Unit astronomi
Unit di luar sistem, dibenarkan digunakan · kuantiti: panjang
Dua ribu tahun lamanya ahli falak mengetahui bentuk Sistem Suria dan tidak mengetahui saiznya. Kepler menarik hukum ketiga pada tahun 1619: kuasa dua kala peredaran berbanding seperti kuasa tiga separuh paksi panjang. Daripada cerapan terus terbit bahawa Musytari 5.2 kali lebih jauh daripada Matahari berbanding Bumi. Berapa kali ganda — itu diketahui. Berapa jauh ia dalam batu — tidak. Peta itu dilukis tanpa garis skala.
Garis skala itu rupanya ialah jarak dari Bumi ke Matahari. Ia tidak boleh diukur terus: kepada Matahari orang tidak dapat menghampiri, dan sudut antara kedua-dua birainya pun tidak mencukupi. Maka selama tiga kurun yang diukur bukan Matahari tetapi jiran-jirannya: Marikh, kemudian Zuhrah, kemudian gema satu denyut radio. Setiap kali keluar kuantiti yang sama, satu tingkat lebih jitu.
Pada tahun 2012 pengukuran berakhir. Kesatuan Astronomi Antarabangsa mengisytiharkan unit astronomi sebagai bilangan meter yang tepat dan menutup perkara itu: 149 597 870 700, tanpa ketakpastian. Sebabnya bukan kejituan, tetapi kerana takrif lama mula bergeser dengan sendirinya.
01 · Definisi
Unit astronomi ialah tepat 149 597 870 700 meter. Angka itu hampir dengan jarak purata Bumi ke Matahari, tetapi takrifnya tidak lagi merujuk kepada Bumi mahupun Matahari. Unit ini kini hanyalah satu bilangan.
Sebelum 2012 takrifnya lain, dan jauh lebih licik. Unit astronomi diletakkan melalui pemalar graviti Gauss: itulah jarak yang padanya satu jasad ujian berjisim boleh diabaikan mengelilingi Matahari dalam 365.2568983 hari. Kuantiti itu tidak diukur dengan pembaris, ia diterbitkan daripada gerakan planet.
Takrif itu mempunyai dua kecacatan. Pertama: ia bergantung pada jisim Matahari, sedangkan Matahari kehilangan jisim — kira-kira 10¹⁷ kilogram setahun pergi sebagai sinaran dan angin suria. Unit astronomi kerana itu membesar perlahan-lahan, beberapa sentimeter dalam satu kurun. Kedua: ia takrif bercorak Newton, dan dalam olahan relativiti unit itu keluar berlainan dalam kerangka rujukan yang berlainan.
Resolusi B2 menyingkirkan kedua-dua kesusahan itu dengan satu langkah: menetapkan satu bilangan. Au bukan lagi kuantiti yang diukur, melainkan faktor tukaran antara meter dengan skala yang senang bagi ahli falak. Pemalar graviti Matahari sejak itu diterbitkan berasingan, sebagai kuantiti yang diukur.
Skala logaritma dari Utarid hingga birai lingkaran Kuiper. Peluncur meletakkan tanda pada mana-mana jarak, dan kad mengira berapa lama cahaya mengambil masa, fluks Matahari yang sampai ke sana berapa, dan berapa suhu sebuah jasad tanpa sarung udara.
Dalam setengah tahun Bumi beralih sebanyak dua unit astronomi, dan sebuah bintang yang hampir melukis elips yang amat kecil pada latar bintang yang jauh. Jarak yang dari situ jejari orbit Bumi kelihatan sebesar satu saat lengkok diberi nama parsek — itulah 206 265 au. Pada bintang yang paling hampir pun sudutnya cuma 0.77 saat, dan tiada satu bintang pun yang paralaksnya genap satu saat.
02 · Konversi
Masukkan satu jarak, kad akan membawanya dari skala ke skala
Imbuhan awal tidak digunakan dengan unit astronomi: kilounit astronomi tidak wujud. Di dalam Sistem Suria orang mengira dengan au dan kilometer, di luarnya beralih kepada parsek, manakala kepada kapal antara planet jarak diberikan dalam saat perjalanan isyarat — begitu lebih senang bagi orang di darat.
Keluarga ketiga dalam jadual berkenaan isyarat. Perintah radio sampai kepada kapal dalam masa yang sama seperti cahaya, manakala jawapan mengambil dua kali ganda untuk kembali. Dari situlah peraturannya: semakin jauh kapal penyelidik, semakin kurang ia dikemudi dengan tangan.
Pada tahun 1961 unit astronomi buat pertama kali diukur dengan radar: satu denyut pergi ke Zuhrah dan gemanya tiba beberapa minit kemudian. Jarak keluar terus daripada masa perjalanan isyarat, tanpa sebarang ilmu ukur dan tanpa andaian tentang jisim. Kejituan naik tiga tingkat sekali gus, dan bersamanya seluruh skala sistem.
| Catatan | |||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Orde besaran
dari jejari Bumi hingga pusat Galaksi04 · Alat ukur
Dengan apa skala sistem itu diukur
Pada tahun 1672 Cassini di Paris dan Richer di Cayenne mengukur pada saat yang sama kedudukan Marikh pada latar bintang. Beza sudut, pada tapak sepanjang 7000 kilometer, memberikan jarak jujur yang pertama ke Matahari: kira-kira 140 juta kilometer, cuma kurang 7 %.
