Astronominen yksikkö
Järjestelmän ulkopuolinen yksikkö, sallittu käyttöön · suure: pituus
Kaksituhatta vuotta tähtitieteilijät tunsivat Aurinkokunnan muodon mutta eivät sen kokoa. Kepler johti kolmannen lakinsa vuonna 1619: kiertoaikojen neliöt suhtautuvat kuin isoakselien puolikkaiden kuutiot. Havainnoista seurasi heti, että Jupiter on 5,2 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa. Kuinka monta kertaa — se tiedettiin. Kuinka paljon se oli virstoina — ei. Kartta oli piirretty ilman mittajanaa.
Mittajanaksi tuli Maan etäisyys Auringosta. Suoraan sitä ei voi mitata: Auringon luo ei pääse, eikä sen kahden reunan välinen kulma riitä. Siksi kolmen vuosisadan ajan ei mitattu Aurinkoa vaan naapureita: Marsia, sitten Venusta, sitten radiopulssin kaikua. Joka kerta saatiin sama suure, kertaluokkaa tarkempana.
Vuonna 2012 mittaaminen loppui. Kansainvälinen tähtitieteellinen unioni julisti astronomisen yksikön tarkaksi määräksi metrejä ja sulki asian: 149 597 870 700, ilman epävarmuutta. Syy ei ollut tarkkuudessa vaan siinä, että vanha määritelmä oli alkanut liukua itsestään.
01 · Määritelmä
Astronominen yksikkö on tasan 149 597 870 700 metriä. Se on lähellä Maan keskietäisyyttä Auringosta, mutta määritelmä ei enää viittaa Maahan eikä Aurinkoon. Yksikkö on nyt pelkkä luku.
Ennen vuotta 2012 määritelmä oli toinen ja paljon ovelampi. Astronominen yksikkö asetettiin Gaussin painovoimavakion kautta: se on se etäisyys, jolla häviävän pienimassainen koekappale kiertää Auringon 365,2568983 vuorokaudessa. Suuretta ei mitattu mittakepillä, se johdettiin planeettojen liikkeestä.
Tuossa määritelmässä oli kaksi vikaa. Ensimmäinen: se riippuu Auringon massasta, ja Aurinko menettää massaa — noin 10¹⁷ kilogrammaa vuodessa lähtee säteilynä ja aurinkotuulena. Astronominen yksikkö kasvoi siitä hitaasti, muutaman senttimetrin vuosisadassa. Toinen: se on newtonilainen määritelmä, ja suhteellisuusteorian käsittelyssä yksikkö tuli eri koordinaatistoissa erilaiseksi.
Päätöslauselma B2 poisti molemmat vaivat yhdellä siirrolla: se asetti luvun. Au ei ole enää mitattu suure vaan muunnoskerroin metrin ja tähtitieteilijöille kätevän asteikon välillä. Auringon painovoimavakio julkaistaan siitä lähtien erikseen, mitattuna suureena.
Logaritminen asteikko Merkuriuksesta Kuiperin vyöhykkeen reunaan. Liukusäädin asettaa merkin mihin tahansa etäisyyteen, ja lehti laskee, kauanko valo kulkee, mikä Auringon vuo sinne saapuu ja mikä lämpötila olisi kappaleella ilman kehää.
Puolessa vuodessa Maa siirtyy kaksi astronomista yksikköä, ja lähellä oleva tähti piirtää kaukaisten taustalle pienen pienen ellipsin. Sitä etäisyyttä, jolta Maan radan säde näkyy yhden kaarisekunnin kokoisena, ruvettiin sanomaan parsekiksi — se on 206 265 au. Lähimmällä tähdellä kulma on vain 0,77 sekuntia, eikä yhdelläkään tähdellä ole kokonaisen sekunnin parallaksia.
02 · Muunnos
Kirjoita etäisyys, niin lehti kantaa sen asteikolta toiselle
Etuliitteitä ei käytetä astronomisen yksikön kanssa: kiloastronomista yksikköä ei ole. Aurinkokunnan sisällä lasketaan au:na ja kilometreinä, sen ulkopuolella siirrytään parsekeihin, ja planeettainvälisiin aluksiin etäisyys annetaan viestin kulkusekunteina — niin on kätevämpää maassa oleville.
Taulukon kolmas perhe koskee viestiä. Radiokäsky saavuttaa aluksen samassa ajassa kuin valo, ja vastaus kulkee takaisin kaksi kertaa kauemmin. Siitä sääntö: mitä kauempana luotain on, sitä vähemmän sitä ohjataan käsin.
Vuonna 1961 astronominen yksikkö mitattiin ensi kerran tutkalla: pulssi lähti Venukseen ja kaiku saatiin muutaman minuutin kuluttua. Etäisyys tuli suoraan viestin kulkuajasta, ilman mitään geometriaa ja ilman oletuksia massoista. Tarkkuus nousi kolme kertaluokkaa kerralla, ja sen mukana koko kunnan mittakaava.
| Huomautus | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Suuruusluokat
Maan säteestä Linnunradan keskukseen04 · Mittalaitteet
Millä kunnan mittakaavaa mitattiin
Vuonna 1672 Cassini Pariisissa ja Richer Cayennessa mittasivat samaan aikaan Marsin paikan tähtien taustalla. Kulmien erotus, 7000 kilometrin perusviivalla, antoi ensimmäisen rehellisen etäisyyden Aurinkoon: noin 140 miljoonaa kilometriä, vain 7 % liian vähän.
