単位はメートルとキロメートルであることは誰もが知っています。しかし、天文学では、距離が一般的な単位では測定できないほど遠いため、これらの単位は使いにくいです。キロメートルも、非常に近い天体にのみ適用されます。

そのため、天文学では、いくつかの新しい距離単位が確立されました。そのうちの最小かつ最も基本的な単位は「天文単位」と呼ばれ、AU と略されます。

1天文単位は地球から太陽までの平均距離を指し、約1億5000万キロメートルです。ここで、このユニットの起源を紹介しましょう。

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地球から太陽までの距離はどのように計算されるのでしょうか?

まず、地球が太陽からどれくらい離れているかについて話しましょう。人々はこの疑問について2000年以上も考え続けてきました。古代ギリシャの科学者アリスタルコスは著書『太陽と月の大きさと距離について』の中で、太陽と月の角直径と半月の太陽と月の角度に基づいて、太陽から地球までの距離は月から地球までの距離の18～20倍（実際の比率は約389倍）であると計算しました。

プトレマイオスによる太陽と月の大きさと距離の計算、画像出典: wiki

プトレマイオスはまず月の視差を測定し、月から地球までの距離は地球の半径の約64倍であると計算しました。そして、太陽と月の視覚的な大きさを比較したところ、太陽の大きさは月の大きさとほぼ同じであるという結論が出ました。

最終的に、月食のときに地球を通過する月の影円錐の直径などのデータに基づいて、太陽から地球までの距離は地球の半径の1210倍（実際の拡大率は約23455倍）であると計算されました。この距離は地球と月の間の距離の約19倍であり、基本的にはアリスタルコスの結果と一致しています。

中世には、多くのアラブの天文学者も太陽までの距離を計算しましたが、その結果はプトレマイオスのものと似ていました。

望遠鏡が発明されて天体観測のデータがさらに正確になったのは 16 世紀になってからで、天文学者は金星の太陽面通過を利用して太陽の視差を測定するという新しい観測方法を発見しました。

2つの異なる場所での通過を測定することにより、金星の視差を計算することができます。地球、金星、太陽の相対距離に基づいて太陽視差を取得し、太陽までの距離を計算することができます。

イギリスの天文学者ジェレミア・ホロックスは、1639年の金星の太陽面通過を利用して太陽視差を15秒と計算し、太陽と地球の距離は地球の半径の13,750倍であると判断しました。

しかし、オランダの天文学者クリスティアーン・ホイヘンスは、金星と火星の大きさを比較した後、その距離はさらに大きいはずだと示唆した。彼は太陽視差を8.6インチと推定したので、太陽と地球の距離は地球の半径の24,000倍になるはずだが、観測証拠が不足していたため、この主張は認められなかった。

金星が太陽の表面を横切る、画像出典: wiki

1672年、フランスの天文学者ジャン・リシェとイタリアの天文学者ジョヴァンニ・ドメニコ・カッシーニは、火星が衝のときに火星の視差を再測定しました。修正された太陽視差の値は9.5インチで、そこから地球と太陽の距離は地球の半径の22,000倍と計算されました。これは当時一般的に認識されていた距離です。

金星の太陽面通過を利用して太陽までの距離を測定する方法も、長期にわたって広く使われるようになりました。

金星の太陽面通過観測の模式図、画像出典: wiki

19 世紀までに、人々は観測を行うためのより多くの方法とより優れた機器を手に入れ、20 世紀までには、レーダーと遠隔測定技術の応用により、太陽から地球までの距離の測定精度はメートルレベルに達しました。

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天文単位の再定義

地球が太陽の周りを回る軌道は楕円で、その長半径は近日点と遠日点を結ぶ直線部分の半分として定義され、太陽の中心はこの直線部分上に位置しますが、中点にはありません。

楕円は数学的に正確な形状を定義するため、軌道全体の計算とこれに基づいた予測が可能になります。

楕円軌道の長半軸は、地球が 1 年間に移動する最大距離にもなります。この距離は、他の天体を観測するときにこの線分を基準として使用する必要があるため、観測にとって非常に重要です。

天体測定の基準、画像出典: wiki

20 世紀に入ると、天文学的な測定はますます正確になり、ベンチマークに対する要件もますます高くなりました。 1976 年、天文単位のより正確な測定を確立するために、国際天文学連合 (IAU) は正式に新しい定義を採用し、天文単位の長さを表す記号として A を使用しました。

定義上、天文単位とは、1 日あたり 0.01720209895 ラジアンの角周波数で太陽の周りを公転し、軌道半径が 1 天文単位である、微小な質量を持つ粒子です。

この定義によれば、天文単位の具体的な値は、太陽の重力定数と太陽の質量の積である太陽中心の重力定数によって決まります。これら 2 つの値を別々に測定した場合、測定値の精度が十分ではないため、この定義の精度はあまり高くありません。

宇宙測定技術の発達により、得られる天体の位置の精度はますます高くなり、以前は無視できた誤差も深刻に受け止められるようになってきています。そのため、人々は天文単位を再定義する必要がありました。

2012 年 8 月、国際天文学連合は天文単位を再定義しました。今度は物理量で表現されなくなり、149597870700メートルとして直接定義され、記号もAUに変更されました。

天文単位は再定義されましたが、その重要性は低下し、特定のアプリケーションを容易にするためにのみ使用されるようになりました。

天文単位の概略図、画像出典: wiki

現在、AU は惑星系内のスケールの説明と三角測量の基準としてのみ使用されています。

そして、太陽がエネルギーを放射し続けると、質量を失い続けるため、惑星の軌道は外側に拡大し続けます。観測データによれば、惑星の軌道の単位距離の増加は1世紀あたり約15メートルです。この数値は天体間の距離と比較すると無視できるほど小さいものです。しかし、測定単位として天文単位を廃止すべきだと主張する人々もまだいる。

将来的には、この最小基本距離を表すために他の単位や方法が使用される可能性もありますが、現時点では、太陽系内では天文単位が依然として頻繁に使用されています。

終わり

レビュー専門家: Lu Yang Xiaoyi、惑星物理学博士。

Tadpole Musical Notation オリジナル記事、転載の際は出典を明記してください

編集者/肖希土碩