Unit astronomi • Arina Udalova, Hayk Hakobyan • Tugas sains popular mengenai "Unsur" • Astronomi

Unit Astronomi

Tugas mengukur jarak angkasa berhadapan dengan para astronom dari zaman dahulu kala. Dalam salah satu tugas yang kita telah membincangkan kaedah moden untuk mengukur jarak ke galaksi jauh. Tetapi keseluruhan epik ini dengan pengukuran jarak bermula dengan objek sistem solar yang paling dekat dengan kami.

Di sini kita menggunakan kaedah paralaks, yang berdasarkan pada fakta bahawa objek celestial tertentu terletak tidak terlalu banyak jauh, dan kedudukannya di langit bergantung kepada di mana ia dilihat. Begitu juga, persepsi stereoskopik mata kita berfungsi, dengan bantuan otak menentukan jarak ke objek: mata kiri dan kanan melihat objek dari sudut yang berbeza (walaupun dekat). Mengetahui sudut dan jarak antara mata – panjang asas yang dipanggil – seseorang dapat menganggarkan jarak dengan tepat kepada objek (Rajah 1).

Rajah 1. Kaedah triangulasi geodesik (paralaks). Jika nilai diketahui L dan salah satu sudut θ, dan sudut yang lain untuk kesederhanaan adalah lurus, maka jaraknya D sama dengan L· Tg θ. Gambar dari ru.wikipedia.org

Dalam geodesi, kaedah mengukur jarak dipanggil triangulasi. Nah, dalam astronomi, melalui paralaks, anda boleh mengira jarak dengan tepat dengan jarak dengan bintang yang terdekat dengan kami.Dalam kes ini, separuh paksi orbit Bumi diambil sebagai asas dan kedudukan sudut bintang ditentukan dua kali dengan selang enam bulan. Tetapi bagaimana semuanya bermula? Bagaimanakah kita mengetahui saiz orbit Bumi?

Unit astronomi (jarak purata dari Bumi ke Matahari) – satu daripada piawai utama untuk jarak di angkasa – telah dimasukkan ke dalam perkhidmatan selepas Kepler mencadangkan dan membenarkan sistem heliosentrik di mana Bumi mengorbit orbit bulat (hampir) mengelilingi Matahari. Penyelesaian semulajadi adalah mengambil jejari orbit ini sebagai satu unit pengukuran.

Sekarang parameter orbit Bumi diukur dengan ketepatan yang besar, tetapi kemudian, pada abad XVIII, astronomi berteduh mati. Para saintis pada waktu itu dapat menentukan jarak ke banyak planet dalam sistem solar, menyatakannya dalam unit astronomi. Tetapi nilai yang sangat besar dari unit astronomi dalam unit yang dikenali kepada manusia (contohnya, kilometer) tidak diketahui dengan tepat.

Pada masa yang sama, radius Bumi diukur dengan tepat. Oleh itu, nilai pangkalan itu diketahui dengan pasti, dan hanya pengukuran sudut paralaks pada sebarang objek sistem solar, yang mana jarak relatif dalam unit astronomi diketahui.

Oleh itu, para astronom di seluruh dunia menyandarkan harapan besar pada laluan Venus merentasi cakera Matahari pada tahun 1761 dan 1769. Pemantauan fenomena ini dengan tepat membolehkan kemungkinan mengukur paralaks Venus berbanding dengan paralaks Matahari (lebih tepatnya, perbezaannya), dan mengetahui jari-jari bumi (panjang asas) untuk mengetahui unit astronomi.

Hakikatnya adalah dari pelbagai titik di Bumi, laluan Venus merentasi cakera Matahari kelihatan berbeza (Rajah 2). Jika kita dapat mengukur trajektori ini pada titik-titik yang berbeza, maka masalah itu akan diselesaikan, kerana kemudian anda dapat langsung mencari dimensi sudut trajektori ini, atau – waktu perjalanan, dan kemudian cari yang diperlukan dari itu. Dan ia berlaku: sebagai hasil pemerhatian yang berlaku di berbagai tempat di dunia, saintis dapat menentukan nilai unit astronomi dengan ketepatan yang cukup tinggi.

