כמה רחוק השמש? נראה כאילו בקושי ניתן היה לשאול שאלה ישירה יותר. ובכל זאת, עצם החקירה הזו הכשירה את האסטרונומים במשך יותר מאלפיים שנה.
בהחלט מדובר בשאלה בעלת חשיבות כמעט ללא תחרות, שהאפילה בהיסטוריה, אולי רק על ידי חיפוש אחר גודל ומסה של כדור הארץ. ידוע כיום בשם יחידה אסטרונומיתהמרחק משמש התייחסות שלנו בתוך מערכת השמש וקו הבסיס למדידת כל המרחקים ביקום.
הוגים ביוון העתיקה היו בין הראשונים שניסו לבנות מודל מקיף של הקוסמוס. בלי שום דבר מלבד תצפיות בעין בלתי מזוינת, ניתן היה לבצע כמה דברים. הירח התנשא לגדול בשמיים כך שהוא כנראה היה די קרוב. ליקוי חמה גילו כי הירח והשמש היו כמעט באותו גודל זוויתי, אך השמש הייתה כה בהירה עד שאולי היא הייתה גדולה יותר אך רחוקה יותר (צירוף מקרים זה לגבי גודלו לכאורה של השמש והירח היה כמעט בלתי ניתן לתיאור ב קידום אסטרונומיה). שאר כוכבי הלכת נראו לא גדולים מהכוכבים, ועם זאת נראה כאילו הם זזים במהירות רבה יותר; הם היו ככל הנראה במרחק ביניים כלשהו. אבל, האם נוכל לעשות טוב יותר מהתיאורים העמומים האלה? עם המצאת הגיאומטריה, התשובה הפכה להיות כן מהדהד.
המרחק הראשון שנמדד ברמת דיוק כלשהי היה זה של הירח. באמצע המאה השנייה לפני הספירה החלוץ האסטרונום היווני היפררכוס בשיטה הידועה בשם פרלקס. הרעיון של פרלקס הוא פשוט: כאשר מסתכלים על אובייקטים משני זוויות שונות, נראה כי עצמים קרובים נעים יותר מאשר אלה הרחוקים יותר. אתה יכול להדגים זאת בקלות בעצמך על ידי אחיזת אצבע באורך הזרוע וסגירת עין אחת ואז השנייה. שימו לב איך האצבע שלכם זזה יותר מדברים ברקע? זה parallax! על ידי התבוננות בירח משתי ערים במרחק ידוע זה מזה, השתמש היפארכוס במעט גיאומטריה כדי לחשב את המרחק שלה בתוך 7% מהערך המודרני של ימינו - לא רע!
עם הידוע המרחק לירח, נקבע הבמה לאסטרונום יווני אחר, אריסטארכוס, לנקוט בדקירה הראשונה בקביעת מרחק כדור הארץ מהשמש. אריסטרכוס הבין שכאשר הירח היה מואר בדיוק למחצה, הוא יצר משולש ימני עם כדור הארץ והשמש. כעת, כשהוא יודע את המרחק בין כדור הארץ לירח, כל מה שהוא היה צריך היה הזווית בין הירח לשמש ברגע זה כדי לחשב את מרחק השמש עצמה. זה היה הנמקה מבריקה שהתערערה על ידי תצפיות לא מספיקות. בלי שום דבר מלבד עיניו להמשיך, העריך אריסטארכוס את הזווית הזו כ- 87 מעלות, לא ממש רחוקה מהערך האמיתי של 89.83 מעלות. אך כאשר המרחקים המעורבים הם עצומים, ניתן להגדיל במהירות טעויות קטנות. התוצאה שלו הושמעה על ידי גורם של יותר מאלף.
במהלך אלפיים השנים הבאות, תצפיות טובות יותר המיושמות בשיטת אריסטארכוס יביאו אותנו בתוך פי 3 או 4 מהערך האמיתי. אז איך נוכל לשפר זאת עוד יותר? הייתה עדיין רק שיטה אחת למדידה ישירה של מרחק וזה היה פרלקס. אבל למצוא את פרלקס השמש היה מאתגר בהרבה מזה של הירח. אחרי הכל, השמש היא חסרת תכלית במהותה והבהירות המדהימה שלה מוחקת כל השקפה שעשויה להיות לנו על הכוכבים האורבים מאחור. מה יכולנו לעשות?
אולם עד המאה השמונה עשרה הבנתנו את העולם התקדמה משמעותית. תחום הפיזיקה היה עכשיו בחיתוליו והוא סיפק רמז קריטי. יוהנס קפלר ואייזק ניוטון הראו שהמרחקים בין כוכבי הלכת קשורים כולם; מצא אחד ואתה מכיר את כולם. אבל האם יהיה קל יותר למצוא את כדור הארץ? מסתבר שהתשובה היא כן. לפעמים. אם אתה בר מזל.
