W astronomii odległości są ogólnie wyrażane w jednostkach niemetrycznych, takich jak: lata świetlne, jednostki astronomiczne (AU), parsy itp. Dlaczego nie używają mierników (lub ich wielokrotności) do mierzenia odległości, ponieważ są to jednostki SI dystans? Skoro miernik jest już używany w fizyce cząstek do pomiaru wielkości atomów, dlaczego nie można go użyć w astrofizyce do pomiaru dużych odległości we Wszechświecie?
Na przykład:
- ISS krąży około 400 km nad Ziemią.
- Średnica Słońca wynosi 1,39 Gm (gigametry).
- Odległość do galaktyki Andromedy wynosi 23 Zm (zettameters).
- W najdalszym punkcie Pluton znajduje się w odległości 5,83 Tm (terametrów) od Słońca.
Edycja: niektórzy odpowiedzieli, że mierniki są zbyt małe i dlatego nie są intuicyjne do pomiaru dużych odległości, jednak istnieje wiele sytuacji, w których nie stanowi to problemu, na przykład:
- Bajty służą do pomiaru gigantycznych ilości danych, na przykład terabajtów (1e + 12) lub petabajtów (1e + 15)
- Energia uwalniana przez duże eksplozje jest zwykle wyrażana w megatonach, co jest oparte na gramach (1e + 12)
- Hertz jednostki SI jest często wyrażany w gigahercach (1e + 9) lub terahercach (1e + 12) do pomiaru częstotliwości sieci lub prędkości taktowania procesora.
Jeśli główny powód nieużywania mierników jest historyczny, czy uzasadnione jest oczekiwanie, że jednostki SI staną się standardem w astronomii, podobnie jak większość świata przestawiła się z jednostek macierzystych na jednostki SI do codziennych pomiarów?
Odpowiedzi:
Oprócz odpowiedzi udzielonej przez @ HDE226868 istnieją powody historyczne. Przed nadejściem używania radaru w celu ustalenia odległości w Układzie Słonecznym musieliśmy zastosować inne sprytne metody znalezienia odległości od Ziemi do Słońca; na przykład mierzenie przejścia Wenus przez powierzchnię Słońca . Metody te nie są tak dokładne jak obecnie, więc sensowne jest określenie odległości, które wszystkie oparte są na pomiarach paralaks, pod względem niepewnej, ale stałej odległości Ziemia-Słońce. W ten sposób, jeśli przyszłe pomiary zmienią wartość konwersji z AU na metry, nie musisz zmieniać tylu artykułów i podręczników.
Nie wspominając o tym, że takie niepewności kalibracji wprowadzają skorelowane błędy do analizy, których nie da się pokonać przy użyciu dużych próbek.
Nie mogę autorytatywnie wypowiadać się na temat faktycznej historii, ale wszystkie pomiary Układu Słonecznego były początkowo wykonane w kategoriach odległości Ziemia / Słońce. Na przykład mała geometria pokazuje, że dość łatwo jest wycofać się z wielkości orbity Wenus i Merkurego w AU od ich maksymalnego wydłużenia słonecznego. Nie wiem, w jaki sposób opracowali promienie orbitalne Marsa itp., Ale prawie na pewno zostały one wykonane w AU na długo przed poznaniem UA, a wszystko to zanim istniał system MKS, nie mówiąc już o standaryzacji.
W przypadku gwiazd podstawa tak zwanej „kosmologicznej drabiny odległości” (czyli w astronomii „wszystkie miary odległości”) opiera się na pomiarze kąta paralaksy: Mierzenie w „parsekach” oznacza takie ustawienie równania, aby kąt mierzony w sekundach łukowych pasował do aproksymacji małego kąta. To znaczy: Innymi słowy, .tanπangle=1AUD. D D1parsec=π180×60×60tan(πangleπradians180×60×60arcsec). 1parsec=180×3600πAU
Astronomowie mają również wyraźną preferencję dla bliskiego kuzyna jednostek mks / SI, znanego jako cgs . O ile mi wiadomo, wynika to z wpływu spektroskopistów, którzy lubili część „jednostek Gaussa” dla elektromagnetyzmu, ponieważ ustawiła ona stałą Coulomba na 1, co upraszcza obliczenia.
