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我們(men) 都知道，表示距離的常見單位有米和千米。但在天文學上，這些單位用起來就很不方便，因為(wei) 天文學上的距離遠到沒法用常見的單位來丈量，即便是千米，也隻適用於(yu) 距離很近的天體(ti) 。

因此，在天文學上，人們(men) 建立了一些新的距離單位，其中最小、最基本的一個(ge) 就叫做“天文單位”，縮寫(xie) 為(wei) AU。

1個(ge) 天文單位指的就是地球到太陽的平均距離，約為(wei) 1.5億(yi) 千米，那麽(me) 下麵我們(men) 就來介紹一下這個(ge) 單位的由來。

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地球到太陽的距離是如何計算出來的

我們(men) 先說說地球到太陽有多遠，這個(ge) 問題從(cong) 兩(liang) 千多年前人們(men) 就開始思考了。古希臘科學家阿裏斯塔克在《關(guan) 於(yu) 太陽和月亮的大小和距離》一書(shu) 中，根據日月的角直徑和半月時日月之間的角度，計算出太陽到地球的距離是月亮到地球距離的18到20倍（實際倍率約為(wei) 389倍）。

托勒密關(guan) 於(yu) 日月的大小和距離的計算，圖片來源：wiki

托勒密先是測量了月亮的視差，計算出月球到地球的距離是地球半徑的64倍左右。然後，比較了太陽和月球視覺上的大小，得出了太陽的大小約等於(yu) 月球的大小。

最後，根據月食期間月球穿過地球陰影錐的直徑等數據，計算出太陽到地球距離為(wei) 地球半徑的1210倍（實際倍率約為(wei) 23455倍）。這個(ge) 距離大約是地月距離的19倍，與(yu) 阿裏斯塔克的結果基本一致。

到了中世紀，先後有許多阿拉伯天文學家也計算過太陽的距離，結果都與(yu) 托勒密的計算相差不多。

直到16世紀，望遠鏡的發明使天文觀測數據變得更加精確，天文學家們(men) 找到了新的觀測方法，那就是利用金星淩日來測量太陽的視差。

通過測量兩(liang) 個(ge) 不同位置的淩日，可以計算出金星的視差，再根據地球和金星與(yu) 太陽的相對距離，得到太陽視差，便可計算出太陽的距離。

英國天文學家耶利米霍·洛克斯（Jeremiah Horrocks）利用1639年發生的金星淩日，計算出太陽視差為(wei) 15″，由此得出日地距離為(wei) 13750倍地球半徑。

而荷蘭(lan) 天文學家克裏斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）在對比了金星和火星的大小後，認為(wei) 這個(ge) 距離應該更大。他估算太陽視差為(wei) 8.6″，所以日地距離應該為(wei) 24000倍地球半徑，但是由於(yu) 沒有觀測證據，這樣的說法並沒有得到認可。

金星穿越太陽表麵，圖片來源：wiki

到了1672年，法國天文學家讓·裏奇（Jean Richer）和意大利天文學家喬(qiao) 瓦尼·多梅尼克·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）在火星衝(chong) 日時重新測量了火星視差，修正後得到的太陽視差值為(wei) 9.5″，由此計算出日地距離為(wei) 22000倍地球半徑，這個(ge) 距離在當時得到了普遍認可。

而利用金星淩日來測量太陽距離的方法也開始得到長期和廣泛的使用。

利用金星淩日觀測的示意圖，圖片來源：wiki

到了19世紀，人們(men) 有了更多的方法和更好的儀(yi) 器來進行觀測，而到了20世紀，得益於(yu) 雷達和遙測技術的應用，太陽到地球距離的測量精度已經可以達到米的級別了。

2

重新定義(yi) 天文單位

地球圍繞太陽的軌道是一個(ge) 橢圓，這個(ge) 橢圓的半長軸被定義(yi) 為(wei) 連接近日點和遠日點的直線段的一半，太陽的中心位於(yu) 這條直線段上，但是不在中點。

由於(yu) 橢圓形在數學上定義(yi) 了確切的形狀，所以整個(ge) 軌道的計算以及基於(yu) 此的預測就可能會(hui) 實現。

橢圓軌道的長半軸也成為(wei) 了地球在一年中所經過的最大距離，這個(ge) 距離對於(yu) 我們(men) 的觀測是非常重要的，因為(wei) 在對其他天體(ti) 進行觀測時，都要以這條線段作為(wei) 基準線。

測量天體(ti) 的基準線，圖片來源：wiki

進入20世紀，天體(ti) 測量變得越來越精確，因此對基準的要求也越來越高。1976年，為(wei) 了給天文單位建立一個(ge) 更加精準的度量，國際天文學聯合會(hui) （IAU）正式采用了一個(ge) 新的定義(yi) ，並用符號A來表示天文單位的長度。

根據定義(yi) ，一個(ge) 天文單位是：圍繞太陽運動的一個(ge) 具有無窮小質量的粒子，以每天0.01720209895弧度的角頻率運動，其軌道半徑為(wei) 一個(ge) 天文單位。

這個(ge) 定義(yi) 下，天文單位的具體(ti) 數值要取決(jue) 於(yu) 日心引力常數，即引力常數和太陽質量的乘積。而這兩(liang) 個(ge) 數值單獨拿出來進行測量，測量值都不夠精準，這樣一來，這個(ge) 定義(yi) 的精準度也就不會(hui) 太高。

隨著空間測量技術的發展，我們(men) 獲得的天體(ti) 位置精度越來越高，一些之前可以忽略的誤差也開始被重視。於(yu) 是，人們(men) 不得不重新定義(yi) 天文單位。

2012年8月，國際天文學聯合會(hui) 重新定義(yi) 了天文單位，這次不再用物理量來表示，而是直接定義(yi) 為(wei) 149597870700米，其符號也改為(wei) AU。

雖然重新定義(yi) 還了天文單位，但是重要性卻有所降低，僅(jin) 是為(wei) 了某些應用能夠更便利。

天文單位示意圖，圖片來源：wiki

目前天文單位僅(jin) 在行星係統內(nei) 的尺度描述以及作為(wei) 三角測距的基線中被使用。

而且隨著太陽能量的不斷輻射，太陽會(hui) 不斷失去質量，所以行星的軌道也在不斷地向外擴張。根據觀測數據顯示，行星軌道單位距離的增加大約為(wei) 每世紀15米，這個(ge) 數字相對天體(ti) 之間的距離簡直微乎其微，但是，仍有一些人呼籲放棄天文單位這個(ge) 度量。

未來，我們(men) 或許會(hui) 采用其他單位或方式表示這個(ge) 最小的基本距離，但目前來說，天文單位在太陽係的範圍內(nei) 使用頻率還是很高。

END

審核專(zhuan) 家：魯暘筱懿，行星物理學博士。

蝌蚪五線譜原創文章，轉載注明來源

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