Trái đất và các hành tinh lân cận, cùng với các tiểu hành tinh, hành tinh lùn, tiểu hành tinh, sao chổi … thuộc Hệ Mặt trời (Solar System) với Mặt trời là trung tâm của hệ này. Các nhà thiên văn học sử dụng một đơn vị đo lường để đo khoảng cách giữa các thiên thể trong hệ mặt trời, được gọi là AU (Astronomical Unit) hay tiếng Việt là Đơn vị thiên văn.
Khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời là 149.597.870.700 mét (149,6 triệu km).
Đơn vị thiên văn (AU) là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời. Một đơn vị thiên văn bằng khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời, là 149.597.870.700 mét (149,6 triệu km). Các nhà thiên văn học sử dụng đơn vị này để đo khoảng cách giữa các thiên thể trong hệ mặt trời. Ví dụ, khoảng cách từ Mặt trời đến Sao Mộc là 5,2 AU trong khi Sao Hải Vương cách Mặt trời 30,07 AU.
Ở rìa ngoài của hệ mặt trời, đám mây Oort, được cho là cái nôi của sao chổi, cách Mặt trời 100.000 AU. Khoảng cách đến ngôi sao gần nhất, Proxima Centauri, là khoảng 250.000 AU. Tuy nhiên, để đo khoảng cách xa hơn, các nhà thiên văn học đã sử dụng khoảng cách ánh sáng hoặc khoảng cách di chuyển của Trái đất trong một năm ánh sáng – tương đương với 63,239 AU. Vì vậy, đổi lại, Proxima Centauri cách Mặt trời 4,2 năm ánh sáng.
Quỹ đạo hình elip
Tuy nhiên, như bạn cũng biết, quỹ đạo của Trái đất quay quanh Mặt trời không phải là một hình tròn hoàn hảo tuyệt đối, nó là một hình elip. Vì vậy, trong một năm, có lúc Trái đất tiến gần đến Mặt trời, có lúc lại đi xa.
Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất gần Mặt trời nhất được gọi là Paradigm , khoảng cách khoảng 146 triệu km và Trái đất sẽ đến điểm này vào tháng Giêng hàng năm. Điểm trên quỹ đạo mà Trái đất xa Mặt trời nhất được gọi là Aphelion , khoảng cách khoảng 152 triệu km và Trái đất sẽ đến điểm này vào tháng 7 hàng năm.
Đơn vị thiên văn (AU) là khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời.
Xác định khoảng cách
Trong lịch sử được ghi lại, nhà thiên văn học và toán học người Hy Lạp Aristarchus (đảo) Samos là người đầu tiên đo khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời vào khoảng năm 250 trước Công nguyên. Và vào thời hiện đại, nhà thiên văn học người Hà Lan Christiaan Huygens đã đo khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời vào năm 1653.
Ông Huygens đã sử dụng các pha của Sao Kim để tìm các góc trong tam giác Sao Kim – Trái Đất – Mặt Trời. Ví dụ, khi sao Kim được Mặt trời chiếu sáng một nửa, ba thiên thể tạo thành một tam giác đều nhìn từ Trái đất. Đoán kích thước của sao Kim (vô tình nhưng chính xác), Huygens đã có thể xác định khoảng cách từ sao Kim đến Trái đất, và biết khoảng cách đó, cộng với các góc của tam giác, anh ta có thể đo được khoảng cách tới Mặt trời. Tuy nhiên, vì phương pháp của Huygens một phần là sản phẩm suy đoán và không hoàn toàn dựa trên cơ sở khoa học nên nó không được tin tưởng.
Vào năm 1672, nhà toán học và thiên văn học người Ý Giovanni Cassini đã sử dụng một phương pháp bao gồm thị sai, hay sai số góc, để tìm khoảng cách đến sao Hỏa và cũng tính khoảng cách tới Mặt trời. Ông đã cử một đồng nghiệp, Jean Richer, đến vùng Guiana thuộc Pháp trong khi bản thân đang ở Paris. Họ đo vị trí tương đối của sao Hỏa với các ngôi sao khác và tam giác các phép đo này với khoảng cách đã biết giữa Paris và Guiana. Một khi họ biết khoảng cách đến sao Hỏa, họ cũng có thể tính được khoảng cách tới Mặt trời. Vì các phương pháp của Cassini mang tính khoa học hơn, chúng nên được tin tưởng.
Phương trình mới
Với sự ra đời của tàu vũ trụ và radar, con người đã có trong tay những cách để đo trực tiếp khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Định nghĩa của một đơn vị thiên văn (AU) từng là "bán kính của quỹ đạo tròn, không bị xáo trộn xung quanh Mặt trời của một hạt có khối lượng cực nhỏ, chuyển động với chuyển động trung bình 0,01720209895 radian mỗi ngày (gọi là hằng số Gauss)" .
Ngoài việc gây khó khăn không cần thiết cho các giáo sư thiên văn học, định nghĩa này trên thực tế không phù hợp với thuyết tương đối rộng. Sử dụng định nghĩa cũ, giá trị của AU sẽ thay đổi dựa trên vị trí của người quan sát trong Hệ Mặt trời. Nếu người quan sát phía trên Sao Mộc sử dụng định nghĩa cũ để tính khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời, kết quả sẽ là khoảng 1.000 mét so với tính toán của Trái đất.
Hơn nữa, hằng số Gaussian phụ thuộc vào khối lượng của Mặt trời, và vì Mặt trời mất đi khối lượng khi nó bức xạ năng lượng, nên giá trị của AU thay đổi theo nó.
Vào tháng 8 năm 2012, Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) chính thức xác nhận con số 149.597.870.700 mét trên mỗi Đơn vị Thiên văn. Con số này dựa trên tốc độ ánh sáng, một khoảng cách xác định. Một mét được định nghĩa là khoảng cách mà ánh sáng truyền được trong chân không trong 1 phần 299,792.458 giây.
Cập nhật: 24/02/2021
