Астрономическая единица

Астрономи́ческая едини́ца (русское обозначение: а.е.[1][2][3]; международное: с 2012 года — au[4]; ранее использовалось обозначение ua[2]) — единица измерения расстояний в астрономии, примерно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. В настоящее время полагается равной в точности 149 597 870 700 метрам.

Астрономическая единица применяется в основном для измерения расстояний между объектами Солнечной системы, экзопланетных систем, а также между компонентами двойных звёзд.

При сокращении словосочетания «астрономическая единица» в связном тексте нормой является написание с пробелом: «а. е.»[5]. Однако русское обозначение астрономической единицы как единицы измерения длины в соответствии с Постановлением Правительства РФ[6] № 879 «Об утверждении Положения о единицах величин, допускаемых к применению в РФ» пишется без пробела: «а.е.»[3][2]. Международное бюро мер и весов считает обозначения единиц измерения не сокращениями, а математическими сущностями (фр. entités mathématiques, англ. mathematical entities)[7].

Изначально астрономическая единица определялась как длина большой полуоси орбиты Земли или, что то же самое, среднее значение между минимальным (афелий) и максимальным (перигелий) расстояниями от Земли до Солнца. Согласно свойствам эллипса, это значение также является средним расстоянием от точек орбиты Земли до Солнца[8].

В 1976 году 16-я Генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС) переопределила астрономическую единицу как радиус круговой орбиты пробного тела в изотропных координатах, угловая скорость обращения по которой, при пренебрежении всеми телами Солнечной системы кроме Солнца, была бы точно равна 0,01720209895 радиана в эфемеридные сутки[9][10][11]. В системе постоянных IERS 2003 астрономическая единица полагалась равной 149 597 870 691 м[12]. Эта величина и условное обозначение «ua» всё ещё приводятся в информационном приложении международного стандарта ISO 80000-3 (англ.) ревизии 2009 года.

В августе 2012 года 28-я Генеральная ассамблея МАС в Пекине приняла решение привязать астрономическую единицу к Международной системе единиц (СИ). С этого времени астрономическая единица считается равной в точности 149 597 870 700 метрам. Кроме того, МАС принял решение стандартизовать международное обозначение астрономической единицы: «au»[13].

Астрономическая единица входит в утверждённый Международным бюро мер и весов перечень внесистемных единиц, принятых для использования совместно с единицами СИ[4]. В Российской Федерации использование астрономической единицы допускается в области применения «астрономия» наравне с единицами СИ без ограничения срока. Не допускается употребление астрономической единицы с дольными и кратными приставками СИ[1][2].

Первую научную попытку рассчитать астрономические расстояния предпринял создатель гелиоцентрической системы мира Аристарх Самосский в своем трактате «О величинах и расстояниях Солнца и Луны» в III веке до н. э. Тригонометрический метод Аристарха был недостаточно точным, однако на протяжении полутора тысяч лет, с античной древности до эпохи возрождения, это был единственный метод, известный астрономам.

С момента появления кеплеровской небесной механики относительные расстояния в Солнечной системе (исключая слишком близкую Луну) стали известны с хорошей точностью. Поскольку Солнце является центральным телом системы, а обращающаяся по почти круговой орбите Земля — местоположением наблюдателей, естественно было принять радиус этой орбиты за единицу измерения. Однако не существовало способа надёжно измерить величину этой единицы, то есть сравнить её с земными масштабами. Солнце находится слишком далеко, чтобы с Земли надёжно измерить его параллакс. Расстояние до Луны было известно, но исходя из известных в XVII веке данных оценить отношение расстояний до Солнца и Луны не удавалось — наблюдение Луны не даёт требуемой точности, а отношение масс Земли и Солнца также не было известно.

Первым способом уточнения расстояния от Земли до Солнца было уточнение параллакса Солнца путём сравнения его с параллаксом Венеры при прохождении последней по солнечному диску. В 1639 году английский астроном Джереми Хоррокс совместно с Уильямом Крабтри провёл первое в истории наблюдение прохождения Венеры с научными целями и определил расстояние от Земли до Солнца в 95,6 млн км, что было наиболее точным на тот момент значением. Результаты этого наблюдения были опубликованы лишь после смерти обоих учёных, в 1661 году Яном Гевелием[14].

В 1672 году Джованни Кассини совместно со своим сотрудником Жаном Рише измерили параллакс Марса. Поскольку параметры орбиты Земли и Марса были измерены с высокой точностью, появилась возможность уточнить величину астрономической единицы — в современных единицах у них получилось примерно 140 млн км[15].

Впоследствии величина астрономической единицы неоднократно уточнялась при наблюдении прохождений Венеры по солнечному диску[16]. Наблюдения параллакса астероида Эрос во время сближений его с Землёй в 1901[17] и 1930—1931 годах позволили получить ещё более точную оценку[8].

Астрономическая единица также уточнялась с помощью радиолокации планет. Локацией Венеры в 1961 году установлено, что астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможная ошибка не превышала 2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 году позволила уменьшить эту неопределённость и уточнить значение астрономической единицы: оно оказалось равным 149 598 100 ± 750 км. Выяснилось, что до локации 1961 года величина астрономической единицы была известна с точностью 0,1 %[источник не указан 3470 дней].

Новейший способ уточнения астрономической единицы основан на наблюдениях за движением автоматических межпланетных станций, элементы орбит которых можно определить с высокой точностью благодаря регулярным сеансам связи с ними[8].

Многолетние измерения расстояния от Земли до Солнца зафиксировали его медленное увеличение со скоростью около 15 метров за сто лет (что на порядок превышает точность современных измерений). Одной из причин может быть потеря Солнцем массы (вследствие солнечного ветра), однако наблюдаемый эффект значительно превышает расчётные значения[18][19].