źródło
Sugerowałbym, że dzięki temu materiał jest bardziej dostępny dla ludzkiego umysłu.
Po prostu nie mogę pracować z obłędnie dużymi lub małymi liczbami. Nie przekazują żadnego znaczenia.
Ale 1 AU jest łatwe, nawet jeśli nie wiem; dokładnie wiem, co to jest w metrach, wiem, co to znaczy i jest to dogodna skala dla umysłu.
Podobnie, gdy mówimy o odległościach gwiezdnych, jaki jest pożytek z odległości w metrach (lub AU)? Bardziej sensowna jest praca z latami świetlnymi. Znów większość ludzi wie, co to znaczy, nawet jeśli nie wiedzą dokładnie, co to jest w metrach.
A kiedy stajemy się kosmiczni, mówimy również o kolosalnych czasach w przeszłości, więc lata świetlne mają tutaj podwójne znaczenie. Gdybym powiedział ci odległość w metrach, to nie od razu mówi ci, jak daleko jest w przeszłość.
Myślę więc, że jest to kwestia wygody i zrozumienia.
źródło
Wraz z innymi odpowiedziami istnieje jeszcze jeden powód, szczególnie przy pomiarze odległości do innych galaktyk.
Określając odległość do innych galaktyk, astronomowie rzadko określają odległość w jakiejkolwiek jednostce długości, zwykle używają przesunięć ku czerwieni ( z ). Ta jednostka nie jest w rzeczywistości jednostką długości (jest bezwymiarowym stosunkiem długości fal), ani nie przekształca się liniowo na odległość ( z = 2 nie jest dwa razy większa niż z = 1 ), ani nie ma wyjątkowej konwersji między przesunięciem ku czerwieni i odległość (zależy od tego, jaki model wszechświata zakładasz).
Redshift jest używany, ponieważ można go bardzo dokładnie zmierzyć. W widmie gwiazdy lub galaktyki istnieją cechy, które znamy dokładną długość fali, w której są emitowane, dzięki czemu przesunięcie ku czerwieni można obliczyć dokładnie poprzez:
Jest to zaobserwowana, dokładna (w ramach błędu eksperymentalnego) właściwość. Konwersja tego na odległość jest myląca: czy mówisz o odległości, w jakiej obiekt jest teraz od nas natychmiast , czy natychmiast, gdy emitowany przez ciebie foton został wyemitowany , lub o odległości, którą przebył foton? Czy chcesz wziąć pod uwagę ruch lokalny, a także ekspansję Hubble'a (wszechświata)? Dodaj do tego kształt wszechświata, szybkość ekspansji wszechświata, szybkość zmian ekspansji wszechświata (ciemna energia / stałe Hubble'a / inne efekty), a zobaczysz, że jakakolwiek konwersja na rzeczywistą odległość jest problematyczne i wymagałoby dokładnego zdefiniowania rodzaju konwersji i przy jakich założeniach. Łatwiej jest pozostać przy dobrze zdefiniowanym, łatwym do zmierzenia przesunięciu ku czerwieni.
Dobra praca (na poziomie stopnia), która podsumowuje wszystkie rodzaje kosmologicznych odległości i ich obliczenia, to Hogg 2000 .
źródło
Kolejny jeszcze nie wymieniony powód:
Nie było użytecznych prefiksów SI dla takich odległości.
Jeśli chcesz użyć jednostki, potrzebujesz czegoś, co pozwala wyrazić określoną ilość bez zbyt wielu zer wiodących lub końcowych. Nie wyrażam wysokości człowieka jako 1 670 000 µm ani wielkości bakterii jako 0,000 02 m.
Jeśli spojrzysz na tabelę prefiksów , zobaczysz, że giga i tera zostały zdefiniowane po raz pierwszy w 1960 roku. Ale definicja nie obejmuje użycia, a te definicje były dokładnie tak egzotyczne jak octillion ; na pewno istnieje jako definicja, ale nikt go nie używa ani nie wie o jego istnieniu. Podczas studiów akademickich z fizyki w latach 90. (!)
