Sinds 2012 wordt de astronomische eenheid niet meer gemeten — ze wordt vastgesteld. Astronomen zijn gestopt met het najagen van een steeds preciezere waarde voor de gemiddelde afstand tussen de Aarde en de Zon en hebben deze simpelweg vastgelegd op 149.597.870.700 meter, punt uit. Dat is het merkwaardige einde van een raadsel waar mensen meer dan tweeduizend jaar geleden al mee begonnen te worstelen.
De astronomische eenheid is een van de basismaatstaven van de sterrenkunde, een hulpmiddel om afstanden in het Zonnestelsel weer te geven die anders zouden verdrinken in een zee van nullen. Om de juiste waarde te vinden, moesten waarnemers langs de oude meetkunde, een Vlaamse astronoom die eeuwenoude berekeningen overdeed, een zeldzame planetaire overgang die vanaf tegenovergestelde zijden van de wereldbol werd waargenomen, en uiteindelijk een passerende planetoïde. Het verhaal hieronder laat zien hoe een getal dat nu als een vaste constante wordt behandeld, het grootste deel van zijn geschiedenis een van de moeilijkst te bepalen zaken aan de hemel was.
Een afstand vastgelegd door definitie, niet door meting
Vandaag de dag wordt de astronomische eenheid gedefinieerd als een lengte gelijk aan precies 149.597.870.700 meter — zonder foutmarge, zonder onzekerheid. Vóór de herdefiniëring van 2012 werd ze losser opgevat: het gemiddelde van het dichtstbijzijnde en verste punt van de Aarde ten opzichte van de Zon over een jaar, een cijfer dat telkens een beetje verschoof zodra de meettechniek verbeterde.
Die oudere, fysiek onderbouwde versie is ook de reden waarom de eenheid opduikt in een discussie over licht. Volgens de IAU-standaard van 2009 heeft een lichtstraal 499,0047838061 seconden nodig — iets meer dan 8 minuten en 19 seconden — om één astronomische eenheid af te leggen. Door de meterwaarde van de eenheid bij decreet vast te leggen, in plaats van door waarneming, kon de reistijd eindelijk tot op tien decimalen worden weergegeven in plaats van eeuwig een bewegend doel na te jagen.
Oude meetkunde, eeuwen van correctie
De vroegst bekende poging om de afstand tussen de Aarde en de Zon te schatten, is verrassend oud. Rond 280 voor onze jaartelling mat Aristarchus de hoek tussen de Maan, de Aarde en de Zon op het exacte moment dat de Maan een eerste kwartier vertoonde, en gebruikte die hoek om te berekenen hoe ver de Zon moest zijn. De meetkunde achter de methode klopte; de instrumenten uit die tijd niet, en de resulterende afstand bleef ver onder de werkelijkheid.
Het duurde lang voordat iemand die fout serieus in twijfel trok. In 1635 herhaalde de Vlaamse astronoom Godefroy Wendelin de waarneming van Aristarchus en ontdekte dat het cijfer van Ptolemaeus minstens een factor elf te laag was. Enkele decennia later vielen er nog twee stukjes op hun plaats: in 1669 leverde Jean Picard een betrouwbare meting van de straal van de Aarde zelf, die hij vaststelde op 3.269.000 toises, en in 1676 toonde astronoom Ole Rømer aan dat licht er zelf meetbare tijd over doet om te reizen — een ontdekking die zo nuttig bleek dat astronomen de afstand tussen de Zon en de Aarde voortaan begonnen te beschrijven in termen van lichtreistijd, een gewoonte die bleef bestaan.
De liniaal een naam geven, en die vervolgens verfijnen
Voor een begrip waarop astronomen al sinds de oudheid steunden, kwam de naam verrassend laat: de term "astronomische eenheid" werd voor het eerst gebruikt in 1848.
De waarde achter die naam bleef tot ver in de twintigste eeuw verfijnd worden. Een bijzonder nuttige duw kwam van een passerende ruimterots: astronomen gebruikten de pas ontdekte planetoïde 433 Eros, en zijn nabije passage langs de Aarde in 1900-1901, om parallaxmetingen aan te scherpen en het cijfer van de astronomische eenheid aanzienlijk te verfijnen.
