Mặt trời bao xa? Có vẻ như người ta khó có thể hỏi một câu hỏi đơn giản hơn. Tuy nhiên, điều này rất được các nhà thiên văn học nghiên cứu trong hơn hai nghìn năm.
Chắc chắn đó là một câu hỏi có tầm quan trọng gần như vô song, bị lu mờ trong lịch sử có lẽ chỉ bằng cách tìm kiếm kích thước và khối lượng của Trái đất. Được biết đến ngày hôm nay là đơn vị thiên văn, khoảng cách đóng vai trò là tài liệu tham khảo của chúng tôi trong hệ mặt trời và đường cơ sở để đo tất cả các khoảng cách trong Vũ trụ.
Các nhà tư tưởng ở Hy Lạp cổ đại là một trong những người đầu tiên thử và xây dựng một mô hình toàn diện về vũ trụ. Không có gì ngoài những quan sát bằng mắt thường, một vài điều có thể được giải quyết. Mặt trăng thấp thoáng trên bầu trời nên có lẽ nó khá gần. Nhật thực tiết lộ rằng Mặt trăng và Mặt trời có kích thước góc gần như chính xác, nhưng Mặt trời sáng hơn nhiều đến nỗi có lẽ nó lớn hơn nhưng xa hơn (sự trùng hợp về kích thước rõ ràng của Mặt trời và Mặt trăng có tầm quan trọng gần như không thể diễn tả được trong tiến bộ thiên văn học). Phần còn lại của các hành tinh dường như không lớn hơn các ngôi sao, nhưng dường như di chuyển nhanh hơn; họ có khả năng ở một khoảng cách trung gian. Nhưng, liệu chúng ta có thể làm tốt hơn những mô tả mơ hồ này không? Với phát minh về hình học, câu trả lời đã trở thành một câu trả lời có.
Khoảng cách đầu tiên được đo với bất kỳ độ chính xác nào là của Mặt trăng. Vào giữa thế kỷ thứ 2 trước Công nguyên, nhà thiên văn học Hy Lạp Hipparchus đã tiên phong sử dụng một phương pháp được gọi là thị sai. Ý tưởng của thị sai rất đơn giản: khi các vật thể được quan sát từ hai góc độ khác nhau, các vật thể gần hơn xuất hiện để dịch chuyển nhiều hơn so với các vật thể xa hơn. Bạn có thể tự mình chứng minh điều này một cách dễ dàng bằng cách giữ một ngón tay ở độ dài cánh tay và nhắm một mắt và sau đó là mắt kia. Chú ý ngón tay của bạn di chuyển nhiều hơn những thứ trong nền? Đó là thị sai! Bằng cách quan sát Mặt trăng từ hai thành phố cách nhau một khoảng cách, Hipparchus đã sử dụng một ít hình học để tính khoảng cách của nó trong vòng 7% giá trị hiện đại của ngày hôm nay - không tệ!
Với khoảng cách đến Mặt trăng được biết đến, sân khấu được đặt cho một nhà thiên văn học Hy Lạp khác, Aristarchus, để thực hiện cú đâm đầu tiên trong việc xác định khoảng cách Trái đất từ Mặt trời. Aristarchus nhận ra rằng khi Mặt trăng được chiếu sáng chính xác một nửa, nó tạo thành một tam giác vuông với Trái đất và Mặt trời. Bây giờ khi biết khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng, tất cả những gì anh cần là góc giữa Mặt trăng và Mặt trời tại thời điểm này để tính khoảng cách của Mặt trời. Đó là lý luận tuyệt vời làm suy yếu bởi những quan sát không đầy đủ. Không có gì ngoài đôi mắt của mình để tiếp tục, Aristarchus ước tính góc này là 87 độ, không quá xa so với giá trị thực là 89,83 độ. Nhưng khi khoảng cách liên quan là rất lớn, các lỗi nhỏ có thể nhanh chóng được phóng to. Kết quả của anh ấy đã bị tắt bởi một yếu tố hơn một ngàn.
Trong hai nghìn năm tới, những quan sát tốt hơn được áp dụng cho phương pháp Aristarchus, sẽ mang lại cho chúng ta trong vòng 3 hoặc 4 lần giá trị thực. Vậy làm thế nào chúng ta có thể cải thiện điều này hơn nữa? Vẫn chỉ có một phương pháp đo khoảng cách trực tiếp và đó là thị sai. Nhưng, việc tìm ra thị sai của Mặt trời khó khăn hơn nhiều so với Mặt trăng. Xét cho cùng, Mặt trời về cơ bản là không có gì đặc biệt và độ sáng đáng kinh ngạc của nó xóa sạch mọi tầm nhìn mà chúng ta có thể có về những ngôi sao ẩn nấp phía sau. Chúng ta có thể làm gì?
