Wat is een Astronomische Eenheid?

De Aarde in het aphelium en het perihelium
Sterk vertekende voorstelling van de baan van de Aarde

Als het over het heelal gaat dan willen wij mensen alles graag in herkenbare termen beschrijven. Zo classificeren we bijvoorbeeld exoplaneten in termen die overeenkomen met de planeten in ons eigen zonnestelsel. We noemen ze aardachtig, jupiterachtig of neptunusachtig. Ook met astronomische afstanden doen we dat graag. De meest gebruikte eenheid om afstanden in de ruimte te bepalen is bekend als de Astronomische Eenheid. Deze is gebaseerd op de afstand tussen de Aarde en de Zon en maakt het voor astronomen mogelijk om de grote afstanden tussen de zon en de planeten of exoplaneten en hun sterren uit te drukken in begrijpbare getallen.

Definitie:

Uitgaande van de huidige astronomische conventie is een Astronomische Eenheid gelijk aan 149.597.870,7 kilometer. Echter, dit is de gemiddelde afstand tussen de Aarde en de Zon en die afstand varieert in de loop van een jaar.

Gedurende de loop van een jaar varieert de afstand van de Aarde tot de Zon van 147.095.000 kilometer in het perihelium (de kleinste afstand tot de Zon) tot 152.100.000 kilometer in het aphelium (de grootste afstand tot de Zon). Uitgedrukt in Astronomische Eenheden: van 0,983 AE tot 1,016 AE.

Geschiedenis van de Astronomische Eenheid

De eerste geregistreerde pogingen om de afstand tussen de Aarde en de Zon te schatten stammen uit de Antieke Oudheid. In de derde eeuw voor Christus schreef de Griekse wiskundige Aristarchus van Samos dat de gemiddelde afstand tussen de 18 en de 20 maal de afstand Aarde – Maan zou zijn.

Echter zijn tijdgenoot Archimedes schreef dat Aristarchus de Zon ook plaatste op een afstand van 10.000 de straal van de Aarde. Afhankelijk van de waardes van zijn schattingen zat Aristarchus er een factor 2 naast (uitgaande van de straal van de Aarde) of een factor 20 (uitgaande van de afstand Aarde – Maan).

De oudste Chinese wiskundige tekst , die stamt uit de eerste eeuw voor Christus en die bekend is als “Zhoubi Suanjing”, bevat ook een schatting van de afstand tussen de Aarde en de Zon. De afstand zou berekend kunnen worden door geometrische metingen van de lengte van een schaduw om middag uit te voeren aan objecten die op bepaalde afstanden van elkaar staan. Deze berekeningen waren echter gebaseerd op het feit dat de Aarde plat was.

De beroemde astronoom en wiskundige Ptolemeus vertrouwde op trigonometrische berekeningen die hem een afstand opleverde die gelijk was aan 1210 * de straal van de Aarde. Hij gebruikte waarnemingen van maansverduisteringen om de schijnbare diameter van de Maan te bepalen m.b.v. de schijnbare diameter van de schaduwkegel op Aarde veroorzaakt door de Maan tijdens een maansverduistering.

Door gebruik te maken van de parallax van de Maan berekende hij de schijnbare groottes van de Zon en de Maan en concludeerde hij dat de diameter van de Zon gelijk was aan de diameter van de Maan als die laatste zich op zijn grootste afstand van de Aarde bevond. Hieruit bepaalde Ptolemeus dat de ratio van de afstand van de Zon tot de afstand van de Maan een verhouding van 19:1 moest hebben, hetzelfde getal als Aristarchus had berekend.

De volgende 1000 jaar bleven de schattingen van Ptolemeus van de afstand Aarde – Zon (en veel andere van zijn astronomische lessen) gemeengoed in het Europa van de Middeleeuwen en onder islamitische astronomen. Het duurde tot de 17-de eeuw voordat astronomen zijn berekeningen begonnen te herzien.

Parallax-methode
Voorbeeld van de parallax-methode die Cassini gebruikte voor het bepalen van de afstand.