Venus trekt voor de Zon langs
Los van de jacht op de planetoïde, werd één terugkerend hemels verschijnsel het favoriete gereedschap van astronomen om de eenheid vast te leggen: een Venusovergang, waarbij de planeet recht voor de Zon langs trekt zoals gezien vanaf de Aarde. Zodra astronomen zich in 1631 bewust werden van deze overgangen, bleven hun zeldzaamheid — en hun potentieel om te helpen bij het meten van het Zonnestelsel — eeuwenlang expedities aantrekken.
De eerste die er daadwerkelijk een vastlegde, was de Engelse astronoom Jeremiah Horrocks, die op 4 december 1639 vanuit zijn huis in Much Hoole de Zon observeerde. Meer dan een eeuw later leverde de overgang van 1761 zijn eigen doorbraak op: de Russische wetenschapper Michail Lomonosov, die vanuit de Keizerlijke Academie van Wetenschappen in Sint-Petersburg observeerde, is de figuur aan wie al lang de ontdekking wordt toegeschreven dat Venus überhaupt een atmosfeer heeft.
Venusovergangen komen op een onregelmatig ritme voor in plaats van volgens een net schema, wat mede verklaart waarom een tentoonstelling van het Smithsonian haar verhaal rond deze gebeurtenissen opbouwde: ze markeerde de zesde waargenomen overgang, die plaatsvond in juni 2004, als de nieuwste episode in een jacht die al eeuwen aan de gang was.
De getallen van Newcomb
De Amerikaanse astronoom Simon Newcomb pakte deze kwestie vanuit twee verschillende invalshoeken aan, en beide resultaten zijn het kennen waard. Uitgaande van oudere zonneparallaxgegevens leidde hij een waarde af van 8″,87 — een cijfer dat tijdgenoten veel betrouwbaarder achtten dan een concurrerende berekening van Powalky. Vanuit een andere invalshoek bundelde Newcomb ook de waarnemingsgegevens van de laatste vier Venusovergangen en kwam hij uit op een afstand tussen de Aarde en de Zon van 149,59 plus of min 0,31 miljoen kilometer, een bereik dat de waarde die astronomen tegenwoordig gebruiken al omvatte.
De baan van de Aarde zelf, gemeten in AE
De astronomische eenheid is uiteindelijk een beschrijving van de eigen baan van de Aarde, dus het loont om die baan rechtstreeks te bekijken. Het pad van de Aarde houdt haar gemiddeld ongeveer 149,60 miljoen kilometer van de Zon, wat overeenkomt met ongeveer 8,317 lichtminuten — dicht genoeg bij de vastgestelde astronomische eenheid dat beide cijfers in wezen dezelfde meting beschrijven.
Om die baan af te leggen is een snelheid nodig waar de meeste objecten op Aarde nooit aan komen: onze planeet beweegt met een gemiddelde van 29,78 kilometer per seconde, snel genoeg om zijn eigen diameter in 7 minuten af te leggen en de volledige afstand tot de Maan in ongeveer 4 uur te overbruggen.
Buren, dichtbij en ver weg
Zodra de astronomische eenheid was vastgelegd, werd ze de natuurlijke liniaal om al het overige in het Zonnestelsel te beschrijven, planeten inbegrepen.
Jupiter, de grootste planeet, bevindt zich op 5,2 AE van de Zon. Neptunus, de verst verwijderde planeet, draait meer dan vijf keer zo ver weg, op 30 AE — een afstand die anders steeds opnieuw getallen ter grootte van de Aarde-Zonafstand zou vereisen, planeet na planeet.
Dat is de stille beloning van een zeer lange inspanning: één enkel vast getal, tot stand gekomen via oude driehoeken, overgangen en een verdwaalde planetoïde, waarmee astronomen nu een heel Zonnestelsel kunnen beschrijven in één consistente eenheid.