Rajah. 2 Perwakilan skematik bagaimana perenggan diperhatikan, diperhatikan dari latitud yang berlainan

Khususnya, Thomas Hornsby memperoleh jarak kira-kira 93,726,900 km Inggeris (150,838,449 km) dari Bumi ke Matahari, yang sangat dekat dengan kebenaran.

Rajah. 3 Gambar rajah yang dibuat oleh David Rittenhouse semasa pemerhatian laluan Venus pada tahun 1769. Imej dari en.wikipedia.org

Dalam masalah ini, adalah dicadangkan untuk membuat pengukuran yang serupa dengan paralaks Venus.

Tugas

Dua gambar laluan Venus yang diambil secara serentak pada 22:25:52 UTC pada 5 Jun 2012 (Rajah 4) diberikan. Di sebelah kiri adalah foto yang diambil di Princeton, New Jersey. Di sebelah kanan adalah gambar yang diambil dari puncak gunung berapi Haleakala di pulau Maui, Hawaii.

Rajah. 4

Perbezaan di lokasi cakera Venus dikaitkan dengan paralaks. Adalah diketahui bahawa jarak dari Bumi ke Venus pada masa gambar itu adalah 0.2887 a. e., jarak ke Matahari – 1.01447 a. Saiz sudut Matahari ialah 31.57 sudut sudut, dan jejari berkesan Bumi dapat diambil sebagai 6378.1 km. Pada ketika gambar-gambar itu diambil, di Hawaii, Venus hampir tepat pada puncaknya. Tentukan Mengikut data dan gambar ini, jarak dari Bumi ke Matahari.


Petua 1

Menentukan panjang pangkalan dalam kes umum adalah soalan yang agak rumit. Walau bagaimanapun, pada waktu tembakan, Matahari di pulau Maui hampir tepat pada puncaknya. Ini dapat dilihat menggunakan program Stellarium, menetapkan kedudukan semasa di Hawaii dan masa 12 jam 25 minit 5 Jun 2012.

Dalam kes ini, panjang asas mudah ditentukan (Rajah 5).

Rajah. 5


Petua 2

Sebelum anda mengukur sesuatu, anda perlu mempertimbangkan bahawa foto diambil dengan orientasi rawak kamera, jadi anda perlu memadankannya dengan betul untuk mengukur anjakan sebenar Venus.Ini boleh dilakukan dengan menggunakan Matahari, atau lebih tepatnya, bintik-bintik matahari sebagai latar belakang. Benar, maka parallax yang diukur akan relatif, kerana Matahari juga mempunyai paralaks sendiri.


Penyelesaian

Fiddling, anda boleh membandingkan dua imej yang diusulkan Venus pada cakera solar dalam editor grafik. Oleh kerana sempadan Matahari agak kabur akibat awan dan gelap ke arah tepi, anda boleh memberi tumpuan kepada bintik-bintik matahari. Ia cukup untuk menggabungkan tiga pasang bintik-bintik. Inilah yang berlaku sebagai hasilnya (gambar itu diproses sedikit untuk menyerlahkan tepi):

Rajah. 6

Kemudian kita dapati pusat-pusat dari dua siluet Venus (Rajah 7). Oleh sebab sejauh ini kita bekerja dengan imej, kita dapat mengukur jarak dalam piksel, tetapi kemudian, secara semula jadi, kita perlu menterjemahkan segala sesuatu ke dalam unit "normal" panjang. Koordinat pusat adalah seperti berikut: C1 (pusat merah dalam Rajah 7) – X: 624,5 px, Y: 317 px, C2X: 631,5 px, Y: 324.5 px.

