地球到太阳的距离（地球到太阳距离怎么算出来的）-百香果号

地球到太阳的距离（地球到太阳距离怎么算出来的）

网友提问:天文学家们是怎样测量太阳与地球之间的距离的呢？又是怎样测量太阳的大小以及地球围绕太阳的公转速度呢？很显然，只要知道其中一个问题的答案，我们就能推导出其他问题的答案，但是，第一个答案从何而来？

简要回答：

我们实际测量的是地球与其他星体，比如金星之间的距离。接着我们再利用已知行星之间的距离关系，用比例算法计算出地日距离。从1961年起，我们可以使用雷达来测量行星间距，具体方法是向其它行星（卫星或者小行星）发送雷达信号，测量其信号反射回地球所需时间。而在雷达出现之前，天文学家需要使用一些不那么直观的几何学计算方法。

详细回答：

要测量地日距离，第一步是计算出地球与其他行星的相对距离（比如说木日距离与地日距离的比例系数）。因此，我们设地日距离为a。现在看看金星的绕日轨道，地球和金星的绕日轨道可近似看做正圆形，且两者位于同一平面。

看看下面的示意图（该图不成比例）。从金星轨道的视图可以清楚看到，有两处太阳-金星-地球三点呈90度。在这两处，连接地球和金星的直线将与金星的轨道相切。这两个点分别表示金星的东西大距，也是金星在天空中出现的距离太阳最远的点。(更正式地说，从地球来看，在这两点上，金星和太阳之间的角距达到可能最大值。)

还有另一种方法可以帮助理解这一点：以太阳为参照物观察金星在天空中的运动，金星绕日运动时，它慢慢远离太阳,最终到达离太阳最远处(对应大距),然后再次开始接近太阳。顺便说一下，这就是为什么金星在日落后三个多小时，傍晚的天空中，并在日出前三个多小时，早晨的天空中，都是看不见的。

现在，我们可以通过观察金星的运行轨道，计算出其大距所在点。同时也可以计算出在大距所在点，太阳和金星之间的角度。在示意图中，太阳-地球-金星在直角三角形中的角度为e。现在我们使用三角函数来计算地球与金星的距离，再确定地日距离：

地球与金星的距离=a·cos（e）

同样应用三角函数：

金星与太阳的距离=a·sin（e）

金星大距点约为46度，据此推断，金星与太阳的距离约为地日距离的72%。运用类似的观测和计算方法也得出了太阳和水星之间的相对距离。(然而，火星和外行星的计算要复杂得多。)

历史上第一个使用几何学来估算地球和太阳之间距离的人是古希腊的阿里斯塔克(约公元前310-230年)。他测量了太阳和月球的角距，当月球为半月时，他根据地球和月球之间的距离计算出地球和太阳之间的距离。他的推理是正确的，但他的测算并不正确，他得出太阳与地球的距离是月亮与地球距离的19倍，实际上则是390倍。

另一位古希腊天文学家埃拉托色尼(公元前276-194年)估计，地球和太阳之间的距离为408万场距或8.04亿场距。但是关于埃拉托色尼数值的正确解释存在分歧，其使用的球场距离数值也存在分歧。通过各种来源估计，场距转换成现代单位的长度在157米到209米之间。那么不管你选择场距究竟多长，408万场距不到实际地球-太阳距离的1%。然而，8.04亿场距在1.26亿至1.68亿公里之间，这一范围包括了地球到太阳的实际距离(大约)1.5亿公里。因此，埃拉托色尼可能已经算出了一个相当精确的地球-太阳距离值(如果他足够幸运的话)，但我们不能肯定。

1672年，卡西尼通过测量火星的视差，提出了对地日距离严谨准确的科学测量方案。他和另一位科学家在不同位置同时观测火星。一个世纪后，一系列运用相同方法，但是对金星凌日的观测提供了更好的结果。

自1961年以来，地球到金星的距离可以通过雷达测量直接确定。在雷达测量中，一连串无线电波从地球发射，然后由金星反射回来，地球接收到电波信号。通过测量雷达回波返回所用的时间，可以计算出距离，因为无线电波是以光速传播的。一旦知道了地球和金星之间的距离，就可以计算出地球和太阳之间的距离。

正如上文指出的，一旦知道了地球和太阳之间的距离，就可以计算出所有其他参数。我们知道，从地球上看，太阳的角直径约为0.5度。同样，利用三角函数，从地球到太阳的距离a可以计算出太阳的半径或直径，即2×Rsun = tan(0.5度)×a。也,因为我们知道时间由地球绕太阳(P = 1年),和地球的距离,在这一过程中(大约2πa,因为地球的轨道几乎是圆形),我们可以计算地球的平均轨道速度v =(2πa) / P。