สถานที่ของเราในอวกาศ

มองขึ้นไปในคืนที่แจ่มใส และทุกดวงดาวที่คุณสามารถเห็นด้วยตาของคุณเอง มันเป็นส่วนหนึ่งของดาราจักร ทางช้างเผือก คุณกำลังยืนอยู่บนลูกหินที่หมุน วงกลมดาวธรรมดาหนึ่งในพันล้าน บทเรียนนี้จะช่วยให้รู้ว่าที่ไหน

ดาวทุกดวงที่คุณเห็นด้วยตาของคุณเอง เป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก

ดูสิ

ออกไปข้างนอกในคืนที่แจ่มใส พื้นดินใต้เท้าของคุณเป็นส่วนหนึ่งของหินลูกบอลกว้าง 12,742 กิโลเมตร ลูกบอลนั้นคือโลก มันหมุนรอบตัวเองวันละครั้ง และวิ่งรอบดาวดวงหนึ่ง คือดวงอาทิตย์ ปีละครั้ง

ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่มาก ที่ประมาณ 1.3 ล้านโลกจะเข้ากันได้ภายในมัน มันหนักมากจนเกือบจะถือมวลของทุกสิ่ง ที่โคจรรอบมัน: ดาวเคราะห์,ดวงจันทร์,ดาวแคระ,ดาวเคราะห์เล็กและดาวหาง ดวงอาทิตย์และทุกสิ่งที่ถูกควบคุมโดยแรงโน้มถ่วงของมัน ระบบสุริยะ.

ในภาพด้านบน จุดสีเหลืองตรงกลางคือดวงอาทิตย์ กดปุ่ม เล่น และดูดาวเคราะห์เคลื่อนไหว ยิ่งดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากเท่าไหร่ มันก็จะโคจรไปรอบๆด้วยความเร็วที่สูงขึ้น

• ดวงจันทร์ ใช้เวลา 88 วัน
• โลก ใช้เวลาหนึ่งปี
• ดาวพฤหัสบดีดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลที่สุดใช้เวลาเกือบ 165 ปี

ระบบสุริยะของเราเป็นหนึ่งในหลายพันล้านของดาว ในวงโคจรขนาดใหญ่ของดาวที่เรียกว่า ทางช้างเผือก ในคืนที่มืดมาก คุณสามารถเห็นมันได้ เหมือนกับแถบแสงอ่อนบนท้องฟ้า ทุกดวงดาวที่คุณเห็นด้วยตาของคุณเอง เป็นของมัน

เข้าใจ

ระยะทางในอวกาศนั้นใหญ่มาก ทำให้กิโลเมตรกลายเป็นเรื่องแปลกๆ นักดาราศาสตร์จึงใช้เส้นมาตราที่ใหญ่กว่า

หน่วยดาราศาสตร์ (au) ประมาณระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ตั้งแต่ปี 2012 มันมีค่าที่แน่นอน: 149,597,870,700 เมตร หรือประมาณ 149.6 ล้านกิโลเมตร ด้วยมัน ระบบสุริยะกลายเป็นภาพที่ง่าย:

โลก	ระยะทางเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์
ดวงจันทร์	0.39 องศา
โลก	1.00 au
ดาวพฤหัสบดี	5.2หรือ
ดาวพฤหัสบดี	30.1 au

แสง คือเวลาที่แสงต้องใช้ในการเดินทาง แสงเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที

ความเร็วแสง

สำหรับ 1 AU: 149,597,871 กม. ÷ 299,792 กม/วินาที ≈ 499 วินาที หรือ 8 นาที 19 วินาที เมื่อคุณมองไปยังดวงอาทิตย์ (ไม่เคยโดยตรง, มันทำลายตาของคุณ), คุณเห็นแสงที่ออกจากมันประมาณแปดนาทีก่อน Sunlight takes over four hours to reach Neptune.

แสงปี ระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปี ประมาณ 9.46 ลำดับล้านกิโลเมตร หรือ 63,241 AU ดาวที่อยู่ใกล้ที่สุดหลังจากดวงอาทิตย์, Proxima Centauri, เป็นประมาณ 4.2 ปีแสงห่างออกไป ทางช้างเผือกมีขนาดกว้างประมาณ 100,000 ปีแสง

เจ้านาย

ความยาวของดาวเคราะห์นั้นถูกกำหนดโดยคงที่ของแรงโน้มถ่วงของกัซเซียน ดังนั้นความยาวในเมตรจึงเป็นปริมาณที่นักดาราศาสตร์ต้องกำหนด Radar ranging of Venus and spacecraft tracking in the late twentieth century pinned it down to a few metres. ในปี 2012 สหภาพดาราศาสตร์ระหว่างประเทศได้กำหนดเป็นจำนวนคงที่ (ความละเอียด B2) ดังนั้น au จึงเป็นหน่วยเดียวกันกับเมตร

สิ่งที่เราวัดได้อย่างแม่นยำในวันนี้คือพารามิเตอร์แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ GM☉ = 1.32712440041 × 10²⁰ m³ s⁻² จากการเคลื่อนไหวของดาวเคราะห์และยานอวกาศ ผลิต G × M เป็นที่รู้จักดีกว่า G หรือ M เพียงอย่างเดียว เพราะว่า G เป็นหนึ่งในคงที่ที่รู้จักกันอย่างแม่นยำน้อยที่สุดในฟิสิกส์ นี่คือเหตุผลที่กลศาสตร์วงโคจรทำงานกับ μ = GM ตลอดเวลา, เช่นเดียวกับที่คุณจะเห็นในเส้นทางของนาวิเกเตอร์

Two practical consequences:

1. ระยะทางของโลกไม่คงที่ วงโคจรของโลกมีค่าความแตกต่างของศูนย์กลางประมาณ 0.0167 ดังนั้นระยะห่างจากดวงอาทิตย์จะอยู่ที่ประมาณ 147.1 ล้านกิโลเมตร (ต้นเดือนมกราคม, perihelion) ถึง 152.1 ล้านกิโลเมตร (ต้นเดือนกรกฎาคม, aphelion) ฤดูกาลไม่ได้เกิดจากเรื่องนี้ มกราคมเป็นฤดูหนาวในซีกโลกเหนือ สาเหตุที่แท้จริงถูกบอกไว้ในบทเรียนของฤดูกาล
2. แสงเวลาเป็นขีดจำกัดของวิศวกรรมจริง คำสั่งวิทยุไปยังโรเวอร์บนดาวอังคาร ใช้เวลาระหว่าง3ถึง 22 นาที ขึ้นอยู่กับว่าทั้งสองดาวเคราะห์อยู่ในวงโคจรของมัน ยานอวกาศที่อยู่ไกลออกไป ต้องสามารถทำได้ด้วยตัวเอง