Halley terfikir akal itu pada tahun 1716: apabila Zuhrah beralih di depan cakera Matahari, pencerap pada latitud yang berlainan melihatnya berjalan pada perentas yang berlainan. Beza tempoh peralihan memberikan paralaks. Peralihan tahun 1761 dan 1769 menggerakkan berpuluh ekspedisi ke seluruh dunia — Lomonosov mencerap dari Petersburg dan sekali gus memerhatikan sarung udara Zuhrah.
Denyut itu pergi ke Zuhrah dan kembali selepas lima minit lebih sedikit. Jarak menyusul terus daripada masa dan laju cahaya: tiada ilmu ukur, tiada andaian tentang jisim. Sesi-sesi pertama pada tahun 1961 terus memberikan unit ini dengan kejituan beberapa ratus kilometer.
Kejituan hari ini datang daripada kapal antara planet. Antena di darat menangkap peralihan frekuensi isyarat, dan daripadanya mengetahui laju kapal hingga pecahan milimeter sesaat. Daripada beribu pengukuran sebegitu dibina takwim bintang, dan daripada punca yang sama datang pemalar graviti Matahari.
05 · Aturan penulisan
au huruf kecil, tanpa noktah dan tanpa imbuhan awal
Sejak 2012 tanda piawainya ialah au huruf kecil tanpa noktah. AU, a.u. dan ua yang lama tidak digunakan dalam tulisan baharu, walaupun masih ditemui dalam makalah lama. Imbuhan awal SI tidak terpakai bagi unit ini: jarak beribu au ditulis penuh.
Satu lagi kehalusan ialah ungkapan «jarak purata ke Matahari». Begitu tidak boleh dikatakan: separuh paksi panjang orbit Bumi ialah 1.00000102 au, dan beza seratus lima puluh kilometer mempunyai berat dalam pengiraan yang jitu. Unit astronomi hampir dengan jarak itu, tetapi menurut takrifnya tidak sama dengannya.
06 · Satuan tetangga
Tiga unit jarak berdiri dalam ilmu falak umpama tangga: au untuk Sistem Suria, parsek untuk bintang, tahun cahaya untuk bacaan umum. Dalam makalah ilmiah tahun cahaya hampir tiada — di sana semuanya parsek.
1.496·10¹¹ m
63 241 au
206 265 au
Parsek senang justeru kerana itu: jarak keluar dengan membahagikan unit itu dengan sudut yang diukur. Ahli falak tidak menukar apa-apa — dia membaca hasil cerapan terus. Proxima mempunyai paralaks 0.7687 saat, maka ia berjarak 1.301 parsek, iaitu 268 400 unit astronomi.
07 · Bagian sejarah
Bagaimana skala itu dicari
Aristarkhus menunggu saat Bulan tepat separuh terang, lalu mengukur sudut antara Bulan dengan Matahari. Akalnya betul: daripada sudut menyusul nisbah kedua-dua jarak. Cuma dia memperoleh 87° dan bukan 89.85° yang sebenar, lalu Matahari keluar hanya 19 kali lebih jauh daripada Bulan — hampir dua puluh kali lebih hampir daripada yang sebenarnya.
Richer berangkat ke Guyana, Cassini tinggal di Paris, dan kedua-duanya menetapkan kedudukan Marikh pada satu malam yang sama. Tapak sepanjang tujuh ribu kilometer memberikan paralaks, dan daripadanya 140 juta kilometer hingga ke Matahari. Buat pertama kali saiz sistem itu diketahui dengan ralat beberapa peratus.
Untuk dua peralihan Zuhrah, lebih seratus ekspedisi dilengkapkan: Cook belayar ke Tahiti, Le Gentil menghabiskan sebelas tahun di jalan dan kedua-dua kali tidak melihat apa-apa kerana awan. Hasilnya dihimpun menjadi 153 juta kilometer — lebih 2 %.
Radar yang ditujukan ke Zuhrah menutup soal kejituan: jarak sejak itu diambil daripada masa perjalanan isyarat. Setengah kurun kemudian barulah nyata bahawa yang menghalang ialah takrif itu sendiri, dan Kesatuan menetapkan bagi unit ini bilangan meter yang tepat. Tiada lagi yang tinggal untuk diukur.
Unit yang berhenti diukur orang
Tiga ratus tahun lamanya unit astronomi ialah kuantiti terukur yang utama dalam ilmu falak. Pada kejituannya bergantung segala-galanya: jarak ke planet, jisim, kilauan bintang, saiz Galaksi. Setiap penghalusan menulis semula buku rujukan seluruhnya.
Pada tahun 2012 ia dikeluarkan daripada kuantiti terukur. Sebabnya jujur: kuantiti yang ditakrifkan melalui jisim Matahari mesti berubah, kerana Matahari bersinar dan menyusut. Unit panjang tidak harus bernafas. Kerana itu Kesatuan melakukan pada au apa yang dahulu dilakukan pada meter: menetapkan satu bilangan dan menutup perkaranya.
Bahagian yang terukur tidak lenyap dengan itu, ia cuma berpindah. Kini yang diukur ialah pemalar graviti Matahari dan separuh paksi panjang orbit Bumi — 1.00000102 au. Jarak ke Matahari masih dihaluskan setiap tahun; cuma hasilnya tidak lagi ditulis dalam takrif unit, melainkan di sebelahnya.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh unit asas SI, dua puluh dua unit terbitan yang bernama sendiri, dan kuantiti di luar sistem yang tidak dapat ditinggalkan baik oleh sains mahupun kehidupan seharian. Setiap satu ada helaiannya sendiri: takrif, penukaran, radas, peraturan penulisan, sejarah. Dalam 36 bahasa.