Seberapa jauh Matahari? Sepertinya seseorang tidak bisa mengajukan pertanyaan yang lebih langsung. Namun penyelidikan ini sangat membingungkan para astronom selama lebih dari dua ribu tahun.
Tentu saja itu adalah pertanyaan tentang kepentingan yang hampir tak tertandingi, dibayangi dalam sejarah mungkin hanya dengan pencarian ukuran dan massa Bumi. Dikenal hari ini sebagai unit astronomi, jarak berfungsi sebagai referensi kami dalam tata surya dan garis dasar untuk mengukur semua jarak di Alam Semesta.
Para pemikir di Yunani Kuno termasuk yang pertama mencoba dan membangun model kosmos yang komprehensif. Dengan pengamatan mata telanjang, beberapa hal bisa diselesaikan. Bulan tampak besar di langit sehingga mungkin cukup dekat. Gerhana matahari mengungkapkan bahwa Bulan dan Matahari memiliki ukuran sudut yang hampir persis sama, tetapi Matahari jauh lebih terang sehingga mungkin lebih besar tetapi lebih jauh (kebetulan tentang ukuran nyata Matahari dan Bulan ini memiliki kepentingan yang hampir tak terlukiskan dalam memajukan astronomi). Planet lainnya tampak tidak lebih besar dari bintang-bintang, namun tampaknya bergerak lebih cepat; mereka kemungkinan berada pada jarak menengah. Tapi, bisakah kita melakukan yang lebih baik daripada deskripsi yang tidak jelas ini? Dengan penemuan geometri, jawabannya menjadi ya.
Jarak pertama yang diukur dengan akurasi apa pun adalah Bulan. Pada pertengahan abad ke-2 SM, astronom Yunani Hipparchus memelopori penggunaan metode yang dikenal sebagai paralaks. Gagasan paralaks sederhana: ketika objek diamati dari dua sudut yang berbeda, objek yang lebih dekat tampak bergeser lebih banyak daripada yang lebih jauh. Anda dapat mendemonstrasikan ini dengan mudah untuk diri Anda sendiri dengan memegang jari sepanjang lengan dan menutup satu mata dan kemudian yang lainnya. Perhatikan bagaimana jari Anda bergerak lebih dari hal-hal di latar belakang? Itu paralaks! Dengan mengamati Bulan dari dua kota yang jaraknya diketahui, Hipparchus menggunakan geometri kecil untuk menghitung jaraknya menjadi 7% dari nilai modern saat ini - tidak buruk!
Dengan jarak ke Bulan diketahui, panggung ditetapkan untuk astronom Yunani lainnya, Aristarchus, untuk mengambil langkah pertama dalam menentukan jarak Bumi dari Matahari. Aristarchus menyadari bahwa ketika Bulan persis setengah diterangi, ia membentuk segitiga siku-siku dengan Bumi dan Matahari. Sekarang mengetahui jarak antara Bumi dan Bulan, yang ia butuhkan hanyalah sudut antara Bulan dan Matahari pada saat ini untuk menghitung jarak Matahari itu sendiri. Pemikiran yang brilian itu dirusak oleh pengamatan yang tidak memadai. Dengan tidak ada apa-apa selain matanya yang terus berjalan, Aristarchus memperkirakan sudut ini 87 derajat, tidak jauh dari nilai sebenarnya yaitu 89,83 derajat. Tetapi ketika jarak yang terlibat sangat besar, kesalahan kecil dapat dengan cepat diperbesar. Hasilnya hilang dengan faktor lebih dari seribu.
Selama dua ribu tahun ke depan, pengamatan yang lebih baik diterapkan pada metode Aristarchus akan membawa kita dalam 3 atau 4 kali nilai sebenarnya. Jadi bagaimana kita bisa meningkatkan ini lebih lanjut? Masih ada satu metode untuk langsung mengukur jarak dan itu paralaks. Tapi, menemukan paralaks Matahari jauh lebih menantang daripada Bulan. Bagaimanapun, Matahari pada dasarnya tidak berbentuk dan kecerahannya yang luar biasa menghapuskan pandangan apa pun yang mungkin kita miliki tentang bintang-bintang yang bersembunyi di belakang. Apa yang bisa kita lakukan?
