كم تبعد الشمس؟ يبدو وكأن المرء بالكاد يطرح سؤالاً أكثر وضوحًا. ومع ذلك ، أزعج هذا التحقيق الفلكيين لأكثر من ألفي عام.
من المؤكد أنها مسألة ذات أهمية لا مثيل لها تقريبًا ، وقد طغى عليها التاريخ ربما فقط من خلال البحث عن حجم الأرض وكتلتها. المعروف اليوم باسم وحدة فلكية، تعد المسافة بمثابة مرجعنا داخل النظام الشمسي وخط الأساس لقياس جميع المسافات في الكون.
كان المفكرون في اليونان القديمة من بين أوائل الذين حاولوا بناء نموذج شامل للكون. بدون شيء سوى ملاحظات بالعين المجردة ، يمكن عمل بعض الأشياء. القمر كان يلوح في السماء لذا ربما كان قريبًا جدًا. كشف الكسوف الشمسي أن القمر والشمس كانا بنفس الحجم الزاوي تقريبًا ، لكن الشمس كانت أكثر إشراقًا لدرجة أنها ربما كانت أكبر ولكنها أبعد (هذا المصادفة فيما يتعلق بالحجم الظاهري للشمس والقمر كان له أهمية لا توصف تقريبًا في تقدم علم الفلك). لم تظهر بقية الكواكب أكبر من النجوم ، لكنها بدت تتحرك بسرعة أكبر ؛ كانوا على الأرجح على مسافة متوسطة. ولكن ، هل يمكننا أن نفعل أفضل من هذه الأوصاف الغامضة؟ مع اختراع الهندسة ، أصبحت الإجابة نعم مدوية.
كانت المسافة الأولى التي يتم قياسها بأي دقة هي القمر. في منتصف القرن الثاني قبل الميلاد ، كان عالم الفلك اليوناني هيبارخوس رائدًا في استخدام طريقة تعرف باسم المنظر. إن فكرة اختلاف المنظر بسيطة: عندما تتم ملاحظة الأشياء من زاويتين مختلفتين ، يبدو أن الأجسام الأقرب تتغير أكثر من الأشياء البعيدة. يمكنك إثبات ذلك بسهولة من خلال الإمساك بإصبع على طول ذراعك وإغلاق إحدى العين ثم الأخرى. هل تلاحظ كيف يتحرك إصبعك أكثر من الأشياء في الخلفية؟ هذا اختلاف! من خلال مراقبة القمر من مدينتين على بعد مسافة معروفة ، استخدم هيبارخوس هندسة صغيرة لحساب المسافة إلى ما يصل إلى 7 ٪ من القيمة الحديثة اليوم - ليس سيئًا!
مع معرفة المسافة إلى القمر ، تم إعداد المسرح لعالم فلك يوناني آخر ، أريستارخوس ، ليأخذ أول طعن في تحديد مسافة الأرض من الشمس. أدرك أريستارخوس أنه عندما كان القمر نصف مضاء بالضبط ، شكل مثلثًا قائمًا مع الأرض والشمس. الآن بعد معرفة المسافة بين الأرض والقمر ، كان كل ما يحتاجه هو الزاوية بين القمر والشمس في هذه اللحظة لحساب مسافة الشمس نفسها. كان المنطق الرائع تقوضه الملاحظات غير الكافية. مع عدم وجود شيء سوى عينيه ، قدر أريستارخوس هذه الزاوية بـ 87 درجة ، ليست بعيدة بشكل رهيب عن القيمة الحقيقية لـ 89.83 درجة. ولكن عندما تكون المسافات كبيرة ، يمكن تضخيم الأخطاء الصغيرة بسرعة. كانت نتيجته أكثر من ألف عامل.
