太陽位於太陽系的中心，太陽系的主體部分包括行星、小行星、彗星等，它們均以不同的距離圍繞著太陽做旋轉運動。水星是離太陽最近的行星，當它在橢圓軌道中運行時，和太陽之間的距離最近可達2900萬英里（4700萬公里）。而太陽系的冰殼，奧爾特雲中的物質，離太陽則有近9.3萬億英里（15萬億公里）。

地球軌道與太陽的距離比奧爾特雲近10萬倍，平均距離約92,955,807英里(149,597,870公里)。我們把地球與太陽間的平均距離稱為一個天文單位（AU），用它來量度太陽系內各種物質的距離。

舉個例子，木星和太陽間的距離有5.2個天文單位，而海王星與太陽相距30.07個天文單位。根據美國國家航空航天局的數據，太陽系外最近的恆星——比鄰星，距離太陽系約有268770個天文單位。然而，為了測量更遠的距離，天文學家使用光年作為單位，即光在一年的時間中傳播的距離。一光年等於63239個天文單位。所以換算過來，比鄰星和太陽系之間的距離就是4.25光年。

柯伊伯帶和奧爾特雲的渲染效果圖,（圖片來自NASA）.

地球的橢圓軌道

天文單位是指地球到太陽的平均距離。地球每365.25天圍著太陽繞一整圈，也就是一年。然而，地球的軌道不是純圓形的，它更像一個橢圓。在一年的時間裡，地球時而靠近太陽，時而又遠離太陽。地球在一月上旬離太陽最近，這個最近的位置稱為近日點，此時地球地日距離約為9100萬英里（14600萬公里），不到一個天文單位。地球離太陽最遠的位置稱為遠日點，一般出現在七月上旬，此時地日距離約為9450萬英里（15200萬公里），略大於一個天文單位。

地日距離的探索

追溯歷史，希臘天文學家阿里斯塔克在公元前250年左右最早測量了地日距離。他利用月相測量太陽和月亮的體積及距離。半月之時，太陽、月亮和地球三個天體會構成一個直角，阿里斯塔克通過測量地球在日月之間的夾角計算得出，地日距離是地月距離的19倍，而且太陽也有月亮的19倍大。但是實際上太陽比月亮要大個400倍左右。

康奈爾大學天文學網指出，阿里斯塔克的測量可能是有所偏差的。首先，我們很難確定出太陽和月亮的中心點，其次，我們也不好確定月亮具體什麼時候是半月。

阿里斯塔克提出了關於地球、太陽、月亮三個天體距離和大小的初步認知，雖然不夠精確，但這使他得出了地球是圍著太陽轉的結論。而哥白尼的日心說在這之後1700年才出現。

1653年，天文學家克里斯蒂安·惠更斯計算出了地球和太陽間的距離。他利用金星的相位來確定地球、太陽、金星所構成的三角形的角度。舉例來說，當金星僅半個球面被太陽照亮時，三個天體剛好形成一個以地球為直角的直角三角形。惠更斯偶然猜對了金星的大小，從而得以推求出地球到金星的距離。知道了這個距離之後，再加上三角形的幾何關係，就可以計算出地球到太陽的距離了。然而，由於惠更斯這個研究中包含猜測的部分，得不到科學的保證，人們認為他的研究成果不能信服。

儘管有所謂的黑滴效應使金星凌日的測量非常困難，但這種罕見的現象，長久以來仍是測量天文單位的最佳方法。

1672年，喬瓦尼·卡西尼運用視差角度差相關方法確定了火星到地球的距離，同時也確定了太陽到地球的距離。他讓同事瓊·裡徹去法屬圭亞那，自己留在巴黎，以便用已知的兩地距離去測量火星相對於背景恆星的位置，並用三角形關係推算出具體距離。一旦火星到地球的距離確定了，太陽到地球的距離也就可以計算了。由於他的研究方法更為科學，人們都願意信服他的成果。

巴黎大學的天文學家尼科爾·卡皮坦向表示：“天文學家用物理單位來表達天體間的距離會存在很多困難，但是用天文單位來表示，問題就迎刃而解了。天文單位的表示方法一直以來廣為應用，因為天文學家在太陽系中測量天體間的距離可不像測量角度那樣精細。”

天文單位的新定義

隨著航天器和雷達的出現，人們就可以用更精確的方法來直接測量地球與太陽之間的距離了。 天文單位（AU）曾經的定義是“在太陽引力作用下沿以太陽中心為圓心的圓軌道，以每天0.01720209895弧度的角速度（高斯常數）運動的，無質量粒子的軌道半徑”。

這個定義不僅給天文學家無端增負，還不完全符合廣義相對論。對於這個舊定義而言，天文單位（AU）的數值會隨著觀察者在太陽系中的位置變化而改變。如果觀察者在木星上用舊定義計算地日距離，計算結果會和他在地球上測量計算得到的結果偏差1000米（3280英尺）左右。

天文的距離單位秒差距是使用天文單位做基線，視差是角度1弧秒的距離。圖中的1AU和1pc為依照比例（參見恆星視差）。

此外，高斯常數還取決於太陽的質量。由於太陽會隨著輻射能量而發生質量減少的現象，天文單位（AU）的值也就隨之發生改變。國際天文學聯盟在2012年8月投票通過決議，將天文單位（AU）的定義改為常量，即1AU=149,597,870,700米。這個數值是由光速測得的，與太陽質量無關。而1米定義為光在真空中1 / 299,792,458秒所傳播的距離。

德國德累斯頓技術大學的天文學家謝爾蓋克里奧爾表示，新定義比舊定義簡潔多了。克里奧爾和卡皮坦都是國際天文學聯盟中負責完善這個定義的小組成員。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Tim Sharp

NASA: Sun Fact Sheet

NASA's Solar System Exploration: Sun — Our Star

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處