Sejauh mana Matahari? Seolah-olah orang tidak dapat mengemukakan soalan yang lebih mudah. Namun penyelidikan ini telah membuat para ahli astronomi lebih dari dua ribu tahun.
Tentunya ia adalah persoalan yang hampir tiada bandingannya, dibayangi dalam sejarah mungkin hanya dengan mencari ukuran dan jisim Bumi. Dikenali hari ini sebagai unit astronomi, jarak berfungsi sebagai rujukan kita dalam sistem suria dan garis dasar untuk mengukur semua jarak di Alam Semesta.
Pemikir di Yunani Kuno adalah antara yang pertama mencuba dan membina model kosmos yang komprehensif. Hanya dengan pemerhatian mata kasar, beberapa perkara dapat diselesaikan. Bulan menjulang besar di langit sehingga mungkin cukup dekat. Gerhana matahari mendedahkan bahawa Bulan dan Matahari mempunyai ukuran sudut yang hampir sama, tetapi Matahari jauh lebih cerah sehingga mungkin lebih besar tetapi lebih jauh (kebetulan ini mengenai ukuran Matahari dan Bulan yang jelas hampir tidak dapat digambarkan dalam memajukan astronomi). Selebihnya planet kelihatan tidak lebih besar daripada bintang, namun nampaknya bergerak lebih pantas; mereka mungkin berada pada jarak yang agak jauh. Tetapi, dapatkah kita melakukan yang lebih baik daripada keterangan yang tidak jelas ini? Dengan penemuan geometri, jawapannya menjadi ya.
Jarak pertama yang diukur dengan ketepatan apa pun adalah jarak Bulan. Pada pertengahan abad ke-2 SM, ahli astronomi Yunani Hipparchus mempelopori penggunaan kaedah yang dikenali sebagai paralaks. Idea paralaks adalah sederhana: apabila objek diperhatikan dari dua sudut yang berbeza, objek yang lebih dekat kelihatan lebih banyak bergerak daripada yang lebih jauh. Anda dapat menunjukkannya dengan mudah untuk diri sendiri dengan memegang jari sepanjang lengan dan menutup sebelah mata dan kemudian yang lain. Perhatikan bagaimana jari anda bergerak lebih banyak daripada perkara di latar belakang? Itu paralaks! Dengan memerhatikan Bulan dari dua bandar yang jaraknya diketahui, Hipparchus menggunakan sedikit geometri untuk menghitung jaraknya hingga 7% dari nilai moden hari ini - tidak buruk!
Dengan jarak ke Bulan yang diketahui, pentas ditetapkan untuk ahli astronomi Yunani lain, Aristarchus, untuk mengambil tikaman pertama dalam menentukan jarak Bumi dari Matahari. Aristarchus menyedari bahawa ketika Bulan betul-betul separuh diterangi, ia membentuk segitiga tepat dengan Bumi dan Matahari. Sekarang mengetahui jarak antara Bumi dan Bulan, yang dia perlukan hanyalah sudut antara Bulan dan Matahari pada masa ini untuk menghitung jarak Matahari itu sendiri. Ini adalah alasan yang bernas dan tidak dapat dilihat oleh pemerhatian yang tidak mencukupi. Dengan pandangannya, Aristarchus menganggarkan sudut ini 87 darjah, tidak jauh dari nilai sebenarnya 89.83 darjah. Tetapi apabila jarak yang dilalui sangat besar, kesalahan kecil dapat diperbesar dengan cepat. Hasilnya ditolak oleh faktor lebih dari seribu.
Selama dua ribu tahun ke depan, pemerhatian yang lebih baik yang diterapkan pada kaedah Aristarchus akan membawa kita dalam 3 atau 4 kali nilai sebenarnya. Jadi bagaimana kita dapat memperbaikinya lebih jauh? Masih ada satu kaedah untuk mengukur jarak secara langsung dan itu adalah paralaks. Tetapi, mencari paralaks Matahari jauh lebih mencabar daripada Bulan. Lagipun, Matahari pada dasarnya tidak berwajah dan kecerahannya yang luar biasa menghilangkan pandangan yang mungkin kita miliki mengenai bintang-bintang yang bersembunyi di belakang. Apa yang boleh kita lakukan?
Akan tetapi, pada abad kelapan belas, pemahaman kita tentang dunia telah berkembang dengan pesat. Bidang fizik kini berada di tahap awal dan memberikan petunjuk kritikal. Johannes Kepler dan Isaac Newton telah menunjukkan bahawa jarak antara planet-planet itu saling berkaitan; cari satu dan anda pasti tahu semuanya. Tetapi adakah yang lebih mudah dicari daripada Bumi? Ternyata jawapannya adalah ya. Kadang kala. Sekiranya anda bernasib baik.
