Jak velké? Jak daleko? Dějiny měření vesmírných vzdáleností v astronomii (1.)

21.01.2018 - Josef Myslín

Vědět, jak daleko se jednotlivé vesmírné objekty nacházejí od Země i od sebe navzájem, je klíčové pro pochopení podstaty univerza. Jenže měření vzdáleností v nepředstavitelně velkém kosmu není tak jednoduché

S heliocentrickým uspořádáním Sluneční soustavy přišli už staří Řekové. Na obrázku ilustrace z roku 1660
S heliocentrickým uspořádáním Sluneční soustavy přišli už staří Řekové. Na obrázku ilustrace z roku 1660

Reklama

Měření různých veličin hraje velmi důležitou roli v každé přírodní vědě, astronomii nevyjímaje. Jen těžko bychom se mohli vydat na Měsíc, kdybychom neznali některé základní hodnoty, například hmotnost Země a její gravitační zrychlení určující energii nutnou k opuštění planety. Naprosto nezbytný údaj pak samozřejmě představovala vzdálenost k našemu souputníkovi. Měření vzdáleností a jeho historie přitom tvoří velmi zajímavou kapitolu dějin.

Placka? Ne, koule

Prvotní, nábožensky podmíněné úvahy o Zemi vyústily v představu naší planety jako placky, nad níž spočívá další placka čili nebe, kde sídlí bohové. Člověk však v tomto systému rozhodně neměl hledat rozumová vysvětlení, nýbrž pouze pokorně obdivovat nebeská tělesa jako božská stvoření. Antičtí Řekové se pak nad uvedený pohled povznesli, a přestože i oni měli svá božstva a kulty, vnímali okolní vesmír jako systém řídící se jasnými a neměnnými přírodními zákony, nikoliv prostou vůlí bohů. 

Řekové velmi brzy poznali – například na základě sledování tvaru zemského stínu při zatmění Měsíce –, že má naše planeta tvar koule, a rozhodli se ji změřit. První údaje pocházejí už od Aristotela, který odhadoval obvod Země na 400 000 stadií, tj. asi 65 000 km. Nedošel tedy k přesné hodnotě, přesto se nemýlil řádově. 

Měří se Země

Patrně poprvé v dějinách obvod Země skutečně změřil Eratosthenés z Kyrény. Jako bystrý pozorovatel přírody si všiml, že v Syeně (dnešním Asuánu) bývá Slunce při letním slunovratu přímo v nadhlavníku a osvětlené objekty nevrhají stín „bokem“. Uvažoval tedy zřejmě dál: Pokud by se Slunce nacházelo dostatečně daleko, mohly by se jeho paprsky považovat za rovnoběžné. A jestliže by Země byla kulatá, pak by dopadaly na různá místa na jejím povrchu pod různým úhlem v důsledku jejího zakřivení.

Erathostenés změřil úhel dopadu slunečních paprsků v Alexandrii a odvodil z něj, jakou část celého kruhu představuje vzdálenost právě mezi Alexandrií a Syenou. Slavný geograf změřil následně vzdálenost obou měst fyzicky a pak už prostou trojčlenkou stanovil obvod celé planety – přibližně 252 000 stadií. Jeho odhad při použití nižší hodnoty jednotky stadium (viz Fakta) přitom zhruba odpovídá dnes obecně přijímanému údaji 40 000 km. Antickému matematikovi patří obdiv zejména za metodu měření a také za samotné provedení. Vždyť starověcí myslitelé nedisponovali žádnou moderní technikou, kterou dnes můžeme využít my. Přesto od dob Erathostena z Kyreny znalo lidstvo rozměry svého vlastního světa.

Problémy ve Sluneční soustavě

Další z antických myslitelů Aristarchos ze Samu přišel kromě jiného s heliocentrickou koncepcí vesmíru. S představou Slunce v centru dění přitom o mnoho století předběhl dobu. Pokusil se navíc určit velikost a vzdálenost naší hvězdy v násobcích vzdálenosti Země–Měsíc. 

Jeho metoda spočívala v měření úhlu, který svírají spojnice Země–Slunce a Země–Měsíc v okamžiku, kdy je osvětlena přesně polovina našeho přirozeného satelitu, a kdy jej tedy na pozemském nebi vidíme v první nebo poslední čtvrti. Nicméně určit zmíněný úhel bez přístrojů je velmi obtížné. Aristarchos dospěl k hodnotě 87°, zatímco ve skutečnosti se jedná o 89° 51′. Na první pohled nejde o nijak markantní rozdíl, výsledek však bohužel závisí na funkci kosinus, která v oblasti pravého úhlu velmi strmě klesá. Antický matematik tak vypočítal, že naši planetu dělí od Slunce pouhý 19násobek vzdálenosti Země–Měsíc, správně však měl dospět k 390násobku. A jelikož uvedené měření a výpočet nadále používal, určil nepřesně i další parametry Sluneční soustavy.