على مدار ألفي عام قادم ، فإن الملاحظات الأفضل التي يتم تطبيقها على طريقة أريستارخوس ستجلب لنا في غضون 3 أو 4 أضعاف القيمة الحقيقية. فكيف يمكننا تحسين هذا أكثر؟ كان لا يزال هناك طريقة واحدة فقط لقياس المسافة وهي تلك المنظر. ولكن ، كان العثور على اختلاف المنظر في الشمس أكثر صعوبة من مثيله في القمر. بعد كل شيء ، الشمس هي في الأساس غير مميزة ، وسطوعها المذهل يمحو أي رؤية قد تكون لدينا عن النجوم التي تتربص خلفها. ماذا يمكن أن نفعل؟
ولكن بحلول القرن الثامن عشر ، تقدم فهمنا للعالم بشكل كبير. كان مجال الفيزياء الآن في مراحله الأولى ، وقدّم دليلاً نقديًا. أظهر يوهانس كيبلر وإسحاق نيوتن أن المسافات بين الكواكب مرتبطة ببعضها البعض. ابحث عن واحد وستعرفهم جميعًا. ولكن هل سيكون العثور عليها أسهل من 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 كوكب الزهرة عبر 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 بالجرأة الشديدة لكيفية القيام بذلك؟ لدى ناسا شرح جيد جدًا متاح هنا). . حان الوقت عادةً عندما أقول شيئًا مثل: يبدو واضحًا جدًا ، أليس كذلك؟ هناك صيد واحد فقط ... ولكن ربما لم يكن هذا أكثر صحة من أي وقت مضى. كانت الاحتمالات مكدسة للغاية في مقابل النجاح بحيث أنها شهادة على أهمية هذا القياس لدرجة أن أي شخص حاول ذلك.
أولاً ، إن عبور كوكب الزهرة نادر للغاية. مثل مرة واحدة في العمر نادرة (على الرغم من أنها تأتي في أزواج). في الوقت الذي أدرك فيه هالي أن هذه الطريقة ستنجح ، كان يعلم أنه كان كبيرًا جدًا في السن بحيث لا تتاح له الفرصة لإكمالها بنفسه. لذا ، على أمل أن يقوم جيل المستقبل بهذه المهمة ، كتب تعليمات محددة حول كيفية تنفيذ الملاحظات. من أجل الحصول على الدقة المطلوبة للنتيجة النهائية ، يجب قياس توقيت العبور إلى الثاني. من أجل أن يكون هناك مسافة كبيرة في المسافة ، يجب أن تكون مواقع المراقبة موجودة في أقاصي الأرض. ولضمان أن الطقس الغائم لا يفسد 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 خلال عبور عام 1761. بحلول ذلك الوقت ، كان الوضع أسوأ من ذلك: كانت إنجلترا وفرنسا متورطين في حرب السنوات السبع. كان السفر عن طريق البحر شبه مستحيل. ومع ذلك ، استمرت الجهود. على الرغم من عدم نجاح جميع المراقبين (حجبت الغيوم البعض ، والسفن الحربية الأخرى) ، عندما تم دمجها مع البيانات التي تم جمعها خلال عبور آخر بعد ثماني سنوات ، كان المشروع ناجحًا. قام الفلكي الفرنسي جيروم لالاند بجمع جميع البيانات وحساب أول مسافة دقيقة للشمس: 153 مليون كيلومتر ، وهو ما يعادل ثلاثة بالمائة من القيمة الحقيقية!
جانبا موجز: الرقم الذي نتحدث عنه هنا يسمى الأرض نصف المحور الرئيسي، بمعنى أنها متوسط المسافة بين الأرض والشمس. نظرًا لأن مدار الأرض ليس مستديرًا تمامًا ، فإننا في الواقع نقترب بنسبة 3٪ تقريبًا وأبعد على مدار العام. أيضًا ، مثل العديد من الأرقام في العلوم الحديثة ، تم تغيير التعريف الرسمي للوحدة الفلكية قليلاً. اعتبارًا من عام 2012 ، 1 AU = 149،597،870،700 متر بالضبط ، بغض النظر عما إذا وجدنا المحور شبه الرئيسي للأرض مختلفًا قليلاً في المستقبل.
منذ الملاحظات الرائدة التي تم إجراؤها أثناء عبور كوكب الزهرة ، قمنا بتحسين معرفتنا بالمسافة بين الأرض والشمس بشكل كبير. لقد استخدمناها أيضًا لفتح فهم اتساع الكون. بمجرد أن عرفنا كم كان حجم مدار الأرض ، يمكننا استخدام المنظر لقياس المسافة إلى النجوم الأخرى عن طريق إجراء رصدات متباعدة لمدة ستة أشهر (عندما تنتقل الأرض إلى الجانب الآخر من الشمس ، مسافة 2 AU!) . كشف ذلك عن كون امتد إلى ما لا نهاية ، وسيؤدي في النهاية إلى اكتشاف أن كوننا يبلغ عمره مليارات السنين. ليس سيئا لطرح سؤال مباشر!