Namun, pada abad kedelapan belas, pemahaman kita tentang dunia telah berkembang secara substansial. Bidang fisika sekarang dalam masa pertumbuhan dan memberikan petunjuk kritis. Johannes Kepler dan Isaac Newton telah menunjukkan bahwa jarak antara planet-planet semuanya terkait; temukan satu dan Anda akan tahu semuanya. Tetapi apakah ada yang lebih mudah ditemukan daripada Bumi? Ternyata jawabannya adalah ya. Terkadang. Jika Anda beruntung.
Kuncinya adalah transit Venus. Selama transit, planet ini melintas di depan Matahari seperti yang terlihat dari Bumi. Dari lokasi yang berbeda, Venus akan tampak melintasi sebagian besar atau lebih kecil Matahari. Dengan menghitung berapa lama penyeberangan ini, James Gregory dan Edmond Halley menyadari bahwa jarak ke Venus (dan karenanya Matahari) dapat ditentukan (Tertarik pada seluk beluk bagaimana hal ini dilakukan? NASA memiliki penjelasan yang cukup bagus tersedia di sini.) . Sekarang saatnya ketika saya biasanya mengatakan sesuatu seperti: Tampaknya cukup mudah, bukan? Hanya ada satu tangkapan ... Tapi mungkin itu tidak pernah salah lagi. Peluangnya begitu bertumpuk melawan kesuksesan sehingga itu benar-benar bukti pentingnya pengukuran ini sehingga siapa pun bahkan mencobanya.
Pertama, transit Venus sangat jarang. Seperti langka sekali seumur hidup (meskipun mereka datang berpasangan). Pada saat Halley menyadari bahwa metode ini akan berhasil, dia tahu bahwa dia terlalu tua untuk memiliki kesempatan untuk menyelesaikannya sendiri. Jadi, dengan harapan bahwa generasi masa depan akan melakukan tugas itu, ia menulis instruksi khusus tentang bagaimana pengamatan harus dilakukan. Agar hasil akhir memiliki keakuratan yang diinginkan, waktu transit perlu diukur hingga detik. Untuk memiliki pemisahan yang besar dalam jarak, lokasi pengamatan perlu ditempatkan di ujung Bumi. Dan, untuk memastikan bahwa cuaca berawan tidak merusak peluang keberhasilan, pengamat akan dibutuhkan di lokasi di seluruh dunia. Bicara tentang usaha besar di era ketika perjalanan lintas benua bisa memakan waktu bertahun-tahun.
Terlepas dari tantangan ini, para astronom di Perancis dan Inggris memutuskan bahwa mereka akan mengumpulkan data yang diperlukan selama transit 1761. Namun, pada saat itu, situasinya bahkan lebih buruk: Inggris dan Prancis terlibat dalam Perang Tujuh Tahun. Perjalanan melalui laut hampir mustahil. Namun demikian, upaya itu tetap ada. Meskipun tidak semua pengamat berhasil (awan memblokir beberapa, kapal perang yang lain), ketika dikombinasikan dengan data yang dikumpulkan selama transit lain delapan tahun kemudian, usaha itu berhasil. Astronom Prancis Jerome Lalande mengumpulkan semua data dan menghitung jarak akurat pertama ke Matahari: 153 juta kilometer, bagus hingga tiga persen dari nilai sebenarnya!
Samping singkat: nomor yang kita bicarakan di sini disebut Bumi sumbu semi-mayor, artinya jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. Karena orbit Bumi tidak bulat sempurna, kita benar-benar mendapatkan sekitar 3% lebih dekat dan lebih jauh sepanjang tahun. Juga, seperti banyak angka dalam sains modern, definisi formal dari unit astronomi telah sedikit diubah. Pada 2012, 1 AU = 149.597.870.700 meter persis, terlepas dari apakah kita menemukan sumbu semi-utama Bumi sedikit berbeda di masa depan.
Sejak pengamatan terobosan yang dilakukan selama transit Venus, kami telah menyempurnakan pengetahuan kami tentang jarak Bumi-Matahari. Kami juga menggunakannya untuk membuka pemahaman tentang luasnya Semesta. Begitu kita tahu seberapa besar orbit Bumi, kita bisa menggunakan paralaks untuk mengukur jarak ke bintang-bintang lain dengan melakukan pengamatan dengan jarak enam bulan (ketika Bumi melakukan perjalanan ke sisi lain Matahari, jarak 2 AU!) . Ini mengungkapkan kosmos yang membentang tanpa akhir dan pada akhirnya akan mengarah pada penemuan bahwa alam semesta kita berusia miliaran tahun. Tidak buruk untuk mengajukan pertanyaan langsung!
