Sedan 2012 mäts inte längre den astronomiska enheten — den fastställs. Astronomer slutade jaga ett allt mer exakt värde för det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen och fastställde det helt enkelt till 149 597 870 700 meter, punkt slut. Det är det märkliga slutet på ett pussel som människor började nysta i för mer än två tusen år sedan.
Den astronomiska enheten är ett av astronomins grundläggande mått, en ersättning för avstånd i solsystemet som annars skulle drunkna i nollor. Att få fram rätt värde tog observatörerna genom antik geometri, en flamländsk astronom som gjorde om århundraden gamla beräkningar, en sällsynt planetpassage som observerades från jordklotets motsatta sidor, och till sist en förbipasserande asteroid. Historien nedan visar hur ett tal som i dag behandlas som en fast konstant, under större delen av sin historia var en av de svåraste sakerna på himlen att fastställa.
Ett avstånd fastställt genom definition, inte genom mätning
I dag definieras den astronomiska enheten som en längd exakt lika med 149 597 870 700 meter — utan felmarginal, utan osäkerhet. Före omdefinieringen 2012 uppfattades den mer löst: medelvärdet av jordens närmaste och avlägsnaste punkt från solen under ett år, en siffra som förändrades något varje gång mättekniken förbättrades.
Den äldre, fysiskt förankrade versionen är också anledningen till att enheten dyker upp i diskussioner om ljus. Enligt IAU:s standard från 2009 behöver en ljusstråle 499,0047838061 sekunder — drygt 8 minuter och 19 sekunder — för att korsa en astronomisk enhet. Genom att fastställa enhetens meter-värde genom dekret, i stället för genom observation, kunde restiden äntligen anges med tio decimaler i stället för att jaga ett rörligt mål i all evighet.
Antik geometri, århundraden av korrigeringar
Det tidigast kända försöket att uppskatta avståndet mellan jorden och solen är förbluffande gammalt. Omkring år 280 f.Kr. mätte Aristarchos vinkeln mellan månen, jorden och solen i exakt det ögonblick då månen visade första kvarteret, och använde sedan denna vinkel för att räkna ut hur långt bort solen måste vara. Geometrin bakom metoden var korrekt; instrumenten från den tiden var det inte, och det resulterande avståndet hamnade långt under verkligheten.
Det dröjde länge innan någon på allvar ifrågasatte det felet. År 1635 upprepade den flamländske astronomen Godefroy Wendelin Aristarchos observation och fann att Ptolemaios siffra var felaktig med minst en faktor elva. Några decennier senare föll ytterligare två pusselbitar på plats: 1669 tog Jean Picard fram en pålitlig mätning av jordens egen radie och satte den till 3 269 000 toise, och 1676 visade astronomen Ole Rømer att ljuset självt tar mätbar tid på sig att färdas — en upptäckt så användbar att astronomer började beskriva avståndet mellan solen och jorden i termer av ljusets restid, en vana som blev bestående.
Att namnge måttstocken, och sedan skärpa den
För ett begrepp som astronomer hade lutat sig mot sedan antiken kom namnet förvånansvärt sent: termen "astronomisk enhet" användes för första gången först 1848.
Värdet bakom namnet fortsatte att förfinas långt in på det tjugonde århundradet. Ett särskilt användbart bidrag kom från en förbipasserande rymdklump: astronomer använde den nyupptäckta jordnära asteroiden 433 Eros och dess nära passage förbi jorden 1900-1901 för att skärpa parallaxmätningarna och avsevärt förfina den astronomiska enhetens värde.
Venus passerar solen
Skild från jakten på asteroiden blev en återkommande himlahändelse astronomernas favoritverktyg för att fastställa enheten: en Venuspassage, då planeten passerar rakt framför solen sett från jorden. Så snart astronomerna blev medvetna om dessa passager 1631, fortsatte deras sällsynthet — och deras potential att hjälpa till att mäta solsystemet — att locka expeditioner i århundraden.
Den förste att faktiskt registrera en var den engelske astronomen Jeremiah Horrocks, som observerade solen från sitt hem i Much Hoole den 4 december 1639. Mer än ett sekel senare gav passagen 1761 sitt eget genombrott: den ryske vetenskapsmannen Michail Lomonosov, som observerade från Kejserliga vetenskapsakademien i Sankt Petersburg, är den person som länge tillskrivits upptäckten att Venus över huvud taget har en atmosfär.
Venuspassager inträffar med en oregelbunden rytm snarare än enligt ett prydligt schema, vilket delvis förklarar varför en Smithsonian-utställning byggde sin berättelse kring dem: den markerade den sjätte observerade passagen, som ägde rum i juni 2004, som det senaste inslaget i en jakt som pågått i århundraden.
Newcombs tal
Den amerikanske astronomen Simon Newcomb angrep denna fråga från två olika håll, och båda resultaten är värda att känna till. Genom att gå igenom äldre data om solparallax härledde han ett värde på 8″,87 — en siffra som samtida bedömde som betydligt pålitligare än en konkurrerande beräkning av Powalky. Från en annan vinkel samlade Newcomb också observationsdata från de senaste fyra Venuspassagerna och kom fram till ett avstånd mellan jorden och solen på 149,59 plus minus 0,31 miljoner kilometer, ett intervall som redan omfattade det värde astronomer använder i dag.
Jordens egen bana, mätt i AU
Den astronomiska enheten är i grunden en beskrivning av jordens egen bana, så det är värt att titta direkt på den banan. Jordens bana håller den i genomsnitt cirka 149,60 miljoner kilometer från solen, motsvarande ungefär 8,317 ljusminuter — tillräckligt nära den fastställda astronomiska enheten för att de två siffrorna i praktiken beskriver samma mätning.
Att färdas den banan kräver en hastighet som de flesta föremål på jorden aldrig kommer i närheten av: vår planet rör sig med en genomsnittshastighet på 29,78 kilometer per sekund, tillräckligt snabbt för att korsa sin egen diameter på 7 minuter och för att täcka hela avståndet till månen på omkring 4 timmar.
Grannar nära och fjärran
När den astronomiska enheten väl var fastställd blev den den naturliga måttstocken för att beskriva allt annat i solsystemet, planeter inräknat.
Jupiter, den största planeten, ligger 5,2 AU från solen. Neptunus, den mest avlägsna planeten, kretsar mer än fem gånger längre bort, på 30 AU — ett avstånd som annars skulle kräva att man skrev ut jord-sol-stora tal om och om igen, planet efter planet.
Det är den tysta belöningen av en mycket lång ansträngning: ett enda fast tal, framtaget genom antika trianglar, passager och en vilsekommen asteroid, som nu låter astronomer beskriva ett helt solsystem i en enhetlig enhet.