Távolságok mérése a csillagászatban

Számos módszert azonosítottak mérni a távolságokat a csillagászat . Minden módszer csak egy bizonyos skálán alkalmazható. A módszerek keresztellenőrzése lehetővé teszi lépésről lépésre a megfigyelhető univerzum legtávolabbi tárgyainak távolságának mérését .

Föld sugármérés

Az első mérést végzett csillagászati célja, hogy a III -én  század  ie. Kr . Eratosthenes .

Számítása egyszerű: a Nap olyan messze van, hogy sugarai párhuzamosan érkeznek a Föld bármely pontjára .

Eratosthenes azt olvasta, hogy a felső-egyiptomi Syene-ben (ma Asszuán ) a sugarak függőlegesen egy kútba esnek délben (nap), a nyári napforduló napján . Ez azt jelenti, hogy a Nap áthalad a zeniten , tehát nincs árnyék . Északabbra, ezzel egyidejűleg a sugarak nem nulla szögben érik el Alexandriát , amelyet mért.

A mért szög van 1 / 50 -én a kör.

Ez azt jelenti, hogy a Föld kerülete ötvenszer nagyobb, mint a Syene-Alexandria távolság.

Eratosthenes azt is olvastam, hogy a teve lakókocsik induló Syene Ötven nap alatt éri el Alexandria, átkelés száz stadionok naponta. Kiszámította, hogy a Nílus-völgy két városa közötti távolság 5000 stadion volt. A stadion 158 m-nek felel meg  .

Azáltal, hogy megmérte ezeknek az ismert magasságú, két különböző szélességi fokon elhelyezkedő tárgyak által vetett árnyékot, megtalálja a meridián hossza , vagyis a föld kerülete 250 000 stadion (vagy 39 500  km ) értékét . Ez a mérés 2% -on belül pontos. Levezette a Föld sugarát .

Föld-Hold távolság és Holdátmérő mérések

A Hold méretének és a Föld-Hold távolságának első mérését az ókorban a napfogyatkozások megfigyelésével végezték el . A holdfogyatkozások megfigyelése megmutatja a Föld árnyékának szélességét a Holdon, és azt látjuk, hogy a Föld árnyékának átmérője a Hold szintjén 2,5 holdátmérő . A napfogyatkozás során azonban a Föld felszíne az árnyékkúp tetején van, mivel a Föld területe az árnyékban kicsi ( a Hold és a Nap látszólagos átmérője szinte azonos). A Hold árnyéka tehát a Hold-átmérővel beszűkült a Föld-Hold távolság után.

Ugyanennek kell lennie a Föld Holdon lévő árnyékára is. Tehát a Föld nagyjából 2,5 + 1 = 3,5 holdátmérő (pontosan 3,663). A földi átmérő ismeretében kilométerben vezetjük le a holdátmérőt. Az a szög, amelyben látjuk a Hold, hogy egy fél fok ( 1- / 110 th a radián ), a Föld-Hold távolság ezért 110 Hold átmérőjét , illetve a 60 földi sugarak vagy 384.000  km .

Tól 1969 , az Apollo-program az amerikaiak és a Luna programot a szovjetek vezettek a telepítés reflektorok a Hold talaj. Megmérve azt az időt, amelyre a Földről kibocsátott lézersugár visszatér, miután visszatükröződik a Holdon, nagyon nagy pontossággal (centiméter nagyságrendű) levezethetjük a Föld-Hold távolságot . A Laser-Moon telemetria néven ismert kísérletben kiszámított átlagos távolság 384 466 999 9  km .

Föld-Nap távolságmérés

A Föld-Nap távolság mérésére számos módszert alkalmaznak. Az első, nagy bizonytalanságoktól mentes módszert Jean Picard , Jean-Dominique Cassini és Jean Richer alkalmazta 1672-ben . A Cayenne-be távozó Jean Richer és a Párizsban maradt Jean Dominique Cassini kihasználják a Marsnak a Földhöz legközelebbi járatát, hogy megmérjék annak parallaxisát . Ezek az egyidejű megfigyelések lehetővé teszik számukra, hogy jó közelítéssel meghatározzák a Naprendszer méreteit, különös tekintettel a Föld és a Nap közötti távolságra (130 millió kilométer, szemben a jelenlegi átlagérték közel 149,6 milliójával ). Ez a mérés kihasználja a Föld és a Mars Nap körüli forradalmára alkalmazott Kepler-törvények harmadát .

Egyre pontosabb becsléseket tett lehetővé a Vénusz tranzitjainak tanulmányozása, amelyek évszázadban alig egyszer fordulnak elő párban: 95,6 millió kilométer az 1639-es , 153 millió kilométer az 1761-es és az 1769-es után , és végül 149,9 millió kilométer 1874 és 1882 után . Ez utóbbi érték csak 0,2% -kal nagyobb, mint a jelenleg becsült átlagérték (149,6 millió kilométer).

Jelenleg a Föld-Nap távolságot tíz méteres pontossággal mérik az űrszondák és a radar telemetria alkalmazásának köszönhetően. A 2004-es és a 2012-es tranzit tehát nem volt szükséges a múltban kapott értékek finomításához.