Halley keksi kepposen vuonna 1716: kun Venus kulkee Auringon kiekon yli, eri leveysasteilla olevat havaitsijat näkevät sen kulkevan eri jänteitä pitkin. Ylikulun keston erotus antaa parallaksin. Vuosien 1761 ja 1769 ylikulut panivat liikkeelle kymmeniä retkikuntia ympäri maailmaa — Lomonosov katseli Pietarista ja pani samalla merkille Venuksen kehän.
Pulssi lähtee Venukseen ja palaa runsaan viiden minuutin kuluttua. Etäisyys seuraa suoraan ajasta ja valon nopeudesta: ei geometriaa, ei oletuksia massoista. Vuoden 1961 ensimmäiset istunnot antoivat yksikön heti muutaman sadan kilometrin tarkkuudella.
Nykyinen tarkkuus tulee planeettainvälisistä aluksista. Maassa oleva antenni nappaa viestin taajuuden siirtymän ja tietää siitä luotaimen nopeuden millimetrin murto-osan tarkkuudella sekunnissa. Tuhansista tällaisista mittauksista rakennetaan efemeridit, ja samasta lähteestä tulee Auringon painovoimavakio.
05 · Kirjoitussäännöt
au pienin kirjaimin, ilman pisteitä ja ilman etuliitteitä
Vuodesta 2012 vakiintunut merkintä on au pienin kirjaimin ilman pisteitä. Vanhemmat AU, a.u. ja ua eivät ole käytössä uusissa teksteissä, vaikka niitä tapaa vanhoissa artikkeleissa. SI-etuliitteet eivät koske yksikköä: tuhansien au:n etäisyys kirjoitetaan kokonaan.
Vielä yksi hienous on sanonta «keskietäisyys Aurinkoon». Niin ei sovi sanoa: Maan radan isoakselin puolikas on 1,00000102 au, ja sadanviidenkymmenen kilometrin ero merkitsee tarkoissa laskuissa. Astronominen yksikkö on lähellä tuota etäisyyttä mutta ei määritelmän mukaan ole sama.
06 · Naapuriyksiköt
Kolme etäisyyden yksikköä seisoo tähtitieteessä kuin portaat: au Aurinkokuntaa varten, parsek tähtiä varten, valovuosi kansantajuisia tekstejä varten. Tieteellisissä artikkeleissa valovuotta ei juuri ole — siellä on kaikkialla parsekeja.
1,496·10¹¹ m
63 241 au
206 265 au
Parsek on kätevä juuri siksi: etäisyys saadaan jakamalla yksikkö mitatulla kulmalla. Tähtitieteilijä ei muunna mitään — hän lukee havainnon tuloksen suoraan. Proximalla on 0,7687 sekunnin parallaksi, siis se on 1,301 parsekin päässä eli 268 400 astronomisen yksikön.
07 · Historiallinen osa
Miten mittakaavaa etsittiin
Aristarkhos odotti hetkeä, jolloin Kuu on tasan puoliksi valaistu, ja mittasi kulman sen ja Auringon välillä. Kepponen on oikea: kulmasta seuraa etäisyyksien suhde. Mutta hän sai 87° todellisen 89,85° sijaan, ja Aurinko tuli vain 19 kertaa kauemmaksi kuin Kuu — lähes kaksikymmentä kertaa lähemmäksi kuin se on.
Richer lähti Guayanaan, Cassini jäi Pariisiin, ja molemmat määrittivät Marsin paikan yhtenä ja samana yönä. Seitsemäntuhannen kilometrin perusviiva antoi parallaksin, ja siitä 140 miljoonaa kilometriä Aurinkoon. Ensi kerran kunnan koko tunnettiin muutaman prosentin tarkkuudella.
Kahta Venuksen ylikulkua varten varustettiin yli sata retkikuntaa: Cook purjehti Tahitille, Le Gentil vietti yksitoista vuotta matkalla eikä nähnyt kummallakaan kerralla mitään pilvien takia. Tulos koottiin 153 miljoonaksi kilometriksi — 2 % liikaa.
Venuksen tutkaus sulki tarkkuuden kysymyksen: etäisyys saatiin tästedes viestin kulkuajasta. Puoli vuosisataa myöhemmin kävi ilmi, että nyt itse määritelmä oli tiellä, ja IAU asetti yksikölle tarkan määrän metrejä. Mitattavaa ei jäänyt.
Yksikkö, jonka mittaaminen lopetettiin
Kolmesataa vuotta astronominen yksikkö oli tähtitieteen tärkein mitattu suure. Sen tarkkuudesta riippui kaikki: etäisyydet planeettoihin, massat, tähtien kirkkaudet, Linnunradan koko. Jokainen tarkennus kirjoitti hakuteokset kokonaan uusiksi.
Vuonna 2012 se otettiin pois mitattujen suureiden joukosta. Syy on rehellinen: suure, joka on määritelty Auringon massan kautta, on pakko muuttua, sillä Aurinko loistaa ja laihtuu. Pituuden yksikkö ei saa hengittää. Siksi IAU teki au:lle sen, mitä aiemmin oli tehty metrille: asetti luvun ja sulki asian.
Mitattu osa ei siinä kadonnut, se muutti. Nyt mitataan Auringon painovoimavakiota ja Maan radan isoakselin puolikasta — 1,00000102 au. Etäisyyttä Aurinkoon tarkennetaan yhä joka vuosi; tulos vain ei enää seiso yksikön määritelmässä vaan sen vieressä.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omanimistä johdettua yksikköä ja järjestelmän ulkopuoliset suureet, joita ilman ei tule toimeen tiede eikä arki. Jokaisella on oma lehtensä: määritelmä, muunnos, laitteet, kirjoitussäännöt, historia. 36 kielellä.