كم تبعد الشمس؟يبدو كما لو أن المرء بالكاد يمكن أن يسأل سؤالاً أكثر وضوحًا. ومع ذلك ، فقد أربك هذا الاستفسار علماء الفلك لأكثر من ألفي عام.
من المؤكد أنها مسألة ذات أهمية لا مثيل لها ، وقد طغى عليها التاريخ ربما فقط من خلال البحث عن حجم وكتلة الأرض. المعروف اليوم باسموحدة فلكية، المسافة بمثابة مرجعنا داخل النظام الشمسي وخط الأساس لقياس جميع المسافات في الكون.
كان المفكرون في اليونان القديمة من بين أول من حاولوا بناء نموذج شامل للكون. مع عدم وجود شيء سوى الملاحظات بالعين المجردة ، يمكن عمل بعض الأشياء. كان القمر يلوح في الأفق بشكل كبير في السماء ، لذا ربما كان قريبًا جدًا. كشف كسوف الشمس أن القمر والشمس لهما نفس الحجم الزاوي تقريبًا ، لكن الشمس كانت أكثر سطوعًا لدرجة أنها ربما كانت أكبر ولكنها بعيدة (هذه المصادفة فيما يتعلق بالحجم الظاهر للشمس والقمر كانت ذات أهمية لا توصف تقريبًا في تطوير علم الفلك). لم تظهر بقية الكواكب أكبر من النجوم ، ومع ذلك بدا أنها تتحرك بسرعة أكبر ؛ كانوا على الأرجح على مسافة متوسطة. لكن ، هل يمكننا أن نفعل أي شيء أفضل من هذه الأوصاف الغامضة؟ مع اختراع الهندسة ، أصبحت الإجابة نعم مدوية.
كانت المسافة الأولى التي يجب قياسها بأي دقة هي مسافة القمر. في منتصف القرن الثاني قبل الميلاد ، كان عالم الفلك اليوناني هيبارخوس رائدًا في استخدام طريقة تُعرف باسمالمنظر. إن فكرة اختلاف المنظر بسيطة: عندما تُلاحظ الأشياء من زاويتين مختلفتين ، يبدو أن الأجسام الأقرب تتحرك أكثر من الأشياء البعيدة. يمكنك إثبات ذلك بنفسك بسهولة عن طريق وضع إصبع على مسافة ذراع وإغلاق عين ثم الأخرى. لاحظ كيف يتحرك إصبعك أكثر من الأشياء الموجودة في الخلفية؟ هذا هو المنظر! من خلال مراقبة القمر من مدينتين على بعد مسافة معروفة ، استخدم هيبارخوس القليل من الهندسة لحساب المسافة التي تصل إلى 7٪ من القيمة الحديثة اليوم - وهذا ليس سيئًا!
كان القمر هو أول جسم تم قياس المسافة منه بدقة. الائتمان وحقوق النشر: جيمس ليني.
مع معرفة المسافة إلى القمر ، تم تمهيد المسرح لعالم فلك يوناني آخر ، Aristarchus ، ليأخذ أول طعنة في تحديد مسافة الأرض من الشمس. أدرك Aristarchus أنه عندما كان القمر نصف مضاء تمامًا ، شكل مثلثًا قائمًا مع الأرض والشمس. الآن بمعرفة المسافة بين الأرض والقمر ، كل ما يحتاجه هو الزاوية بين القمر والشمس في هذه اللحظة لحساب مسافة الشمس نفسها. لقد كان منطقًا رائعًا تقوضته الملاحظات غير الكافية. مع عدم وجود شيء سوى عينيه ، قدر Aristarchus هذه الزاوية بـ 87 درجة ، وهي ليست بعيدة بشكل رهيب عن القيمة الحقيقية البالغة 89.83 درجة. ولكن عندما تكون المسافات المتضمنة هائلة ، يمكن تكبير الأخطاء الصغيرة بسرعة. كانت نتيجته أقل من ألف عامل.
على مدى الألفي سنة التالية ، فإن تطبيق الملاحظات الأفضل على طريقة أريستارخوس سيجعلنا في حدود 3 أو 4 أضعاف القيمة الحقيقية. فكيف يمكننا تحسين هذا أكثر؟ لا تزال هناك طريقة واحدة فقط لقياس المسافة بشكل مباشر وهي اختلاف المنظر. لكن العثور على اختلاف المنظر في الشمس كان أكثر صعوبة من إيجاد القمر. بعد كل شيء ، الشمس هي في الأساس عديمة الملامح وسطوعها المذهل يلغي أي منظر قد يكون لدينا للنجوم الكامنة وراءنا. ماذا يمكن أن نفعل؟
بحلول القرن الثامن عشر ، كان فهمنا للعالم قد تقدم بشكل كبير. كان مجال الفيزياء الآن في مهده وقدم دليلًا مهمًا. أظهر يوهانس كبلر وإسحاق نيوتن أن المسافات بين الكواكب كانت كلها مترابطة ؛ ابحث عن واحد وستعرفهم جميعًا. ولكن هل سيكون العثور على أي منها أسهل من العثور على الأرض؟ اتضح أن الجواب نعم. بعض الأحيان. ان كنت محظوظ.