A legközelebbi csillagok távolságának mérése - Parallax

A legközelebbi csillagok távolsága könnyen megszerezhető a parallaxis módszerrel , különös tekintettel az éves parallaxusra (a napi parallaxis nem elég érzékeny erre az esetre). Az elv az, hogy a távoli csillagok tekintetében megmérjük a legközelebbi csillagok eltérését 6 hónap különbséggel, amikor a Föld kétszer 150 millió kilométert tett meg (a Föld-Nap távolság kétszerese). Jó eredmények érhetők el a néhány száz fényév távolságban lévő csillagok esetében. Ezen túlmenően ez a módszer már nem alkalmas, mert a kapott szög túl kicsi ahhoz, hogy pontosan meg lehessen mérni.

A közeli csillagok és galaxisok távolságmérése - Cepheids

A Cepheid vannak változó csillagok csillogó, amelynek fényereje periodikusan változik egy időszak P (napokban kifejezett) közvetlenül korrelál azok abszolút nagyságrendje átlagos M V a látható fény szerint periódus-fényesség kapcsolatban a következő formában:

M V = -2,43 ± 0,12 × ( log 10 P - 1) - (4,04 ± 0,02).

Az abszolút nagyság és a látszólagos nagyság összehasonlítása lehetővé teszi a csillag távolság modulusának , tehát a Földtől való távolságának levezetését .

A távolság d klasszikus Cefeidák kifejezve parszekre lehet kiszámítani időszakuk P napokban kifejezett és azok magnitúdó M I a közeli infravörös és M V a látható fény  :

5 × log 10 d = M V + 3,34 × log 10 P - 2,58 × ( M V - M I ) + 7,50.

Ez a módszer Henrieta Levitt munkájától öröklődik .

A galaxisok és a kvazárok távolságának mérése - vöröseltolódás / vöröseltolódás

A legközelebbi galaxisok Cepheid- módszerrel mérhetők, amikor nagyon világos ilyen típusú csillagot tartalmaznak.

A fényerő infravörös a csillag populáció II a hegyét a vörös óriás ág egy másik távolság alkalmazott mutató méri a távolságot galaxisok, mivel nem függ a tömeg vagy a metallicitás a csillag a kérdéses; Mivel a II. Populáció csillagai megtalálhatók a gömbhalmazokban és a galaxisokban is, ezt a módszert sikeresen alkalmazzák a Helyi csoport sok objektumára .

Távolabbi objektumok esetében a vöröseltolás módszert alkalmazzuk . Lehetővé teszi a sebesség levezetését a spektrumok megfigyeléséből származó abszorpciós vagy emissziós vonalak megfigyeléséből.

Ez a módszer Hubble törvényével kombinálva elméletileg lehetővé teszi az objektumok (feltéve, hogy világítanak) távolságát a megfigyelhető univerzum mélységéig .

Mértékegységek

Vannak olyan mértékegységek, amelyeket kifejezetten a csillagászatban használnak:

Megjegyzések és hivatkozások

  1. További részletekért lásd a Hold reflektor című cikket .
  2. Thérèse Encrenaz és James Lequeux, A bolygók feltárása: Galileótól napjainkig ... és azon túl , Párizs, Belin , coll.  "A tudományért",2014, 223  p. ( ISBN  978-2-7011-6195-2 ) , fejezet.  1. („A 17. század nagy felfedezései”), p.  29.
  3. Jean-Eudes Arlot (Koordináció) et al. ( pref.  Jean-Pierre Luminet ), A Vénusz átjárása , az EDP-tudományok,2004, 227  o. ( ISBN  978-2-86883-731-8 )
  4. (en) G. Fritz Benedict, BE McArthur, LW Fredrick, TE Harrison, CL Slesnick, J. Rhee, RJ Patterson, MF Skrutskie, OG Franz, LH Wasserman, WH Jeffreyst, E. Nelan, W. van Altena, PJ Shelus, PD Hemenway, RL Duncombe, D. Story, AL Whipple és AJ Bradley , „  Astrometry with the Hubble Space Telescope: A Parallax of the Fundamental Distance Calibrator δ Cephei  ” , The Astronomical Journal , vol.  124, n o  3, 2002. szeptember, P.  1695-1705 ( online olvasás ) DOI : 10.1086 / 342014
  5. (in) G. Fritz Benedict, Barbara E. McArthur, Michael W. ünnepe, Thomas G. Barnes, Thomas E. Harrison, Richard J. Patterson, John W. Menzies, Jacob L. Bean és Wendy L. Freedman , Hubble űrtávcső finom irányítási szenzoros parallaxiája a galaktikus kefeid változó csillagoknak: periódus-fényesség viszonyok  ” , The Astronomical Journal , vol.  133, n o  4, 2007. április, P.  1810-1827 ( online olvasás ) DOI : 10.1086 / 511980
  6. (in) DJ Majaess, DG és DJ Turner Lane , A potenciális klaszter cefeidák felmérése új távolságból, vörösödő paraméterezés és két mikronos All Sky Survey fotometria  " , a Royal Astronomical Society havi közleményei , Vol.  390, n o  4, 2008. november, P.  1539-1548 ( online olvasás ) DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2008.13834.x

Lásd is

Bibliográfia

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek