Em astronomia, as distâncias são geralmente expressas em unidades não métricas como: anos-luz, unidades astronômicas (AU), parsecs, etc. Por que eles não usam metros (ou múltiplos deles) para medir distâncias, pois são a unidade SI para distância? Como o medidor já é usado na física de partículas para medir o tamanho dos átomos, por que não poderia ser usado na astrofísica para medir as grandes distâncias no Universo?
Por exemplo:
- A ISS orbita cerca de 400 km acima da Terra.
- O diâmetro do Sol é de 1,39 Gm (gigametros).
- A distância para a galáxia de Andrômeda é de 23 Zm (zettameters).
- No seu ponto mais distante, Plutão está a 5,83 Tm (terômetros) do Sol.
Edit: alguns responderam que os medidores são muito pequenos e, portanto, não são intuitivos para medir grandes distâncias, no entanto, existem muitas situações em que isso não é um problema, por exemplo:
- Os bytes são usados para medir quantidades gigantescas de dados, por exemplo, terabytes (1e + 12) ou petabytes (1e + 15)
- A energia liberada por grandes explosões é geralmente expressa em megatons, que é baseada em gramas (1e + 12)
- A unidade SI Hertz é frequentemente expressa em gigahertz (1e + 9) ou terahertz (1e + 12) para medir frequências de rede ou velocidades de clock do processador.
Se a principal razão para não usar medidores for histórica, é razoável esperar que as unidades SI se tornem o padrão em astronomia, como a maioria do mundo mudou de unidades nativas para unidades SI para medições diárias?
Respostas:
Além da resposta fornecida por @ HDE226868, há razões históricas. Antes do advento do uso do radar para encontrar distâncias no sistema solar, tivemos que usar outros métodos inteligentes para encontrar a distância da Terra ao sol; por exemplo, medindo o trânsito de Vênus através da superfície do sol . Esses métodos não são tão precisos quanto os disponíveis hoje em dia, portanto, faz sentido especificar distâncias, todas baseadas na medição de paralaxes, em termos da distância incerta, mas fixa, entre Terra e Sol. Dessa forma, se futuras medições alterarem o valor da conversão de AU para metros, você não precisará alterar tantos papéis e livros didáticos.
Sem mencionar que essas incertezas de calibração introduzem erros correlatos em uma análise que não pode ser derrotada usando grandes tamanhos de amostra.
Não posso falar com autoridade sobre a história real, mas as medições do sistema solar foram todas inicialmente feitas em termos da distância Terra / Sol. Por exemplo, um pouco de geometria mostra que é bastante simples retroceder o tamanho da órbita de Vênus e Mercúrio na UA a partir de seu alongamento solar máximo. Não sei como eles calcularam os raios orbitais de Marte, etc., mas quase certamente foram feitos na UA muito antes de a UA ser conhecida, e tudo isso antes da existência do sistema MKS, e muito menos se padronizar.
Para estrelas, a base do que é conhecido como "escada de distância cosmológica" (ou seja, "todas as medidas de distância" em astronomia) repousa na medição do ângulo de paralaxe: Medir em 'parsecs' é configurar a equação para que o ângulo medido em segundos de arco se ajuste à aproximação do ângulo pequeno. Ou seja: Em outras palavras, .tanπangle=1AUD. D D1parsec=π180×60×60tan(πangleπradians180×60×60arcsec). 1parsec=180×3600πAU
Os astrônomos também têm uma preferência marcante pelo primo próximo de unidades mks / SI, conhecido como cgs . Tanto quanto posso dizer, isso se deve à influência dos espectroscopistas que gostaram da parte "unidades gaussianas" no eletromagnetismo, porque definiu a constante de Coulomb como 1, simplificando os cálculos.
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Eu sugeriria que isso também torna o material mais acessível para a mente humana.
Eu simplesmente não posso trabalhar com números incrivelmente grandes ou pequenos. Eles não transmitem significado.
Mas 1 AU é fácil, mesmo que eu não saiba exatamente o que é isso em metros, eu sei o que isso significa e é uma escala conveniente para a mente.
Da mesma forma, quando falamos de distâncias estelares, de que serve a distância em metros (ou AU)? Faz mais sentido trabalhar com anos-luz. Novamente, a maioria das pessoas sabe o que isso significa, mesmo que não saiba exatamente o que é isso em metros.
E quando nos tornamos cósmicos, você também está falando de tempos colossais no passado, então os anos-luz transmitem um duplo significado aqui. Se eu lhe dissesse a distância em metros, isso não informa instantaneamente quanto tempo está no tempo.
Então eu acho que é uma questão de conveniência e compreensão.
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Juntamente com as outras respostas, há um outro motivo, especificamente ao medir as distâncias para outras galáxias.
