Сегодня, когда астрономию вернули в школьную программу, любой
старшеклассник (ну, в теории, любой) должен знать: расстояние от
нашей планеты до Солнца составляет примерно 149,5 млн километров.
Это расстояние еще принято называть астрономической единицей.
Но, понятно, что этот ответ как-то надо было получить и астрономам
потребовалось на это несколько шагов, растянувшихся не одно
тысячелетие. Ниже о каждом шаге подробнее.
Шаг первый безбожник Аристарх и Луна
Аристарх
Самосский жил в III веке до нашей эры и был по-настоящему
выдающимся астрономом. Задолго до Коперника он построил
гелиоцентрическую модель устройства мира. Довольно точно определил
продолжительность года в 365 + (1/4) + (1/1623) дней.
Усовершенствовал солнечные часы. А еще он предпринял попытку
измерить расстояние от Земли до Солнца и Луны. Этому Аристарх
посвятил целый трактат (кстати, единственная письменная работа
этого автора, дошедшая до нас).
С Луной у него получилось довольно близко к правильному ответу:
486400 км (по расчетам Аристарха), 380000 км (среднее расстояние по
современным данным). Спустя сто лет другой античный астроном
Гиппарх, кстати, уточнил эти цифры. А вот с Солнцем у Аристарха
получилась нехилая промашка.
Но сначала о том, как вообще древнегреческий астроном измерял это
расстояние. Известно, что иногда Солнце и Луну можно наблюдать
одновременно. Причем, бывают моменты, когда Солнце освещает ровно
половину Луны. Тогда угол Земля-Луна-Солнце прямой, и измеряя угол
Луна-Земля-Солнце можно с помощью тригонометрических соотношений,
зная расстояние Земля-Луна, найти расстояние Земля-Солнце.
Но гладко было на бумаге. Во-первых, Аристарху надо было поймать
момент, когда освещена ровно половина Луны, а сделать это без
телескопа было практически невозможно. А во-вторых, опять же без
серьезной измерительной аппаратуры, точно измерить все параметры.
Не удивительно, что грек ошибся, причем, очень сильно: угол у него
получился целых три градуса (в реальности он равен 10 минутам), а
расстояние до Солнца всего 7,5 млн километров. Опираясь на это
расстояние, Аристарх пришел к выводу, что Солнце намного больше
Земли. Это и стало главным аргументом его гелиоцентризма (в центре
мироздания должен быть самый большой объект).
Впрочем, ошибка в определении расстояния большой роли в науке не
сыграла, вычисления Аристарха вообще не получили широкой
известности (даже среди образованной части населения античных
городов). Причина была скорее политической, все дело в его
гелиоцентрической модели мироздания. Она противоречила
геоцентрической модели, которой придерживался тогдашний научный
консенсус. И есть упоминания, что его даже пытались привлечь к суду
как безбожника. Спустя некоторое время сначала Гиппарх подверг
критике его взгляды, а позже Птолемей (чья геоцентрическая модель
успешно дожила до Коперника) и вовсе проигнорировал результаты
Аристарха, способствуя их забвению на долгое время.
Шаг второй смотрим на Венеру (Кеплер и
Хоррокс)
Человечеству потребовалось почти две тысячи лет,
чтобы сделать этот следующий шаг к ответу, но будем справедливы,
это было нелегкое время и хватало других проблем.
И для начала, надо было выбрать другой объект, на который опираться
в своих вычислениях. В 1626 году известный немецкий астроном и
математик Иоганн Кеплер предложил в качестве кандидата Венеру. К
тому времени астрономы уже знали про одно довольно редкое
астрономическое явление прохождение Венеры по диску Солнца, причем,
оно случается дважды с разницей в несколько лет, а потом следует
значительный перерыв. Предложенный Кеплером метод заключался в
следующем: надо измерить время прохождения Венеры по диску Солнца
из разных точек Земли. И сравнивая эти времена можно найти
расстояние от Земли до Венеры и до Солнца.
