Η θέση μας στο διάστημα

Κοιτάξτε ψηλά σε μια καθαρή νύχτα και κάθε αστέρι που μπορείτε να δείτε με τα μάτια σας ανήκει σε έναν γαλαξία, τον Γαλαξία μας. Στέκεστε πάνω σε μια περιστρεφόμενη μπάλα από βράχο, που περιστρέφεται γύρω από ένα συνηθισμένο αστέρι ανάμεσα σε δισεκατομμύρια. Αυτό το μάθημα ανακαλύπτει ακριβώς πού.

Κάθε αστέρι που μπορείτε να δείτε με τα μάτια σας ανήκει στον Γαλαξία μας.

Κοίτα.

Σταθείτε έξω σε μια καθαρή νύχτα. Το έδαφος κάτω από τα πόδια σας είναι μέρος μιας βραχώδους σφαίρας πλάτους 12.742 χιλιομέτρων. Αυτή η σφαίρα, η Γη, περιστρέφεται μία φορά την ημέρα και τρέχει γύρω από ένα αστέρι, τον Ήλιο, μία φορά το χρόνο.

Ο Ήλιος είναι τόσο μεγάλος που περίπου 1,3 εκατομμύρια Γη θα χωρούσαν μέσα του. Είναι τόσο βαρύ που κρατάει σχεδόν όλη τη μάζα όλων των πραγμάτων που περιφέρονται γύρω του: πλανήτες, φεγγάρια, νάνοι πλανήτες, αστεροειδείς και κομήτες. Μαζί, ο Ήλιος και όλα όσα κρατούνται από τη βαρύτητά του είναι το Το ηλιακό σύστημα.

Στην παραπάνω εικόνα, η κίτρινη κουκκίδα στη μέση είναι ο Ήλιος. Τύπος Παίξε και να βλέπεις τους πλανήτες να κινούνται. Όσο πιο κοντά βρίσκεται ένας πλανήτης στον Ήλιο, τόσο πιο γρήγορα περιστρέφεται:

• Υδράργυρος διαρκεί 88 ημέρες.
• Γη διαρκεί ένα χρόνο.
• Ποσειδώνας, ο πιο μακρινός πλανήτης, διαρκεί σχεδόν 165 χρόνια.

Το ηλιακό μας σύστημα είναι ένα από τα δισεκατομμύρια συστήματα αστέρων σε μια τεράστια σπείρα των αστέρων που ονομάζεται το Γαλαξίας του Γαλαξία. Σε μια πολύ σκοτεινή νύχτα μπορείτε να το δείτε ως μια αμυδρή λωρίδα φωτός στον ουρανό. Κάθε αστέρι που μπορείτε να δείτε με τα μάτια σας ανήκει σε αυτό.

Καταλάβετε

Οι αποστάσεις στο διάστημα είναι τόσο μεγάλες που τα χιλιόμετρα γίνονται αδέξια, έτσι οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν μεγαλύτερους χάρακες.

The astronomical unit (au) is roughly the average distance between Earth and the Sun. Από το 2012 έχει μια ακριβή τιμή: 149.597.870.700 μέτρα, περίπου 149,6 εκατομμύρια χιλιόμετρα. Με αυτό, το ηλιακό σύστημα γίνεται εύκολο να φανταστεί κανείς:

Κόσμος	Μέση απόσταση από τον Ήλιο
Υδράργυρος	0.39 au
Γη	1.00 ή
Δίας	5.2 ή
Ποσειδώνας	30.1 και

Χρόνος φωτός είναι ο χρόνος που χρειάζεται το φως για να καλύψει μια απόσταση. Το φως κινείται με ταχύτητα 299.792 χλμ ανά δευτερόλεπτο, άρα:

χρόνος = απόσταση ÷ ταχύτητα του φωτός

Για 1 au: 149,597,871 km ÷ 299,792 km/s ≈ 499 s, ή 8 λεπτά 19 δευτερόλεπτα. Όταν κοιτάζετε τον Ήλιο (ποτέ απευθείας, βλάπτουν τα μάτια σας), βλέπετε το φως που έφυγε από αυτόν πριν από περίπου οκτώ λεπτά. Το φως του ήλιου χρειάζεται πάνω από τέσσερις ώρες για να φτάσει στον Ποσειδώνα.

Το έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο: περίπου 9,46 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα ή 63.241 αστρονομικές μονάδες. Το κοντινότερο άστρο μετά τον Ήλιο, ο Εγγύτατος του Κενταύρου, απέχει περίπου 4,2 έτη φωτός. Ο Γαλαξίας μας έχει διάμετρο περίπου 100.000 έτη φωτός.

Κύριε.

Το αστρονομικό ένδειγμα ήταν μετρούμενο: οριζόταν με τη βαρυτική σταθερά του Γκάους, έτσι το μήκος του σε μέτρα ήταν μια ποσότητα που οι αστρονόμοι έπρεπε να προσδιορίσουν. Radar ranging of Venus and spacecraft tracking in the late twentieth century pinned it down to a few metres. Το 2012 η Διεθνής Αστρονομική Ένωση την καθιέρωσε ως σταθερό αριθμό (Ψήφισμα Β2), έτσι ώστε το au να είναι πλέον απλώς μια μονάδα, όπως το μέτρο.

Αυτό που μετράμε με μεγάλη ακρίβεια σήμερα είναι η βαρυτική παράμετρος του Ήλιου, GM☉ = 1.32712440041 × 10²⁰ m³ s⁻², από την κίνηση των πλανητών και των διαστημικών σκαφών. Το γινόμενο G × M είναι πολύ καλύτερα γνωστό από το G ή το M μόνο, επειδή η G είναι μία από τις λιγότερο ακριβώς γνωστές σταθερές στη φυσική. Αυτός είναι ο λόγος που η τροχιακή μηχανική λειτουργεί με μ = GM σε όλη τη διαδρομή, όπως θα δείτε στη διαδρομή του Πλοηγού.

Δύο πρακτικές συνέπειες:

1. Η απόσταση της Γης δεν είναι σταθερή. Η τροχιά της Γης έχει εκκεντρότητα περίπου 0,0167, έτσι η απόστασή της από τον Ήλιο κυμαίνεται από περίπου 147,1 εκατομμύρια χιλιόμετρα (αρχές Ιανουαρίου, περιήλιο) έως 152,1 εκατομμύρια χιλιόμετρα (αρχές Ιουλίου, άφηλιο). Οι εποχές δεν προκαλούνται από αυτό: Ο Ιανουάριος είναι χειμώνας στο βόρειο ημισφαίριο. Η πραγματική αιτία καλύπτεται στο μάθημα Εποχές.
2. Ο φωτεινός χρόνος είναι ένα πραγματικό όριο της μηχανικής. Μια ραδιοεντολή προς ένα ρομπότ στον Άρη διαρκεί μεταξύ 3 και 22 λεπτών ανά κατεύθυνση, ανάλογα με το πού βρίσκονται οι δύο πλανήτες στις τροχιές τους. Τα διαστημόπλοια μακριά πρέπει να είναι σε θέση να ενεργούν από μόνα τους.