Ao declarar a distância de outras galáxias, os astrônomos raramente afirmam a distância em qualquer unidade de comprimento, e tendem a usar o desvio para o vermelho ( z ). Esta unidade não é realmente uma unidade de comprimento (é uma proporção adimensional de comprimentos de onda), nem converte linearmente para uma distância ( z = 2 não é o dobro de z = 1 ), nem existe uma conversão exceto entre desvio para o vermelho e distância (depende de qual modelo do universo você assume).
O desvio para o vermelho é usado porque pode ser medido com muita precisão. Existem características em um espectro de estrela ou galáxia que sabemos o comprimento de onda exato em que são emitidas e, portanto, o desvio para o vermelho pode ser calculado exatamente por:
Esta é uma propriedade exata observada (dentro do erro experimental). Converter isso para uma distância é confuso: você está falando sobre a distância em que o objeto está longe instantaneamente agora ou instantaneamente quando o fóton que você vê foi emitido ou a distância que o fóton que você vê viajou? Deseja levar em consideração o movimento local e a expansão do Hubble (universo)? Acrescente a isso a forma do universo, a taxa de expansão do universo, a taxa de mudança da expansão do universo (energia escura / constantes de Hubble / outros efeitos) e você verá que qualquer conversão para uma distância real é problemático e exigiria que você definisse exatamente que tipo de conversão e com quais suposições. É mais fácil ficar com o redshift bem definido e fácil de medir.
Um bom trabalho (grau) que resume todos os diferentes tipos de distâncias cosmológicas e seus cálculos é Hogg 2000 .
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Outro motivo ainda não mencionado:
Não havia prefixos de SI utilizáveis para essas distâncias.
Se você deseja usar uma unidade, precisa de algo que permita expressar uma quantidade específica sem muitos zeros à esquerda ou à direita. Não expresso a altura humana como 1 670 000 µm ou o tamanho de uma bactéria como 0,000 02 m.
Se você consultar a tabela de prefixos, verá que giga e tera foram definidos na primeira vez em 1960. Mas a definição não inclui o uso e essas definições eram exatamente tão exóticas quanto octillion ; Certifique-se de que exista como definição, mas ninguém a usa ou conhece sua existência. Durante os estudos acadêmicos em física nos anos 90 (!)
, Ainda não era amplamente conhecido, 30 anos após a introdução. Muitos cientistas ainda não usam giga- ou tera.Dica de gerrit: Os físicos usavam frequências com o prefixo giga- / tera, eu esqueci isso.1 AU é então 150 gigameter ou 0,15 terameter. Se você estiver usando anos-luz, 1 ano-luz já terá 9500 terâmetro, o que não é uma unidade conveniente. Trinta anos depois, eles finalmente introduziram alguns prefixos métricos utilizáveis, mas ainda preciso encontrar alguém que use exa-, peta-, yotta- ou zetta-.
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Talvez seja necessário voltar no tempo e pensar por que o côvado (comprimento do antebraço), a liga (distância percorrida em uma hora), o pé, (metro - um dez-milionésimo de um quadrante da Terra) e talvez deva não seja esta lista) etc foram escolhidas como unidades de distância?
Eles eram facilmente compreensíveis e reproduzíveis, ao mesmo tempo em uma escala comparável às distâncias a serem medidas.
Assim, no mundo moderno, as pessoas escolheram outras unidades de distância que inicialmente tinham essas características.
Uma vez que essas novas unidades ganham favor e papéis, livros didáticos etc. são escritos, é difícil se livrar deles e alguns diriam: "Por que se preocupar?".
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Não sei como é o seu país, mas aqui na Rússia, artigos e notícias astronômicos relatam com frequência distâncias astronômicas em quilômetros, milhões de quilômetros, bilhões de quilômetros, trilhões de quilômetros etc. e assim por diante, mas o quilômetro é a unidade padrão em astronomia.
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Várias excelentes respostas já foram dadas. Mas ninguém falou sobre percepção logarítmica. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law )
Percebemos tudo aliado logarítmico. Para os seres humanos, a diferença entre e é a mesma que entre e .100 m e t r e s 100 m e t r e s 1 k m10metres 100metres 100metres 1km
Portanto, é muito melhor medir a distância em escalas astronômicas em parsecs do que metros, porque os seres humanos entendem a diferença entre e parsecs melhor do que entenderiam se os mesmos dados fossem apresentados em metros.101 10
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Unidades como metros são simplesmente pequenas demais para serem usadas ao medir distâncias em escala astronômica. Embora se possa, em teoria, usar medidores em conjunto com notação científica, é desnecessariamente difícil. Uma unidade astronômica é a distância entre a Terra e o Sol, que age como uma espécie de medidor cósmico.