Wciąż nie było to powszechnie znane, 30 lat po wprowadzeniu. Nadal wielu naukowców w ogóle nie używa giga- ani tera.Wskazówka od gerrit: Fizycy używali częstotliwości z prefiksem giga- / tera, zapomniałem o tym.1 AU to wtedy 150 gigametrów lub 0,15 terameter. Jeśli używasz lat świetlnych, 1 rok świetlny ma już 9500 parametrów, co nie jest wygodną jednostką. Trzydzieści lat później w końcu wprowadzili użyteczne przedrostki metryczne, ale wciąż muszę znaleźć kogoś, kto używa exa-, peta-, yotta- lub zetta-.
źródło
Być może trzeba cofnąć się w czasie i pomyśleć o tym, dlaczego łokieć (długość przedramienia), liga (dystans pokonany w ciągu godziny), stopa, (metr - jedna dziesiąta milionowa ćwiartka Ziemi?) nie będę tą listą) itp. zostały wybrane jako jednostki odległości?
Były łatwo zrozumiałe i powtarzalne, a jednocześnie były w skali porównywalnej z mierzonymi odległościami.
Tak więc we współczesnym świecie ludzie wybrali dalsze jednostki odległości, które początkowo miały te cechy.
Gdy te nowe jednostki zdobędą przychylność, dokumenty, podręczniki itp. Zostaną napisane, trudno się ich pozbyć, a niektórzy powiedzieliby: „Po co zawracać sobie głowę?”.
źródło
Nie wiem, jak to jest w twoim kraju, ale tutaj, w Rosji, artykuły i wiadomości astronomiczne bardzo często zgłaszają astronomiczne odległości w kilometrach, milionach kilometrów, miliardach kilometrów, bilionach kilometrów itp. Po prostu nie używamy jednostek takich jak gigametry, petametry i tym podobne, ale kilometr to standardowa jednostka w astronomii.
źródło
Podano już kilka doskonałych odpowiedzi. Ale nikt nie mówił o percepcji logarytmicznej. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law )
Wszystko postrzegamy jako logarytmiczne. Dla ludzi różnica między a jest taka sama jak między a .100 m e t r e s 100 m e t r e s 1 k m10metres 100metres 100metres 1km
Dlatego o wiele lepiej jest mierzyć odległość w skali astronomicznej w parsach niż w metrach, ponieważ ludzie lepiej rozumieją różnicę między a parsami, niż gdyby mieli te same dane w metrach.101 10
źródło
Jednostki takie jak mierniki są po prostu zbyt małe, aby można było z nich korzystać podczas pomiaru odległości w skali astronomicznej. Chociaż teoretycznie można używać mierników w połączeniu z notacją naukową, jest to niepotrzebnie trudne. Jedna jednostka astronomiczna to odległość między Ziemią a Słońcem, która działa jak rodzaj kosmicznego miernika.
źródło
Astronomowie nie mierzą i nie mogą mierzyć odległości. Odległości są jedynie wywnioskowane na podstawie tego, co faktycznie zmierzono, na przykład kąta, względnej jasności, okresu czasu itp. Większość astronomicznych oznaczeń odległości ostatecznie zależy od odległości Ziemia-Słońce (jednostka astronomiczna), która ma zatem podstawowe znaczenie (i tylko w czasach współczesnych wiadomo z dobrą dokładnością). W przypadku gwiazd w pobliżu kąt paralaksy jest bezpośrednio związany z odległością, ale odległość wyprowadzona z tego nie jest właściwie zmierzoną odległością: jej niepewność nie jest zwykle rozkładana (pomyśl o ujemnym pomiarze paralaksy).
Astronomowie wiedzą oczywiście, ile metrów ma parsek, i wiedzą, że używanie mierników do odległości galaktycznych jest mylące, ponieważ musisz upewnić się, że cały czas otrzymujesz prawidłową liczbę 0000 (lub prawidłową moc dziesięciu).
Wreszcie, w przeciwieństwie do fizyki cząstek, astronomia jako nauka wyprzedza układ mierników, a przynajmniej jego szersze zastosowanie. Zmiana z dobrze działającego systemu na coś innego tylko ze względu na zgodność z SI, ale za cenę niedogodności i zamieszania wydaje się głupim pomysłem.
źródło
Moim zdaniem odpowiedzią jest konwencja (i ludzie preferujący małą liczbę cyfr).
Nie ma w tym nic więcej. Każdy prefiks długości jest równie ważny, o ile poprawnie przeprowadzisz konwersję, a ludzie w Twojej dziedzinie będą o tym wiedzieć .
