國際天文學聯合會大會修訂日地距離為149597870700米

2012-09-16|来源: 中国科学报|标签:科技 日地距离 天文 

【希望之聲2012年9月16日訊】沒有大張旗鼓的宣傳,但天文學家已經重新定義了太陽系中最重要的距離。天文單位(au)——從地球到太陽的距離——終于從一個模棱兩可的估算變成了一個單一的數字。在日前于中國北京舉行的國際天文學聯合會大會上以全票通過而被采用的這一新標準規定,日地距離為149597870700米——是的,不多也不少。


新修訂的天文單位對于生活在這顆星球上的居民恐怕沒有什么影響。地球依然在圍繞太陽運轉,并且在北半球,秋季已然來臨。然而對天文學家而言,這一變化意味著更加準確的測量結果,并且在向他們的學生解釋天文單位時再也不用那么費勁了。

在天文學中,日地距離是一個歷史最悠久的數值。對日地距離的第一次準確測量發生在1672年,當時著名天文學家Giovanni Cassini在法國巴黎觀測火星,同時他的同事Jean Richer則在南美洲的法屬圭亞那觀測這顆紅色的行星。考慮到這兩次觀測之間的視差或角度差,天文學家計算了從地球到火星的距離,并利用這一結果最終得出了從地球到太陽的距離。他們的結果是1.4億公里——這與今天的數值差不了太多。

直至20世紀后半葉,這種視差測量法依然是推導太陽系中任意距離的唯一可靠途徑,天文單位也因此一直被表示為可將角度測量轉化為距離的一個基本常數組合。而近些年來,天文單位被定義為:“在太陽引力作用下沿圓軌道以每天0.01720209895(即所謂的高斯引力常數)弧度的角速度運動的試驗粒子的軌道半徑。”

這一定義讓德國數學家卡爾·弗里德里希·高斯的“粉絲”們歡呼不已——他的常數位于整個事件的中心,但這個天文單位卻給天文學家帶來了麻煩。德國德累斯頓技術大學的天文學家Sergei Klioner表示,首先,老的天文單位經常讓天文學學生感到困惑不解。但更重要的是,老的定義有悖于愛因斯坦的廣義相對論。

正如后者的名字所暗示的,廣義相對論的時空是相對的,完全取決于觀察者所處的位置。然而根據老的定義,天文單位改變了這一切。Klioner指出,日地距離在地球參照系和木星參照系之間就改變了1000米甚至更多。這種變化并不會影響航天器,它們會直接測量日地距離,但它卻給研究太陽系模型的行星科學家造成了巨大的痛苦。

同時太陽自身也引發了另一個問題。高斯引力常數以太陽的質量為基礎,因此天文單位與太陽質量被密不可分地聯系在一起。然而太陽的質量正隨著能量輻射而減少,這就使天文單位也在緩慢發生著變化。

改進后的定義抹去了老的天文單位存在的所有問題。修訂的距離與太陽質量沒有任何關系,同時米被定義為光在真空中旅行1/299792458秒鐘的距離。這是因為光速在所有的參照系中都是恒定的,從而使天文單位不再隨著觀測者在太陽系中的位置不同而發生變化。

重新定義天文單位大概花了幾十年的時間——當代天文學家利用航天器、雷達和激光直接測量了這一距離。但法國巴黎天文臺的天文學家Nicole Capitaine表示:“他們中的一些人認為改變可能會帶來一定的風險。”有人擔心這一變化會破壞他們的計算機程序,而有人則因為老標準的離去而感到難過。但經過Capitaine、Klioner和其他天文學家多年的游說,修訂后的天文單位終于得到了認可。

Capitaine和Klioner表示,最新的天文單位已經對他們的生活產生了積極影響。游說是很費時間的,Capitaine說:“我將有更多的時間投入到研究中去。”

Klioner則表示:“我很高興再也不用向我的學生解釋什么是天文單位了。”新的定義“如今讓每個人更容易理解”。
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