Rajah. 7

Sekarang kita menganggap paralaks relatif Venus (juga dalam piksel):

\ {p = \ sqrt {(624 {,} 5-631 {,} 5) ^ 2 + (317-324 {,} 5) ^ 2} = 10 {,} 3 \ pm0 {,} 25 ~ %. \]

Anda boleh mempunyai nombor yang berbeza, tetapi ini adalah perkara biasa, kerana nilai-nilai ini adalah relatif, dan nilai khusus mereka bergantung pada saiz dan resolusi foto.

Diameter matahari juga boleh diukur dalam piksel (Rajah 8), dan ini akan memberikan skala terjemahan. Pada gambar kami ternyata itu Ds = 936 ± 1 px, yang bersamaan dengan nilai 31.57 ± 0.005 arc minit atau 1894.2 ± 0.3 arc detik. Oleh itu, 1 px = 2,024 ± 0,002 arcseconds.

Rajah. 8

Kami memperoleh bahawa paralaks Venus (relatif kepada Matahari) adalah sama dengan

pvs = 10.3 · 2.024 = 20.9 ± 0.5 arcseconds.

Oleh kerana kita ingin mencari nilai mutlak unit astronomi, kita berminat dengan paralaks mutlak Venus. Perhatikan rajah. 9. Di atasnya pv dan ps – ini adalah paralaks sebenar Venus dan Matahari, dan pvs – Parallax Venus berbanding dengan Matahari (apa yang kita pertimbangkan di atas). Daripada angka itu jelaslah pvs = pvps.

Rajah. 9 Lokasi pemerhati, Venus dan Matahari pada masa pemerhatian. A dan B adalah pemerhati, E adalah pusat bumi, V adalah Venus, S adalah Matahari

Oleh kerana sudut kecil, kita akan menggunakan kesamaan anggaran untuk sudut kecil: sin φ ≈ tg φ ≈ φ dalam radian. Kemudian dalam notasi anjal. 9: d/EVpv, d/ESpsdi mana EV dan ES – jarak dari Bumi ke Venus dan Matahari, masing-masing. Dari sini kita dapati paralaks sebenar:

\ [p_v = \ frac {p_ %} {1- \ frac {EV} {ES}} = 29 {,} 2 \ pm 0 {,} 7 ~ \ text {seconds angular}. \]

Menggunakan mana-mana perkhidmatan peta dengan fungsi mengukur jarak di permukaan Bumi (atau dengan cara lain), kami menentukan bahawa jarak terpendek antara dua titik pemerhatian ialah 7,834 km (Rajah 10).Inilah panjang arka AB di ara. 9. Kemudian α ≈ 1.2282 radian, dan anda boleh mencari panjang asas: d ≈ 6007.6 km.

Rajah. 10

Kekal yang paling mudah. Mengetahui panjang asas dan paralaks, anda boleh mencari jarak ke Venus: dv = d/pv = 42 ± 1 juta km. Dan kerana diketahui bahawa jarak relatif ke Venus dalam unit astronomi adalah 0.2887 a. e., maka kita dapati bahawa 1 a. e. = 147 ± 3 juta km. Ketepatan pengiraan ini boleh diperbaiki dengan imej resolusi yang lebih tinggi.


Selepas perkataan

Tidak menghairankan bahawa pengukuran nilai pertama unit astronomi dibuat dengan menggunakan transit Venus. The Sun sendiri adalah calon yang agak buruk untuk pemerhatian seperti itu, kerana ia bukan objek objek, dan, lebih-lebih lagi, pengukuran sudut pada abad ke-18 adalah agak tidak tepat. Atas sebab yang sama, agak sukar untuk mengukur paralaks Marikh.

