Vuodesta 2012 lähtien astronomista yksikköä ei ole mitattu — se on julistettu. Tähtitieteilijät lopettivat yhä tarkemman arvon tavoittelun Maan ja Auringon keskimääräiselle etäisyydelle ja kiinnittivät sen yksinkertaisesti arvoon 149 597 870 700 metriä, piste. Se on outo loppu arvoitukselle, jota ihmiset alkoivat ratkoa yli kaksi vuosituhatta sitten.
Astronominen yksikkö on yksi tähtitieteen peruskeikoista, korvike aurinkokunnan etäisyyksille, jotka muuten hukkuisivat nollien joukkoon. Sen arvon selvittäminen vei havainnoijat antiikin geometrian, vuosisatoja vanhojen laskujen uudelleen tehneen flaamilaisen tähtitieteilijän, maapallon vastakkaisilta puolilta seuratun harvinaisen planeettojen ohituksen ja lopulta ohi lentäneen asteroidin kautta. Alla oleva tarina kertoo, kuinka luku, jota nykyään pidetään kiinteänä vakiona, oli suurimman osan historiastaan yksi taivaan vaikeimmin määritettävistä asioista.
Etäisyys, joka on kiinnitetty määritelmällä, ei mittauksella
Nykyään astronominen yksikkö määritellään pituudeksi, joka on tarkalleen 149 597 870 700 metriä — ei virhemarginaaleja, ei epävarmuutta. Ennen vuoden 2012 uudelleenmäärittelyä se ymmärrettiin väljemmin: Maan Aurinkoa lähimmän ja kauimman pisteen keskiarvona vuoden aikana, luku, joka muuttui hieman aina mittaustekniikan parantuessa.
Tuo vanhempi, fysikaalisesti perusteltu versio on myös syy, miksi yksikkö nousee esiin valoa käsittelevässä keskustelussa. IAU:n vuoden 2009 standardin mukaan valonsäde tarvitsee 499,0047838061 sekuntia — hieman yli 8 minuuttia ja 19 sekuntia — ylittääkseen yhden astronomisen yksikön. Kun yksikön metriarvo kiinnitettiin asetuksella eikä havainnoimalla, matka-aika voitiin vihdoin ilmaista kymmenen desimaalin tarkkuudella sen sijaan, että olisi jahdattu liikkuvaa maalia loputtomiin.
Antiikin geometriaa, vuosisatojen korjauksia
Varhaisin tunnettu yritys arvioida Maan ja Auringon välistä etäisyyttä on hämmästyttävän vanha. Noin vuonna 280 eaa. Aristarkhos mittasi Kuun, Maan ja Auringon välisen kulman juuri sillä hetkellä, kun Kuu oli ensimmäisessä neljänneksessään, ja käytti sitten tätä kulmaa laskeakseen, kuinka kaukana Auringon täytyi olla. Menetelmän taustalla oleva geometria oli pätevä; ajan mittalaitteet eivät olleet, ja saatu etäisyys jäi kauas todellisesta.
Kesti kauan ennen kuin kukaan haastoi tämän virheen vakavasti. Vuonna 1635 flaamilainen tähtitieteilijä Godefroy Wendelin toisti Aristarkhoksen havainnon ja huomasi, että Ptolemaioksen luku oli väärin vähintään yhdentoistakertaisesti. Muutama vuosikymmen myöhemmin kaksi palasta loksahti paikoilleen: vuonna 1669 Jean Picard sai luotettavan mittaustuloksen Maan omalle säteelle, 3 269 000 toisia, ja vuonna 1676 tähtitieteilijä Ole Rømer osoitti, että valolla itsellään kestää mitattavissa oleva aika kulkea — löytö niin hyödyllinen, että tähtitieteilijät alkoivat kuvata Auringon ja Maan välistä etäisyyttä valon kulkuajan kautta, tavan, joka jäi elämään.
Ensin nimi, sitten tarkennus
Käsitteelle, johon tähtitieteilijät olivat nojanneet antiikista lähtien, nimitys tuli yllättävän myöhään: termiä "astronominen yksikkö" käytettiin ensimmäisen kerran vasta vuonna 1848.
Nimen takana olevaa arvoa hiottiin edelleen aina kahdennellekymmenennelle vuosisadalle asti. Erityisen hyödyllisen sysäyksen antoi ohi lentänyt avaruuskivi: tähtitieteilijät käyttivät vasta löydettyä Maan lähelle tulevaa asteroidia 433 Eros ja sen läheistä ohitusta Maan luona vuosina 1900-1901 parallaksimittausten tarkentamiseen ja astronomisen yksikön arvon huomattavaan tarkentamiseen.
