[科技] 太陽到地球距離精確測定：149597870700米

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2012-9-23 13:06 上傳

1495,9787,0700米──這就是你和太陽之間的平均距離
　　新浪科技訊 香港時間9月23日消息，據《自然》雜誌網站報導，最近，天文學家們取得了一項看似不那麼引人注目的成就：他們重新精確測定了太陽系中最重要的距離參數之一，即一個天文單位(AU)的精確數值。所謂天文單位也就是太陽到地球之間的平均距離，這一距離值現在已經從稍顯混沌變成了一個精確的數字呈現在我們面前。這一新的標準測量值已經於今年8月份在中國北京舉行的國際天文學大會(IAU)上以無記名投票的方式獲得採納。也就是說，從此，一個天文單位的定義值被確定為：1495,9787,0700米──不多也不少。
　　當然這一數值的精確測定對於生活在地球上的生靈們不會產生任何影響，地球還是會圍繞著太陽運行，在北半球，秋季即將來臨。但是對於天文學家而言，這一數值的規定意味著更加精確的測量，也便於更加清晰地向學生們闡明“天文單位”(AU)的概念。
　　日地距離是天文學中被運用歷史最悠久的距離值之一。歷史上對於這一距離的首次精確測定是在1672年，由當時著名的荷蘭天文學家格羅範尼‧卡西尼(Giovanni Cassini)完成。當時他正在法國巴黎從事火星觀測，而他的同事儒安‧里奇(Jean Richer)則從南美洲的法屬圭亞那對這顆行星進行觀測。綜合兩地觀測到的火星表現出的視差，這位天文學家計算出了地球到火星的距離，並使用這一數值計算出了地球到太陽的距離。當時他們得出的測量值是1.4億公里──和現代測量值相當接近。
　　直到20世紀下半葉，這種視差測量仍然還只是測量太陽系中天體之間距離的唯一可靠手段，因此當時“天文單位”(AU)的概念還被視作是一個由視角測量換算得到距離值的基本常數。直到最近，天文常數仍然被表述為：“一顆質量無限小的顆粒，以徑度量每天 0.01720209895的角頻率(公轉週期365.2568983日，即一高斯年)環繞著太陽公轉，且不受擾動影響的牛頓圓軌道半徑”。
　　這一定義讓德國傑出數學家卡爾‧弗里德里希‧高斯(Carl Friedrich Gauss)的信奉者們歡欣鼓舞，因為以他名字命名的高斯常數居於整個定義的核心。然而這樣的定義對於天文學家仍然會造成困擾。就舉一個例子，正如德國德累斯頓工業大學天文學教授賽吉爾‧克里諾爾(Sergei Klioner)所說，這樣的定義讓天文學初學者們非常困惑不解。但其最重要的一點缺陷在於：這一概念的這一定義方式與愛因斯坦的廣義相對論是相矛盾的。
　　正如它的名字所暗示的那樣，廣義相對論下的時空是相對的，它取決於觀察者的位置。那麼根據原先的定義，一個天文單位(AU)也將隨著觀測者的位置不同而發生變化。根據克里諾爾的計算，從地球的參考系和木星的參考系來進行對比，這一數值要相差1000米甚至更多。這種差異不會對探測器的飛行造成影響，因為它們是直接進行距離測量的，然而這對於那些致力於構建太陽系模型的行星科學家們卻造成了不小的困擾。
　　太陽的存在給出了另外一個問題。高斯常數是基於太陽質量得出的，因此天文單位的定義是和太陽質量嚴格相關聯的。然而隨著時間推移，太陽正不斷損失質量，這一因素也將造成天文單位數值的緩慢變化。
　　而此次給出的新定義模式則給出了針對這些問題的解決方案。一個確定的數量值將不受太陽質量變化的影響，而“米”的單位則是由光在真空中1 / 2,9979,2458分之一秒內通過的距離定義的。由於光速在所有參考系中都是相同的，這樣一來天文單位的定義值便不再會隨著觀察者在太陽系中位置的不同而發生改變。
　　事實上，對於“天文單位”重新定義的工作在過去的數十年間早就可以進行──現代天文學可以借助空間探測器，雷達和激光進行直接的距離測量。但是，正如法國巴黎天文台的天文學家尼古拉‧卡皮塔尼(Nicole Capitaine)所說的那樣：“一部分人認為做出這樣的改變有些危險。”有些人擔心這樣的改變會破壞他們的計算機程式，還有人則頑固地堅持舊的定義法則。然而在經過卡皮塔尼，克里諾爾和其它天文學家們年複一年的遊說工作之後，這一修改後的定義法則終於被通過並採納。
　　卡皮塔尼和克里諾爾表示這一簡化後的天文單位定義已經開始堆他們的生活產生積極的影響。卡皮塔尼說：“遊說的過程是費時的，之後我將把更多的時間投入到自己的研究工作中去。”而克里諾爾也表示：“我很高興我再也不用費勁地向我的學生們解釋天文單位的定義問題。現在新的定義法則對於所有人來說真的都簡單多了。”(晨風)
來源 香港新浪科技

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