اخترشناسان مدام از فاصله زمین تا خورشید یا «واحد نجومی» برای گفتن فواصل در مقیاس‌های نسبتاً کوچک، خصوصاً درون منظومه شمسی، منفعت گیری می‌کنند. اما اهمیت این فاصله فقط در این کاربرد خلاصه نمی‌بشود. تقریباً همه فواصل درون کهکشان راه شیری را می‌توان با منفعت گیری از همین واحد سنجید. می‌توانیم ادعا کنیم فاصله ما تا خورشید پایه تعداد بسیاری از اندازه‌گیری‌های اساسی علم نجوم است.

مدار گردش زمین به دور خورشید بیضوی است؛ به همین علت فاصله ما تا ستاره میزبانمان مدام ثابت نیست. واحد نجومی اندازه‌گیری دقیقی نیست، بلکه میانگین کاربردی از این فاصله است. یقیناً تعیین آن کار ساده‌ای نبوده.

اندازه‌گیری فاصله ما و خورشید سابقه دورودرازی دارد. در این مقاله، دقیق‌تر این فاصله و واحد نجومی را بازدید می‌کنیم. این چنین تاریخچه‌ای از اندازه‌گیری فاصله زمین و خورشید و نحوه انجام آن را توضیح می‌دهیم و به کاربردهای آن در اخترشناسی اشاره‌ای می‌کنیم.

فاصله زمین تا خورشید چند کیلومتر است؟

ما به‌طور تقریبی و میانگین در فاصله ۱۴۹میلیون و ۶۰۰ هزار کیلومتری یا ۹۳ میلیون مایلی خورشید قرار داریم. این فاصله چنان زیاد است که نور خورشید در زمان ۴۹۹ ثانیه یا ۸ دقیقه و ۱۹ ثانیه به ما می‌رسد.

همان گونه که اشاره شد، مدار زمین دایره نیست؛ بعد فاصله ما تا ستاره منظومه‌مان بسته به مکان زمین در مدارش، متفاوت است. بیشترین فاصله ما تا خورشید ۱۵۲میلیون و هزار کیلومتر و کمترین فاصله ۱۴۷ میلیون و هزار کیلومتر است.

بیشترین فاصله سیاره تا خورشید را «اوج» و کمترین فاصله را «حضیض» می‌نامند. زمین تقریباً ۲ هفته بعد از انقلابین (اغاز تابستان و اغاز زمستان) به‌ترتیب در حضیض و اوج است؛ یعنی تقریباً ۱۳ تیر در دورترین نقطه مدار از خورشید و ۱۳ دی در نزدیک‌ترین نقطه مدار به آن هستیم.

(می‌توانید با جستجوی فاصله زمین تا خورشید در گوگل یا با منفعت گیری از این لینک فاصله خورشید را در هر زمان بیابید؛ برای مثال، در لحظه نگارش این مقاله، اواخر تابستان، فاصله تقریبی زمین تا خورشید ۱۵۰ میلیون و ۴۶۰ هزار کیلومتر است.)

واحد نجومی

واحد نجومی یکی از با اهمیت ترین واحدهایی است که ستاره‌شناسان در اندازه‌گیری‌ها و محاسبات خود به‌ کار می‌برند. مطابق تعریف اتحادیه بین‌المللی اخترشناسی (IAU) این واحد عبارت است از «فاصله تقریبی زمین-خورشید که منفعت گیری آن در اخترشناسی ساده است» و آن را با حروف اختصاری au (با حروف کوچک؛ مخفف Astronomical Unit) نشان خواهند داد.

IAU در مجمع‌عمومی سال ۲۰۱۲، واحدِ نجومیِ فاصله را دقیقاً ۱۴۹ میلیارد و ۵۹۷ میلیون و ۸۷۰ هزار و ۷۰۰ متر تعیین کرد. سادگی این عدد در آن است که از مقیاس وقتی مورداستفاده جدا گانه است.

تا پیش‌ازآن، واحد نجومی واحد ثابتی نبوده است و با چندین عامل ربط داشت؛ برای مثال، اخترشناسان برای محاسبه واحد نجومی باید جرم خورشید را می‌دانستند اما این جرم مدام متغیر است؛ چون خورشید جرم خود را به انرژی تبدیل می‌کند. وابستگی فرد دیگر با نظریه نسبیت عام آینشتین ربط داشت که می‌گوید فضا-زمان بسته به موقعیت تماشاگر متغیر است. در تعریف جاری، فاصله بر مبنای شدت نور در خلأ تعریف شده و ازآنجایی‌که این شدت مدام ثابت است، واحد نجومی فاصله نیز ثابت می‌ماند.