Venus sendiri, yang terletak di simpang yang lebih rendah terletak lebih dekat ke Bumi daripada Marikh, juga tidak mudah. Hakikatnya, kedudukan Venus ini terletak secara langsung di antara Bumi dan Matahari dan oleh itu mewakili jalur halus nipis. Dalam kes ini, Matahari sendiri menjadikannya sangat sukar untuk mengukur kedudukan sudut Venus berbanding dengan bintang latar belakang.Oleh itu, pasangan sepasang Venus merentasi cakera Matahari pada tahun 1761 dan 1769 adalah peristiwa yang sangat hebat dalam dunia sains pada masa itu.

Dengan unit paralaks dan astronomi adalah satu lagi ukuran panjang, sering dijumpai dalam astrofizik dan kosmologi. Seperti yang dinyatakan di atas, dengan bantuan kaedah paralaks, para astronom kini mengukur jarak ke objek terdekat di luar sistem suria (Rajah 11)

Rajah. 11 Anjakan separa tahunan bagi bintang berdekatan terhadap latar belakang bintang yang jauh. Gambar dari sci.esa.int

Oleh kerana putaran Bumi di sekitar Matahari, imej bintang terhadap latar belakang bintang jauh yang tidak (atau lebih kurang terdedah) kepada kesan paralaks akan beralih sedikit (oleh sudut paralaks). Dengan definisi, jika paralaks bintang itu sama dengan 1 arka-kedua, maka bintang itu berada pada jarak 1 parsec (disingkatkan sebagai PC), iaitu kira-kira 3.26 tahun cahaya. Dengan kata lain, 1 parsec ialah jarak dari mana sistem Earth-Sun mempunyai saiz sudut hanya 1 arka-kedua.

Jarak ke bintang terdekat, Proxima Centauri, ialah 1,301 parsec. Kepada pusat Galaxy kami – 8000 parsec (8 kiloparsec). Galaksi Andromeda yang paling besar ialah 778 kpc.

Dalam astrofizik dan kosmologi, unit pengukuran jarak ini digunakan, dan bukan tahun cahaya, seperti yang difikirkan oleh ramai orang. Sebagai contohnya, menurut teleskop Planck, konstan Hubble adalah lebih kurang 68 km / s / Mpc, iaitu, melalui setiap megaparsec (juta parsec), "melarikan diri" galaksi kerana pengembangan Semenanjung meningkat sebanyak 68 km / s.

Pengukuran jarak dalam kosmologi, seperti yang dinyatakan di atas, adalah masalah paling penting yang telah dihadapi para astronom selama beberapa dekad.

Pada dasarnya, kaedah paralaks mengukur jarak sehingga beberapa ratus parsecs. Bagaimanapun, terdapat rekod yang serupa. Ia ditubuhkan oleh teleskop Hubble, yang dapat mengukur paralaks sebenar bintang-bintang pada jarak hingga 5,000 parsecs! Untuk ini, teleskop memerlukan resolusi 20 microseconds arc (teknik pengumpulan pemerhatian yang digunakan yang meningkatkan ketepatan pengukuran dengan resolusi terhad). Ia seperti membaca sebuah tulisan di Bumi dari sekeping kertas bahawa angkasawan memegang pada bulan.

Jarak jauh diukur dengan cara lain, contohnya, menggunakan lilin standard (seperti supernova, bintang RR Lyrae, Cepheid, dan lain-lain). Masalahnya adalah bahawa semua ukuran ini bergantung kepada model tertentu, dan oleh itu tidak bebas.Untuk melakukan ini, mereka mesti ditentukur menggunakan kaedah bebas model, seperti paralaks.

Walau bagaimanapun, model-model ini juga mempunyai had kebolehgunaannya, di mana kaedah baru diperlukan, yang, sekali lagi, perlu dikalibrasi dengan yang lama. Kaedah sistem ini, yang masing-masing berfungsi pada objek yang lebih jauh, tetapi dikalibrasi pada jarak dekat dengan menggunakan kaedah sebelumnya, dipanggil "tangga" kosmologi jarak (lihat juga artikel M. Musin "Bintang dengan Bintang Bercakap"). Dan tangga ini berasal dari kaedah yang dikaji dalam masalah ini.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: