太陽是整個太陽系的中心，太陽系的所有組成部分——行星，小行星，彗星等——都在不同的距離圍繞着太陽旋轉。水星，是離太陽最近的行星，它在橢圓軌道上距離太陽僅僅2.9千萬英裡（4.7千萬千米），而太陽系的“冰殼”奧爾特雲裡面的物質，被認為距離太陽9.3萬億英裡（15萬億千米）。

（奧爾特雲被認為距離太陽9.3萬億英裡（15萬億千米）。 圖片來自：百度百科）

地球繞太陽旋轉的軌道比奧爾特雲近了10萬倍，平均9295.5807萬英裡（14.957987億千米）。這個距離被用作了天文學單位（AU），用來測量太陽系中的距離。

例如，根據NASA報道，木星，距離太陽5.2AU，海王星，距離太陽30.07AU，距離太陽系最近的一顆恒星比鄰星，大約為268.770AU。然而，在測量更遠的距離時，天文學家們都用光年為單位，即光在真空中行經地球年一年的距離，一光年等于6.3239萬AU。因此，比鄰星遠在4.25光年外。

（太陽系 圖片來自：豆瓣網）

橢圓軌道

AU是地球到太陽的平均距離。地球每365.25天——一年就會繞太陽旋轉一周。然而，地球的旋轉軌道并不是一個完美的圓；它的形狀更像是一個橢圓。在公轉的這一年中，地球有時離太陽近，有時又很遠。地球最接近太陽的點叫近日點，通常發生在一月初，距離約為9.1千萬英裡（1.46億千米），略低于一個天文單位。地球離太陽最遠的點叫遠日點。通常發生在七月初，距離約為9.45千萬英裡（1.52億千米），略大于一個天文單位。

（地球公轉軌道 圖片來自：環球網）

距離測算

曆史上第一個測量到太陽的距離的人是大約公元前250年的希臘天文學家Aristarchus（阿裡斯塔克）。他利用月相測量月亮到太陽的距離。在半月期間，三個天體應該形成一個直角。通過測量月球和太陽之間的夾角，他判斷出地日距離是地月距離的19倍，因此太陽有月球的19倍大。事實上，太陽的直徑比月球大400倍左右。

（阿裡斯塔克的日心說 圖片來自：百度）

康奈爾大學的天文網站寫道：阿裡斯塔克的測量有可能是偏離真實值的，因為，首先，要确定太陽和月球的中心是很困難的。其次，要知道月球處于半圓狀态的準确時間也同樣困難。

盡管結果不準确，但阿裡斯塔克提供一個初步的有關于三個天體大小和距離的簡單理解，這也讓他能夠得出地球圍繞太陽運動的結論。大約比Nicolaus Copernicus（尼古拉·哥白尼）提出的日心說太陽模型早了1700年。

在1653年，天文學家Christiaan Huygens（克裡斯蒂安·惠更斯。譯者加：卡西尼号土星探測器的子探測器惠更斯号即以其名字命名）計算了地球與太陽的距離。他在金星-地球-太陽構成的三角形區域内，用金星的相找到了角度。舉個例子，當金星被太陽照亮一半的時候，從地球上觀測到三個天體會形成一個直角。通過猜測金星的大小，惠更斯能夠确定金星到地球的距離，并且知道這個距離，加上三角形所形成的角度，還能夠測量出到太陽的距離。然而，因為惠更斯的方法有一部分是猜想的結果，而且沒有完全的科學依據，他通常不會收到贊揚。

在1672年，Giovanni Cassini（喬凡尼·卡西尼。譯者加：土星探測器卡西尼号即以他名字命名）用視差，角度不符值，去找到火星的距離，同時測量出了到太陽的距離。他派了一個同事Jean Richer（讓·裡歇爾）去法屬圭亞那，自己留在巴黎。他們測量了火星相對于背景恒星的位置，并用已知的巴黎和法屬圭亞那之間的距離來進行三角測量。一旦他們測出了到火星的距離，他們便能夠計算出到太陽的距離。因為他的方法更有科學依據，他收獲了更多的贊揚。

（兩位巨人 左：惠更斯 右：卡西尼 圖片來自：維基百科）

巴黎大學的天文學家Nicole Capitaine（尼可·卡皮特）告訴天文網：“用天文單位來測量距離使天文學家們克服了用某些物理單位測量的困難。這樣的一個實踐在很多年内都是很有用的，因為天文學家們并不能在太陽系中，像測量角度那樣精确地測量出距離。”

新的方程式

随着航天器和雷達的出現，更多更精确的直接測量太陽和地球的距離的方法也随之出現。AU（Astronomical Unit 天文單位）的定義是無限小質量的粒子以平均每天0.01720209895弧度（即高斯常數）圍繞太陽的不受幹擾的牛頓圓形軌道的半徑。

除了給天文學的專家們造成不必要的麻煩外，這個定義實際上并不符合廣義相對論。按照舊的定義，AU的值随着觀測者在太陽系中的位置而改變。如果一個觀測者在木星上用舊的定義來測量地球與太陽的距離，其測量值與在地球上測量的值有大約1000米（3280英尺）的偏差。

此外，高斯常數取決于太陽的質量，因為太陽在它向外輻射能量的時候質量也在同時減少，AU的值也随之減少。

2012年的8月國際天文聯合會（IAU）投票将AU值改為簡單的舊的值，也就是149597870700米（14.95978707億千米）。這個值是基于光速的，與太陽的質量無關。一米被定義為光在真空中運動1/299792458秒的走過的路程。

德國德累斯頓工業大學的天文學家Sergei Klioner（謝爾蓋·克萊洛）說：“新的定義比舊的要簡單得多。”克萊洛和卡皮特都是國際天文聯合會重新定義AU值的小組的成員。

作者: Tim Sharp