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Os astrônomos não medem e não podem medir distâncias. As distâncias são meramente inferidas do que realmente foi medido, como um ângulo, uma luminosidade relativa, um período de tempo, etc. (e somente nos tempos modernos é conhecido com boa precisão). Para estrelas próximas, o ângulo da paralaxe está diretamente relacionado à distância, mas a distância inferida a partir dessa distância não é uma distância medida adequada: sua incerteza não é normalmente distribuída (pense em uma medição negativa da paralaxe).
Os astrônomos sabem, é claro, quantos metros um parsec é e sabem que usar metros para distâncias galácticas é apenas confuso, porque você precisa garantir o número correto de 0000 o tempo todo (ou a potência correta de dez).
Finalmente, diferentemente da física de partículas, a astronomia como ciência é anterior ao sistema de medidores, pelo menos em seu uso mais amplo. Mudar de um sistema que funcione bem para outra coisa apenas por uma questão de conformidade com a SI, mas pelo preço de inconveniência e confusão, parece uma idéia estúpida.
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Na minha opinião, a resposta é convencional (e as pessoas preferem um pequeno número de dígitos).
Não há realmente mais do que isso. Qualquer prefixo para um comprimento é igualmente válido, desde que você obtenha a conversão correta e as pessoas em seu campo saibam disso .
Fisicamente, não há diferença entre 1 me 1.000.000 µm.
Portanto, todas as perguntas do tipo: "Por que esse prefixo é escolhido em vez daquele para medir XYZ?" tem a mesma resposta. Tudo se resume ao que é mais conveniente e é ultimamente bastante subjetivo.
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É difícil relacionar algo como um terâmetro a "comprimentos reais", devido à falta de conhecimento dos objetos físicos para compará-los. Além disso, porque depois de um tempo, essas unidades se tornam apenas "muito mais zeros". Então, eu sugeriria o seguinte:
Unidade Marginal Espacial (SMU): 1.000.000 metros, ou aproximadamente a distância entre uma extremidade da França e a outra. A distância mínima que duas naves espaciais teriam que estar uma da outra antes de coordenar trajetórias ou entrar em manobras de atracação. (Dê-me um pouco de suspensão da descrença aqui, pessoal.)
Comprimento da órbita terrestre (LEO): 1.000.000.000.000 metros, a distância que a Terra percorre em um ano. (A distância é na verdade cerca de 6% menor que isso, mas o LEO é algo que pode ser visualizado.)
Kaid: 1.000.000.000.000.000.000.000 metros. Isso é um pouco mais do que a distância daqui até a estrela Alkaid.
Os itens acima se prestam prontamente à conversa cotidiana - se chegarmos a um ponto em que falamos sobre essas coisas todos os dias!
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A resposta simples é: as unidades maiores, como AU ou anos-luz, são mais fáceis de lembrar para o cérebro humano. E devemos evitar colocar unidades com muitos zeros após os primeiros dígitos, por exemplo: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 metros. nós poderíamos usar AU ou para distâncias ainda maiores, anos-luz. Se fosse mais curto, bem, ainda usamos medidores a frio, mas com um expoente.
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Porque a distância é irregular . Mas bytes, booms e zumbidos variam sem problemas .
Esses exemplos do OP, onde os prefixos métricos se tornaram convencionais - terabytes, megatons, gigahertz - são domínios em que a experiência humana prosseguia continuamente em ordens de magnitude.
Não havia limites rígidos e persistentes no crescimento de discos rígidos, ICs ou cabos . Exceto por um pouco de viscosidade nas potências de 2, esse progresso foi contínuo.
As explosões cresceram gradualmente ao longo da história. Houve grandes saltos raros, como armas atômicas, mas mesmo assim não há números mágicos. Se todas as bombas de fusão tivessem o mesmo rendimento, talvez isso se tornasse uma unidade científica, mas elas variavam por todo o lugar .
Existem poucas frequências mágicas há muito conhecidas pelos humanos. As ondas eletromagnéticas têm uma ilha vívida no espectro de frequências à luz visível . Mas mesmo isso é espalhado por uma oitava (400-800 TeraHertz) e existem grandes oceanos de uniformidade normal nos dois lados.
O conhecimento humano da distância, por outro lado, prosseguia aos trancos e barrancos. "Estávamos limitados apenas pela terra, pelo oceano e pelo céu", disse Sagan . Esses limites rígidos nas viagens humanas persistiram por milênios. O passo de um adulto é uma ilha antiga, estreita e familiar no espectro das distâncias. A distância para o sol era sempre familiar, e aparentemente grande, muito antes que alguém pudesse medi-la. Portanto, os termos para estes persistem. "Lightyear" ancora uma quantidade surreal em dois tangíveis que dificilmente poderiam ser mais familiares. E ambos são limites severos, mesmo que a combinação deles não seja.
O tempo é outro domínio irregular para os seres humanos, com sulcos profundos na extensão de um dia, um ano, uma respiração. Nenhum prefixo métrico em uma única unidade funcionará.
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