Kuncinya adalah transit Venus. Semasa transit, planet ini melintas di depan Matahari seperti yang dilihat dari Bumi. Dari lokasi yang berbeza, Venus akan kelihatan melintasi bahagian Matahari yang lebih besar atau lebih kecil. Dengan menentukan masa berapa lama penyeberangan ini, James Gregory dan Edmond Halley menyedari bahawa jarak ke Venus (dan oleh itu Matahari) dapat ditentukan (Berminat dengan seluk beluk bagaimana ini dilakukan? NASA mempunyai penjelasan yang cukup bagus di sini.) . Inilah masanya saya biasanya mengatakan sesuatu seperti: Nampaknya cukup mudah, bukan? Hanya ada satu tangkapan ... Tetapi mungkin itu tidak pernah benar. Kemungkinan besar bertumpu pada kejayaan sehingga benar-benar menjadi bukti pentingnya pengukuran ini sehingga ada yang mencubanya.
Pertama, transit Venus sangat jarang berlaku. Seperti jarang sekali seumur hidup (walaupun mereka berpasangan). Pada masa Halley menyedari bahawa kaedah ini akan berjaya, dia tahu bahawa dia terlalu tua untuk berpeluang menyelesaikannya sendiri. Oleh itu, dengan harapan bahawa generasi akan datang dapat melaksanakan tugas itu, dia menulis petunjuk khusus tentang bagaimana pengamatan harus dilakukan. Agar hasil akhirnya memiliki ketepatan yang diinginkan, waktu transit perlu diukur hingga detik. Agar jarak pemisahan yang besar, lokasi pengamatan perlu ditempatkan di ujung bumi. Dan, untuk memastikan cuaca mendung tidak merosakkan peluang kejayaan, pemerhati diperlukan di lokasi-lokasi di seluruh dunia. Bercakap mengenai usaha besar di era di mana perjalanan antara benua boleh memakan masa bertahun-tahun.
Walaupun menghadapi cabaran ini, ahli astronomi di Perancis dan Inggeris memutuskan bahawa mereka akan mengumpulkan data yang diperlukan semasa transit tahun 1761. Akan tetapi, pada masa itu, keadaan menjadi lebih buruk lagi: England dan Perancis terlibat dalam Perang Tujuh Tahun. Perjalanan melalui laut hampir mustahil. Walaupun begitu, usaha itu berterusan. Walaupun tidak semua pemerhati berjaya (awan memblokir beberapa, kapal perang yang lain), ketika digabungkan dengan data yang dikumpulkan semasa transit lain lapan tahun kemudian, usaha itu berhasil. Ahli astronomi Perancis Jerome Lalande mengumpulkan semua data dan menghitung jarak tepat pertama ke Matahari: 153 juta kilometer, hingga tiga persen dari nilai sebenarnya!
Sebentar: nombor yang kita bicarakan di sini disebut sebagai Bumi paksi separa utama, bermaksud jarak jarak antara Bumi dan Matahari. Kerana orbit Bumi tidak bulat dengan sempurna, kita sebenarnya hampir 3% lebih dekat dan lebih jauh sepanjang satu tahun. Juga, seperti banyak bilangan dalam sains moden, definisi formal unit astronomi telah sedikit berubah. Sehingga 2012, 1 AU = 149,597,870,700 meter dengan tepat, tidak kira sama ada kita dapati paksi separa utama Bumi sedikit berbeza pada masa akan datang.
Sejak pemerhatian inovatif yang dibuat selama transit Venus, kami telah menyempurnakan pengetahuan kami tentang jarak Bumi-Matahari dengan sangat luar biasa. Kami juga menggunakannya untuk membuka pemahaman tentang luasnya Alam Semesta. Setelah mengetahui betapa besarnya orbit Bumi, kita dapat menggunakan paralaks untuk mengukur jarak ke bintang lain dengan membuat pemerhatian yang dijarakkan selama enam bulan (ketika Bumi telah melakukan perjalanan ke sisi lain Matahari, jarak 2 AU!) . Ini mengungkapkan kosmos yang terbentang tanpa henti dan akhirnya akan membawa kepada penemuan bahawa alam semesta kita berusia berbilion tahun. Tidak buruk kerana mengemukakan soalan langsung!