المفتاح هو عبور كوكب الزهرة. أثناء العبور ، يعبر الكوكب أمام الشمس كما يُرى من الأرض. من مواقع مختلفة ، ستظهر الزهرة وكأنها تعبر أجزاء أكبر أو أصغر من الشمس. من خلال تحديد الوقت الذي تستغرقه هذه المعابر ، أدرك جيمس غريغوري وإدموند هالي أنه يمكن تحديد المسافة إلى كوكب الزهرة (ومن ثم الشمس) (هل أنت مهتم بالحقيقة الجوهرية لكيفية القيام بذلك؟ لدى ناسا تفسير رائع متاح. هنا .). هذا هو الوقت الذي عادة ما أقول فيه شيئًا مثل:يبدو واضحًا جدًا ، أليس كذلك؟ هناك صيد واحد فقط ...ولكن ربما لم يكن هذا غير صحيح على الإطلاق. كانت الاحتمالات مكدسة ضد النجاح لدرجة أنه حقًا دليل على أهمية هذا القياس لدرجة أن أي شخص حاول ذلك.
لاحظ عالم فلك يسافر مع النقيب جيمس كوك عام 1769 عبور كوكب الزهرة من تاهيتي.
أولاً ، عبور كوكب الزهرة نادر للغاية. مثل نادرة مرة واحدة في العمر (على الرغم من أنها تأتي في أزواج). بحلول الوقت الذي أدرك فيه هالي أن هذه الطريقة ستنجح ، كان يعلم أنه أكبر من أن تتاح له الفرصة لإكمالها بنفسه. لذلك ، على أمل أن يتولى جيل المستقبل المهمة ، كتب تعليمات محددة حول كيفية تنفيذ الملاحظات. من أجل الحصول على الدقة المطلوبة للنتيجة النهائية ، يجب قياس توقيت العبور حتى الثانية. من أجل الحصول على مسافة فاصلة كبيرة ، يجب أن تكون مواقع المراقبة موجودة في أقاصي الأرض. ولضمان ألا يفسد الطقس الغائم فرصة النجاح ، ستكون هناك حاجة إلى مراقبين في مواقع في جميع أنحاء العالم. تحدث عن مهمة كبيرة في عصر قد يستغرق فيه السفر عبر القارات سنوات.
على الرغم من هذه التحديات ، قرر علماء الفلك في فرنسا وإنجلترا أنهم سيجمعون البيانات اللازمة أثناء عبور عام 1761. بحلول ذلك الوقت ، كان الوضع أسوأ: تورطت إنجلترا وفرنسا في حرب السنوات السبع. كان السفر عن طريق البحر شبه مستحيل. ومع ذلك ، استمرت الجهود. على الرغم من عدم نجاح جميع المراقبين (حجبت السحب بعضها ، وسفن حربية أخرى) ، عند دمجها مع البيانات التي تم جمعها خلال عبور آخر بعد ثماني سنوات ، كان التعهد ناجحًا. قام عالم الفلك الفرنسي جيروم لالاند بجمع جميع البيانات وحساب أول مسافة دقيقة للشمس: 153 مليون كيلومتر ، وهي نسبة تصل إلى ثلاثة بالمائة من القيمة الحقيقية!
بإيجاز جانبا: الرقم الذي نتحدث عنه هنا يسمى رقم الأرضنصف المحور الرئيسي، مما يعني أنها متوسط المسافة بين الأرض والشمس. نظرًا لأن مدار الأرض ليس دائريًا تمامًا ، فقد اقتربنا بنسبة 3٪ تقريبًا وأبعد على مدار العام. أيضًا ، مثل العديد من الأرقام في العلم الحديث ، تم تغيير التعريف الرسمي للوحدة الفلكية قليلاً. اعتبارًا من عام 2012 ، 1 AU = 149،597،870،700 متر بالضبط ، بغض النظر عما إذا وجدنا أن المحور شبه الرئيسي للأرض مختلف قليلاً في المستقبل.
منذ الملاحظات الرائدة التي تم إجراؤها أثناء عبور كوكب الزهرة ، قمنا بتحسين معرفتنا عن المسافة بين الأرض والشمس بشكل هائل. لقد استخدمناه أيضًا لفهم اتساع الكون. بمجرد أن عرفنا حجم مدار الأرض ، يمكننا استخدام المنظر لقياس المسافة إلى النجوم الأخرى من خلال إجراء ملاحظات متباعدة بمقدار ستة أشهر (عندما تنتقل الأرض إلى الجانب الآخر من الشمس ، مسافة 2 AU!) . كشف هذا عن كون امتد بلا نهاية وسيؤدي في النهاية إلى اكتشاف أن كوننا يبلغ من العمر مليارات السنين. ليس سيئا لطرح سؤال مباشر!