Ardışık çabalar: Gökbilimciler güneş ile dünya arasındaki mesafeyi nasıl ölçer?
Gökbilimciler güneşten dünyaya olan mesafeyi nasıl hesaplar? Güneşin gerçek boyutunu nasıl bilebilirim? Güneşin etrafında dönen dünyanın hızı nasıl belirlenir? Açıkçası, önce bu sorulardan bir cevap bulabildiğimiz sürece, diğer sorulara da cevap bulabiliriz. Ama ilk cevabı nasıl bulabiliriz?
Kısa açıklama: Gerçekte ölçtüğümüz şey, dünyadan Venüs gibi diğer bazı gök cisimlerine olan mesafedir. Ardından, dünya ile güneş arasındaki mesafeyi elde etmek için gezegenler arasındaki mesafenin bilinen ilişkisini kullanırız. 1961'den beri yıldızlar arasındaki mesafeyi ölçmek için radarı kullanabiliyoruz. Başka bir gezegene (veya aya veya asteroide) bir radar sinyali gönderiyoruz ve radar yankısının geri dönmesi için geçen süreyi ölçüyoruz. Radardan önce, gökbilimciler geometrik yöntemlere (çok açık olmayan) güvenmek zorunda kaldılar.
Dünyadan güneşe olan mesafeyi ölçmek için, önce dünya ile diğer gezegenler arasındaki göreceli mesafeyi bulmanız gerekir. (Örneğin, Jüpiter ile güneş arasındaki mesafenin ve dünya ile güneş arasındaki mesafenin oranı nedir?) Öyleyse, dünya ile güneş arasındaki mesafenin "a" olduğunu varsayalım. Şimdi, Venüs'ün yörüngesini düşünün: Genel olarak, dünya ve Venüs'ün yörüngeleri güneşin etrafındaki mükemmel dairelerdir ve yörüngeleri aynı düzlemdedir.
Lütfen aşağıdaki resme bakın (ölçeklendirmek için değil). Güneş-Venüs-Dünya açısının 90 derece olduğu iki yer olduğu Venüs yörüngesinin temsilinden açıkça görülebilmektedir. Bunlara göre dünya ile Venüs'ü birbirine bağlayan düz çizgi, Venüs'ün yörüngesine teğet olacaktır. Bu iki nokta Venüs'ün maksimum uzamasını temsil eder ve Venüs'ün gökyüzünde görünebileceği güneşten en uzak noktalardır. (Daha resmi olarak, Dünya perspektifinden, Venüs ile Güneş arasındaki açısal mesafe bu iki noktada mümkün olduğunca maksimum olabilir.)
Venüs'ün gökyüzündeki güneşe göre hareketini gözlemleyerek bunu anlamanın başka bir yolu daha var: Venüs güneşin etrafında döndüğünde, gökyüzündeki güneşe olan uzaklığı gittikçe büyür ve güneşten uzaklığı maksimuma ulaşır ( (Maksimum uzama noktasına eşdeğer) ve sonra güneşe doğru hareket etmeye başladı. Bu arada, Venüs'ün gün batımından üç saat sonra veya gün doğumundan üç saatten fazla önce görülememesinin nedeni budur.
Şimdi, gökyüzünde Venüs'ün bir dizi gözlemiyle, maksimum uzama noktasını belirleyebiliriz. Gökyüzündeki en büyük uzantı noktasında güneş ve Venüs'ün açısını da ölçebiliriz. Şekilde gösterildiği gibi, tepe noktası olarak dünya ve güneşin iki yönünü ve Venüs'ün iki yanını gösteren düz çizgiler ile, açıların dik üçgende "e" olduğunu varsayalım. Şimdi, trigonometrik fonksiyonları kullanarak, dünyadan Venüs'e olan mesafeyi belirlemek için dünyadan güneşe olan mesafeyi kullanabiliriz:
(Dünyadan Venüs'e olan mesafe) = a × cos (e)
Aynı şekilde, trigonometrik fonksiyonları kullanarak şunları elde edin:
(Venüs'ten güneşe olan mesafe) = a × günah (e)
Venüs'ün maksimum uzaması yaklaşık 46 derecedir.Buna göre güneşten Venüs'e olan mesafenin güneşten dünyaya olan mesafenin yaklaşık% 72'si olduğu sonucuna varılır. Benzer gözlemler ve hesaplamalar, güneş ve Merkür arasındaki göreceli mesafeyi elde edebilir. (Bununla birlikte, Mars ve dış gezegenler çok daha karmaşıktır.)
Tarihte, dünya ile güneş arasındaki mesafeyi hesaplamak için geometriyi ilk kullanan kişi, antik Yunanistan'da (yaklaşık MÖ 310-230) Aristarchus'du. Güneş ile ay arasındaki açısal mesafeyi ölçtü.Ay yarı aydınlatıldığında, dünya ile ay arasındaki mesafeye göre dünya ile güneş arasındaki mesafeyi hesapladı. Hesaplaması doğru, ancak ölçümü yanlış. Aristarchus, güneşin aydan 19 kat daha uzakta olduğunu hesapladı; ama aslında aydan 390 kat daha uzak.
Bir başka antik Yunan gökbilimcisi Eratosthenes (MÖ 276-194), dünya ile güneş arasındaki mesafenin 4.080.000 görüş hattı veya 804 milyon görüş hattı olduğunu tahmin ediyordu. Eratosthenes'in değerlerinin nasıl doğru bir şekilde tercüme edileceği konusunda anlaşmazlıklar var ve Eratosthenes tarafından kullanılan mahkemenin uzunluğu hakkında başka anlaşmazlıklar da var. Çeşitli kaynaklar, modern birimlerdeki bir stadyumun uzunluğunun 157 metre ile 209 metre arasında olduğunu tahmin ediyor. Yani, hangi stadyumu seçerseniz seçin, 4.08 milyon stadyumun uzunluğu, dünyadan güneşe olan gerçek mesafenin% 1'inden daha azdır. Bununla birlikte, 804 milyon görüş alanı menzili 126 milyon ile 168 milyon arasındadır ve bu, dünyadan güneşe gerçek mesafeyi (yaklaşık olarak) 150 milyon kilometreyi içerir. Bu nedenle, Eratosthenes dünyadan güneşe olan mesafe için oldukça doğru bir değer bulmuş olabilir (eğer şanslıysa), ancak emin değiliz.
1672'de Cassini, ilk kez Mars'ın paralaks ölçümü ile dünya ile güneş arasındaki mesafenin titiz ve doğru bir bilimsel ölçümünü yaptı. O ve başka bir gökbilimci, Mars'ı aynı anda iki yerden gözlemliyor. Bir asır sonra, Venüs'ün geçişine ilişkin bir dizi gözlem daha iyi bir değerlendirme sağladı.
1961 yılından itibaren yeryüzünden Venüs'e olan mesafe doğrudan radar ölçümü ile belirlenebilmektedir.Radar ölçümünde yeryüzünden bir dizi radyo dalgası yayılır ve Venüs'e ulaştıktan sonra tekrar yeryüzüne yansıtılır ve alınır. Radar yankısının geri dönmesi için geçen süre ölçülerek, mesafe hesaplanabilir çünkü radyo dalgaları ışık hızında hareket eder.
Sizin de belirttiğiniz gibi, dünya ile güneş arasındaki mesafeyi bildiğiniz sürece, diğer tüm parametreleri hesaplayabilirsiniz. Dünyadan, güneşin açısal çapının yaklaşık 0,5 derece olduğunu biliyoruz. Benzer şekilde, trigonometrik fonksiyonlar kullanılarak, güneşin yarıçapı veya çapı, dünyadan güneşe olan mesafeden hesaplanabilir.Dünya ile güneş arasındaki mesafenin, güneşin 2 × yarıçapı = tan (0.5 derece) × a olduğunu varsayarsak. Sonra, bildiğimiz kadarıyla Dünyanın güneşi çevreleme süresi (P = 1 yıl) ve bu işlem sırasında dünyanın kat ettiği mesafe (yaklaşık 2a, çünkü dünyanın yörüngesi neredeyse daireseldir), dünyanın dönüşünün ortalama hızını hesaplayabiliriz v = ( 2a) / P.
İşte bazı ilgili rakamlar:
Dünyadan güneşe olan mesafe, a = yaklaşık 150 milyon kilometre, astronomik birim olarak tanımlanır
Güneşin yarıçapı, Rsun = yaklaşık 700.000 kilometre
Dünyanın dönüş hızı, v = saniyede yaklaşık 30 kilometre
