国际天文学联合会大会修订日地距离为149597870700米
【希望之声2012年9月16日讯】没有大张旗鼓的宣传,但天文学家已经重新定义了太阳系中最重要的距离。天文单位(au)——从地球到太阳的距离——终于从一个模棱两可的估算变成了一个单一的数字。在日前于中国北京举行的国际天文学联合会大会上以全票通过而被采用的这一新标准规定,日地距离为149597870700米——是的,不多也不少。

新修订的天文单位对于生活在这颗星球上的居民恐怕没有什么影响。地球依然在围绕太阳运转,并且在北半球,秋季已然来临。然而对天文学家而言,这一变化意味着更加准确的测量结果,并且在向他们的学生解释天文单位时再也不用那么费劲了。

在天文学中,日地距离是一个历史最悠久的数值。对日地距离的第一次准确测量发生在1672年,当时着名天文学家Giovanni Cassini在法国巴黎观测火星,同时他的同事Jean Richer则在南美洲的法属圭亚那观测这颗红色的行星。考虑到这两次观测之间的视差或角度差,天文学家计算了从地球到火星的距离,并利用这一结果最终得出了从地球到太阳的距离。他们的结果是1.4亿公里——这与今天的数值差不了太多。

直至20世纪后半叶,这种视差测量法依然是推导太阳系中任意距离的唯一可靠途径,天文单位也因此一直被表示为可将角度测量转化为距离的一个基本常数组合。而近些年来,天文单位被定义为:“在太阳引力作用下沿圆轨道以每天0.01720209895(即所谓的高斯引力常数)弧度的角速度运动的试验粒子的轨道半径。”

这一定义让德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯的“粉丝”们欢呼不已——他的常数位于整个事件的中心,但这个天文单位却给天文学家带来了麻烦。德国德累斯顿技术大学的天文学家Sergei Klioner表示,首先,老的天文单位经常让天文学学生感到困惑不解。但更重要的是,老的定义有悖于爱因斯坦的广义相对论。

正如后者的名字所暗示的,广义相对论的时空是相对的,完全取决于观察者所处的位置。然而根据老的定义,天文单位改变了这一切。Klioner指出,日地距离在地球参照系和木星参照系之间就改变了1000米甚至更多。这种变化并不会影响航天器,它们会直接测量日地距离,但它却给研究太阳系模型的行星科学家造成了巨大的痛苦。

同时太阳自身也引发了另一个问题。高斯引力常数以太阳的质量为基础,因此天文单位与太阳质量被密不可分地联系在一起。然而太阳的质量正随着能量辐射而减少,这就使天文单位也在缓慢发生着变化。

改进后的定义抹去了老的天文单位存在的所有问题。修订的距离与太阳质量没有任何关系,同时米被定义为光在真空中旅行1/299792458秒钟的距离。这是因为光速在所有的参照系中都是恒定的,从而使天文单位不再随着观测者在太阳系中的位置不同而发生变化。

重新定义天文单位大概花了几十年的时间——当代天文学家利用航天器、雷达和激光直接测量了这一距离。但法国巴黎天文台的天文学家Nicole Capitaine表示:“他们中的一些人认为改变可能会带来一定的风险。”有人担心这一变化会破坏他们的计算机程序,而有人则因为老标准的离去而感到难过。但经过Capitaine、Klioner和其他天文学家多年的游说,修订后的天文单位终于得到了认可。

Capitaine和Klioner表示,最新的天文单位已经对他们的生活产生了积极影响。游说是很费时间的,Capitaine说:“我将有更多的时间投入到研究中去。”

Klioner则表示:“我很高兴再也不用向我的学生解释什么是天文单位了。”新的定义“如今让每个人更容易理解”。