我们如何得知太阳有多远？科学家给出了专业答案，看完恍然大悟

太阳有多远？似乎没人会问得这么直。然而，正是如此直白的问题困扰了天文学家两千多年。

显然，这是天文史上至关重要的问题，重要性大概仅次于地球有多大和多重吧。如今的日地距离作为“天文单位”，是度量太阳系内所有距离的基本参照，更是测定宇宙间一切距离的基准线。

古希腊思想家是第一批尝试建立宇宙综合模型的人之一。仅凭肉眼观测，没借助任何工具，他们还是能辨明一些事实。比如看到天边的月亮又大又圆，说不定是因为它离我们非常近。

透过日食现象，发现了月亮和太阳的视直径基本无差，可太阳的光却耀眼得多，大概是因为即使太阳相距更远可体积也大得多（太阳和月亮视大小的巧合对天文学的发展举足轻重）。其他行星看上去比星星还小，但似乎转速更快，这些行星很可能处在某个中间地段。但除了大致的描述，人们能给出更确切的数据吗？几何学的开创给予了完全肯定的答案。

一开始测定的是月球半径。公元前二世纪中叶，古希腊天文学家希帕克开创了视差法测定的先河。视差法的原理很简单：当两个物体从不同角度观察时，近些的物体比远些的看起来移动得更快。你可以做个简单的演示，拿一根手指比到和胳膊看起来一样长，闭上一只眼，然后换另一只眼闭上。有注意到你的手指比其他物体移动得更快吗？那就是视差！希帕克在两个知道相隔多远的城市观测了月球，然后用一些几何原理推算出了月球半径，精度和当今的相差不到7%，还是很接近的。

图解：月球是第一个半径被精确测定的星体

知道地球到月亮有多远了，古希腊天文学家阿里斯塔克开启了下个阶段，他是第一个测量日地距离的人。阿里斯塔克发现当弦月出现时，日、月、地三者形成了直角三角形。知道了地球到月亮的距离，要计算太阳的半径，只要得到月亮和太阳的夹角即可。这原本会是绝妙的推导，只可惜观察不足。依旧在没有工具的情况下，阿里斯塔克观测到角度为87°，和实际的89.83°相差并不大。不过倘若两者相对距离十分遥远，再小的误差也会立马放大。所以，他得到的数值和实际差了一千多倍。

之后两千年间，阿里斯塔克的推论中代入了越发精准的数据，我们也越来越接近实际值。可怎样才能进一步提升精确度呢？那也只能是直接测定日地距离了，也就是通常说的视差法。不过，太阳视差可比月球视差难找得多。毕竟太阳本身就没什么特点，只是它光芒太耀眼，把背后的行星遮得严严实实，我们压根就看不见。那能怎么办呢？

到了十八世纪，我们对世界的认知迈进了一大步。当时的物理学体系虽建立不久，却提供了关键线索。此前，开普勒和牛顿提出，所有行星间的距离都是相关的，举一反三就能通晓所有。但是有比到地球的距离更容易发现的吗？还真的有。如果走运的话，也能找到。

关键就在金星凌日。从地球来看，金星凌日时正好在太阳面前穿过，而且不同城市看到的凌日轨迹也有所不同。依照凌日时长的记录，詹姆士·格雷戈里和埃德蒙·哈雷认识到他们有机会测出地球到金星（其次是太阳）的距离。一般这个时候，我就净说些“有点太直接了，对吧？只有一次机会……”之类的话。也许没有比观测金星凌日更不切实际的办法了。好事总是多磨，许多天文学者都尝试未果，可正因如此，才证明了测定这段距离多么要紧。

图解：1769年，一位天文学家与詹姆斯·库克船长同行，在塔西提岛观测到了金星凌日

首先得明白一点，金星凌日的现象极为罕见，一辈子就见到那么一次（尽管有时有一组凌日）。等哈雷发觉这个办法管用时，他很清楚自己上了年纪，怕是不能亲身上阵了。因此，他详尽记述了观测步骤，希望后辈有人继续完成这项使命。为了力求结果精准，时间记录得精确到秒。为了确保有足够大的距离，观测点要分散在天南海北。再有，为了免受天气干扰，世界各地的观测点都需要观测者守候。说起来，那个年代横跨大陆并非易事，要经年才能旅完。

尽管困难重重，英国和法国的一众天文学家决心在1761年的金星凌日时，一定要收集到充分的数据。可到了那年，情况更不妙——英法卷入了七年战争，海上航行的计划算是泡汤（无望，没盼头）了。但人们没有停下观测的脚步，仍在继续努力。尽管并非所有观测者都完成了观测（天气或战争的缘故），但八年后，合并了又一次金星凌日集得的数据，这项任务可谓大功告成了。法国天文学家拉朗德汇集所有数据后，第一次精准地计算出地日距离为1530亿米，和实际值偏差不到3%！

简单来说，上边提到的距离指地球长半轴，也就是地球到太阳的平均距离。因为地球轨道并不是正圆，一年中大概有十一天，地球会离太阳更近或更远。和许多现代科学中测定的数值一样，天文单位的正式定义也略作了调整。自2012年起，哪怕地球长半轴有点儿变化，一天文单位还是等于149597870700米。

金星凌日的观测取得突破后，极大地丰富了我们对日地距离的认识，同时也用它揭开了宇宙浩瀚的奥秘。一旦知道了地球轨道有多长，再加上长达半年（等地球公转到太阳的另一侧，距离为2AU）的观测，我们就能利用视差法测定地球到其他行星的距离了。这一切距离都足见宇宙是无尽伸延的，最终也指引我们发现宇宙已经诞生数十亿年。问这么直白的问题也不赖嘛！

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. universetoday-卌卅卄十一

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