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地理学家们怎么核算从太阳到地球的间隔?怎么知道太阳的实在巨细?怎么确认地球绕太阳工作的速度?明显,只需咱们能从这些问题中先找到一个答案,就能够找到其他问题的答案。可是,咱们怎样才能找到第一个答案呢?



简略阐明:咱们实践丈量的是地球到其它一些天体的间隔,比方金星。然后咱们运用已知的行星间的间隔的联络去换算,得到地球与太阳之间的间隔。自1961年以来,咱们现已能够运用雷达来丈量星体之间的间隔。咱们向另一颗行星(或月球或小行星)发送雷达信号,并丈量雷达回波回来所需求的时间。在雷达之前,地理学家们不得不依托(不那么直接的)几许办法。



想要丈量从地球到太阳的间隔,首先要找到地球和其它行星之间的相对间隔。(例如,木星到太阳的间隔与地球到太阳的间隔之比是多少?)所以让咱们设地球和太阳之间的间隔是“a”。现在,细想一下金星的轨迹,大致上,地球和金星的轨迹是环绕太阳的完美圆,而且它们的轨迹在同一个平面上。



请看下面的这个图(不按份额)。从金星轨迹的表明图能够清楚地看出,有两个当地 太阳-金星-地球 的视点是90度。依据这些,衔接地球和金星的直线,将会与金星的轨迹相切。这两个点代表了金星的最大伸长率,也是金星能够在天空中呈现的间隔太阳最远的点。(更正式地说,从地球上看,金星和太阳之间的角距在这两点上能够尽可能的抵达最大值。)



还有另一种办法去了解这一点,调查金星相对于太阳在天空中的运动:当金星绕太阳工作时,它与太阳在天空中的间隔越来越远,与太阳的间隔抵达最大值(适当于最大的伸长点)后,然后又开端向太阳移动。趁便说一下,这便是为什么看不见金星呈现在日落后三小时以上,或许在日出前三小时以上的天空中。



现在,经过对天空中金星的一系列的调查,咱们能够确认其最大伸长点。咱们还能够丈量太阳和金星在天空中最大伸长点的视点。如图所示,设以地球为极点,指向太阳与金星轨迹两个方向的直线为两头的角为直角三角形中的“e”。现在,运用三角函数,咱们能够用地球到太阳的间隔来确认地球到金星的间隔:

(地球到金星的间隔) = a×cos(e)

同理,再用三角函数可得:

(金星到太阳的间隔)=a × sin(e)

金星的最大伸长约为46度,据此揣度,太阳到金星间隔约为太阳到地球间隔的72%。相似的观测和核算能够得到太阳和水星之间的相对间隔。(但是,火星和外行星要杂乱的多。)



前史上,第一个运用几许学来计算地球和太阳之间间隔的人是古希腊的阿里斯塔克斯(Aristarchus)(约公元前310-230年)。他丈量了太阳和月球的角距,当月球被半照亮时,依据地球和月球之间的间隔核算出地球和太阳之间的间隔。他的计算是正确的,但他的丈量并不正确。阿里斯塔克斯核算出太阳比月球远19倍;但它实践上比月球远390倍。

另一位古希腊地理学家埃拉托色尼(Eratosthenes)(公元前276-194年)估量,地球与太阳之间的间隔为4080,000视距或804,000,000视距。关于怎么正确翻译埃拉托色尼的数值存在不合,关于埃拉托色尼运用的球场长度也存在进一步的不合。各种来历估量,一个体育场的长度用现代的单位表明是在157米到209米之间。那么,不论你挑选哪个体育场,408万个体育场的长度,要比地球到太阳的实践间隔的1%还要小。但是,8.04亿视距在1.26亿至1.68亿之间,这一规模包含了地球到太阳的实践间隔(大约)1.5亿公里。因而,埃拉托色尼很可能现已找到了一个适当精确的地球到太阳的间隔值(假如命运好的话),但咱们无法必定。



1672年,卡西尼(Cassini)初次经过对火星的视差丈量,对地球与太阳的间隔进行了严厉而精确的科学丈量。他和另一位地理学家一起从两个当地调查火星。一个世纪后,一系列金星凌日的观测供给了一个更好的评价。

自1961年以来,从地球到金星的间隔能够直接经过雷达丈量来确认,在雷达丈量中,一系列的无线电波从地球上宣布,抵达金星后反射回地球而且被接纳。经过丈量雷达回波回来所用的时间,能够核算出间隔,由于无线电波是以光速传达的。

正如你所指出的,只需知道了地球和太阳之间的间隔,就能够核算出一切其它的参数。咱们知道,从地球上看,太阳的角直径约为0.5度。相同的,运用三角函数,太阳的半径或直径能够从地球到太阳的间隔核算出来,假定地球到太阳的间隔为a,2×太阳半径= tan(0.5 度) × a. 然后,从咱们已知的地球绕太阳一周的时间(P=1年), 和在这一过程中地球工作的间隔(大约2πa,由于地球的轨迹几乎是圆形), 咱们能够算出地球公转的平均速度是v = (2πa)/P.

这里是一些相关的数字:

地球到太阳的间隔,a=大约1.5亿千米,界说为一个地理单位

太阳的半径, Rsun =大约70万千米

地球的公转速度,v = 大约 30 千米/秒

参考文献

1.美国宇航局空间站:科学家们怎么知道天体之间的间隔?

2.教师的世界攻略:视差

3.多变的金星,来自于美国宇航局的《看到所看不见的:一段行星雷达地理学的前史》

4.太阳物理学史上的巨大时间: 到太阳的间隔

5.勘探地理视差的前史测验

6.丈量地球和太阳之间的间隔最简略的办法是什么? 来历于利克地理台

7.在美国宇航局戈达德太空飞行中心的“天体物理学家”网站上的 一般地理学和天体物理学答复

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