天哪，你竟然还不知道太阳跟地球之间的距离是多少

故事 06-11 来源：天文在线

太阳位于太阳系的中心，太阳系的主体部分包括行星、小行星、彗星等，它们均以不同的距离围绕着太阳做旋转运动。水星是离太阳最近的行星，当它在椭圆轨道中运行时，和太阳之间的距离最近可达2900万英里（4700万公里）。而太阳系的冰壳，奥尔特云中的物质，离太阳则有近9.3万亿英里（15万亿公里）。

地球轨道与太阳的距离比奥尔特云近10万倍，平均距离约92,955,807英里(149,597,870公里)。我们把地球与太阳间的平均距离称为一个天文单位（AU），用它来量度太阳系内各种物质的距离。

举个例子，木星和太阳间的距离有5.2个天文单位，而海王星与太阳相距30.07个天文单位。根据美国国家航空航天局的数据，太阳系外最近的恒星——比邻星，距离太阳系约有268770个天文单位。然而，为了测量更远的距离，天文学家使用光年作为单位，即光在一年的时间中传播的距离。一光年等于63239个天文单位。所以换算过来，比邻星和太阳系之间的距离就是4.25光年。

柯伊伯带和奥尔特云的渲染效果图,（图片来自NASA）.

地球的椭圆轨道

天文单位是指地球到太阳的平均距离。地球每365.25天围着太阳绕一整圈，也就是一年。然而，地球的轨道不是纯圆形的，它更像一个椭圆。在一年的时间里，地球时而靠近太阳，时而又远离太阳。地球在一月上旬离太阳最近，这个最近的位置称为近日点，此时地球地日距离约为9100万英里（14600万公里），不到一个天文单位。地球离太阳最远的位置称为远日点，一般出现在七月上旬，此时地日距离约为9450万英里（15200万公里），略大于一个天文单位。

地日距离的探索

追溯历史，希腊天文学家阿里斯塔克在公元前250年左右最早测量了地日距离。他利用月相测量太阳和月亮的体积及距离。半月之时，太阳、月亮和地球三个天体会构成一个直角，阿里斯塔克通过测量地球在日月之间的夹角计算得出，地日距离是地月距离的19倍，而且太阳也有月亮的19倍大。但是实际上太阳比月亮要大个400倍左右。

康奈尔大学天文学网指出，阿里斯塔克的测量可能是有所偏差的。首先，我们很难确定出太阳和月亮的中心点，其次，我们也不好确定月亮具体什么时候是半月。

阿里斯塔克提出了关于地球、太阳、月亮三个天体距离和大小的初步认知，虽然不够精确，但这使他得出了地球是围着太阳转的结论。而哥白尼的日心说在这之后1700年才出现。

1653年，天文学家克里斯蒂安·惠更斯计算出了地球和太阳间的距离。他利用金星的相位来确定地球、太阳、金星所构成的三角形的角度。举例来说，当金星仅半个球面被太阳照亮时，三个天体刚好形成一个以地球为直角的直角三角形。惠更斯偶然猜对了金星的大小，从而得以推求出地球到金星的距离。知道了这个距离之后，再加上三角形的几何关系，就可以计算出地球到太阳的距离了。然而，由于惠更斯这个研究中包含猜测的部分，得不到科学的保证，人们认为他的研究成果不能信服。

尽管有所谓的黑滴效应使金星凌日的测量非常困难，但这种罕见的现象，长久以来仍是测量天文单位的最佳方法。

1672年，乔瓦尼·卡西尼运用视差角度差相关方法确定了火星到地球的距离，同时也确定了太阳到地球的距离。他让同事琼·里彻去法属圭亚那，自己留在巴黎，以便用已知的两地距离去测量火星相对于背景恒星的位置，并用三角形关系推算出具体距离。一旦火星到地球的距离确定了，太阳到地球的距离也就可以计算了。由于他的研究方法更为科学，人们都愿意信服他的成果。

巴黎大学的天文学家尼科尔·卡皮坦向表示：“天文学家用物理单位来表达天体间的距离会存在很多困难，但是用天文单位来表示，问题就迎刃而解了。天文单位的表示方法一直以来广为应用，因为天文学家在太阳系中测量天体间的距离可不像测量角度那样精细。”

天文单位的新定义

随着航天器和雷达的出现，人们就可以用更精确的方法来直接测量地球与太阳之间的距离了。天文单位（AU）曾经的定义是“在太阳引力作用下沿以太阳中心为圆心的圆轨道，以每天0.01720209895弧度的角速度（高斯常数）运动的，无质量粒子的轨道半径”。

这个定义不仅给天文学家无端增负，还不完全符合广义相对论。对于这个旧定义而言，天文单位（AU）的数值会随着观察者在太阳系中的位置变化而改变。如果观察者在木星上用旧定义计算地日距离，计算结果会和他在地球上测量计算得到的结果偏差1000米（3280英尺）左右。

天文的距离单位秒差距是使用天文单位做基线，视差是角度1弧秒的距离。图中的1AU和1pc为依照比例（参见恒星视差）。

此外，高斯常数还取决于太阳的质量。由于太阳会随着辐射能量而发生质量减少的现象，天文单位（AU）的值也就随之发生改变。国际天文学联盟在2012年8月投票通过决议，将天文单位（AU）的定义改为常量，即1AU=149,597,870,700米。这个数值是由光速测得的，与太阳质量无关。而1米定义为光在真空中1 / 299,792,458秒所传播的距离。

德国德累斯顿技术大学的天文学家谢尔盖克里奥尔表示，新定义比旧定义简洁多了。克里奥尔和卡皮坦都是国际天文学联盟中负责完善这个定义的小组成员。