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1495,9787,0700米——这就是你和太阳之间的平均距离

  北京时间9月19日消息,据《自然》杂志网站报道,最近,天文学家们取得了一项看似不那么引人注目的成就:他们重新精确测定了太阳系中最重要的距离参数之一,即一个天文单位(AU)的精确数值。所谓天文单位也就是太阳到地球之间的平均距离,这一距离值现在已经从稍显混沌变成了一个精确的数字呈现在我们面前。这一新的标准测量值已经于今年8月份在中国北京举行的国际天文学大会(IAU)上以无记名投票的方式获得采纳。也就是说,从此,一个天文单位的定义值被确定为:1495,9787,0700米——不多也不少。

  当然这一数值的精确测定对于生活在地球上的生灵们不会产生任何影响,地球还是会围绕着太阳运行,在北半球,秋季即将来临。但是对于天文学家而言,这一数值的规定意味着更加精确的测量,也便于更加清晰地向学生们阐明“天文单位”(AU)的概念。

  日地距离是天文学中被运用历史最悠久的距离值之一。历史上对于这一距离的首次精确测定是在1672年,由当时著名的荷兰天文学家格罗范尼·卡西尼(Giovanni Cassini)完成。当时他正在法国巴黎从事火星观测,而他的同事儒安·里奇(Jean Richer)则从南美洲的法属圭亚那对这颗行星进行观测。综合两地观测到的火星表现出的视差,这位天文学家计算出了地球到火星的距离,并使用这一数值计算出了地球到太阳的距离。当时他们得出的测量值是1.4亿公里——和现代测量值相当接近。

  直到20世纪下半叶,这种视差测量仍然还只是测量太阳系中天体之间距离的唯一可靠手段,因此当时“天文单位”(AU)的概念还被视作是一个由视角测量换算得到距离值的基本常数。直到最近,天文常数仍然被表述为:“一颗质量无限小的颗粒,以径度量每天 0.01720209895的角频率(公转周期365.2568983日,即一高斯年)环绕着太阳公转,且不受扰动影响的牛顿圆轨道半径”。

  这一定义让德国杰出数学家卡尔·弗里德里希·高斯(Carl Friedrich Gauss)的信奉者们欢欣鼓舞,因为以他名字命名的高斯常数居于整个定义的核心。然而这样的定义对于天文学家仍然会造成困扰。就举一个例子,正如德国德累斯顿工业大学天文学教授赛吉尔·克里诺尔(Sergei Klioner)所说,这样的定义让天文学初学者们非常困惑不解。但其最重要的一点缺陷在于:这一概念的这一定义方式与爱因斯坦的广义相对论是相矛盾的。

  正如它的名字所暗示的那样,广义相对论下的时空是相对的,它取决于观察者的位置。那么根据原先的定义,一个天文单位(AU)也将随着观测者的位置不同而发生变化。根据克里诺尔的计算,从地球的参考系和木星的参考系来进行对比,这一数值要相差1000米甚至更多。这种差异不会对探测器的飞行造成影响,因为它们是直接进行距离测量的,然而这对于那些致力于构建太阳系模型的行星科学家们却造成了不小的困扰。

  太阳的存在给出了另外一个问题。高斯常数是基于太阳质量得出的,因此天文单位的定义是和太阳质量严格相关联的。然而随着时间推移,太阳正不断损失质量,这一因素也将造成天文单位数值的缓慢变化。

  而此次给出的新定义模式则给出了针对这些问题的解决方案。一个确定的数量值将不受太阳质量变化的影响,而“米”的单位则是由光在真空中1 / 2,9979,2458分之一秒内通过的距离定义的。由于光速在所有参考系中都是相同的,这样一来天文单位的定义值便不再会随着观察者在太阳系中位置的不同而发生改变。

  事实上,对于“天文单位”重新定义的工作在过去的数十年间早就可以进行——现代天文学可以借助空间探测器,雷达和激光进行直接的距离测量。但是,正如法国巴黎天文台的天文学家尼古拉·卡皮塔尼(Nicole Capitaine)所说的那样:“一部分人认为做出这样的改变有些危险。”有些人担心这样的改变会破坏他们的计算机程序,还有人则顽固地坚持旧的定义法则。然而在经过卡皮塔尼,克里诺尔和其它天文学家们年复一年的游说工作之后,这一修改后的定义法则终于被通过并采纳。

  卡皮塔尼和克里诺尔表示这一简化后的天文单位定义已经开始堆他们的生活产生积极的影响。卡皮塔尼说:“游说的过程是费时的,之后我将把更多的时间投入到自己的研究工作中去。”而克里诺尔也表示:“我很高兴我再也不用费劲地向我的学生们解释天文单位的定义问题。现在新的定义法则对于所有人来说真的都简单多了。”(晨风)