Stovky let čekání

Exaktnější stanovení rozměrů našeho solárního systému umožnil až objev lepších přístrojů. Galileo Galilei namířil svůj první dalekohled na hvězdné nebe v roce 1609. Tycho Brahe vytvořil sbírku velmi přesných pozorování oblohy, která pak využil Johannes Kepler a postuloval tři známé zákony pohybu nebeských těles. A nakonec přišel Isaac Newton, jenž zformuloval gravitační zákon a společně s Gottfriedem Leibnizem také základy matematického nástroje zvaného integrální a diferenciální počet. 

Keplerovy a Newtonovy zákony umožnily vypočítat v podstatě libovolné vzdálenosti ve Sluneční soustavě na základě znalosti doby oběhu a dalších aspektů pohybu nebeského tělesa. Poskytovaly však výsledky například v násobcích vzdálenosti Země–Slunce. Lidé tak znali základní vzdálenostní škály, ale nedokázali je určit v běžných pozemských jednotkách, tedy v metrech či kilometrech. 

Venuše před Sluncem

K dosažení konkrétních čísel měl posloužit například přechod Venuše přes sluneční disk. Již roku 1639 se Jeremiah Horrocks a William Crabtree pokusili změřit úhlový průměr disku zmíněné planety, bohužel neměli dostatečné znalosti a určili, že Zemi dělí od Slunce 95,6 milionu kilometrů. Přesto se jednalo o velký posun, neboť bylo zřejmé, že v našem solárním systému půjde o řády milionů kilometrů. 

Roku 1716 navrhl Edmund Halley využít při dalším přechodu Venuše přes sluneční disk jinou metodu – měření sluneční paralaxy. Slavný astronom hodlal změřit čas začátku a konce přechodu, a to na různých stanicích po celém světě. V podstatě tak plánoval první globální vědecký projekt. Bohužel, přechod Venuše přes sluneční disk představuje relativně vzácnou událost a Halley se jej už nedožil. 

Při přechodech v letech 1761 a 1769 se však do pozorování zapojily desítky stanic. Roku 1771 pak Francouz Jérôme Lalande použil získané údaje a vypočítal hodnotu astronomické jednotky . Protože je poměrně obtížné určit přesný čas začátku a konce přechodu, trpělo i toto měření určitou chybou, nicméně stanovených 153 milionů kilometrů již víceméně odpovídalo dnešním představám: střední vzdálenost Země od Slunce (naše planeta se pohybuje po elipse a skutečná vzdálenost se mění) činí 149,59 milionu kilometrů, ± 0,31 milionu kilometrů.

Hvězdná paralaxa

O hvězdách se dlouho soudilo, že jde jen o statická světla na nebeské klenbě. Roku 1717 porovnával již zmiňovaný Edmund Halley skutečné polohy stálic se starověkým Hipparchovým katalogem a zjistil, že některé z nich – konkrétně Aldebaran, Sirius, Arcturus a Betelgeuze – se nenacházejí v zaznamenané pozici. Pochopitelně zvažoval i chybu, ale proč by se Hipparchos spletl právě u objektů, jež patří k nejjasnějším? Od dob antického astronoma se hvězdy zkrátka viditelně posunuly, a muselo tudíž jít o samostatná tělesa v různých vzdálenostech. Stále však zůstávala otázka, jak tyto vzdálenosti měřit.

Dokončení: Jak velké? Jak daleko? Dějiny měření vesmírných vzdáleností v astronomii (2.)

Bylo jasné, že hvězdy musejí vykazovat paralaktický posun, stejně jako Slunce či planety. Nikdo si však nedokázal představit jejich reálné vzdálenosti, a tudíž ani velikost úhlů, které bude nutné měřit. První pokusy stanovit hvězdné paralaxy proto také ztroskotaly – sebedelší základna na Zemi nevedla k úspěchu. Zlom nastal ve chvíli, kdy se podařilo určit vzdálenost naší planety od Slunce. Najednou bylo evidentní, že Země se při pohybu kolem Slunce dostává s odstupem půl roku do protilehlých pozic vzdálených 300 milionů kilometrů, a poskytuje nám tak v čase nesrovnatelně delší základnu, než můžeme získat kdekoliv přímo na naší planetě. 

Reklama

  • Zdroj textu:

    Tajemství vesmíru

  • Zdroj fotografií: Wikipedie, NASA, Tim Jones a Diamond Benningfield

Další články v sekci

Reklama

Reklama

Aktuální články

Zajímavosti

V tradiční koridě jsou přesně určené nástroje, které má matador k dispozici. V první fázi se používají kopí varas a pláštěnka capote, v další pak barevné tyče s háky banderillas. V závěrečné části přichází ke slovu muleta, meč espada či dýka puntilla.

Historie

Expert ochrany přírody připravuje sterilizační šipky pro hrochy v Kolumbii

Věda

Hladina kyslíku v atmosféře podstatně vzrostla, až když před 2,5 miliardami let na Zemi konečně poklesla intenzita „deště meteoritů“.

Vesmír

Tato stíhačka Ki-43 se dochovala v leteckém muzeu v americké Pimě.

Válka
Revue

Nové časopisy Extra Publishing

RSSInzerceO serveru (Redakce)Partnerské weby
© Extra Publishing, s. r. o. 2007–2011. ISSN 1804-9907