Tuy nhiên, đến thế kỷ thứ mười tám, sự hiểu biết của chúng ta về thế giới đã tiến bộ đáng kể. Lĩnh vực vật lý bây giờ đã ở giai đoạn sơ khai và nó cung cấp một manh mối quan trọng. Johannes Kepler và Isaac Newton đã chỉ ra rằng khoảng cách giữa các hành tinh đều có liên quan với nhau; tìm một và bạn sẽ biết tất cả Nhưng liệu có dễ tìm hơn Earth Earth không? Hóa ra câu trả lời là có. Đôi khi. Nếu bạn may mắn.
Chìa khóa là quá cảnh của sao Kim. Trong quá trình vận chuyển, hành tinh băng qua phía trước Mặt trời khi nhìn từ Trái đất. Từ các vị trí khác nhau, sao Kim sẽ xuất hiện để vượt qua các phần lớn hơn hoặc nhỏ hơn của Mặt trời. Theo thời gian các giao điểm này mất bao lâu, James Gregory và Edmond Halley nhận ra rằng khoảng cách đến Sao Kim (và do đó Mặt trời) có thể được xác định (Quan tâm đến sự khắc nghiệt của việc này được thực hiện như thế nào? NASA có một lời giải thích khá hay ở đây.) . Bây giờ, thời gian tôi thường nói như sau: Có vẻ khá đơn giản, phải không? Ở đó chỉ có một lần bắt Nhưng có lẽ, điều đó không bao giờ sai. Các tỷ lệ cược được xếp chồng lên nhau chống lại thành công đến nỗi nó thực sự là một minh chứng cho tầm quan trọng của phép đo này mà bất kỳ ai cũng từng thử.
Trước hết, quá cảnh của sao Kim là cực kỳ hiếm. Giống như hiếm có một lần trong đời (mặc dù chúng đi theo cặp). Đến khi Halley nhận ra rằng phương pháp này sẽ hiệu quả, anh biết rằng mình đã quá già để có cơ hội tự hoàn thành nó. Vì vậy, với hy vọng rằng một thế hệ tương lai sẽ đảm nhận nhiệm vụ này, ông đã viết ra những hướng dẫn cụ thể về cách thực hiện các quan sát. Để kết quả cuối cùng có độ chính xác mong muốn, thời gian vận chuyển cần được đo xuống giây. Để có một khoảng cách lớn về khoảng cách, các vị trí quan sát sẽ cần được đặt ở vị trí xa nhất của Trái đất. Và, để đảm bảo rằng thời tiết nhiều mây đã làm hỏng cơ hội thành công, các nhà quan sát sẽ cần đến các địa điểm trên toàn cầu. Nói về một công việc lớn trong thời đại mà du lịch xuyên lục địa có thể mất nhiều năm.
Bất chấp những thách thức này, các nhà thiên văn học ở Pháp và Anh đã giải quyết rằng họ sẽ thu thập dữ liệu cần thiết trong quá trình vận chuyển năm 1761. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, tình hình thậm chí còn tồi tệ hơn: Anh và Pháp bị lôi kéo vào Cuộc chiến tranh Bảy năm. Du lịch bằng đường biển là gần như không thể. Tuy nhiên, nỗ lực vẫn tồn tại. Mặc dù không phải tất cả các nhà quan sát đều thành công (đám mây đã chặn một số người, tàu chiến khác), khi kết hợp với dữ liệu được thu thập trong một chuyến đi khác tám năm sau đó, cam kết đã thành công. Nhà thiên văn học người Pháp Jerome Lalande đã thu thập tất cả dữ liệu và tính khoảng cách chính xác đầu tiên đến Mặt trời: 153 triệu km, tốt trong vòng ba phần trăm giá trị thực!
Nói ngắn gọn: số mà chúng tôi nói về ở đây được gọi là Trái đất trục bán chính, có nghĩa là nó Lấp lánh khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời. Bởi vì quỹ đạo Trái đất không phải là vòng tròn hoàn hảo, chúng tôi thực sự tiến gần hơn khoảng 3% trong suốt một năm. Ngoài ra, giống như nhiều con số trong khoa học hiện đại, định nghĩa chính thức của đơn vị thiên văn đã bị thay đổi một chút. Tính đến năm 2012, chính xác là 1 AU = 149.597.870.700 mét, bất kể chúng ta có tìm thấy trục bán chính Trái đất có hơi khác trong tương lai hay không.
Kể từ khi các quan sát đột phá được thực hiện trong quá trình vận chuyển của Sao Kim, chúng tôi đã tinh chỉnh kiến thức về khoảng cách Trái đất-Mặt trời rất nhiều. Chúng tôi cũng đã sử dụng nó để mở khóa sự hiểu biết về sự rộng lớn của Vũ trụ. Khi chúng ta biết quỹ đạo của Trái đất lớn đến mức nào, chúng ta có thể sử dụng thị sai để đo khoảng cách đến các ngôi sao khác bằng cách quan sát cách nhau sáu tháng (khi Trái đất di chuyển sang phía bên kia của Mặt trời, khoảng cách 2 AU!) . Điều này tiết lộ một vũ trụ kéo dài không ngừng và cuối cùng sẽ dẫn đến việc phát hiện ra rằng vũ trụ của chúng ta có hàng tỷ năm tuổi. Không tệ khi hỏi một câu hỏi đơn giản!