Venus ylittää Auringon
Asteroidijahdista erillään yksi toistuva taivaanilmiö nousi tähtitieteilijöiden suosikkityökaluksi yksikön määrittämisessä: Venuksen ylikulku, jolloin planeetta kulkee suoraan Auringon editse Maasta katsottuna. Kun tähtitieteilijät tulivat tietoisiksi näistä ylikuluista vuonna 1631, niiden harvinaisuus — ja niiden potentiaali auttaa aurinkokunnan mittaamisessa — houkutteli retkikuntia niiden luo vuosisatojen ajan.
Ensimmäinen, joka todella tallensi yhden, oli englantilainen tähtitieteilijä Jeremiah Horrocks, joka tarkkaili Aurinkoa kotoaan Much Hoolesta 4. joulukuuta 1639. Yli vuosisata myöhemmin vuoden 1761 ylikulku toi oman läpimurtonsa: venäläinen tiedemies Mihail Lomonosov, joka tarkkaili tapahtumaa Pietarin keisarillisesta tiedeakatemiasta, on pitkään saanut kunnian siitä, että Venuksella ylipäätään havaittiin olevan ilmakehä.
Venuksen ylikulut saapuvat epäsäännöllisessä rytmissä eivätkä siistin aikataulun mukaan, mikä osaltaan selittää, miksi Smithsonianin näyttely rakensi tarinansa niiden ympärille: se merkitsi kuudennen havaitun ylikulun, joka tapahtui kesäkuussa 2004, viimeisimmäksi merkinnäksi vuosisatoja kestäneessä jahdissa.
Newcombin luvut
Yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Simon Newcomb tarttui tähän kysymykseen kahdesta eri suunnasta, ja molemmat tulokset kannattaa tuntea. Käymällä läpi vanhempaa auringon parallaksidataa hän päätyi arvoon 8″,87 — luku, jota aikalaiset pitivät paljon luotettavampana kuin Powalkyn kilpaileva laskelma. Lähestyessään ongelmaa toisesta suunnasta Newcomb myös yhdisti neljän viimeisimmän Venuksen ylikulun havaintotiedot ja päätyi Maan ja Auringon väliseen etäisyyteen 149,59 plus tai miinus 0,31 miljoonaa kilometriä — vaihteluväliin, joka jo sisälsi arvon, jota tähtitieteilijät käyttävät nykyään.
Maan oma rata, mitattuna AU:ssa
Astronominen yksikkö on viime kädessä kuvaus Maan omasta radasta, joten kannattaa tarkastella tuota rataa suoraan. Maan rata pitää sen keskimäärin noin 149,60 miljoonan kilometrin päässä Auringosta, mikä vastaa noin 8,317 valominuuttia — riittävän lähellä määriteltyä astronomista yksikköä, jotta molemmat luvut kuvaavat käytännössä samaa mittausta.
Tuon radan kiertäminen vaatii nopeutta, johon useimmat Maan esineet eivät koskaan pääse: planeettamme liikkuu keskimäärin 29,78 kilometriä sekunnissa — tarpeeksi nopeasti ylittääkseen oman halkaisijansa 7 minuutissa ja kulkeakseen koko matkan Kuuhun noin 4 tunnissa.
Naapureita läheltä ja kaukaa
Kun astronominen yksikkö oli kerran määritetty, siitä tuli luonnollinen mittatikku kaiken muun kuvaamiseen aurinkokunnassa, planeetat mukaan lukien.
Jupiter, suurin planeetta, sijaitsee 5,2 AU:n päässä Auringosta. Neptunus, kaukaisin planeetta, kiertää yli viisi kertaa kauempana, 30 AU:n etäisyydellä — etäisyys, joka muuten vaatisi Maan ja Auringon väliseen etäisyyteen verrattavien lukujen kirjoittamista yhä uudelleen, planeetta planeetalta.
Se on hiljainen palkinto hyvin pitkästä työstä: yksi kiinteä luku, joka saatiin antiikin kolmioiden, ylikulkujen ja ohi lentäneen asteroidin kautta ja joka antaa tähtitieteilijöille nyt mahdollisuuden kuvata koko aurinkokuntaa yhdellä yhtenäisellä yksiköllä.