המפתח הוא מעבר ונוס. במהלך מעבר הכוכב חוצה מול השמש כפי שנראה מכדור הארץ. ממקומות שונים נראה כי ונוס תחצה חלקים גדולים יותר או קטנים יותר של השמש. בתזמון כמה זמן עברו מעברים אלה, ג'יימס גרגורי ואדמונד האלי הבינו שאפשר לקבוע את המרחק לוונוס (ומכאן לשמש) (מעוניין בגרגירי הנורא של איך זה נעשה? לנאס"א יש כאן הסבר די נחמד). . זה הזמן שבדרך כלל הייתי אומר משהו כמו: נראה די פשוט, נכון? יש רק מלכוד אחד ... אבל אולי זה מעולם לא היה נכון יותר. הסיכויים היו כל כך ערומים כנגד הצלחה, שזה באמת עדות לחשיבות המדידה הזו שמישהו אפילו ניסה אותה.
ראשית, מעברים של ונוס הם נדירים ביותר. כמו נדירים של פעם בחיים (למרות שהם מגיעים בזוגות). כאשר האלי הבין ששיטה זו תעבוד, הוא ידע שהוא זקן מכדי שיהיה לו סיכוי להשלים אותה בעצמו. לכן, בתקווה שדור העתיד יבצע את המשימה, הוא כתב הוראות ספציפיות כיצד יש לבצע את התצפיות. על מנת שהתוצאה הסופית תהיה בעלת הדיוק הרצוי, יש למדוד את עיתוי המעבר עד לשנייה. על מנת להפריד מרחק גדול, אתרי התצפית צריכים להיות ממוקמים בקצה המרוחק של כדור הארץ. וכדי להבטיח שמזג אוויר מעונן לא יהרוס את הסיכוי להצלחה, יהיה צורך בתצפיתנים במקומות בכל רחבי העולם. דברו על התחייבות גדולה בעידן בו נסיעות טרנס-יבשתיות עלולות לארוך שנים.
למרות האתגרים הללו, אסטרונומים בצרפת ובאנגליה החליטו שהם יאספו את הנתונים הדרושים במהלך המעבר ב- 1761. אולם באותה תקופה המצב היה גרוע עוד יותר: אנגליה וצרפת הסתבכו במלחמת שבע השנים. נסיעה בדרך ים הייתה כמעט בלתי אפשרית. עם זאת המאמץ נמשך. אף על פי שלא כל המשקיפים הצליחו (עננים חסמו חלקם, ספינות מלחמה אחרות), בשילוב עם נתונים שנאספו במהלך מעבר אחר שמונה שנים לאחר מכן, ההתחייבות הייתה הצלחה. האסטרונום הצרפתי ג'רום לאלנד אסף את כל הנתונים וחישב את המרחק המדויק הראשון לשמש: 153 מיליון ק"מ, טוב בתוך שלושה אחוזים מהערך האמיתי!
בצד השני: המספר עליו אנו מדברים נקרא כדור הארץ ציר חצי עיקרי, כלומר שזה המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש. מכיוון שמסלול כדור הארץ אינו עגול בצורה מושלמת, אנו למעשה מתקרבים לכ -3% ומתרחקים לאורך שנה. כמו כן, כמו מספרים רבים במדע המודרני, ההגדרה הרשמית של היחידה האסטרונומית השתנתה מעט. נכון לשנת 2012, 1 AU = 149,597,870,700 מטרים בדיוק, ללא קשר לשאלה אם נמצא שהציר החצי-ראשי של כדור הארץ שונה מעט בעתיד.
מאז התצפיות פורצות הדרך שבוצעו במהלך מעבר ונוס, צמצמנו את הידע שלנו על מרחק כדור הארץ-שמש בצורה אדירה. השתמשנו בה גם כדי לפתוח את ההבנה של עצום היקום. ברגע שידענו כמה גדול מסלול כדור הארץ, נוכל להשתמש בפרלקס כדי למדוד את המרחק לכוכבים אחרים על ידי ביצוע תצפיות שנפרסו בשישה חודשים (כאשר כדור הארץ נסע לצד השני של השמש, מרחק של 2 AU!) . זה חשף קוסמוס שנמשך ללא הפסקה ובסופו של דבר יוביל לגילוי שהיקום שלנו בן מיליארדי שנים. לא רע לשאול שאלה ישירה!
