Hvor langt er sola? Det virker som om man knapt kunne stille et mer rett frem spørsmål. Likevel gjorde denne undersøkelsen astronomer i mer enn to tusen år.
Det er absolutt et spørsmål om nesten uovertruffen betydning, overskygget i historien, kanskje bare av jakten på jordens størrelse og masse. Kjent i dag som astronomisk enhet, avstanden fungerer som vår referanse innen solsystemet og grunnlinjen for å måle alle avstander i universet.
Tenkere i antikkens Hellas var blant de første som prøvde å konstruere en omfattende modell av kosmos. Med ikke annet enn observasjoner med blotte øye, kunne noen få ting utarbeides. Månen vakte stort på himmelen så det var sannsynligvis ganske nært. Solformørkelser avslørte at månen og solen var nesten nøyaktig i samme vinkelstørrelse, men solen var så mye lysere at den kanskje var større, men lenger borte (dette tilfeldigheten angående solens og månens tilsynelatende størrelse har vært nesten ubeskrivelig viktig i fremme astronomi). Resten av planetene virket ikke større enn stjernene, men virket likevel å bevege seg raskere; de var sannsynligvis på en mellomdistanse. Men kan vi gjøre noe bedre enn disse vage beskrivelsene? Med oppfinnelsen av geometri ble svaret et rungende ja.
Den første avstanden som ble målt med nøyaktighet, var månens. I midten av det 2. århundre f.Kr. var pionerer den greske astronomen Hipparchus bruken av en metode kjent som parallax. Ideen om parallaks er enkel: når objekter blir observert fra to forskjellige vinkler, ser det ut til at nærmere objekter skifter mer enn lenger. Du kan demonstrere dette enkelt for deg selv ved å holde en finger i armlengdes avstand og lukke det ene øyet og deretter det andre. Legg merke til hvordan fingeren beveger seg mer enn ting i bakgrunnen? Det er parallaks! Ved å observere månen fra to byer med en kjent avstand fra hverandre, brukte Hipparchus litt geometri for å beregne avstanden til innen 7% av dagens moderne verdi - ikke verst!
Med avstanden til månen kjent, var scenen innstilt på at en annen gresk astronom, Aristarchus, skulle ta det første stikket for å bestemme jordens avstand fra solen. Aristarchus innså at når månen var nøyaktig halvt opplyst, dannet den en høyre trekant med jorden og solen. Når han nå vet avstanden mellom Jorden og Månen, var alt han trengte vinkelen mellom Månen og Solen i dette øyeblikket for å beregne avstanden til selve Solen. Det var strålende resonnementer undergravet av utilstrekkelige observasjoner. Uten å se på blikket, anslår Aristarchus denne vinkelen til å være 87 grader, ikke veldig langt fra den sanne verdien på 89,83 grader. Men når avstandene som er involvert er enorme, kan små feil raskt forstørres. Resultatet ble redusert med en faktor på mer enn tusen.
I løpet av de neste to tusen årene ville bedre observasjoner anvendt på Aristarchus 'metode bringe oss innen 3 eller 4 ganger den sanne verdien. Så hvordan kan vi forbedre dette ytterligere? Det var fremdeles bare en metode for direkte måling av avstand, og det var parallaks. Men å finne solens parallaks var langt mer utfordrende enn månens. Når alt kommer til alt er solen i det vesentlige uten glans og dens utrolige lysstyrke utsletter enhver utsikt vi kan ha av stjernene som lurer bak. Hva kunne vi gjøre?
Innen det attende århundre hadde vår forståelse av verden imidlertid kommet betydelig. Fysikkfeltet var nå i sin spede begynnelse, og det ga en kritisk ledetråd. Johannes Kepler og Isaac Newton hadde vist at avstandene mellom planetene alle var relatert; Finn en, og du vil kjenne dem alle. Men ville noen være lettere å finne enn jordens? Det viser seg at svaret er ja. Noen ganger. Hvis du er heldig.
Nøkkelen er transitt av Venus. Under en transitt krysser planeten foran sola sett fra jorden. Fra forskjellige steder ser det ut til at Venus krysser større eller mindre deler av sola. Ved å tidfeste hvor lang tid disse kryssingene tar, innså James Gregory og Edmond Halley at avstanden til Venus (og derav Solen) kunne bestemmes (Interessert i den pusete gnisen om hvordan dette gjøres? NASA har en ganske fin forklaring tilgjengelig her.) . Nå er det tidspunktet jeg pleier å si noe som: Virker ganske grei, ikke sant? Det er bare en fangst ... Men kanskje har det aldri vært mer usant. Oddsen var så stablet mot suksess at det virkelig er et vitnesbyrd om viktigheten av denne målingen at noen til og med forsøkte det.
For det første er overganger av Venus ekstremt sjeldne. Som en sjelden gang i livet (selv om de kommer parvis). Da Halley skjønte at denne metoden ville fungere, visste han at han var for gammel til å ha en sjanse til å fullføre den selv. Så i håp om at en fremtidig generasjon skulle påta seg oppgaven, skrev han ut spesifikke instruksjoner om hvordan observasjonene må utføres. For at sluttresultatet skulle ha ønsket nøyaktighet, måtte tidspunktet for transitt måles ned til det andre. For å ha en stor adskillelse på avstand, må observasjonsstedene være plassert på jordens lengderekker. Og for å sikre at overskyet vær ikke ødelegger sjansen for å lykkes, ville det være behov for observatører på steder over hele kloden. Snakk om et stort foretak i en tid der transkontinentale reiser kan ta år.
Til tross for disse utfordringene, bestemte astronomer i Frankrike og England at de ville samle inn de nødvendige dataene under transitt 1761. På den tiden var imidlertid situasjonen enda verre: England og Frankrike ble omfavnet i syvårskrigen. Reise til sjøs var nesten umulig. Likevel var innsatsen vedvarende. Selv om ikke alle observatører var vellykkede (skyer blokkerte noen, krigsskip andre), hadde tilsagnet vært en suksess når de ble kombinert med data samlet inn under en annen transitt åtte år senere. Den franske astronomen Jerome Lalande samlet alle dataene og beregnet den første nøyaktige avstanden til solen: 153 millioner kilometer, god til innen tre prosent av den sanne verdien!
En kort side til side: antallet vi snakker om her heter Jordens halv-hovedakse, noe som betyr at det er den gjennomsnittlige avstanden mellom jorden og solen. Fordi jordens bane ikke er perfekt rundt, kommer vi faktisk rundt 3% nærmere og lenger gjennom et år. I likhet med mange tall i moderne vitenskap, har den formelle definisjonen av den astronomiske enheten blitt endret litt. Fra 2012 er 1 AU = 149.597.870.700 meter nøyaktig, uavhengig av om vi finner jordens halv-hovedakse litt annerledes i fremtiden.
Siden de banebrytende observasjonene som ble gjort under Venus-ferden, har vi foredlet kunnskapen vår om jord-sol-avstanden enormt. Vi har også brukt det for å låse opp forståelsen av universets enorme bredde. Når vi visste hvor stor jordens bane var, kunne vi bruke parallaks for å måle avstanden til andre stjerner ved å gjøre observasjoner fordelt med seks måneder (når jorden har reist til den andre siden av solen, en avstand på 2 AU!) . Dette avdekket et kosmos som strakk seg uendelig og til slutt ville føre til oppdagelsen at universet vårt er milliarder av år gammelt. Ikke verst for å stille et greit spørsmål!