Fizycznie nie ma różnicy między 1 m a 1 000 000 µm.
Więc wszystkie pytania tego typu: „Dlaczego ten prefiks jest wybierany zamiast tego do pomiaru XYZ?” mam tę samą odpowiedź. Sprowadza się to do tego, co jest wygodniejsze i jest ostatecznie bardzo subiektywne.
źródło
Trudno jest powiązać coś w rodzaju parametru z „rzeczywistymi długościami” z powodu braku wiedzy o obiektach fizycznych do porównania. Ponadto, ponieważ po pewnym czasie jednostki te stają się po prostu „o wiele więcej zer”. Sugerowałbym więc, co następuje:
Space Marginal Unit (SMU): 1 000 000 metrów, czyli mniej więcej odległość od jednego końca Francji do drugiego. Minimalna odległość między dwoma statkami kosmicznymi musiałaby być od siebie, zanim będą musiały koordynować trajektorie lub przejść do manewrów dokowania. (Dajcie mi trochę zawieszenia niedowierzania tutaj.)
Długość orbity ziemskiej (LEO): 1 000 000 000 000 metrów, odległość, jaką Ziemia pokonuje w ciągu jednego roku. (Odległość jest w rzeczywistości około 6% mniejsza, ale LEO jest czymś, co można zwizualizować).
Kaid: 1 000 000 000 000 000 000 metrów. To nieco więcej niż odległość stąd do gwiazdy Alkaid.
Powyższe chętnie nadają się do codziennej rozmowy - jeśli kiedykolwiek dojdziemy do punktu, w którym codziennie rozmawiamy o takich rzeczach!
źródło
Prosta odpowiedź brzmi: większe jednostki, takie jak AU lub lata świetlne, są łatwiejsze do zapamiętania dla ludzkiego mózgu. I powinniśmy unikać umieszczania jednostek po wielu zerach po pierwszych kilku cyfrach, na przykład: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 metrów. moglibyśmy użyć AU lub jeszcze większych odległości lat świetlnych. Jeśli byłby krótszy, no cóż, nadal używamy mierników, ale z wykładnikiem.
źródło
Ponieważ odległość jest nierówna . Ale bajty, bum i buzzy zmieniają się płynnie .
Te przykłady z PO, w których konwencjonalne prefiksy metryczne stały się konwencjonalne - terabajty, megatony, gigaherce - są domenami, w których ludzkie doświadczenia przebiegały nieprzerwanie na rzędach wielkości.
Nie było twardych, trwałych progów wzrostu dysków twardych, układów scalonych ani kabli . Z wyjątkiem niewielkiej lepkości przy potęgach 2, postęp był ciągły.
Eksplozje narastały stopniowo w historii. Były rzadkie duże skoki, takie jak broń atomowa, ale mimo to nie ma magicznych liczb. Gdyby każda bomba termojądrowa miała taką samą wydajność, być może stałaby się to jednostką naukową, ale były one zróżnicowane w każdym miejscu .
Istnieje kilka częstotliwości magicznych, od dawna znanych ludziom. Fale elektromagnetyczne mają jaskrawą wyspę w spektrum częstotliwości w świetle widzialnym . Ale nawet to jest rozmazane w poprzek oktawy (400–800 teraertrów) i po obu stronach są szerokie oceany o niebywałej jednorodności.
Z drugiej strony znajomość człowieka z dystansem przebiegała w napadach i początkach. „Byliśmy związani tylko ziemią, oceanem i niebem” - powiedział Sagan . Te twarde granice podróży ludzkich trwały przez tysiąclecia. Krokiem osoby dorosłej jest starożytna, wąska, znajoma wyspa na spektrum odległości. Odległość do słońca była zawsze znajoma i najwyraźniej duża, na długo zanim ktokolwiek mógł ją zmierzyć. Tak więc warunki dla nich pozostają. „Lightyear” zakotwicza surrealistyczną ilość na dwóch rzeczach materialnych, które trudno byłoby poznać. I oba są trudnymi granicami, nawet jeśli ich kombinacja nie jest.
Czas to kolejna nierówna dziedzina dla ludzi, z głębokimi koleinami w ciągu dnia, roku, oddechu. Nie wystarczą żadne prefiksy metryczne na pojedynczej jednostce.
źródło