Dal 2012, l'unità astronomica non viene più misurata: viene dichiarata. Gli astronomi hanno smesso di inseguire un valore sempre più preciso per la distanza media Terra-Sole e l'hanno semplicemente fissata a 149.597.870.700 metri, punto e basta. È questo lo strano epilogo di un enigma su cui ci si interrogava da oltre due millenni.
L'unità astronomica è uno dei metri di misura fondamentali dell'astronomia, un modo per esprimere le distanze del Sistema Solare che altrimenti annegherebbero in una sequela di zeri. Arrivare al suo valore corretto ha richiesto agli osservatori di passare attraverso la geometria antica, un astronomo fiammingo che rifaceva calcoli vecchi di secoli, un raro passaggio planetario osservato da capi opposti del globo e, infine, un asteroide di passaggio. La storia che segue ripercorre come un numero oggi trattato come costante fissa sia stato, per la maggior parte della sua storia, una delle cose più difficili da determinare nel cielo.
Una distanza fissata per definizione, non per misurazione
Oggi l'unità astronomica è definita come una lunghezza pari esattamente a 149.597.870.700 metri — senza margini d'errore, senza incertezza. Prima della ridefinizione del 2012, era intesa in modo più approssimativo: la media tra il punto più vicino e quello più lontano della Terra dal Sole nel corso di un anno, una cifra che si spostava leggermente ogni volta che la tecnica di misurazione migliorava.
Quella versione più antica e fisicamente concreta è anche il motivo per cui l'unità compare in una discussione sulla luce. Secondo lo standard IAU del 2009, un raggio di luce impiega 499,0047838061 secondi — poco più di 8 minuti e 19 secondi — per attraversare un'unità astronomica. Fissare per decreto il valore in metri dell'unità, anziché tramite osservazione, ha permesso finalmente di esprimere il tempo di percorrenza con dieci cifre decimali, invece di inseguire per sempre un bersaglio mobile.
Geometria antica, secoli di correzioni
Il primo tentativo noto di stimare il divario Terra-Sole è sorprendentemente antico. Intorno al 280 a.C., Aristarco misurò l'angolo tra Luna, Terra e Sole nell'esatto momento in cui la Luna mostrava la fase di primo quarto, e usò poi quell'angolo per calcolare a quale distanza dovesse trovarsi il Sole. La geometria alla base del metodo era corretta; gli strumenti dell'epoca no, e la distanza risultante fu ben lontana dalla realtà.
Ci volle molto tempo prima che qualcuno mettesse seriamente in discussione quell'errore. Nel 1635, l'astronomo fiammingo Godefroy Wendelin ripeté l'osservazione di Aristarco e scoprì che la cifra di Tolomeo era sbagliata per un fattore di almeno undici. Qualche decennio dopo, altri due tasselli andarono al loro posto: nel 1669, Jean Picard produsse una misurazione attendibile del raggio terrestre, stabilendolo a 3.269.000 tese, e nel 1676 l'astronomo Ole Rømer dimostrò che la luce stessa impiega un tempo misurabile per viaggiare — una scoperta talmente utile che gli astronomi iniziarono a descrivere il divario Sole-Terra in termini di tempo di percorrenza della luce, un'abitudine che è rimasta.
Dare un nome al righello, poi affinarlo
Per un concetto su cui gli astronomi facevano affidamento sin dall'antichità, il nome arrivò sorprendentemente tardi: il termine "unità astronomica" fu usato per la prima volta solo nel 1848.
Il valore dietro quel nome continuò a essere affinato fin nel Novecento. Una spinta particolarmente utile venne da un sasso spaziale di passaggio: gli astronomi utilizzarono l'asteroide near-Earth 433 Eros, appena scoperto, e il suo passaggio ravvicinato alla Terra nel 1900-1901, per affinare le misurazioni di parallasse e perfezionare notevolmente la cifra dell'unità astronomica.
Venere attraversa il Sole
Separatamente dalla caccia all'asteroide, un evento celeste ricorrente divenne lo strumento preferito degli astronomi per fissare l'unità: un transito di Venere, quando il pianeta attraversa direttamente il disco del Sole visto dalla Terra. Da quando gli astronomi presero coscienza di questi transiti nel 1631, la loro rarità — unita al loro potenziale per aiutare a misurare il Sistema Solare — continuò ad attirare spedizioni per secoli.
Il primo a registrarne effettivamente uno fu l'astronomo inglese Jeremiah Horrocks, che osservò il Sole da casa sua a Much Hoole il 4 dicembre 1639. Più di un secolo dopo, il transito del 1761 produsse una propria svolta: lo scienziato russo Michail Lomonosov, osservando dall'Accademia Imperiale delle Scienze di San Pietroburgo, è la figura da lungo tempo accreditata di aver scoperto che Venere possiede un'atmosfera.
I transiti di Venere si susseguono con un ritmo irregolare piuttosto che secondo un calendario ordinato, il che è in parte il motivo per cui una mostra dello Smithsonian costruì la propria narrazione attorno a essi: segnò il sesto transito osservato, avvenuto nel giugno 2004, come l'ultima tappa di un inseguimento durato secoli.
I numeri di Newcomb
L'astronomo americano Simon Newcomb affrontò la questione da due direzioni diverse, ed entrambi i risultati meritano di essere conosciuti. Lavorando su dati più vecchi sulla parallasse solare, dedusse un valore di 8″,87 — una cifra che i suoi contemporanei giudicarono molto più affidabile di un calcolo concorrente di Powalky. Affrontando il problema da un'angolazione diversa, Newcomb riunì anche i dati osservativi degli ultimi quattro transiti di Venere e arrivò a una distanza Terra-Sole di 149,59 più o meno 0,31 milioni di chilometri, un intervallo che già racchiudeva il valore usato oggi dagli astronomi.
L'orbita terrestre, misurata in UA
L'unità astronomica è in definitiva una descrizione del percorso della Terra stessa, quindi vale la pena osservare direttamente quell'orbita. Il percorso della Terra la mantiene a circa 149,60 milioni di chilometri dal Sole in media, equivalenti a circa 8,317 minuti luce — un valore abbastanza vicino all'unità astronomica definita da far sì che le due cifre descrivano essenzialmente la stessa misurazione.
Percorrere quell'orbita richiede una velocità che la maggior parte degli oggetti sulla Terra non raggiunge mai: il nostro pianeta si muove a una media di 29,78 chilometri al secondo, abbastanza veloce da attraversare il proprio diametro in 7 minuti e coprire l'intera distanza fino alla Luna in circa 4 ore.
Vicini, vicini e lontani
Una volta fissata l'unità astronomica, essa divenne il righello naturale per descrivere tutto il resto nel Sistema Solare, pianeti inclusi.
Giove, il pianeta più grande, si trova a 5,2 UA dal Sole. Nettuno, il pianeta più distante, orbita a più di cinque volte quella distanza, a 30 UA — una distanza che altrimenti richiederebbe di scrivere ripetutamente numeri delle dimensioni della distanza Terra-Sole, pianeta dopo pianeta.
Questo è il tranquillo frutto di uno sforzo durato moltissimo: un unico numero fisso, raggiunto attraverso triangoli antichi, transiti e un asteroide vagante, che ora permette agli astronomi di descrivere un intero Sistema Solare con un'unica unità coerente.