Впрочем, это только звучит просто. Как минимум, надо было дождаться
этого явления. Это удалось британскому астроному Джереми Хороксу,
который переписывался с Кеплером и знал про его метод. Сначала
британец уточнил частоту этого явления: дубль случается с разницей
в восемь лет каждые полтора столетия. И ближайшее должно было
состояться в 1639 году. Хоррокс подготовился к этому событию, он
наблюдал за небом из своего дома в Мач Хул, близ Престона, а его
друг делал то же самое из Солфорда, близ Манчестера. Сначала,
казалось, что удача от них отвернулась, поскольку в этот день была
сильная облачность, но за полчаса до захода Солнца облака разошлись
и пара астрономов сумела-таки осуществить свой план. На основании
наблюдений, Хоррокс рассчитал, что нашу планету от Солнца отделяет
95,6 млн км. Это было уже гораздо ближе к истине, но все равно
неверно.
Шаг третий смотрим на Марс (Кассини)
До следующего
венерианского дубля надо было ждать полтора века и пока шло время
астрономы тратили его на поиск других способов вычислить искомое
расстояние. И это удалось французскому астроному итальянского
происхождения Джованни Доменико Кассини. Он вообще отметился в
астрономии как талантливый наблюдатель (например, это он первым
увидел Большое Красное пятно на Юпитере). К тому времени астрономы
уже оценили возможности, которые дает одновременное наблюдение за
одним и тем же объектом из отдаленных друг от друга мест. В 1672
году Кассини на пару с другим французским астрономом Жаном Рише
осуществили такой проект: первый остался в Париже, а второй
отправился в Южную Африку, где у Франции были свои колонии. Они
одновременно наблюдали Марс и, вычислив параллакс, определили его
расстояние от Земли. Параллакс, если кто не знает, это смещение или
разница в видимом положении объекта, рассматриваемого на двух
разных линиях зрения. Ну а вычислять расстояние до объекта по
параллаксу умели уже давно.
И поскольку относительные отношения различных расстояний между
Солнцем и планетами уже были известны из геометрии, рассчитав по
параллаксу расстояние до Марса, Кассини смог сделать то же самое и
для Солнца. Его результат 146 млн км был уже очень близок к
современным оценкам. Что интересно, в то время, когда Кассини
проводил эти расчеты, он был приверженцем геоцентрической системы,
то есть, расстояния он получал близкие к верным, но карту Солнечной
системы строил по старинке, с Землей в центре. Позже он признал
правоту Коперника, но в ограниченной степени.
Шаг четвертый снова Венера и астрономы всего мира
Тем
временем близился очередной венерианский дубль (в 1761 и 1769
годах) и астрономы были намерены выжать из этого события максимум.
Чтобы не зависеть от погодных условий и собрать данные с разных
точек на Земле, был организован большой международный проект (его
считают чуть ли не первым в истории) под эгидой Французской
академии наук. Заблаговременно были подготовлены и отправлены
научные экспедиции к местам наблюдений. Не все закончилось гладко
экспедиция, отправленная в Новую Гвинею, без вести пропала в
джунглях. Но в целом проект удался.
Кстати, активно в нем участвовала и Россия. В нашей стране им
руководил человек необычайных талантов и энергии Михайло Ломоносов
(это он, кстати, обнаружил атмосферу на Венере).
Ломоносову удалось получить аудиенцию у императрицы Екатерины II и
убедить ее в важности этой работы как для науки, так и для
государственного престижа. Получив поддержку казны, Ломоносов смог
развернуть на территории Российской империи 40 наблюдательных
пунктов. На один из них, вблизи Петербурга, приезжала сама
Екатерина и с интересом смотрела в телескоп.
Вот в итоге этой большой работы астрономов по всему миру и было
получено то число, которое сегодня включено в учебники. Но нет
предела совершенству, и еще через сто пятьдесят лет, 8 декабря 1874
года и б декабря 1882 года, очередные прохождения Венеры по диску
Солнца вновь наблюдали научные экспедиции по всему миру, уточняя
полученные данные. А потом еще раз в 2004 и 2012 году. Впрочем, в
ходе этих наблюдений получали и другие полезные данные, но это уже
другая тема.