(باید دقت کرد چیزی که عمدتاً و در این مقاله واحد نجومی می‌نامیم، به‌طور دقیق‌تر واحد نجومی فاصله است؛ چون IAU واحدهای نجومی فرد دیگر نیز تعریف کرده است: واحد نجومی زمان یک روزِ ۸۶ هزار و ۴۰۰ ثانیه‌ای و واحد نجومی وزن برابر با وزن خورشید، ۱.۹۸۹۱x۱۰^۳۰ کیلوگرم است.)

یکی از کاربردهای ساده واحد نجومی این است که به ما اجازه می‌دهد مدلی ساده از موقعیت سیارات منظومه شمسی در مقیاس دلخواه بسازیم، بدون آنکه نیاز به دانستن فواصل دقیق سیارات داشته باشیم. تنها چیزی که ملزوم است در این مدل مراعات کنیم، نسبت فواصل سیارات تا خورشید است. در جدول زیر، فاصله هر سیاره تا خورشید را مطابق واحد نجومی می‌بینیم.

تاریخچه اندازه‌گیری فاصله زمین تا خورشید

اولین انسان شناخته‌شده‌ای که فاصله ما تا خورشید را اندازه‌گیری کرد، «آریستارخوسِ ساموسی» (Aristarchus of Samos)، اخترشناس یونانی، می بود که حدوداً از ۳۱۰ تا ۲۳۰ پیش از میلاد می‌زیست. او از فازهای ماه منفعت گیری کرد تا اندازه و فاصله خورشید و ماه را محاسبه کند.

فکر او بر این می بود که هنگامی ماه نیمه در آسمان ظاهر می‌بشود، مرکز سیاره ما و مرکز ماه یک خط می‌سازند که زاویه آن با خطی که مرکز ماه را به مرکز خورشید متصل می‌کند، ۸۷ درجه است. آریستارخوس با منفعت گیری از مثلثات توانست ضلع دیگر مثلثی را که بر این 2 خط رسم شده می بود، محاسبه کند. اندازه این ضلع برابر می بود با فاصله زمین و خورشید.

زاویه‌ای که آریستارخوس تنها با منفعت گیری از چشم خود اندازه‌گیری کرده می بود، در حقیقت ۸۹.۸۳ درجه است. بااینکه این اشتباه بزرگ نیست اما در فواصل نجومی اختلاف بسیاری تشکیل می‌کند. آریستارخوس فاصله خورشید را با خطایی بیشتر از هزار برابر محاسبه کرد.

هرچند اندازه‌گیری‌های آریستارخوس درست نبودند، توانست به فهمی ساده از فواصل و ابعاد ۳ جسم برسد که علتشد نتیجه بگیرد زمین به دور خورشید می‌گردد. آریستارخوس اولین انسان شناخته‌شده‌ای است که هزار و ۷۰۰ سال پیش از مدل خورشیدمرکز کوپرنیک به این نتیجه رسید. اما از این نظریه استقبالی نشد.

تقریباً یک قرن سپس، در قرن دوم پیش از میلاد، اَبَرخُس یا هیپارخوس (Hipparchus)، اخترشناس یونانی که از سال ۱۹۰ تا ۱۲۰ پیش از میلاد می‌زیست، اولین بار توانست فاصله زمین تا ماه را با دقت ۷ درصد محاسبه کند. مبنا کار ابرخس شبیه آریستارخوس می بود. اما او توانست این روش را بهبود دهد و به چیزی تبدیل کند که «اختلاف منظر» یا «پارالاکس» (Parallax) نام دارد. بعد از ابرخس، این روش تبدیل به مبنایی برای اندازه‌گیری فواصل اجرام آسمانی، ازجمله خورشید، شد.

هنگامی اشیا از 2 زاویه متفاوت دیده شوند، جابه‌جایی ظاهری اشیا نزدیک‌تر زیاد تر به‌ نظر می‌رسد. می‌توانید به‌سادگی انگشت خود را جلو نگه دارید و به نوبت با یک چشم انگشتتان را ببینید. می‌بینید که انگشتتان زیاد تر از اشیای بعد‌عرصه جابه‌جا می‌بشود؛ این مبنا روش پارالاکس است.

بهبود مشاهدات در قرن‌های سپس خطای اندازه‌گیری فاصله خورشید را به سه تا چهار برابر فاصله واقعی افت داد. اما بالاخره سال ۱۶۵۳ اشکار شد منفعت گیری از زهره برای محاسبه فاصله تا خورشید زیاد کارآمدتر است.

«کریستیان هویگنس» (Christiaan Huygens)، اخترشناس فرانسوی، اندازه سیاره زهره را گمان زد (حدسی که اتفاقی درست می بود) سپس فاصله زهره تا زمین را به دست آورد. او از مثلث زهره-زمین-خورشید و ابزار دقیق‌تر تلسکوپ، منفعت گیری کرد تا فاصله زمین تا خورشید را دقیق‌تر محاسبه کند. او به ۱۵۳ میلیون کیلومتر رسید که فقط 2 درصد با واحد نجومی فاصله دارد.

ازآنجاکه بخشی از روش هویگنس مبتنی‌بر گمان و گمان می بود و پایه و مبنا کاملاً علمی نداشت، گفتن اولین اندازه‌گیری دقیق فاصله زمین تا خورشید را به «جووانی کاسینی»، اخترشناس ایتالیایی، خواهند داد که روشی کاملاً علمی به‌ کار گرفت.

کاسینی سال ۱۶۷۲ تلاش کرد با منفعت گیری از روش پارالاکس فاصله مریخ را اندازه‌گیری کند و با این کار فاصله خورشید را نیز به دست آورد. او یکی از شاگردان خود را به رصدخانه‌ای در گویان فرانسه در شمال آمریکای جنوبی فرستاد و خودش در پاریس ماند. آنها هم‌زمان موقعیت مریخ را نسبت به ستاره‌های بعد‌عرصه محاسبه کردند و با منفعت گیری از این اندازه‌گیری‌ها و فاصله معلوم پاریس تا گویان، فاصله مریخ را محاسبه کردند.

با دانستن فاصله مریخ، محاسبه فاصله خورشید کار سختی نبوده است و محاسبات کاسینی با 7 درصد اشتباه ۱۳۸ میلیون کیلومتر را نشان می‌داد.

نیوتن و کپلر نشان دادند فواصل سیاره‌های منظومه شمسی به یکدیگر وابسته‌اند؛ بعد با داشتن یکی از این فواصل می‌شد همه فاصله‌های منظومه شمسی را با دقت محاسبه کرد. کلید این محاسبه دقیق اندازه‌گیری فاصله زهره می بود که ساده‌تر از بقیه سیاره‌ها به‌ نظر می‌رسید اما اندازه‌گیری این فاصله الزام گذر مریخ از جلوی خورشید می بود که یک اتفاق زیاد نادر است که به‌صورت جفتی (2 گذر با فاصله وقتی کم سپس سال‌های زیاد بدون گذر) رخ می‌دهد.

ادموند هالی اولین کسی می بود که فهمید شد با این روش می‌توان فاصله خورشید را دقیق اندازه‌گیری کرد اما نزدیک‌ترین گذر سال ۱۷۶۱ رخ می‌داد و او زیاد پیرتر از آن می بود که تا آن سال زنده بماند. پیش از مرگش دستورالعمل دقیق رصدها را نوشت، به این امید که بعد از او افرادی این اندازه‌گیری را انجام بدهند. رصدها باید از 2 سوی کره زمین انجام می‌شدند و اخترشناسان در نقاط گوناگون زمین مستقر می‌شدند تا هوای ابری مانع کار نشود.

علاوه‌بر سختی معمول سفرهای دریایی در قرن هجدهم، جنگ هفت‌ساله انگلیس و فرانسه در زمان گذر زهره شرایط را بدتر کرده می بود. اما اخترشناسانی توانستند از کشتی‌های جنگی جان سالم به درببرند و گذر زهره را در آسمانی صاف رصد کنند. 8 سال سپس نیز داده‌های تکمیلی بیشتری در گذر بعدی زهره ثبت شد.

«ژروم لالاند» (Jerome Lalande)، اخترشناس فرانسوی، با جمع‌آوری این داده‌ها اولین بار توانست فاصله دقیق خورشید را به روشی علمی حساب کند. او نیز همانند هویگنس به ۱۵۳ میلیون کیلومتر رسید اما این دفعه کاملاً علمی!

در قرن‌های بعدی، رصدهای زیاد تر از نقاط گوناگون عدد جاری را دقیق‌تر کردند. فاصله امروزی در دهه ۱۹۶۰ و با پشتیبانی داده‌های ماهواره‌ای و رادارها اندازه‌گیری شد.