Dit werd mede mogelijk gemaakt door de uitvinding van de telescoop en de drie wetten van Kepler over de bewegingen van planeten. Dit hielp astronomen om de relatieve afstanden tussen de planeten en de Zon veel nauwkeuriger te berekenen. Astronomen waren in staat om parallaxmetingen uit te voeren tussen de Aarde en de andere planeten in het zonnestelsel waardoor veel nauwkeuriger waardes werden verkregen.

In de 19-de eeuw zorgden de bepalingen van de lichtsnelheid en de constante van de aberratie van het licht er voor dat de eerste rechtstreekse metingen van de afstand Aarde-Zon in kilometers werd bepaald. In 1903 werd de term “Astronomisch Eenheid” voor het eerst gebruikt. In de 20-ste eeuw werden de metingen steeds nauwkeuriger en dat kwam mede ook door nauwkeurige waarnemingen van de effecten van de relativiteitstheorie van Einstein.

Modern gebruik

Vanaf de jaren ‘60 leidden de ontwikkelingen van directe radarmetingen, telemetrie en de verkenning van het zonnestelsel met behulp van ruimtesondes tot steeds preciezere metingen van de posities van de binnenplaneten en andere objecten. Tijdens de 16-de Algemene Ledenvergadering van de Internationale Astronomische Unie in 1976 werd een nieuwe definitie van de Astronomische Eenheid aangenomen. Deze definitie luidde:

De astronomische eenheid van lengte is die lengte (A) voor wie de Gaussiaanse gravitatie constante (k) de waarde 0,01720209895 aanneemt indien de eenheden voor de metingen de astronomische eenheden voor lengte, massa en tijd zijn. De dimensies van k2 zijn die van de gravitatie constante (G), bijvoorbeeld L3 * M-1 * T-2. De term “afstand” wordt ook gebuikt voor de lengte (A).

Als reactie op de ontwikkeling van zeer nauwkeurige metingen besloot het Committee for Weights and Measures (CIPM) in 1983 om het International System of Standards (SI-stelsel) te herzien. Hierbij werd de lengte van een meter bepaald door de snelheid van het licht in een vacuüm.

In 2012 besloot de Internationale Astronomische Unie dat de metingen van de Astronomische Eenheid te complex waren geworden en de AE werd geherdefinieerd en uitgedrukt in meters. Als gevolg hiervan is één Astronomische Eenheid gelijk gesteld aan 149.597.870,7 kilometer. Dat komt overeen met 499 lichtseconden, 4,8481368 * 10-6 parsec of 15,812507 * 10-6 lichtjaar.

De Astronomische Eenheid wordt tegenwoordig vooral gebruikt voor het bepalen van afstanden binnen ons zonnestelsel. Ook bij metingen aan exoplaneten en metingen aan protoplanetaire wolken wordt gebruik gemaakt van de AE. Voor het bepalen van interstellaire afstanden is de AE niet handig omdat het snel onhandelbare getallen oplevert. Astronomen gebruiken dan de parsec of het lichtjaar.

De gemiddelde afstand In Astronomische Eenheden van de Zon tot iedere planeet:

 

ObjectAfstand (AE)
Mercurius0,387
Venus0,723
Aarde1,000
Mars1,524
Jupiter5,203
Saturnus9,529
Uranus19,19
Neptunus30,06
Wat is een Astronomische Eenheid?
Grafiek met de afstanden van de planeten tot de Zon, uitgedrukt in Astronomische Eenheden

De gemiddelde afstand in Astronomische Eenheden van de Zon tot enkele dwergplaneten:

ObjectAfstand (AE)
Ceres2,767
Pluto29,53
Eris67,96
Sedna518,57

De gemiddelde afstand in Astronomische Eenheden van de Zon tot de Kuipergordel, de verst verwijderde ruimtesonde en de Oort-wolk:

ObjectAfstand (AE)
Kuipergordel30 – 55
Voyager 137.053*
Oortwolk5.000 – 100.000

* afstand tot de Zon op 1 oktober 2016. De Voyager 1 beweegt zich nog steeds met grote snelheid van de Zon weg.

Eén lichtjaar = 63.240 AE

 

Eerste publicatie: 8 september 2017
Laatste keer bijgewerkt op: 1 oktober 2017
bron: Wikipedia – Astronomische Eenheid, NASA – Astronomische Eenheid, EarthSky, UniverseToday