کاربردهای واحد نجومی

واحد نجومی از با اهمیت ترین واحدها در اخترشناسی است. علت ساده این است که هم چنان با گذشت بیشتر از 2 هزار سال از زمان آریستارخوس و ابرخس، روش هندسی پارالاکس مهم‌ترین روش محاسبه فواصل نجومی است. همان گونه که می‌توانیم با دانستن فاصله‌ای در منظومه شمسی از روش پارالاکس منفعت گیری و همه فواصل منظومه را اندازه‌گیری کنیم، می‌توانیم با منفعت گیری از فاصله زمین تا خورشید همه فواصل درون کهکشان راه شیری را بیابیم.

برای مثال، تلسکوپ فضایی گایا همه فواصل ستاره‌ها و سیاره‌های کهکشان راه شیری را با منفعت گیری از واحد نجومی اندازه‌گیری می‌کند. به‌کلمه، می‌توانیم بگوییم تقریباً همه فواصل اندازه‌گیری‌شده در راه شیری با واحد نجومی کالیبره شده‌اند.

برای اندازه‌گیری فواصل اجرام خارج از راه شیری، اخترشناسان از «شمع‌های اس تاندارد» همانند ستاره‌های متغیر دلتا قیفاووسی و ابرنواخترها و قانون مربع معکوس که می‌گوید مقداری فیزیکی با مربع فاصله منبع آن رابطه عکس دارد، منفعت گیری می‌کنند. اما اینجا نیز اندازه‌گیری‌ها با منفعت گیری از روش پارالاکس و واحد نجومی کالیبره خواهد شد.

یکی از واحدهای فنی و پرکاربردی که از واحد نجومی به‌ دست می‌آید، «پارسک» (Parsec) نام دارد. یک پارسک تقریباً برابر است با ۳.۲۶ سال نوری و اخترشناسان از آن برای گفتن فواصل زیاد بزرگ منفعت گیری می‌کنند. سال نوری برابر مقدار مسافتی است که نور طی یک سال طی می‌کند. این رقم برابر با 9 تریلیون و 600 میلیارد کیلومتر است.

یک پارسک عبارت است از فاصله‌ای که در آن واحدی نجومی قوسی برابر با یک ثانیه را در بر می‌گیرد؛ به زبان ساده‌تر، اگر جسمی در فاصله یک پارسکی زمین قرار داشته باشد، هنگامی زمین در محور خود جابه‌جا می‌بشود، اختلاف منظر آن جسم در آسمان یک ثانیه قوسی به‌ نظر می‌رسد.

برای مثال، پروکسیما قنطورس، نزدیک‌ترین ستاره به خورشید، نزدیک به ۱.۳ پارسک یا ۴.۲۵ سال نوری یا ۲۶۸ هزار و ۷۷۰ واحد نجومی یا ۴۰ تریلیون کیلومتر با ما فاصله دارد.

فاصله زمین تا خورشید چند سال نوری است؟

همان گونه که گفتیم فاصله میانگین زمین از خورشید یک واحد نجومی تعریف شده است. اما فاصله زمین از خورشید برحسب سال نوری چه مقدار است؟

برحسب سال نوری فاصله زمین از خورشید به‌صورت میانگین ۰.۰۰۰۰۱۵۸۱ سال نوری است.

خلاصه

در این مقاله با واحد نجومی یا فاصله زمین تا خورشید آشنا شدیم. دیدیم که فاصله تقریبی زمین تا خورشید یا یک واحد نجومی ۱۴۹ میلیون و ۶۰۰ هزار کیلومتر است که در اوج تا ۱۵۲ میلیون و هزار کیلومتر افزایش و در حضیض تا ۱۴۷ میلیون و هزار کیلومتر افت می‌یابد.

فاصله زمین تا خورشید را با منفعت گیری از روش هندسی پارالاکس اندازه‌گیری می‌کنند که از زمان یونان باستان در اندازه‌گیری‌های نجومی کاربرد داشت اما اندازه‌گیری دقیق فاصله خورشید فقط سپس از اختراع تلسکوپ، نظریه‌های نیوتن و کپلر و رصدهای دقیق‌تر ممکن شد. امروزه نیز واحد نجومی و روش پارالاکس مبنای تعداد بسیاری از اندازه‌گیری‌های نجومی می باشند.

سوال‌های متداول